RU2172780C1

RU2172780C1 - Method of blast-furnace smelting

Info

Publication number: RU2172780C1
Application number: RU2000117203/02A
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Рашников; А.А. Морозов; Р.С. Тахаутдинов; Е.В. Карпов; В.Л. Терентьев; К.Н. Вдовин; С.К. Сибагатуллин; В.М. Колокольцев; Г.П. Лежнев; В.Т. Кулаковский
Original assignee: Вдовин Константин Николаевич
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2001-08-27

Abstract

FIELD: metallurgy, more precisely, pig iron smelting in blast furnace. SUBSTANCE: method consists in introduction of sinter together with pellets featuring basicity of 0.3-0.5 and Fe/Al₂O₃ ratio within 180-280 into blast furnace burden. Content of pellets in iron-ore burden is calculated by offered formula. Process is organized so that ratio of slag basicity B= (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃) and aluminosilicon module Mas=(Al₂O₃/SiO₂) shall be within 4-5.5. EFFECT: reduced content of sulfur in pig iron and specific consumption of coke. 1 ex

Description

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

Известен способ доменной плавки на основных шлаках с высоким нагревом горна, и это обеспечивает снижение содержания серы в чугуне (Остроухов М.Я., Шпарбер Л.Я. Эксплуатация доменных печей. М: "Металлургия", 1975, с. 249). There is a method of blast-furnace smelting on the main slag with high heating of the hearth, and this ensures a decrease in sulfur content in pig iron (Ostroukhov M.Ya., Shparber L.Ya. Operation of blast furnaces. M: Metallurgy, 1975, p. 249).

Недостатком этого способа является рост потребности в коксе и сокращение производительности печи: на каждые 0,01% снижения содержания серы в чугуне приходится давать дополнительно 1% кокса, а чугуна при этом выплавляется на 1% меньше (Волков Ю.П., Шпарбер Л.Я., Гусаров А.К. Технолог-доменщик. Справочник М.: "Металлургия", 1986, с. 256). The disadvantage of this method is an increase in the demand for coke and a decrease in furnace productivity: for every 0.01% reduction in the sulfur content in cast iron, an additional 1% of coke has to be produced, while the cast iron is smelted 1% less (Volkov Yu.P., Shparber L. Ya., Gusarov AK, Technologist-Domenshnik (Handbook of Moscow: Metallurgy, 1986, p. 256).

Ближайшим аналогом к заявляемому способу является способ доменной плавки титаномагнетитового сырья, включающий загрузку в печь железорудной шихты, содержащей окатыши основностью 0,3-0,5 и агломерат, введение в шихту кокса и флюсов, причем в печь загружают 30-70% окатышей от массы железорудной шихты (см. патент РФ N 2063443). The closest analogue to the claimed method is a method for blast-furnace melting of titanomagnetite raw materials, which includes loading an iron ore charge containing pellets with a basicity of 0.3-0.5 and sinter into the furnace, introducing coke and fluxes into the charge, and 30-70% of the pellets are loaded into the furnace iron ore charge (see RF patent N 2063443).

