RU2184153C1

RU2184153C1 - Blast-furnace smelting method

Info

Publication number: RU2184153C1
Application number: RU2001110946A
Authority: RU
Inventors: И.Ф. Курунов; В.Г. Мизин; А.Ю. Зарапин; П.П. Чернов; В.М. Кукарцев; Д.В. Захаров; И.С. Яриков; И.Ш. Туктамышев; Ю.К. Калинин; В.Л. Емельянов; С.С. Ляпин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат"
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2001-04-24
Publication date: 2002-06-27

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy. SUBSTANCE: method involves charging iron ore material and coke into blast furnace; blowing fuel additive into fuel-injection tuyere; charging lumpy schungite into annular zone of furnace mouth arranged within the range restricted by radii of 0.1- 0.95 of mouth radius; mixing schungite with coke; changing position and length of said annular zone for stabilizing silicon content in cast iron. For increasing silicon content in cast iron by 0.1%, said annular zone is moved to furnace center to increase its area by 10-20% through reducing radius of inner boundary of said annular zone. For reducing silicon content in cast iron by 0.1%, said annular zone is moved to peripheral part of furnace to increase its area by 10-20% through increasing radius of outer boundary of said zone. Method is used for manufacture of conversion pig iron and cast iron and ferrite alloys in blast furnaces equipped with feeding devices allowing distribution of charged materials in radial direction of furnace mouth to be controlled within wide range. EFFECT: increased efficiency of blast furnace, reduced consumption of coke and improved quality of cast iron. 1 ex

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при выплавке передельных и литейных чугунов и ферросплавов с использованием в шихте шунгита в доменных печах, оборудованных загрузочными устройствами, позволяющими регулировать распределение загружаемых материалов по радиусу колошника в широких пределах. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to blast furnace production, and can be used in the smelting of foundry and foundry irons and ferroalloys using shungite in blast furnaces in blast furnaces equipped with loading devices that allow controlling the distribution of loaded materials over the top radius over a wide range.

Известен способ доменной плавки, включающий загрузку доменной шихты, вдувание горячего дутья, выпуск продуктов плавки, причем в состав доменной шихты входят кокс, железорудные материалы и шунгит, используемый в качестве кислого флюса /1/. A known method of blast furnace smelting, including loading a blast furnace charge, blowing hot blast, the release of smelting products, and the blast furnace mixture includes coke, iron ore materials and shungite used as acid flux / 1 /.

Недостатком известного способа является отсутствие в нем технологических регламентаций по применению комплексного материала - шунгита и отсутствие регламента регулирования содержания кремния в чугуне, что снижает эффективность его применения и вызывает колебания теплового состояния печи и шлакового режима и приводит в итоге к снижению качества выплавляемого чугуна. The disadvantage of this method is the lack of technological regulations for the use of complex material - schungite and the absence of regulations for regulating the silicon content in cast iron, which reduces the efficiency of its use and causes fluctuations in the thermal state of the furnace and slag regime and ultimately leads to a decrease in the quality of cast iron.

Известен способ регулирования содержания кремния в чугуне путем изменения распределения по радиусу колошника загружаемых материалов [2]. В данном способе для повышения содержания кремния в чугуне распределяют железорудные материалы и кокс более равномерно по радиусу, т.е. уменьшают неравномерность распределения рудной нагрузки по радиусу печи. При этом улучшается использование газа в печи, уменьшается расход тепла на прямое восстановление железа и содержание кремния в чугуне увеличивается. A known method of controlling the silicon content in cast iron by changing the distribution along the radius of the top of the loaded materials [2]. In this method, to increase the silicon content in cast iron, iron ore materials and coke are distributed more uniformly in radius, i.e. reduce the uneven distribution of ore load along the radius of the furnace. At the same time, the use of gas in the furnace improves, the heat consumption for direct reduction of iron decreases, and the silicon content in cast iron increases.

