КАФЕДРА МЕТАЛУРГІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 3 страница

Видно, что ТЭП работы печи не улучшились. При расходе известняка, вдуваемого через фурмы до 144 кг/т чугуна, он полностью усваивался, и затруднений с отработкой продуктов плавки не наблюдалось. Вывод около 30% известняка из шихты привел к сокращению выхода шлака из зоны шлакообразования, что увеличило газопроницаемость нижней части печи и позволило интенсифицировать плавку, несмотря на увеличение выхода шлака. В опытном периоде расход кокса увеличился на 56 кг/т, несмотря на более высокую температуру дутья. Этому способствовало увеличение содержания кремния в чугуне (на 0,17%) и дополнительный расход тепла в горне на диссоциацию вдуваемого известняка и на реакцию газификации углерода кокса углекислотой.

Наряду с использованием известняков в горн доменной печи вдувают известь [8-10]. Известь - материал, получаемый обжигом карбонатных горных пород (известняков, мела), состоящий в основном из СаО и MgO. Вдувание извести в горн доменной печи, работающей на сырой руде с большим расходом известняка на передельный чугун, проведенное в 1957 г. [9], привело к существенному улучшению ТЭП доменной плавки. В печь вдували известь состава, %: 94,2 СаО; 1,25 SiO₂; 1,25 МgО; 0,85 Аl₂О₃; 0,24 Fе₂О₃; 0,033 S. Крупность частиц, %: 70<0,8 мм, 45<0,37 мм, 30<0,25 мм, 20<0,14 мм. Результаты эксперимента представлены в таблице 2.3.

Как видно из таблицы 2.3, замена известняка, вдуваемой известью, привела к росту производительности печи более чем на 5% и к снижению расхода кокса на 6 кг/т при более низкой температуре дутья. Вынос колошниковой пыли практически не изменился, ее химический анализ показал, что вдуваемая известь полностью усваивалась шлаком. Сравнение этих двух экспериментов показывает преимущества вдувания извести по сравнению с вдуванием известняка.

Была предложена технология плавки с вдуванием в фурмы извести и с выводом из шихты части флюса. Промышленные опыты провели на доменной печи №3 завода Калинга в Барбиле (полезный объем 71,53 м³, полезная высота 9,75 м, диаметр горна 3 м, число воздушных фурм 8, шлаковых леток 2, чугунная летка одна) [10]. Промышленные эксперименты провели в два этапа - до и после капитального ремонта печи с заменой футеровки. Типичный состав шихтовых материалов и их расход на 1 т чугуна приведен в таблице 2.4.

Таблица 2.3.

Показатели работы доменной печи рабочим объемом 850 м³ на металлургическом заводе фирмы United States Steel Corporation в Клайртоне при вдувании извести в горн

Вдувание извести и частичный вывод флюсов из шихты в двух опытных плавках привело к повышению производительности печи (на 12 и 14,4%) и сокращению расхода кокса (на 6,4 и 11,0%) по сравнению с базовыми периодами. Отмечена более ровная и стабильная работа печи, что отразилось, на колебаниях суточной производительности.

Таблица 2.4.

Состав и расход шихтовых материалов на доменной печи №3 завода Калинга

Результаты опытных плавок с вдуванием извести в фурмы доменной печи и с частичным выводом флюсов из шихты представлены в таблице 2.5.

Таблица 2.5.

Результаты работы доменной печи №3 завода Калинга с вдуванием извести в воздушные фурмы в течение 1980-1982 гг.

