Способ выплавки чугуна с пониженным содержанием кремния

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве чугуна в доменных печах. Способ включает подачу в горн доменной печи через воздушные или вспомогательные фурмы железорудных окатышей размером 12 - 15 мм. Способ позволяет снизить расход реагента и получить при этом экономию кокса.

Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для использования в доменном производстве.

Известные способы снижения содержания кремния в чугуне непосредственно в доменной печи предусматривают, в частности, вдувание в горн через воздушные или специальные фурмы измельченных материалов, содержащих окислы железа, кальция и магния.

В способе (1) через специальную фурму в горн вдувают окалину, дисперсную руду, железосодержащую пыль в смеси с воздухом. Другой способ предусматривает вдувание в доменную печь предварительно окисленной и подогретой до 100-400^оС конвертерной пыли.

Механизм воздействия вышеуказанных материалов основан на окислении кремния чугуна окислами железа по идущим с выделением тепла реакциям: 3Si+2Fe₂O₃__ 4Fe+3SiO₂+238000 кал (1) 2Si+Fe₃O₄__ 3Fe+2SiO₂+153500 кал (2) Si+2FeO __ 2Fe+SiO₂+78200 кал (3) Недостаток известных способов вдувание измельченных окисленных железорудных материалов заключается в том, что они, имея значительную площадь поверхности, будут быстро прогреваться, плавиться в пределах циркуляционной зоны и активно взаимодействовать с углеродом кокса по реакциям: Fe₂O₃+3C __ 2Fe+3CO-35470 кал (4) Fe₃O₄+4C __ 3Fe+4CO-40055 кал (5) FeO+C __ Fe+CO-37930 кал (6) Поскольку реакции (4) (6) идут со значительным поглощением тепла, то понизится температура в зоне циркуляции, для сохранения которой потребуется повышение расхода кокса.

Необходимо также увеличить расход вдуваемого реагента, так как частично он будет расходоваться на реакциях (4) (6), а не на реакциях (1) (3).

Известен способ получения низкокремнистого чугуна, в котором предлагается ввод через дутьевые или вспомогательные фурмы порошкообразной смеси FeO, -CaO- и (или) М 0-содержащих материалов с размером частиц 0,5-5 мм. Недостаток этого способа состоит в том, что происходит быстрый нагрев и плавление в пределах циркуляционной зоны вследствие значительной удельной поверхности частиц порошкообразного реагента и взаимодействие капель расплава с углеродом кокса, идущее с поглощением тепла по реакциям (4), (5), (6).

Предлагаемый способ выплавки чугуна с пониженным содержанием кремния предусматривает подачу в горн доменной печи через воздушные фурмы или вспомогательные фурмы калиброванного железорудного материала, содержащего окислы железа крупностью 12-15 мм (основная фракция получаемых окатышей для выплавки чугуна). Имея существенно меньшую по сравнению с порошкообразными материалами площадь поверхности (от 3 до 30 раз) и удельную массу больше чем у шлака, но меньше чем у чугуна, калиброванный железорудный материал расположится в печи на поверхности раздела металл-шлак, где и будет взаимодействовать с кремнием чугуна по реакциям (1) (3), что подтверждается произведенными по методике (4) оценочными расчетами. При температуре среды 1500^оС (средняя температура за пределами окислительной зоны) время нагрева от 0 до 1200^оС (температура начала максимальной фильтрации окатышей) составит: для частицы D 0,5 мм 0,8 с; для частицы D 5,0 мм 8,2 с; для частицы D=15 мм 24,6 с.

Пример практического применения предлагаемого способа в условиях Череповецкого металлургического комбината.

Химический состав чугуна, мас.

0,73 0,20 0,017 0,058 4,91 94,085 100,0 Химический состав Костомукшских окатышей, мас.

Fe_общ FeO Fe₂O₃
62,0 1,40 87,1
При подаче в горн печи окатышей указанного состава в количестве, необходимом для снижения содержания кремния в чугуне на 0,43% (до 0,3%) по реакции
2Fe₂O₃+3Si __ 4Fe+3SiO₂+238000 кал
3х28 4 х 56
4,3 х
окислится 4,3 кг/т чугуна и восстановителя
x 4,3 11,6 кг Fe на тонну чугуна
Расход окатышей при полном их использовании по указанной реакции составит
11,6 19 кг/г чугуна
Выделится тепла
1062 ккал/кг Fe или на 1,64 кг окатышей
При теплоемкости 0,22 ккал/кг град потребуется тепла для нагрева 1,64 кг окатышей до 1500^оС (температура жидких продуктов плавки без учета скрытой теплоты плавления окатышей)
Q'_ок 1,64 х 0,22 х 1500 541,2 ккал.

Всего расход тепла
Q_ок 541,2 х 11,6 6278 ккал/т чугуна.

Всего выделится тепла
1062 х 11,6 12319 ккал/т чугуна.

Экономия тепла 12319 6278 6041 ккал/т чугуна.

Экономия кокса (при теплоте его сгорания в окислительной зоне 2340 ккал/кг и содержании углерода 87 мас.)
3,0 кг/т чугуна
Будет также дополнительно получено =12,0 кг чугуна или 1,2%
Экономия кокса за счет дополнительного чугуна (при исходном расходе кокса 430 кг/т чугуна)
430 4,9 кг/т
Всего экономия кокса
3,0 + 4,9 7,9 кг/т чугуна.

В случае, если 50% вдуваемого железорудного материала прореагирует по реакции (1), а вторые 50% по реакции (4), то для снижения содержания кремния на 0,43 мас. потребуется расход окатышей увеличить в 2 раза. При этом приход тепла не изменится, а расход тепла по реакции (4) составит
Fe₂O₃+3C __ 2Fe+3CO-35470 кал
2 х 56 3х12
11,6 х₂ -Х₁
x₁= 11,6 3674 ккал
Выделяется тепла по реакции (1)
+ 12319 ккал
Расход тепла 6278 х 2 + 3674 16230 ккал.

Дефицит тепла
12319 16230 -3911 ккал.

Увеличение расхода кокса для покрытия дефицита тепла
1,9 кг/т
Кроме того по реакции (4) для восстановления 11,6 кг железа будет израсходовано 11,6=3,7 кг углерода или 3,70,87 4,3 кг кокса.

Увеличение расхода кокса 4,3 + 1,9 6,7 кг/т.

Прирост выплавки чугуна за счет дополнительной подачи 38 кг окатышей на 1 т чугуна
25,0 кг/т чугуна или 2,5%
Снижение расхода кокса за счет дополнительно полученного чугуна (при исходном расходе кокса 430 кг/т)
430 10,5 кг/т чугуна
Всего экономия кокса 10,5 6,2 4,3 кг/т, против 7,9 кг/т в предыдущем случае.

Таким образом, чем больше развиты реакции (4) (6), тем выше расход вдуваемого материала и меньше экономия кокса при равном снижении содержания кремния в чугуне.

Формула изобретения

СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ЧУГУНА С ПОНИЖЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ КРЕМНИЯ, включающий подачу в горн доменной печи через воздушные или вспомогательные фурмы окисленных железосодержащих материалов, отличающийся тем, что в качестве окисленных железорудных материалов в горн печи подают железорудные окатыши размером 12 - 15 мм.