Недостатком этого способа является использование окатышей с невысоким отношением Fe/Al₂O₃, равным 61,11/2,7 = 22,6. Повышенное содержание глинозема по отношению к железу ведет к поступлению в печь совместно с железом значительного количества Al₂O₃. Вследствие этого получается высоким содержание Al₂O₃ в шлаке и низким отношение основности B по (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃) к модулю Al₂O₃/SiO₂. В условиях аналога содержание Al₂O₃ находится в пределах 12-14%, а соотношение B/(Al₂O₃/SiO₂) - 2,2-2,8. Такой шлак имеет высокую вязкость, особенно при пониженных температурах, в связи с чем он затрудняет движение газов в нижней части печи. На обеспечение газопроницаемости требуется дополнительный кокс. Условия десульфурации чугуна оказываются неблагоприятными. Поэтому в известном способе удельный расход кокса получается относительно высоким - составляет 458 кг/т чугуна и более (табл. 3 аналога). Содержание серы в чугуне также получается высоким - составляет 0,028% и не изменяется от использования способа (табл. 2 аналога).The disadvantage of this method is the use of pellets with a low ratio of Fe / Al ₂ O ₃ equal to 61.11 / 2.7 = 22.6. The increased content of alumina with respect to iron leads to a significant amount of Al ₂ O ₃ entering the furnace together with iron. As a result of this, the Al ₂ O ₃ content in the slag is high and the basicity ratio B for (CaO + MgO) / (SiO ₂ + Al ₂ O ₃ ) to the Al ₂ O ₃ / SiO ₂ module is low. Under analog conditions, the Al ₂ O ₃ content is in the range of 12-14%, and the B / (Al ₂ O ₃ / SiO ₂ ) ratio is 2.2-2.8. Such slag has a high viscosity, especially at low temperatures, and therefore it complicates the movement of gases in the lower part of the furnace. Additional coke is required to ensure gas permeability. Cast iron desulfurization conditions are unfavorable. Therefore, in the known method, the specific consumption of coke is relatively high - is 458 kg / t of pig iron and more (table. 3 analogs). The sulfur content in cast iron also turns out to be high - it is 0.028% and does not change from the use of the method (table. 2 analogs).

Технической задачей данного способа является снижение содержания серы в чугуне с одновременным уменьшением удельного расхода кокса. The technical task of this method is to reduce the sulfur content in cast iron while reducing the specific consumption of coke.

Поставленная задача решается тем, что в способе доменной плавки, включающем загрузку в печь железорудной шихты, содержащей окатыши основностью 0,3-0,5 и агломерат, введение в шихту кокса, флюсов, причем в печь загружают 30-70% окатышей от массы железорудной шихты, при производстве чугуна используют окатыши с соотношением Fe/Al₂O₃ в пределах 180-280, а содержание их в массе железорудной шихты (%Ок) определяют по формуле

где Fe_а - содержание железа в агломерате, %.The problem is solved in that in the method of blast furnace smelting, which includes loading an iron ore charge into the furnace containing pellets with a basicity of 0.3-0.5 and agglomerate, introducing coke and fluxes into the charge, and 30-70% of the iron ore pellets are loaded into the furnace charge, in the production of pig iron using pellets with a ratio of Fe / Al ₂ O ₃ in the range of 180-280, and their content in the mass of iron ore charge (% OK) is determined by the formula

where Fe _a is the iron content in the agglomerate,%.

Сущность изобретения состоит в создании условий для улучшения газодинамики нижней части доменной печи путем использования окатышей с повышенным соотношением содержания железа и глинозема. Применением таких окатышей обеспечивают оптимальное соотношение между основностью шлака B= (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃) и глиноземокремнеземного модуля M_гк= Al₂O₃/SiO₂. По результатам исследований на доменных печах оно составляет 4-5,5. Его достигают установлением содержания окатышей в железорудной шихте в соответствии с полученной формулой, причем используют окатыши с соотношением Fe/Al₂O₃ в пределах 180-280.The essence of the invention is to create conditions for improving the gas dynamics of the lower part of the blast furnace by using pellets with a high ratio of iron and alumina. The use of such pellets provides the optimum ratio between the basicity of the slag B = (CaO + MgO) / (SiO ₂ + Al ₂ O ₃ ) and the alumina-silica module M _gk = Al ₂ O ₃ / SiO ₂ . According to the results of research on blast furnaces, it is 4-5.5. It is achieved by setting the content of pellets in the iron ore charge in accordance with the formula obtained, using pellets with a ratio of Fe / Al ₂ O ₃ in the range of 180-280.

Оптимальное соотношение B/M_гк = 4-5,5 обеспечивает высокую газопроницаемость зоны плавления и шлакообразования, т.е. нижней части доменной печи. Высокая газопроницаемость позволяет увеличить интенсивность газового потока (интенсивность по дутью) и вести плавку с повышенным общим перепадом давления газа. Переход от режима работы доменной печи по аналогу на режим по заявке на изобретение позволяет повысить общий перепад давления на 0,1 ат, и это сопровождается снижением расхода кокса на 8 кг/т чугуна, повышением производительности на 2,1% и снижением содержания серы в чугуне на 0,0025% абс. Повышение производительности обеспечивается увеличением количества проходящих через шихту газов, снижение расхода кокса - улучшением использования энергии газов из-за лучшего распределения по сечению, уменьшение содержания серы - более полной восстановленностью материалов к зоне десульфурации в нижней части печи. Повышенная восстановленность обеспечивается улучшением использования химической энергии газов на восстановление и приводит к снижению концентрации FeO в первичных и промежуточных шлаках. Снижение концентрации FeO улучшает условия для перевода серы из металла в шлак по реакции FeS + CaO = CaS + FeO. Улучшение получается как по термодинамике, так и по кинетике реакции. В качестве термодинамического фактора действует снижение концентрации FeO как продукта реакции (принцип Ле-Шателье). Кинетическими факторами являются: уменьшение вспенивания шлака при снижении концентрации в нем FeO, что улучшает диффузию, снижение содержания нерасплавленных включений в жидком шлаке, что также улучшает диффузию. Нерасплавленными включениями являются металлические корольки из свежевосстановленного безуглеродного железа, имеющего более высокую температуру плавления, чем температура шлака.The optimal ratio B / M _gk = 4-5.5 ensures high gas permeability of the melting and slag formation zones, i.e. bottom of the blast furnace. High gas permeability allows to increase the intensity of the gas stream (the intensity of the blast) and to conduct melting with an increased overall pressure drop of the gas. The transition from the blast furnace operation mode, analogous to the mode according to the application for the invention, allows to increase the total pressure drop by 0.1 atm, and this is accompanied by a decrease in coke consumption by 8 kg / t of pig iron, an increase in productivity by 2.1% and a decrease in sulfur content in cast iron at 0.0025% abs. The increase in productivity is ensured by an increase in the number of gases passing through the charge, a decrease in coke consumption - by an improvement in the use of gas energy due to a better distribution over the cross section, and a decrease in sulfur content - by a more complete reduction of materials to the desulfurization zone in the lower part of the furnace. The increased reduction is ensured by the improved use of chemical energy of gases for reduction and leads to a decrease in the concentration of FeO in primary and intermediate slags. A decrease in the concentration of FeO improves the conditions for the conversion of sulfur from metal to slag by the reaction FeS + CaO = CaS + FeO. Improvement is obtained both in thermodynamics and in the kinetics of the reaction. As a thermodynamic factor, there is a decrease in the concentration of FeO as a reaction product (Le Chatelier principle). Kinetic factors are: a decrease in foaming of slag with a decrease in the concentration of FeO in it, which improves diffusion, a decrease in the content of unmelted inclusions in liquid slag, which also improves diffusion. Unmelted inclusions are metal beads made of freshly reduced carbon-free iron having a higher melting point than the temperature of the slag.

Соотношение B/M_гк более 5,5 ведет к получению вязкого шлака пониженной газопроницаемости либо вследствие высокой основности B, либо низкого значения M_гк. Основность B получается высокой при содержании окатышей в железорудной шихте меньше, чем это требуется по расчетной формуле - основность окатышей ниже основности агломерата, в связи с чем уменьшение доли окатышей повышает основность смеси и, соответственно, основность шлака. Низкое значение M_гк получается при использовании окатышей, имеющих соотношение Fe/Al₂O₃ более 280.The ratio of B / M _gk more than 5.5 leads to the production of viscous slag of reduced gas permeability, either due to the high basicity of B or low M _gk . The basicity of B is high when the content of pellets in the iron ore charge is less than what is required by the calculation formula - the basicity of the pellets is lower than the basicity of the sinter, and therefore the decrease in the proportion of pellets increases the basicity of the mixture and, accordingly, the basicity of slag. A low value of M _{gk is} obtained using pellets having an Fe / Al ₂ O ₃ ratio of more than 280.

Соотношение B/M_гк менее 4 снижает серопоглотительную способность шлака как за счет уменьшения основности B, т.е концентрации основных оксидов, так и за счет увеличения M_гк, т.е. формирования высокоглиноземистых шлаков. Такие шлаки ухудшают газопроницаемость зоны плавления и шлакообразования. Низкая основность B получается при расходовании окатышей больше, чем это требуется по расчетной формуле, а высокое M_гк - при расходовании окатышей, имеющих соотношение Fe/Al₂O₃ менее 180.A ratio of B / M _{gk of} less than 4 reduces the slag sulfur absorption capacity both by decreasing the basicity of B, i.e., the concentration of basic oxides, and by increasing M _gk , i.e. formation of high alumina slag. Such slags impair the gas permeability of the melting and slag formation zones. Low basicity B is obtained when pellets are consumed more than is required by the calculation formula, and high M _gc is obtained when pellets are consumed having an Fe / Al ₂ O ₃ ratio of less than 180.

Пример. Example.

Доменная печь N 9 OAO "ММК" работала на железорудной шихте, включающей местный агломерат с содержанием железа 55% и окатыши основностью 0,3-0,5. Содержание железа в окатышах равно 62,1%, глинозема-0,33%. The blast furnace N 9 of OJSC MMK operated on an iron ore charge, including local sinter with an iron content of 55% and pellets with a basicity of 0.3-0.5. The iron content in the pellets is 62.1%, alumina 0.33%.

Соотношение содержания железа и глинозема в окатышах равно
62,1/0,33=188.The ratio of iron and alumina in the pellets is equal
62.1 / 0.33 = 188.

Оптимальное содержание окатышей в шихте составляет
10•188/55=34%.The optimal content of pellets in the charge is
10 • 188/55 = 34%.

При работе печи на такой шихте получен шлак состава:
Компоненты CaO MgO SiO₂ Al₂O₃
Содержание,% 40,4 8,4 37,5 8,7
В нем соотношение основности B и глиноземокремнеземного модуля M_гк составило [(40,4+8,4)/(37,5+8,7)] (8,7/37,5)= 4,6, т. е. находилось в пределах оптимальных значений. Удельный расход кокса равнялся 437 кг/т чугуна. Содержание серы в чугуне составило 0,015%.When the furnace was working on such a mixture, a slag of the composition was obtained:
Components CaO MgO SiO ₂ Al ₂ O ₃
Content,% 40.4 8.4 37.5 8.7
In it, the ratio of the basicity of B and the alumina-silica-modulus M _gk was [(40.4 + 8.4) / (37.5 + 8.7)] (8.7 / 37.5) = 4.6, i.e. was within the optimal values. The specific consumption of coke was 437 kg / t of pig iron. The sulfur content in cast iron was 0.015%.

При использовании окатышей, имеющих соотношение Fe/Al₂O₃=57 (меньше, чем по заявляемому способу), печь работала с соотношением в шлаке B/M_гк=3,1; на 1 т чугуна расходовали 442 кг кокса, в металле содержалось 0,019% серы.When using pellets having a ratio of Fe / Al ₂ O ₃ = 57 (less than according to the claimed method), the furnace worked with a ratio in the slag B / M _gk = 3.1; 442 kg of coke were consumed per 1 ton of pig iron; 0.019% sulfur was contained in the metal.

При использовании окатышей с соотношением Fe/Al₂O₃=290 (больше, чем по заявляемому способу) шлак имел характеристику B/M_гк=5,6. Потребность в коксе составила 438 кг/т чугуна при содержании серы 0,016%.When using pellets with a ratio of Fe / Al ₂ O ₃ = 290 (more than according to the claimed method), the slag had a characteristic B / M _gk = 5.6. The need for coke was 438 kg / t of pig iron with a sulfur content of 0.016%.

Claims

A blast-furnace melting method, comprising loading an iron ore charge into the furnace containing pellets with a basicity of 0.3-0.5 and an agglomerate, introducing coke and fluxes into the charge, wherein 30-70% of the pellets from the weight of the iron ore charge are loaded into the furnace, characterized in that the furnace is loaded with pellets with a ratio of Fe / Al ₂ O ₃ , in the range of 180 - 280, and their content in the mass of the iron ore charge (% OK) is determined by the formula:

where Fe _a is the iron content in the agglomerate,%.