2.3 Использование гранулированного углеродистого железофлюса

В ОАО "Томаковский завод керамзитового гравия" разработана технология производства комплексного железорудного сырья — гранули­рованного углеродистого железофлюса (ЖФС) на цементной связке основностью СаО/SiO₂ до 1,5-1,7 [11]. В качестве исходных материалов ис­пользовались колошниковая пыль, шламы кон­вертерного и доменного производств. Получен­ная шихта смешивалась и направлялась в чаше вый окомкователь для получения окатышей раз­мером 12-20 мм. Проплавку ЖФС проводили на доменной печи № 2 ПАО "Донецксталь" - металлургический завод (МЗ)". Введение ЖФС в количестве 135 кг/т чугуна позволило снизить приведенный расход скипового кокса на 11 кг/т чугуна при незначительном изменении произво­дительности печи [12]. Производимые с 2005 г. такие окатыши систематически используются в доменных печах ПрАО "Донецксталь" - МЗ".

Актуальной задачей становится исследование металлургических свойств ЖФС, произведенного из смеси доменного и сталеплавильного шламов с добавкой цемента в качестве вяжущего веще­ства и имеющего шарообразную форму после окомкования в чашевом грануляторе, и оценка использования ЖФС в доменной печи.

Таблица 2.6.

Химический состав ЖФС, %

Исследовали процесс восстановления гранул и их прочность в процессе восстановления на установке Национальной металлургической ака­демии Украины. Экспериментальные данные представлены на рис. 2.1.

Для оценки эффективности применения ЖФС в доменной плавке были выполнены расчеты при увеличении его расхода до 200 кг/т чугуна (табл. 2.7).

Рис. 2.1. Зависимость потери массы ЖФС в процессе восстановления от температуры: 1 —за время подогрева; 2 — за время восстановления; 3 — суммарная

Таблица 2.7.

Расчет эффективности применения ЖФС для условий ДП №2

ПАО «Донецксталь»

Из табл. 2.7 видно, что по мере ввода в шихту ЖФС значения определяющих параметров воз­растают и приближаются к предельному уровню. Более того, при расходе ЖФС 200 кг/т чугуна достигнуты критические значения по выходу гор­нового газа и скорости газа в распаре.

Это значит, что введение ЖФС в доменную шихту сопровождается снижением уровня ста­бильности и оптимальности процесса. Поэтому в анализируемых технологических условиях по­вышение расхода ЖФС свыше 120 кг/т чугуна, согласно принципу полной и комплексной ком­пенсации, требует либо улучшения химического состава и физических свойств ЖФС, либо вне­дрения так называемых компенсирующих меро­приятий, способствующих прежде всего сниже­нию выхода шлака на 1 т чугуна, прихода мелочи 5-0 мм с железорудной шихтой и др.

Выводы аналитических расчетов подтвер­ждены опытно-промышленной эксплуатацией доменной печи № 1 ПАО "Донецксталь" - МЗ", с 2010 г. стабильно работающей с применением ЖФС. Из рис. 2.2 видно, что применение ЖФС в коли­честве 60-80 кг/т чугуна достаточно эффективно, поскольку обеспечивает снижение расхода кокса на 10-15 кг/т чугуна, прирост производительно­сти — 9 т/смену (1,3 %). При этом сохраняются базовые значения расхода флюса и степени ис­пользования СО, снижается степень прямого восстановления FеО на 2 %. Негативным элементом является повышение выхода шлака на 23 кг/т, что может стать препятствием при увеличении расхода ЖФС свыше 100 кг/т чугуна.

Рис. 2.2. Зависимость показателей доменной плавки от расхода ЖФС при применении его на доменной печи № 1 ПАО "Донецксталь" - МЗ" (01.01.2010-31.05.2010 г., 424 опыта, приведение без шлака и флюса): стрелки — среднее значение показателя; цифры — число опытов-смен работы печи

Исходя из вышесказанного, эффективность замены известняка углеродсодержащим железофлюсом весьма сомнительна, так как в промышленных опытах при вводе железофлюса в количествах до 100 кг/т чугуна, расход известняка на подшихтовку практически не изменился. Данный вид железорудных материалов рекомендуется применять исключительно с целью снижения расхода кокса. В то же время, использование в качестве флюсосодержащей добавки в шихту доменных печей конвертерного шлака, имеющего похожий химический состав, представляет значительный интерес.

