RU2114181C1

RU2114181C1 - Method of blast-furnace smelting

Info

Publication number: RU2114181C1
Application number: RU96102116A
Authority: RU
Inventors: Федор Николаевич Москалина; Яков Львович Бейлин; Александр Александрович Розенфельд; Юрий Николаевич Вавилов; Алексей Михайлович Храмчихин; Юрий Иванович Горелов; Олег Георгиевич Маркин
Original assignee: Федор Николаевич Москалина; Яков Львович Бейлин; Александр Александрович Розенфельд; Юрий Николаевич Вавилов; Алексей Михайлович Храмчихин; Юрий Иванович Горелов; Олег Георгиевич Маркин
Priority date: 1996-02-05
Filing date: 1996-02-05
Publication date: 1998-06-27

Abstract

FIELD: blast-furnace smelting. SUBSTANCE: method includes charging into blast furnace of iron ore part of burden, coke, flux in the form of carbonate briquettes in the amount of 5-84 kg per ton of pig iron, supply of hot combined blasting, tapping of pig iron and slag. Carbonate briquettes are produced from slags of chemical treatment of water of thermal power stations with fluxing ability of 38-43%. EFFECT: reduced consumption of coke and higher productivity of blast furnace. 1 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству и может быть использовано при проведении доменной плавки. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to blast furnace production and can be used when conducting blast furnace smelting.

В практике доменного производства для получения чугуна необходимыми условиями ведения процесса являются загрузка сверху в печь шихтовых материалов-железосодержащих компонентов: шихты, кокса и флюса/карбонатосодержащих материалов/, а снизу - подача в горн высоконагретого комбинированного дутья. In the practice of blast furnace production for the production of pig iron, the necessary conditions for conducting the process are the loading of charge materials-iron-containing components from above into the furnace: batch, coke and flux / carbonate-containing materials /, and from the bottom - supplying a highly heated combined blast to the furnace.

В качестве флюсов в доменной плавке необходимо применять кальцийсодержащие материалы /CaCO₃/.As fluxes in blast furnace smelting, it is necessary to use calcium-containing materials / CaCO ₃ /.

Известен способ работы доменной печи, при котором в качестве флюса применяются шлаки электропечного производства. Недостаток этого способа офлюсования пустой породы железорудных материалов состоит в том, что в электропечных шлаках содержание MgO достигает 15,0% и более, и этот фактор не позволяет осуществить полное офлюсование доменной шихты путем только их применения, т. е. количество этого шлака в шихте ограничивается предельным содержанием MgO в доменном шлаке - не более 10 - 12%. There is a known method of operation of a blast furnace in which slags of electric furnace production are used as flux. The disadvantage of this method of fluxing waste rock of iron ore materials is that MgO reaches 15.0% or more in electric furnace slags, and this factor does not allow full fluxing of the blast furnace charge by only using them, i.e., the amount of this slag in the mixture limited by the maximum MgO content in blast furnace slag - not more than 10 - 12%.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является известный способ /прототип/, сущность которого состоит в том, что в доменную печь подают сверху шихтовые материалы/железорудные компоненты, кокс и флюсы/, а снизу - горячее дутье, при этом в рудную часть шихты добавляют обычный кусковой известняк, причем его массовое количество одинаково в каждой порции/подаче/ загружаемой шихты. The closest to the proposed method in terms of technical nature and the achieved positive effect is the known method / prototype /, the essence of which is that charge materials / iron ore components, coke and fluxes / are fed into the blast furnace and hot blast is supplied below, while ordinary bulk limestone is added to the ore part of the charge, and its mass amount is the same in each portion / feed / load of the charge.

Недостаток известного способа заключается в том, что в нем предусматривается использование известняка с размерами кусков до 150 мм и в этих условиях часть кусков известняка/примерно 50%/ в связи с низкой его пористостью разлагается в доменной печи в области высоких температур - при 1000^oC и более.The disadvantage of this method is that it provides for the use of limestone with the size of pieces up to 150 mm and under these conditions, part of the pieces of limestone (approximately 50%) due to its low porosity decomposes in a blast furnace at high temperatures - at 1000 ^o C and more.

Выделяющийся при разложении известняка диоксид углерода взаимодействует с углеродом кокса, что сопровождается затратой тепла на этот процесс и дополнительным расходованием дефицитного металлургического кокса. Carbon dioxide released during limestone decomposition interacts with coke carbon, which is accompanied by heat consumption for this process and additional consumption of scarce metallurgical coke.

Цель изобретения - сокращение расхода кокса и повышение производительности доменной печи путем применения карбонатных брикетов повышенной пористости по сравнению с известняком, полученных из шламов химической водоочистки тепловых электростанций, что позволяет устранить эндотермическую реакцию взаимодействия выделяющегося при разложении кальцита CO₂ с углеродом кокса, и тем самым обеспечивается экономия расходуемого тепла и снижение расхода кокса.The purpose of the invention is to reduce coke consumption and increase the productivity of a blast furnace by using carbonate briquettes of increased porosity compared to limestone obtained from sludges from chemical treatment of thermal power plants, which allows to eliminate the endothermic reaction of interaction of calcite CO ₂ released from the decomposition with coke carbon, and thereby provides saving heat and reducing coke consumption.

Предлагается способ доменной плавки, включающий загрузку в доменную печь железорудной части шихты, кокса, в качестве флюса карбонатосодержащего материала, подачу горячего комбинированного дутья, выпуск чугуна и шлака, отличающийся тем, что в качестве флюса в печь загружают карбонатные брикеты, полученные из шламов химической водоочистки тепловых электростанций с флюсующей способностью 38 - 43%, в количестве, обеспечивающем необходимую основность шлака. A blast furnace smelting method is proposed, which includes loading the iron ore part of the charge, coke, as a flux of carbonate-containing material into the blast furnace, supplying hot combined blast, releasing pig iron and slag, characterized in that carbonate briquettes obtained from sludges from chemical water treatment are loaded into the furnace as a flux thermal power plants with a fluxing ability of 38 - 43%, in an amount that provides the necessary basicity of slag.

В связи с повышенной пористостью карбонатных брикетов по сравнению с кусковым известняком разложение CaCO₃ в нем происходит в диапазоне температур 600 - 800^oC, т.е. в области доменной печи, в которой не развивается эндотермическая реакция CO₂ + C = 2CO.Due to the increased porosity of carbonate briquettes compared to lumpy limestone, the decomposition of CaCO ₃ in it occurs in the temperature range 600 - 800 ^o C, i.e. in the area of a blast furnace in which the endothermic reaction CO ₂ + C = 2CO does not develop.

При опускании шихты в температурном интервале до 1000^oC карбонатные брикеты не разрушаются, что обусловлено силами связи между отдельными мелкодисперсными частицами CaCO₃, возникающими в процессе брикетирования при наложении внешнего давления. Таким образом, газопроницаемость столба шихты при применении карбонатных брикетов из шламов химической водоочистки не ухудшается.When lowering the charge in the temperature range up to 1000 ^o C, carbonate briquettes do not collapse, which is due to the bonding forces between the individual fine particles of CaCO ₃ arising in the process of briquetting when applying external pressure. Thus, the gas permeability of the charge column when using carbonate briquettes from sludges of chemical water treatment does not deteriorate.

Получение брикетов из шламов химической водоочистки ТЭЦ является экономически выгодным по сравнению с получением брикетов из измельченного известняка, поскольку при этом исключается стадия измельчения /шлам химводоочистки представляет собой мелкодисперсный материал/ и, кроме того, рационально утилизуются экологически вредные отходы ТЭЦ, которые до последнего времени сбрасывались в наружную водную среду /реки, водоемы и др./. Obtaining briquettes from sludge from chemical treatment of thermal power plants is economically advantageous in comparison with the production of briquettes from ground limestone, since this eliminates the grinding stage / sludge from chemical water treatment is a finely dispersed material / and, in addition, environmentally harmful waste from thermal power plants that were dumped until recently in the external water environment / rivers, reservoirs, etc. /.

При развитии реакции CO₂ + C = 2CO на 1 моль разлагающегося CO₂ затрачивается 165,797 кДж, а при горении углерода кокса до CO в количестве 1 моля/12 кг/ выделяется тепло 117,565 кДж, то при исключении одного моля CO₂/22,4 м³/ из реакции CO₂ + C = 2CO экономится 167,797/117,565 = 1,43 моля /17,2 кг/ углерода кокса за счет уменьшения потребления тепла в печи и 12 кг углерода кокса за счет уменьшения его количества, газифицируемого на фурмах в горне печи. Таким образом, суммарная экономия углерода кокса составляет в данном случае: 12,0 + 1,43 • 12 = 29,2 кг, что соответствует 29,2 : 0,85 = 34,3 кг металлургического кокса/ 0,85 - доля углерода в коксе, ед./. На каждый 1 м³CO₂, реагирующего с углеродом кокса, затрачивается 34,3 : 22,4 = 1,53 кг кокса.With the development of the CO ₂ + C = 2CO reaction, 165.797 kJ are consumed per 1 mole of decomposing CO ₂ , and when coke carbon is burned to CO in the amount of 1 mol / 12 kg / heat is released 117.565 kJ, then with the exception of one mole of CO ₂ / 22.4 m ³ / from the reaction CO ₂ + C = 2CO saves 167.797 / 117.565 = 1.43 mol / 17.2 kg / coke carbon by reducing heat consumption in the furnace and 12 kg of coke carbon by reducing its amount gasified on tuyeres in furnace hearth. Thus, the total saving of coke carbon in this case is: 12.0 + 1.43 • 12 = 29.2 kg, which corresponds to 29.2: 0.85 = 34.3 kg of metallurgical coke / 0.85 - carbon fraction in coke, units. For every 1 m ^{3 of} CO ₂ reacting with coke carbon, 34.3: 22.4 = 1.53 kg of coke are consumed.

Сущность предлагаемого способа доменной плавки состоит в том, что из состава шихты выводится сырой кусковый известняк и его заменяют карбонатными брикетами. Типичные составы указанных материалов представлены в табл. 1. The essence of the proposed method of blast furnace smelting consists in the fact that raw lumpy limestone is removed from the mixture and replaced with carbonate briquettes. Typical compositions of these materials are presented in table. one.

Содержание щелочных окислов Na₂O и K₂O в брикетах не превышает 0,1%, т. е. находятся в пределах, характерных для обычных известняков. Примерно на таком уровне в брикетах находится и содержание серы - 0,1 - 0,2%.The content of alkaline oxides Na ₂ O and K ₂ O in the briquettes does not exceed 0.1%, i.e., they are within the limits typical for ordinary limestones. About at this level in the briquettes is the sulfur content - 0.1 - 0.2%.

Из представленных данных следует, что карбонатные брикеты вполне могут быть применены в доменной плавке в качестве флюсующей добавки. From the presented data it follows that carbonate briquettes can be quite used in blast-furnace smelting as a fluxing additive.

В связи с увеличением содержания SiO₂ в брикетах на 0,8% /1,6% в известняке и 2,4% в брикетах/ флюсующая способность брикетов несколько ниже по сравнению с известняком /Ф = /CaO + MgO/ - SiO₂ • n, %, здесь CaO, MgO, SiO₂ - содержание компонентов, n - основность доменного шлака/.Due to the increase in the content of SiO ₂ in briquettes by 0.8% / 1.6% in limestone and 2.4% in briquettes / fluxing ability of briquettes is slightly lower compared with limestone / Ф = / CaO + MgO / - SiO ₂ • n,%, here CaO, MgO, SiO ₂ - content of components, n - basicity of blast furnace slag /.

При среднем значении n = 1,25 флюсующие способности известняка и брикетов соответственно равны 52,2% и 43,7%. With an average value of n = 1.25, the fluxing abilities of limestone and briquettes are respectively 52.2% and 43.7%.

Для карбонатных брикетов различных ТЭЦ содержание SiO₂ колеблется в пределах 2,6 - 11,3%, содержание CaO 43,9 - 47,5%, MgO 2,8 - 9,5%. Колебание флюсующей способности карбонатных брикетов составляет 38,0 - 43,0%.For carbonate briquettes of various thermal power plants, the content of SiO ₂ ranges from 2.6 - 11.3%, the content of CaO 43.9 - 47.5%, MgO 2.8 - 9.5%. Fluctuation fluctuation of carbonate briquettes is 38.0 - 43.0%.

Тогда для сохранения флюсующей способности шихты при применении брикетов количество последних в шихте должно определяться соотношением величин флюсующих способностей известняка и брикетов, которое колеблется в пределах 1,2 - 1,4. Then, to preserve the fluxing ability of the mixture when using briquettes, the amount of the latter in the mixture should be determined by the ratio of the fluxing abilities of limestone and briquettes, which ranges from 1.2 - 1.4.

Из представленных данных следует, что при расходе обычного известняка 1 кг на 1 т чугуна соответствующий удельный расход карбонатных брикетов составляет /1,2 ^oC 1,4/ кг/т чугуна. При этом состав доменного шлака и его обессеривающая способность не изменяются, сохранится примерно на одном уровне и содержание серы в чугуне. Поскольку расход сырого известняка по отдельным печам колеблется в пределах 5 - 60 кг/т, то колебания расхода брикетов находятся в пределах 6 - 84 кг/т чугуна.From the presented data it follows that when the consumption of ordinary limestone is 1 kg per 1 ton of cast iron, the corresponding specific consumption of carbonate briquettes is / 1.2 ^o C 1.4 / kg / t of cast iron. At the same time, the composition of blast furnace slag and its desulfurizing ability do not change; the sulfur content in cast iron will remain at approximately the same level. Since the consumption of raw limestone for individual furnaces varies between 5 - 60 kg / t, the fluctuations in the consumption of briquettes are in the range of 6 - 84 kg / t of cast iron.

Предлагаемый способ доменной плавки осуществляется следующим образом. The proposed method of blast furnace smelting is as follows.

В составе шихты, загружаемой в доменную печь, вместо обычного кускового известняка подают карбонатные брикеты с флюсующей способностью 38 - 43% в количестве, обеспечивающем необходимую основность шлака. При этом другие параметры режима загрузки/порядок подачи железосодержащих материалов и кокса, величина рудной подачи, уровень засыпки/ остаются неизменными. Сохраняются также способы текущего регулирования хода доменной плавки путем изменения параметров режима загрузки, комбинированного дутья и шлакового режима печи. In the composition of the charge loaded into the blast furnace, instead of ordinary lumpy limestone, carbonate briquettes with a fluxing ability of 38 - 43% in an amount providing the necessary basicity of slag are fed. At the same time, other parameters of the loading mode / the order of supply of iron-containing materials and coke, the amount of ore supply, the level of filling / remain unchanged. The methods for the current control of the course of blast furnace smelting by changing the parameters of the loading mode, combined blast and slag mode of the furnace are also saved.

Пример конкретного выполнения способа. Способ опробован на доменной печи объемом 1754 м³, работающей в создавшихся условиях на обычном атмосферном дутье, нагретом до 830^oC, без обогащения дутья кислородом и незначительным расходом природного газа /30 м³/т чугуна/. В базовом периоде производительность печи составила 1740 тонн в сутки; расход кокса - 670 кг/т чугуна. Интенсивность плавки по коксу составила 710 кг/м³ сутки. В передельном чугуне содержание кремния было равным 0,96%, содержание серы - 0,028% при основности шлака CaO/SiO₂ - 1,24 ед.An example of a specific implementation of the method. The method was tested on a blast furnace with a volume of 1754 m ³ , operating under the created conditions on a normal atmospheric blast heated to 830 ^o C, without enriching the blast with oxygen and a small consumption of natural gas / 30 m ³ / t of cast iron /. In the base period, the furnace productivity amounted to 1740 tons per day; coke consumption - 670 kg / t of pig iron. The coke smelting intensity was 710 kg / m ³ day. In pig iron, the silicon content was 0.96%, the sulfur content was 0.028%, and the basicity of CaO / SiO ₂ slag was 1.24 units.

Ведение доменной плавки по известному способу. Keeping blast furnace in a known manner.

Железорудная часть шихты состояла из агломерата - расход 1670 кг/т /82,8%/, окатышей - 230 кг/т чугуна /11,5%/ и руды железной 25 кг/т чугуна /1,2%/. В качестве флюса загружался обычный известняк в количестве 74 кг/т чугуна. Применялась смешанная четырехскиповая система загрузки типа 2КААК

3ААКК

, уровень засыпи - 1,5 м. Масса коксовой подачи была равной 8,7 т при рудной нагрузке 2,7 т/т кокса, т.е. в печь в подачу загружалось 24 т железорудных материалов /в каждый скип - по 12 т/. Известняк подавался в каждую подачу в количестве 1,0 т во второй рудный скип. Основные показатели работы печи приведены в нижеследующей табл. 2.The iron ore part of the charge consisted of sinter - consumption 1670 kg / t / 82.8% /, pellets - 230 kg / t pig iron / 11.5% / and iron ore 25 kg / t pig iron / 1.2% /. As a flux, ordinary limestone was loaded in an amount of 74 kg / t of cast iron. Used mixed four-skip loading system type 2KAAK

3ААКК

, the level of mound - 1.5 m. The mass of coke feed was equal to 8.7 tons at an ore load of 2.7 tons / t of coke, i.e. 24 tons of iron ore materials were loaded into the feed into the furnace (12 tons per each skip). Limestone was fed into each feed in an amount of 1.0 tonnes to a second ore skip. The main indicators of the furnace are shown in the following table. 2.

Ведение доменной плавки по предлагаемому способу. Keeping blast furnace smelting by the proposed method.

В доменную шихту вместо сырого кускового известняка были введены карбонатные брикеты, полученные из шламов химической водоочистки ТЭЦ, количество которых в одной подаче составило 1,0 х 1,2 = 1,2 т. Карбонатные брикеты загружали в каждую подачу во второй рудный скип, остальные параметры режима загрузки и дутья оставались такими же, как и в базовом периоде. Instead of raw lumpy limestone, carbonate briquettes obtained from sludge from chemical treatment of thermal power plants were introduced into the blast furnace charge, the amount of which in one feed was 1.0 x 1.2 = 1.2 t. Carbonate briquettes were loaded into each feed into the second ore skip, the rest the parameters of the loading mode and the blast remained the same as in the base period.

При вводе в шихту карбонатных брикетов уменьшилось количество CO₂, выделяющегося при разложении кальцита/CaCO₃ _→ CaO + CO₂/ и реагирующего с углеродом кокса /CO₂ + C = 2CO/.When carbonate briquettes were introduced into the charge, the amount of CO ₂ released during the decomposition of calcite / CaCO ₃ _ → CaO + CO ₂ / and reacting with carbon coke / CO ₂ + C = 2CO / decreased.

В базовом периоде выделяется CO₂ при разложении известняка 16 м³ CO₂ /из соотношения, что на 100 кг известняка количество выделившегося CO₂ составляет 21,5 м³/. Из этого объема CO₂ половина его вступает во взаимодействие с углеродом кокса, т.е. равно: 16,0 х 0,5 = 8 м³CO₂. При применении карбонатных брикетов кальцит /CaCO₃/ разлагается при температурах 600 - 800^oC за счет более пористой их структуры и выделяющийся здесь диоксид углерода не реагирует с углеродом кокса. Таким образом, экономия кокса составляет: 1,53 • 8 = 12,2 кг/т чугуна или 1,8%. Примерно на такую же величину возрастает суточное производство, которое равно в опытном периоде: 1740 • 1,018 = 1770 т/сутки.In the base period, CO _{2 is released} during the decomposition of limestone 16 m ³ CO ₂ / from the ratio, which per 100 kg of limestone, the amount of released CO ₂ is 21.5 m ³ /. Of this volume of CO _2, half of it interacts with coke carbon, i.e. equal to: 16.0 x 0.5 = 8 m ³ CO ₂ . When using carbonate briquettes, calcite / CaCO ₃ / decomposes at temperatures of 600 - 800 ^o C due to their more porous structure and the carbon dioxide released here does not react with coke carbon. Thus, the saving of coke is: 1.53 • 8 = 12.2 kg / t of pig iron or 1.8%. Daily production increases by about the same amount, which is equal in the experimental period: 1740 • 1.018 = 1770 t / day.

Остальные показатели плавки в опытном периоде приведены в табл. 2. Other indicators of heat in the experimental period are given in table. 2.

Приведенный конкретный пример показывает, что предлагаемый способ ведения доменной плавки позволяет получить экономию кокса и обеспечивает прирост производства чугуна. The given specific example shows that the proposed method of blast furnace smelting allows to save coke and provides an increase in the production of cast iron.

Claims

A blast furnace method comprising loading the iron ore part of a charge, coke, as a flux of carbonate-containing material into a blast furnace, supplying combustible combined blasting, producing pig iron and slag, characterized in that carbonate briquettes obtained from sludges from chemical treatment of thermal power plants are used as carbonate-containing material with a fluxing ability of 38 - 43% in the amount of 5 - 84 kg per 1 ton of cast iron.