Недостатком способа является существенное транспортное запаздывание и инерционность процесса. Кроме того, недостатком данного способа является большое влияние на производительность печи изменения распределения рудной нагрузки по радиусу, что не всегда желательно. The disadvantage of this method is the significant transport delay and inertia of the process. In addition, the disadvantage of this method is the great influence on the productivity of the furnace changes in the distribution of ore load along the radius, which is not always desirable.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и по достигаемым результатам является известный способ доменной плавки, включающий загрузку в печь железорудных материалов и кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузку твердой углеродсодержащей добавки в определенную зону колошника /3/. The closest to the invention in technical essence and in the achieved results is a known method of blast furnace smelting, which includes loading iron ore and coke into the furnace, blowing blast and fuel additives into air lances, loading solid carbon-containing additives into a certain top zone / 3 /.

Недостатком данного способа является то, что он предусматривает загрузку твердой углеродсодержащей добавки в зону, транспортирующую эту добавку в район фурменных очагов. Это позволяет применять по данному способу лишь топливные добавки с традиционным спектром их функций в доменной печи (горение, участие в реакции газификации). Способ не предусматривает мер по стабилицации содержания кремния в чугуне, что снижает его эффективность. The disadvantage of this method is that it provides for the loading of a solid carbon-containing additive in the area transporting this additive to the area of the tuyere foci. This allows using only fuel additives with the traditional spectrum of their functions in a blast furnace (combustion, participation in the gasification reaction) in this method. The method does not include measures to stabilize the silicon content in cast iron, which reduces its effectiveness.

Технической задачей изобретения является устранение недостатков способов-аналогов и прототипа, снижение расхода кокса, повышение производительности печи и повышение качества чугуна за счет стабилизации его состава. An object of the invention is to eliminate the disadvantages of the methods of the analogues and the prototype, reducing the consumption of coke, increasing the productivity of the furnace and improving the quality of cast iron by stabilizing its composition.

Решение технической задачи достигается тем, что в известном способе доменной плавки, включающем загрузку железорудных материалов, кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузку в заданную зону колошника твердой углеродсодержащей добавки, согласно изобретению в качестве твердой углеродсодержащей добавки используют кусковый шунгит, смешивая его при загрузке в печь с коксом и загружая в кольцевую зону колошника, расположенную в пределах, ограниченных радиусами 0,1 и 0,95 радиуса колошника, а содержание кремния в чугуне в заданных пределах поддерживают, изменяя положение этой кольцевой зоны на колошнике, причем для увеличения содержания кремния в чугуне на 0,1% указанную зону перемещают к центру колошника печи и увеличивают ее площадь на 10-20% за счет уменьшения радиуса внутренней границы зоны, а для уменьшения содержания кремния в чугуне на 0,1% указанную зону перемещают к периферии колошника и увеличивают ее площадь на 10-20% за счет увеличения радиуса внешней границы зоны. The solution to the technical problem is achieved by the fact that in the known method of blast furnace smelting, which includes loading iron ore materials, coke, blowing air and fuel additives into air lances, loading a solid carbon-containing additive into a given furnace top, according to the invention, lump schungite is used as a solid carbon-containing additive, mixing when loaded into a furnace with coke and loaded into the annular zone of the top, located within the radius of 0.1 and 0.95 of the radius of the top, and the silicon content in cast iron within specified limits support by changing the position of this annular zone on the top, and to increase the silicon content in pig iron by 0.1%, this zone is moved to the center of the furnace top and increase its area by 10-20% by reducing the radius of the inner boundary of the zone, and to reduce the silicon content in pig iron by 0.1%, this zone is moved to the periphery of the top and increase its area by 10-20% due to an increase in the radius of the outer boundary of the zone.

Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.

При использовании кускового шунгита в качестве твердой углеродсодержащей добавки благодаря тесному контакту между мелкодисперсными частицами углерода и кремнезема в этом материале (удельная поверхность контактов составляет до 20 м²/г) углерод шунгита активно реагирует с кремнеземом с образованием карбида кремния и кремния. При этом реакции восстановления кремния и образования карбида кремния протекают до прихода шунгита в горн доменной печи и с меньшими энергозатратами, чем аналогичные реакции с участием углерода кокса и кремнезема пустой породы железорудных материалов или золы кокса благодаря высокой активности углерода шунгита и чрезвычайно высокой удельной поверхности контактов между реагирующими компонентами. В горне доменной печи кремний и карбид кремния, образовавшиеся из шунгита, окисляются первичным железистым шлаком или кислородом дутья с выделением тепла. Содержание кремния в чугуне на выпуске из печи при этом определяется положением зоны плавления в печи и температурно-тепловым потенциалом горна, но оно может поддерживаться в заданных пределах изменением долей карбида и кремния шунгита, которые окисляются в фурменной зоне и первичными железистыми шлаками на коксовой насадке и в горне печи. Увеличивая долю шунгита, загружаемого в центральную часть печи, можно уменьшать долю кремния шунгита, окисляемого в горне. При этом содержание кремния в чугуне будет увеличиваться. Напротив, увеличивая долю шунгита, загружаемого ближе к периферии печи, можно увеличить долю кремния шунгита, окисляемого в фурменной зоне и железистыми первичными шлаками. При этом содержание кремния в чугуне будет уменьшаться. Изменяя площадь и положение кольцевой зоны, в которую загружают шунгит, можно, таким образом, регулировать содержание кремния в чугуне, не воздействуя на температурно-тепловой потенциал горна и высоту зоны плавления, от которых зависит содержание кремния в чугуне на выпуске, путем изменения расхода кокса или параметров дутья. Положение кольцевой зоны колошника, в которую необходимо загружать шунгит, согласно изобретению определено с помощью математического моделирования и опытным путем.When using lump shungite as a solid carbon-containing additive, due to the close contact between fine particles of carbon and silica in this material (specific contact surface is up to 20 m ² / g), shungite carbon actively reacts with silica to form silicon and silicon carbide. In this case, the reactions of reduction of silicon and the formation of silicon carbide occur before shungite arrives in the furnace of the blast furnace and with lower energy consumption than similar reactions involving carbon coke and silica of waste rock iron ore or coke ash due to the high activity of carbon shungite and an extremely high specific contact surface between reacting components. In the hearth of a blast furnace, silicon and silicon carbide formed from schungite are oxidized by primary ferrous slag or blast oxygen with the release of heat. The silicon content in the pig iron at the outlet from the furnace is determined by the position of the melting zone in the furnace and the thermal temperature potential of the hearth, but it can be maintained within specified limits by changing the shares of schungite carbide and silicon, which are oxidized in the tuyere zone and primary ferrous slags on the coke nozzle and in the furnace hearth. By increasing the proportion of shungite loaded into the central part of the furnace, the proportion of silicon schungite oxidized in the furnace can be reduced. In this case, the silicon content in cast iron will increase. On the contrary, by increasing the proportion of schungite loaded closer to the periphery of the furnace, it is possible to increase the proportion of silicon schungite oxidized in the tuyere zone and ferrous primary slags. In this case, the silicon content in cast iron will decrease. By changing the area and position of the annular zone into which shungite is loaded, it is thus possible to control the silicon content in cast iron without affecting the thermal-thermal potential of the hearth and the height of the melting zone, which determines the silicon content in cast iron at the outlet, by changing the coke consumption or blast parameters. The position of the annular zone of the top to which it is necessary to load shungite according to the invention is determined using mathematical modeling and empirically.

Заявленные пределы содержания углерода в шунгите (20-36%) обусловлены минимально приемлемым по экономическим критериям значением коэффициента замены кокса шунгитом (20%) и предельным содержанием углерода (36%) в разрабатываемом (единственном в мире) месторождении шунгита. При использовании шунгита с содержанием углерода менее 20% применение его становится экономически нецелесообразным из-за повышения себестоимости чугуна в связи со снижением коэффициента замены кокса шунгитом до уровня 0,25-0,3 кг кокса/кг шунгита. При таком коэффициенте замены применение шунгита становится невыгодным, так как цена его добычи и транспортировки к потребителю, включая НДС составляет не менее 30% от себестоимости кокса. Кроме того, применение шунгита с содержанием углерода менее 20 % увеличивает выход шлака, что приводит к еще большему снижению коэффициента замены кокса шунгитом. The declared limits of the carbon content in shungite (20-36%) are due to the minimum acceptable by economic criteria value of the coke replacement coefficient with shungite (20%) and the maximum carbon content (36%) in the developed (the only in the world) shungite deposit. When using shungite with a carbon content of less than 20%, its use becomes economically inexpedient due to an increase in the cost of cast iron due to a decrease in the coefficient of replacement of coke with shungite to the level of 0.25-0.3 kg of coke / kg of shungite. With this replacement factor, the use of shungite becomes unprofitable, since the price of its extraction and transportation to the consumer, including VAT, is at least 30% of the cost of coke. In addition, the use of shungite with a carbon content of less than 20% increases the output of slag, which leads to an even greater decrease in the coefficient of replacement of coke by shungite.

Заявленные пределы кольцевой зоны колошника, в которую необходимо загружать шунгит, обусловлены его ролью в доменном процессе и траекториями движения материалов и продуктов плавки в доменной печи. При выплавке передельного чугуна вещество шунгита в результате химических реакций образует сильные восстановители (кремний и карбид кремния) по отношению к закиси железа. При загрузке шунгита в центр печи, т.е. в зону, ограниченную радиусом менее 0,1 радиуса колошника, шунгит попадает на коксовый тотерман и остается там, не реагируя оксидами железа до тех пор, пока не опустится ниже уровня продуктов плавки в горне. Жидкие продукты плавки, стекающие по коксовой насадке, на печах с бесконусными загрузочными устройствами в этой зоне практически отсутствуют. Т.е. длительное время шунгит не работает в этой зоне как восстановитель, накапливаясь в малоподвижном тотермане. The declared limits of the annular zone of the top to which shungite must be loaded are due to its role in the blast furnace process and the trajectories of materials and melting products in the blast furnace. During the smelting of pig iron, the substance of schungite, as a result of chemical reactions, forms strong reducing agents (silicon and silicon carbide) with respect to iron oxide. When loading shungite into the center of the furnace, i.e. in a zone limited by a radius of less than 0.1 of the radius of the top, shungite enters the coke toterman and remains there, not reacting with iron oxides until it falls below the level of smelting products in the furnace. Liquid smelting products flowing down the coke nozzle are practically absent in furnaces with cone-less loading devices. Those. for a long time, shungite does not work in this zone as a reducing agent, accumulating in a sedentary toterman.

При загрузке шунгита за пределами зоны, ограниченной радиусом 0,95 радиуса колошника, шунгит попадает близко к стенкам печи и длительное время остается в зоне пониженных температур. При этом в нем не успевают завершиться реакции взаимодействия между углеродом и кремнеземом до прихода шунгита в горн. В результате при прохождении через фурменную зону углерод шунгита окисляется, что лишает шунгит термодинамических преимуществ перед обычной смесью углерода и кремнезема и снижает коэффициент замены кокса шунгитом. When shungite is loaded outside the zone limited by a radius of 0.95 of the top radius, shungite gets close to the walls of the furnace and remains in the zone of low temperatures for a long time. Moreover, it does not have time to complete the reaction of interaction between carbon and silica before shungite arrives in the furnace. As a result, when passing through the tuyere zone, the shungite carbon is oxidized, which deprives the shungite of the thermodynamic advantages over the usual mixture of carbon and silica and reduces the coefficient of replacement of coke with shungite.

Величина изменения (10-20%) площади кольцевой зоны, в которую необходимо загружать шунгит для коррекции содержания кремния в чугуне на 0,1%, получена в результате проведения опытных плавок. При меньшем значении величины изменения площади этой зоны не достигается желаемый результат, а при большей величине изменения площади зоны происходит изменение содержания кремния в чугуне, которое превышает 0,1%. The magnitude of the change (10-20%) in the area of the annular zone into which shungite must be loaded to correct the silicon content in pig iron by 0.1% was obtained as a result of experimental melting. With a smaller value of the change in the area of this zone, the desired result is not achieved, and with a larger value of the change in the area of the zone, the silicon content in the iron changes, which exceeds 0.1%.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. The invention is illustrated by the following example.

В доменной печи объемом 3200 м³ (диаметр колошника 8,9 м), оборудованной бесконусным загрузочным устройством фирмы Paul Wurt, выплавляли предельный чугун, содержащий 0,4-0,6% кремния из железорудной смеси, включающей: агломерата - 88%, окатышей - 12% {содержание Fe в железорудной смеси 59,6%, основность железорудной смеси по модулю (CaO+MgO)/(SiО₂+Al₂О₃) - 1,13). При этом расход кокса на 1 т чугуна составлял 427 кг/т при расходе вдуваемого природного газа 106 м³/т чугуна и температуре дутья 1005^oС. При переходе на выплавку чугуна согласно изобретению в шихту добавили шунгит (содержание С 29%), в количестве 19 кг/т (4,4% от массы поступающего в печь углерода), загружая его вместе с коксом в кольцевую зону колошника, ограниченную радиусами, составляющими 0,65 и 0,85 радиуса колошника, т.е. в зону, расположенную на расстоянии 0,67 м от стенок колошника и имеющую ширину 0,89 м. Расход кокса на выплавку чугуна снизился до 413 кг/т чугуна без увеличения содержания кремния в чугуне. Производительность печи увеличилась на 0,6%. Содержание серы в чугуне снизилось на 0,002%.In a blast furnace with a volume of 3200 m ³ (top diameter of 8.9 m) equipped with a Paul Wurt cone-less loading device, cast iron was smelted containing 0.4-0.6% silicon from an iron ore mixture, including: sinter - 88%, pellets - 12% {Fe content in the iron ore mixture is 59.6%, the basicity of the iron ore mixture modulo (CaO + MgO) / (SiO ₂ + Al ₂ O ₃ ) is 1.13). The consumption of coke per 1 ton of pig-iron was 427 kg / t with a flow rate of injected natural gas of 106 m ³ / t of pig-iron and a blast temperature of 1005 ^o С. amount of 19 kg / t (4.4% of the mass of carbon entering the furnace), loading it with coke into the annular zone of the top of the furnace, limited by radii of 0.65 and 0.85 of the radius of the furnace top, i.e. to a zone located at a distance of 0.67 m from the top walls and having a width of 0.89 m. Coke consumption for pig iron smelting decreased to 413 kg / t pig iron without increasing the silicon content in cast iron. The productivity of the furnace increased by 0.6%. The sulfur content in cast iron decreased by 0.002%.

При использовании шунгита в шихте согласно изобретению содержание кремния в чугуне регулировали, изменяя положение и площадь зоны, в которую загружали шунгит. Так, при снижении содержания кремния в чугуне на двух выпусках подряд до значений 0,30% и 0,20% соответственно, т.е. в среднем на 0,25% ниже заданного уровня (0,5%) для увеличения содержания кремния в чугуне шунгит стали грузить в зону, ограниченную радиусами 0,55-0,85 радиуса колошника, т.е. в зону, находящуюся от стенки колошника на расстоянии 0,67 м и имеющую ширину 1,33 м. При этом площадь кольцевой зоны колошника, в которую грузили шунгит, увеличилась с 18,65 м² до 26,12 м², т.е. на 40% за счет уменьшения радиуса внутренней границы этой зоны или на 16% на каждый 0,1% необходимого увеличения содержания кремния в чугуне. Спустя 5 ч (через два выпуска) содержание кремния в чугуне выросло до 0,45%, а на следующем выпуске - до 0,55%.When using schungite in the charge according to the invention, the silicon content in the cast iron was controlled by changing the position and area of the zone into which the schungite was loaded. So, with a decrease in the silicon content in cast iron at two stages in a row to 0.30% and 0.20%, respectively, i.e. an average of 0.25% below a predetermined level (0.5%) in order to increase the silicon content in cast iron, shungite was loaded into a zone limited by radii of 0.55-0.85 of the top radius, i.e. to a zone located from the top wall at a distance of 0.67 m and having a width of 1.33 m. The area of the annular zone of the top of the furnace into which shungite was loaded increased from 18.65 m ² to 26.12 m ² , i.e. . by 40% due to a decrease in the radius of the inner boundary of this zone or by 16% for every 0.1% of the necessary increase in the silicon content in cast iron. After 5 hours (after two issues), the silicon content in cast iron increased to 0.45%, and on the next issue - up to 0.55%.

В другом случае при увеличении содержания кремния в чугуне до уровня 0,7-0,80 % на трех выпусках подряд для снижения уровня нагрева печи по кремнию шунгит стели загружать в более периферийную зону, ограниченную радиусами 0,65-0,90 радиуса колошника (зона на расстоянии 0,45 м от стенки колошника шириной 1,11 м) вместо зоны, ограниченной радиусами 0,65-0,85 радиуса колошника (зона на расстоянии 0,67 м от стенки колошника шириной 0,89 м). При этом площадь зоны увеличилась с 18,65 м² до 26,27 м² или на 29%, т.е. на 11,6% на каждый 0,1 % необходимого снижения содержания кремния в чугуне. Спустя 5 ч (через 2 выпуска) содержание кремния снизилось до 0,65%, а на следующем выпуске - до 0,55%. Стандартное отклонение содержания кремния в чугуне по выпускам в период плавок согласно изобретению оставалось в пределах 0,12-0,15%, что ниже значений этой величины в базовых периодах (0,13-0,16%). Таким образом, выплавка передельного чугуна согласно изобретению позволяет сократить расход кокса на выплавку чугуна, уменьшить его себестоимость, повысить качество чугуна и производительность печи.In another case, with an increase in the silicon content of pig iron to the level of 0.7-0.80% at three outlets in a row, to reduce the level of heating of the furnace using silicon, the steel steels should be loaded into a more peripheral zone, limited by radii of 0.65-0.90 of the top radius ( a zone at a distance of 0.45 m from the top wall 1.11 m wide) instead of a zone bounded by radii of 0.65-0.85 radius of the top (zone at a distance of 0.67 m from the top wall 0.89 m wide). At the same time, the area of the zone increased from 18.65 m ² to 26.27 m ² or by 29%, i.e. by 11.6% for every 0.1% of the necessary reduction in the silicon content in cast iron. After 5 hours (after 2 issues), the silicon content decreased to 0.65%, and on the next issue - to 0.55%. The standard deviation of the silicon content in cast iron by emissions during the melting period according to the invention remained in the range of 0.12-0.15%, which is lower than the values of this value in the base periods (0.13-0.16%). Thus, the smelting of pig iron according to the invention allows to reduce the consumption of coke for smelting pig iron, to reduce its cost, to increase the quality of cast iron and furnace productivity.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 740834, МКИ С 21 В 5/00, заявл. 09.10.1972 г., опубл. 15.06.1980 г., бюл. 22.Sources of information
1. USSR copyright certificate 740834, MKI C 21 B 5/00, decl. 10/09/1972, publ. 06/15/1980, bull. 22.

2. Ефименко Г.Г., Левченко В.И., Гиммельфарб А.А. Металлургия чугуна, г. Киев. "Вища школа". 1982 г. 2. Efimenko G.G., Levchenko V.I., Gimmelfarb A.A. Metallurgy of pig iron, Kiev. "Vishka school." 1982 g.

3. Патент РФ 2042714, МКИ С 21 В 5/00, заявл. 26.06.1993 г., опубл. 27.08.1995 г., бюл. 24. 3. RF patent 2042714, MKI C 21 5/00, the application. 06/26/1993, publ. 08/27/1995, bull. 24.

Claims

A blast-furnace melting method, including loading iron ore materials, coke, blowing blast and fuel into air lances, loading a solid carbon-containing additive into a given furnace top, characterized in that lump shungite is used as a solid carbon-containing additive, mixing it when loaded into a furnace with coke and loading into the annular zone of the top, located within the limits limited by the radii of 0.1 and 0.95 of the radius of the top, and the silicon content in the cast iron is maintained within the specified limits, changing the position of this ring s at the top, moreover, to increase the silicon content in cast iron by 0.1%, the specified zone is moved to the center of the furnace top and increase its area by 10-20% by reducing the radius of the inner boundary of the zone, and to reduce the silicon content in cast iron by 0, 1% of the specified zone is moved to the periphery of the top and increase its area by 10-20% by increasing the radius of the outer boundary of the zone.