2.4 Использование конверторного шлака в качестве флюсующего материала

На различных этапах металлургического производства получаются побочные материалы, содержащие железо, марганец, флюсующие оксиды, легирующие элементы. Одним из таких материалов является конверторный шлак. В настоящее время конвертерный шлак приме­няется как флюсующий компонент доменной ших­ты на металлургическом заводе им. Петровского, на комбинатах «Криворожсталь» и Новолипецком металлургическом. Расход его не превышает 50—60 кг/т выплавляемого чугуна, что позволяет повысить содержание марганца в чугуне на 0,15—0,20 %, вести плавку с более высокой основ­ностью доменного шлака, и практически не влияет на расход кокса.

С целью определения экономической эффектив­ности использования различных флюсов (извест­няка, извести и конвертерного шлака) в агломе­рации и доменной плавке, а также для выявления возможных резервов для дополнительной обработки конвертерного шлака, проведены расчеты по­казателей доменного и аглопроцессов для усло­вий НЛМК по методие.

Исходные данные:

Криворожская гематитовая аглоруда, % - 100

Содержание закиси железа в готовом агломерате, % - 17

Для расчета показателей доменной плавки Состав шихты, %:

агломерат расчетный........... 75

окатыши ЛГОК..................... 20

криворожская руда................ 5

Основность доменного шлака 1,06

Массовая доля кислорода в дутье, %.- 32

Расход природного газа, м³/т чугуна 140

Температура дутья, °С - 1175

Температура колошникового газа, °С - 200

Степень развития процессов непрямого восстановле­ния (Ri)- 0,80

Степень использования восстановительной способ­ности водорода -0,42

Химический состав шихтовых материалов при­нят по данным ЦЛ НЛМК усредненно за 1982 год; для известняка, извести, конверторного шлака он представлен в табл. 2.8.

Таблица 2.8.

Химсостав (массовая доля, %) известняка, извести, конверторного шлака использованный в расчетах

Расчеты проводили для вариантов использова­ния каждого из флюсов полностью и в агломе­рации, и в доменной плавке, а также для смесей двух компонентов. При этом, в качестве флюса доменной плавки использовали смесь того же сос­тава, что и для офлюсования входящего в дан­ную доменную шихту агломерата. Результаты расчетов представлены на рис. 2.3, 2.4 и в табл. 2.9.

Обращает на себя внимание характер кривых расхода кокса в доменной плавке и коксовой мелочи на агломерацию. На обоих гра­фиках имеются точки такого соотношения флюсующих добавок, где расход топлива в процессе не зависит от степени офлюсования агломерата. Наличие этих точек связано с использованием в шихте извести.

Рис. 2.3. Изменение расхода топлива и флюса на агломерацию в зави­симости от соотношения флюсующих добавок (здесь и далее цифры у кривых - основность агломерата; КШ - конвертерный шлак, ИК - известняк; И - известь)

Рис. 2.4. Изменение расхода кокса и флюса в доменной плавке в зависимости от соотношения флюсующих добавок

Расчеты подтверждают, что минимальный рас­ход топлива имеет место при применении в ка­честве флюса извести, но одновременно показы­вают, что минимальные значения расхода топлива не совпадают с минимальным количеством исполь­зуемой в шихте извести. Кроме того, из графика расхода кокса на доменную плавку видно, что при применении больших количеств конвертерного шлака (до 100 % в составе флюсующей до­бавки) расход кокса меняется в очень узких пре­делах и практически не зависит от степени офлюсования шихты. С точки зрения технологии доменной плавки использование больших количеств конвертерного шлака наиболее целесообразно в интервале ос­новности агломерата 0,9—1,1.

Таблица 2.9.

Изменение основных статей теплового баланса доменной плавки при использовании различных флюсов

В этом интервале даже значительные изменения в расходе флюсую­щих добавок почти не влияют на расход кокса (или топлива на агломерацию), то есть тепловое состояние печи остается стабильным.

