RU2096475C1

RU2096475C1 - Method of conversion pig iron smelting in blast furnace

Info

Publication number: RU2096475C1
Application number: RU95122526A
Authority: RU
Inventors: Б.А. Кустов; В.Б. Молчанов; Р.С. Айзатулов; А.Ф. Авцинов; Б.А. Марсуверский; С.Г. Меламуд; С.Ф. Бугаев; А.В. Лунегов; И.А. Дудчук
Original assignee: Акционерное общество "Западно-Сибирский металлургический комбинат"; Русская экспортно-импортная компания (РЭИКо Лтд.)
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 1997-11-20

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: method includes charging of iron ore charge through blast-furnace top, heating, reduction and melting it, tapping of pig iron and slag. Iron ore part of charge is used in form of sinter and low-basic titanium-containing nonfluxed pellets. In this case, if content of pellets in charge amounts to 10-20%, they are charged into zone distant from furnace periphery at (0.25-0.50)R; and with content of pellets amounting to 21-30%, they are charged to zone at distance up to 0.50R from furnace periphery, where R is furnace top radius. EFFECT: higher efficiency. 5 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке передельного чугуна в доменных печах. The invention relates to ferrous metallurgy and can be used in the smelting of pig iron in blast furnaces.

Известен способ доменной плавки передельного чугуна, включающий загрузку агломерата, окатышей, железной руды и флюсов, их восстановительный нагрев до температуры 1200-1250^oC в шахте доменной печи продуктами сжигания кокса и природного газа в воздушном дутье, обогащенном кислородом, плавление шихты и выпуск продуктов плавки с температурой жидкого чугуна 1450-1500^oC [1]
По известному способу невозможно реализовать эффективную доменную плавку титано-магнетитового сырья, а зона загрузки окатышей на колошник не регламентирована.A known method of blast furnace melting of pig iron, including the loading of sinter, pellets, iron ore and fluxes, their reduction heating to a temperature of 1200-1250 ^o C in the mine blast furnace by the combustion of coke and natural gas in an air blast enriched with oxygen, melting the mixture and the release of products melts with a temperature of molten iron of 1450-1500 ^o C [1]
According to the known method, it is impossible to realize effective blast furnace smelting of titanium-magnetite raw materials, and the loading zone of pellets to the top is not regulated.

Известен способ доменной плавки передельного чугуна, принятый за прототип, включающий загрузку в печь через колошник железорудной шихты, подачу через фурмы нагретого атмосферного дутья и технического азота, выпуск чугуна и шлака, при этом азот добавляют в количестве 0,3-0,7% к общему количеству атмосферного дутья на 0,1% необходимого снижения содержания кремния в чугуне [2]
При выплавке по известному способу передельного чугуна за счет снижения концентрации кислорода в дутье снижается и производительность печи. Так как зона загрузки окатышей на колошник не регламентирована, то возможно попадание их в зону высоких температур, где происходит раннее восстановление титана, интенсивное карбидообразование, а карбиды титана способствуют образованию неплавких масс на коксовой насадке вблизи фурм. Потеря в результате этого дренажной способности горна приводит к снижению производительности печи и перерасходу кокса.A known method of blast-furnace smelting of pig iron adopted for the prototype, including loading into the furnace through the top of the iron ore charge, supplying heated atmospheric blast and technical nitrogen through the tuyeres, releasing pig iron and slag, while nitrogen is added in an amount of 0.3-0.7% to the total amount of atmospheric blasting by 0.1% of the necessary reduction in the silicon content in cast iron [2]
When smelting according to the known method of pig iron by reducing the concentration of oxygen in the blast, the productivity of the furnace is also reduced. Since the loading zone for pellets to the top is not regulated, it is possible that they can enter the high temperature zone where early titanium reduction occurs, intense carbide formation, and titanium carbides contribute to the formation of non-melting masses on the coke nozzle near the tuyeres. Loss as a result of this drainage ability of the hearth leads to a decrease in furnace productivity and overuse of coke.

Задачей изобретения является повышение производительности, снижение расхода кокса, улучшение качества чугуна. The objective of the invention is to increase productivity, reduce coke consumption, improve the quality of cast iron.

Поставленная задача достигается тем, что в способе доменной плавки передельного чугуна, включающем загрузку в печь через колошник железорудной шихты, нагрев, восстановление и плавление ее, выпуск чугуна и шлака, согласно изобретению в качестве железорудной шихты загружают в печь агломерат и низкоосновные титаносодержащие неофлюсованные окатыши, причем при содержании окатышей в шихте 10-20% их загружают в отстоящую от периферии печи зону на расстоянии (0,25-0,50)R, а при содержании в шихте окатышей 21-30% в зону на расстоянии от периферии печи до 0,50R, где R радиус колошника. The problem is achieved in that in the method for blast-furnace smelting of pig iron, including loading iron ore charge into the furnace through the top, heating, restoring and melting it, releasing iron and slag, according to the invention, as an iron ore charge, sinter and low-base titanium-containing non-fluxed pellets are loaded into the furnace, moreover, when the content of pellets in the charge is 10-20%, they are loaded into a zone separated from the periphery of the furnace at a distance of (0.25-0.50) R, and when the content of pellets in the charge is 21-30% in a zone at a distance from the periphery of the furnace to 0 ,fifty R, where R is the top radius.

Проверка соответствия заявляемого изобретения требованиям новизны проводилась с учетом всех опубликованных изобретений. Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию изобретения "новизна". Verification of compliance of the claimed invention with the requirements of novelty was carried out taking into account all published inventions. Comparison of the claimed technical solution with the prototype made it possible to establish compliance with its criteria of the invention of "novelty."

Целесообразность ввода при загрузке шихты титаносодержащих неофлюсованных низкоосновных окатышей установлена опытным путем и доказано, что окатыши слабо разрушаются при восстановлении в верхнем горизонте доменной печи, а их размещение в низкотемпературной зоне колошника по направлению основного газового потока тормозит восстановление титана с образованием тугоплавких карбонитридов. The feasibility of introducing titanium-containing non-fluxed low-base pellets when loading a charge was established empirically and it was proved that the pellets are slightly destroyed when restored in the upper horizon of a blast furnace, and their placement in the low-temperature zone of the top in the direction of the main gas flow inhibits the recovery of titanium with the formation of refractory carbonitrides.

В неофлюсованных окатышах из титаномагнетитовых концентратов шлаковая связка, преимущественно, состоит из алюмосиликатных стекол, а соединения титана выделяются в отдельную фазу. Стеклообразная фаза восстанавливается при высоких температурах (700-800^oC). Возникающие при фазовом переходе "гематит-магнетит" напряжения релаксируются, и окатыши не разрушаются. При этом поверхность контакта титаносодержащего материала с твердым восстановителем (коксом) небольшая, а скорость реакции образования тугоплавких карбонитридов титана в шахте печи по реакции:
2C + TiO₂ TiC + CjO₂ (А)
невысокая. В результате не происходит выпадения твердых частиц в шлаке, сохраняется дренажная способность горна, а вероятность сминания фурм неплавкими массами практически исключена, что обуславливает ровный ход печи при выплавке передельного чугуна и, соответственно, экономию кокса, повышение производительности.In non-fluxed pellets from titanomagnetite concentrates, the slag binder mainly consists of aluminosilicate glasses, and titanium compounds are released into a separate phase. The glassy phase is restored at high temperatures (700-800 ^o C). The stresses arising during the hematite-magnetite phase transition are relaxed, and the pellets are not destroyed. The contact surface of the titanium-containing material with a solid reducing agent (coke) is small, and the reaction rate of the formation of refractory titanium carbonitrides in the furnace shaft by the reaction:
2C + TiO ₂ TiC + CjO ₂ (A)
low. As a result, there is no precipitation of solid particles in the slag, the drainage ability of the furnace remains, and the likelihood of crushing the tuyeres by fusible masses is practically excluded, which leads to a smooth operation of the furnace during the smelting of pig iron and, consequently, saving coke, increasing productivity.

Высокие металлургические свойства низкоосновных титаносодержащих неофлюсованных окатышей реализованы при правильно выбранной системе загрузки в доменную печь. При содержании окатышей в шихте 10-20% их загружали в отстоящую от периферии печи зону на расстоянии (0,2-0,50)R (где R радиус колошника), где, как правило, создается рудный гребень с пониженными температурами. Это предотвращает раннее восстановление титана до карбидов. Размещение окатышей в центральной зоне, отстоящей от периферии печи на расстоянии (0,51-1,0)R, где по условиям оптимального теплообмена в доменной печи поддерживается максимальная температура, недопустимо, так как это приводит к раннему восстановлению титана с карбидообразованием по реакции (A). Подгрузка окатышами зоны на расстоянии до 0,24R также приводит к перевосстановлению титана, так как для производительной работы печи и наиболее полного использования восстановительной способности моноокиси углерода применяют развитый периферийный газовый поток с некоторым повышением температуры вблизи стенки печи. High metallurgical properties of low-basic titanium-containing non-fluxed pellets are realized with a correctly selected blast furnace loading system. When the pellets in the charge were 10–20%, they were loaded into a zone (0.2–0.50) R (where R is the radius of the top) that is distant from the periphery of the furnace, where, as a rule, an ore ridge with low temperatures is created. This prevents the early reduction of titanium to carbides. The placement of pellets in the central zone separated from the furnace periphery at a distance of (0.51-1.0) R, where, under the conditions of optimal heat transfer in the blast furnace, the maximum temperature is maintained, is unacceptable, since this leads to early reduction of titanium with carbide formation by reaction ( A). The loading by pellets of the zone at a distance of up to 0.24R also leads to the re-reduction of titanium, since a developed peripheral gas flow with a slight increase in temperature near the furnace wall is used for the productive operation of the furnace and the fullest use of the reducing ability of carbon monoxide.

Увеличение доли неофлюсованных окатышей до 21-30% в шихте не дает возможности разместить всю их массу в узкой зоне, отстоящей от периферии печи на расстоянии 0,25-0,50R. Загрузка их в центральную часть колошника, где по условиям теплообмена поддерживается максимальная температура печи, не допускается из-за раннего восстановления карбидов титана. В то же время размещение дополнительного объема окатышей в зоне, отстоящей от периферии печи до 0,50R, где температура газов и материала несколько выше, чем в области рудного гребня, но значительно ниже, чем в центре, позволяет сдерживать восстановление титана в шахте доменной печи. An increase in the proportion of unfluxed pellets to 21-30% in the charge does not make it possible to place all of their mass in a narrow zone that is 0.25-0.50R spaced from the periphery of the furnace. Loading them into the central part of the top of the furnace top, where the maximum temperature of the furnace is maintained under heat exchange conditions, is not allowed due to the early reduction of titanium carbides. At the same time, the placement of an additional volume of pellets in the zone spaced from the periphery of the furnace to 0.50R, where the temperature of the gases and material is slightly higher than in the region of the ore ridge, but significantly lower than in the center, makes it possible to restrain the recovery of titanium in the mine of the blast furnace .

Содержание неофлюсованных титаносодержащих окатышей в шихте в пределах 10-30% определено экспериментально. Загрузка низкоосновных титаносодержащих неофлюсованных окатышей при их содержании в шихте менее 10% только усложняет состав шихты, приводит к колебаниям состава шлака и снижению стабильности доменной плавки с соответствующим ухудшением технико-экономических показателей: увеличению расхода кокса, уменьшению производительности (табл. 5). При доле окатышей в шихте более 30% выплавка передельного чугуна, содержащего 0,6-0,8Si невозможна без роста массовой доли титана в чугуне (Ti>0,30%), интенсивного карбидообразования. В результате этого повышается вязкость шлаков, что нарушает ход печи и затрудняет выпуск продуктов плавки. The content of unfluxed titanium-containing pellets in the charge in the range of 10-30% was determined experimentally. The loading of low-basic titanium-containing non-fluxed pellets when their content in the charge is less than 10% only complicates the composition of the charge, leads to fluctuations in the composition of the slag and a decrease in the stability of blast-furnace smelting with a corresponding deterioration in technical and economic indicators: an increase in coke consumption and a decrease in productivity (Table 5). With the proportion of pellets in the charge of more than 30%, smelting of pig iron containing 0.6-0.8Si is impossible without an increase in the mass fraction of titanium in cast iron (Ti> 0.30%), intensive carbide formation. As a result of this, the viscosity of the slag increases, which disrupts the course of the furnace and complicates the release of smelting products.

Предлагаемый способ доменной плавки, характеризуемый совокупностью операций и выбранными пределами параметров, отличается от прототипа; разработан на изобретательском уровне, так как совокупность заявляемых признаков не выявлена в других технических решениях при изучении данной области техники. The proposed method of blast furnace smelting, characterized by a set of operations and selected parameter limits, differs from the prototype; developed at an inventive step, since the totality of the claimed features is not identified in other technical solutions when studying this technical field.

Пример. Предлагаемый способ доменной плавки передльного чугуна осуществлен на доменной печи N 3 объемом 3000 м³ акционерного общества "Западно-Сибирский металлургический комбинат" и заключался в загрузке через колошник низкоосновных неофлюсованных титаносодержащих окатышей в количестве 15 мас. в шихте в отстоящую от периферии печи зону на расстоянии (0,25-0,50)R, а в количестве 25 мас. в зону до 0,50R, где R радиус колошника. В качестве других рудных компанентов использовали безтитанистый агломерат основностью CaO/SiO₂=1 и руду. Составы рудных компонентов шихты приведены в таблице 1. Загрузку титаносодержащих неофлюсованных низкоосновных окатышей осуществляли по системе n РРКК/mККРР В цикле 5 подач при соотношении n/m 1,25 с преимущественным расположением окатышей в зоне колошника, отстоящей от периферии печи на расстоянии 0,25-0,50R. С увеличением доли окатышей в шихте до 21-30% увеличивали и соотношение n/m до 3,0-5,0 и располагали титаносодержащие окатыши в зоне до 0,5R вблизи периферии печи. Подбор нужного соотношения n/m осуществляли отбором проб материала с поверхности засыпи и химическим анализом на содержание в шихте двуокиси титана. Нагрев и восстановление шихты осуществляли в токе колошниковых газов, содержащих 17-18% CO₂, 20-22% CO и 5-7% H₂ при температурах 600-1200^oC в течение 1,5-2,0 ч. При этом трехокись железа восстанавливалась до моноокиси железа и частично до металла, а двуокись титана без восстановления ассимилировалась шлаком. Расход природного газа поддерживали на уровне 70-80 м³/т, а кислород в дутье 23-25% Неофлюсованные окатыше в ходе нагрева не разрушались вследствие пластичности их шлаковых связок, а восстановление железа осуществлялось, преимущественно, косвенным путем (через газовую фазу). Плавление восстановленной шихты осуществляли в интервале температур 1210-1400^oC в течение 1,0-1,5 ч, а температуру продуктов плавки регулировали расходом кокса. При этом происходило довосстановление моноокиси железа до металла и формирование жидкого шлака, основность которого составляла (CaO + MgO)/SiO₂ 1,15-1,35. Диоксид титана за счет контакта с коксом восстанавливался до монооксида титана и частично до карбида титана, который диспергировался в шлаке. Для получения чугуна с температурой 1450-1500^oC и содержания в нем серы не более 0,025-0,030% жидкие чугун и шлак выдерживали в контакте в течение 0,5-1,0 ч. Подавление карбидообразования при нагреве и восстановлении шихты обеспечило содержание титана в чугуне перед выпуском не более 0,22% Выпуск чугуна с температурой 1480-1520^oC и шлака осуществляли в ковши. Низкое содержание титана в чугуне способствовало тому, что при транспортировке ковшей из доменного цеха в конвертерный интенсивного выделения карбонитридов титана на поверхность расплава не происходило.Example. The proposed method for blast-furnace smelting of pig iron was carried out on a blast furnace N 3 with a volume of 3000 m ^{3 of the} joint-stock company West Siberian Metallurgical Plant and consisted of loading 15% by weight of low-base non-fluxed titanium-containing pellets through the top. in the charge in the zone remote from the periphery of the furnace at a distance of (0.25-0.50) R, and in the amount of 25 wt. into the zone up to 0.50R, where R is the radius of the top. Titanium agglomerate with a basicity of CaO / SiO ₂ = 1 and ore were used as other ore components. The compositions of the ore components of the charge are shown in Table 1. The loading of titanium-containing non-fluxed low-base pellets was carried out according to the system n RRKK / mKKRR In a cycle of 5 feeds at a ratio of n / m 1.25 with a predominant location of pellets in the furnace top, 0.25 distant from the furnace periphery -0.50R. With an increase in the proportion of pellets in the charge to 21-30%, the n / m ratio was also increased to 3.0-5.0 and titanium-containing pellets were placed in the zone up to 0.5R near the periphery of the furnace. The desired n / m ratio was selected by sampling the material from the mound surface and by chemical analysis for the content of titanium dioxide in the charge. The mixture was heated and restored in a flow of top gases containing 17-18% CO ₂ , 20-22% CO and 5-7% H ₂ at temperatures of 600-1200 ^o C for 1.5-2.0 hours. iron trioxide was reduced to iron monoxide and partially to metal, and titanium dioxide was assimilated without reduction by slag without reduction. The consumption of natural gas was maintained at the level of 70-80 m ³ / t, and oxygen in the blasting was 23-25%. Unfluxed pellets did not break during heating due to the plasticity of their slag bundles, and iron was reduced mainly via the indirect route (through the gas phase). The reduced charge was melted in the temperature range 1210-1400 ^o C for 1.0-1.5 hours, and the temperature of the smelting products was regulated by coke consumption. At the same time, iron monoxide was reduced to metal and liquid slag was formed, the basicity of which was (CaO + MgO) / SiO ₂ 1.15-1.35. Due to contact with coke, titanium dioxide was reduced to titanium monoxide and partially to titanium carbide, which was dispersed in the slag. To obtain cast iron with a temperature of 1450-1500 ^o C and a sulfur content of not more than 0.025-0.030%, liquid cast iron and slag were kept in contact for 0.5-1.0 hours. Suppression of carbide formation during heating and reduction of the charge provided titanium content in cast iron before production no more than 0.22%. Production of cast iron with a temperature of 1480-1520 ^o C and slag was carried out in ladles. The low titanium content in cast iron contributed to the fact that during the transportation of ladles from the blast furnace shop to the converter, intensive extraction of titanium carbonitrides to the melt surface did not occur.

Показатели, полученные при реализации заявляемого способа доменной плавки передельного чугуна с оптимальными параметрами, приведены в таблице 2, откуда следует, что удельный расход кокса составил 455-460 кг/т чугуна, производительность печи 5600-5620 т/сут, содержание серы в чугуне 0,027 мас. при вязкости шлакам 0,50-0,65 Па•с. The indicators obtained during the implementation of the proposed method of blast furnace smelting of pig iron with optimal parameters are shown in table 2, from which it follows that the specific consumption of coke was 455-460 kg / t of pig iron, the productivity of the furnace was 5600-5620 t / day, the sulfur content in cast iron was 0.027 wt. with a slag viscosity of 0.50-0.65 Pa • s.

Промышленные испытания предлагаемого способа доменной плавки передельного чугуна с заявляемыми и заграничными значениями параметров, а именно: влияние зон загрузки на колошник неофлюсованных неосновных титаносодержащих окатышей и доли их содержания в шихте (см. табл. 3-5) доказали, что технико-экономические показатели плавок ухудшались при содержании окатышей в шихте менее 10% и более 30% и при загрузке их в центральную зону колошника. Industrial tests of the proposed method for blast-furnace smelting of pig iron with declared and overseas parameter values, namely: the influence of loading zones on the top of unfluxed non-basic titanium-containing pellets and the fraction of their content in the charge (see table. 3-5) proved that the technical and economic indicators of the melts worsened when the content of pellets in the charge of less than 10% and more than 30% and when loading them into the central zone of the top.

Предлагаемый способ доменной плавки передельного чугуна промышленно применим при производстве чугуна в доменных печах объемом 3000 м³ и позволяет расширить рудную базу металлургических предприятий с вовлечением в переработку продуктов обогащения титаномагнетитовых руд, снизить себестоимость чугуна за счет экономии кокса в количестве 20-30 кг/т чугуна, повысить производительность на 1,5-2% при одновременном улучшении качества чугуна по содержанию серы за счет оптимизации шлакового режима.The proposed method for blast furnace smelting of pig iron is industrially applicable in the production of pig iron in blast furnaces with a volume of 3000 m ³ and allows you to expand the ore base of metallurgical enterprises by involving titanium-magnetite ore dressing products in processing, to reduce the cost of pig iron by saving coke in the amount of 20-30 kg / t of pig iron to increase productivity by 1.5-2% while improving the quality of cast iron in sulfur content by optimizing the slag regime.

Claims

A blast furnace smelting blast furnace smelting process comprising loading iron ore charge into the furnace through the top of a furnace, heating, restoring and melting it, releasing iron and slag, characterized in that sinter and low-basic titanium-containing non-fluxed pellets are loaded into the furnace as the iron ore part of the charge, moreover, when the pellets are contained in a batch of 10 20% they are loaded into a zone distant from the furnace periphery at a distance of (0.25 0.50) R, and when the pellets are contained in a batch of 21 30% into a zone at a distance from the furnace periphery to 0.50 R, where R is the top radius .