График зависимости содержания фосфора в чу­гуне от количества введенного в шихту конвер­терного шлака показывает, что в случае исполь­зования в составе флюса свыше 80—100 кг конвертерного шлака на тонну чугуна содержание фосфора в чугуне превышает предельно допусти­мое.

Экономическая эффективность вариантов офлюсования доменной шихты определялась сравне­нием уровня приведенных затрат на производство чугуна, то есть на том этапе технологического процесса, где проявляется металлургическая цен­ность применяемого флюса.

В качестве базового, был принят вариант офлюсования доменной и агломерационной шихты известняком. При этом в виде допущения, в рас­чете было принято, что изменение состава флюса не влияет на количество выплавляемого чугуна. Величина капитальных вложений в агломерацион­ное, коксохимическое, известковое и доменное про­изводство устанавливалась по действующим нор­мативам удельных капитальных вложений в рас­ширение соответствующих производств. Стоимост­ные показатели сырых материалов, топлива и энергии, а также исходный уровень расходов по переделу приняты по данным действующих про­изводств НЛМК. Конвертерный шлак оценивался по стоимости замещаемого или базового флюса — известняка. Результаты расчетов представлены в виде гра­фиков на рис. 2.5 и 2.6.

Анализ полученных данных показывает, что использование извести в сочета­нии с конвертерным шлаком как в агломерацион­ной, так и в доменной шихте целесообразно при низких (0,5—0,7) степенях офлюсования агло­мерата. При этом экономия приведенных затрат на выплавку чугуна может достигать 0,55— 1,55 руб/т.

­

Рис. 2.5. Изменение себестоимости и капиталоемкости агломерата в зависимости от соотношения флюсующих добавок

Рис. 2.6. Изменение себестоимости чугуна и приведенных затрат на его производство в зависимости от соотношения флюсующих добавок

Замена конвертерным шлаком известняка, как в «чистом» виде, так и в смеси с другими флю­сами экономически эффективна в интервале основ­ности агломерата 0,5—1,1. При этом применение конвертерного шлака только в агломерационном производстве снижает уровень текущих затрат в зависимости от степени офлюсования агломерата на 0,05—0,20 руб/т при замене им известняка, и на 0,32—1,57 руб/т агломерата - при замене извести.

Наибольший эффект достигается в случае заме заме­ны известняка конвертерным шлаком при степени офлюсования агломерата 0,5. При этом экономи­ческий эффект по приведенным затратам состав­ляет 4,08 руб/т чугуна или 4,4 % к базовому варианту.

В связи с тем, что в расчетах не учитывались затраты на возможную дополнительную обработку конвертерного шлака с целью извлечения из него фосфора, определен (из условия равенства затрат с лучшим базовым вариантом) максимальный уро­вень текущих и капитальных затрат на подготовку конвертерного шлака к агломерационному и до­менному переделам. Величины этих затрат соста­вили соответственно 8,86 руб/т и 12,32 руб/т конвертерного шлака[13].

Таким образом, проведенные расчеты показали, что существует известный экономический резерв, реализация которого может позволить расширить использование конвертерного шлака в аглодоменном производстве, а возможно, добиться и его полной утилизации. При этом, использование конвертерного шлака ограничивается содержанием фосфора в чугуне, который в доменной печи не удаляется со шлаком. Увеличить допустимый предел расхода конвертерного шлака в шихту возможно посредством отсева мелких его фракций (0 – 10 мм) и загрузки в печь кусков +10 мм. Данное предложение объясняется более высоким содержанием Р₂О₅ в пылевидных фракциях конвертерного шлака, так как его дробление происходит по малопрочным фазам куска, в данном случае – оксида фосфора.

2.5. Введение флюсов в окомкованные сырьевые материалы доменной плавки

В последнее время в доменных печах широко применяется офлюсованный агломерат. Производство офлюсованного и комплексного агломератов имеет следующие преимущества перед производством и применением обычного агломерата:

1. Введение известковых флюсов в агломерационную шихту сопровождается, как правило, увеличением производительности агломерационных машин.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: