RU2186855C1 - Method of pig iron smelting - Google Patents

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy; particularly, blast-furnace production; applicable in pig-iron smelting in blast furnaces. SUBSTANCE: method includes charging of coke and iron ore material, hot blasting and blowing of fuel additives, and charging of solid carbon-containing additive to definite circular zone of furnace top. Said solid carbon-containing additive is used in form of lumpy shungite with carbon content amounting to 20- 35%. Lumpy shungite is mixed in charging together with coke and supplied to furnace top circular zone located within limits restricted by radii of 0.1 and 0.95 of furnace top. Amount of charged shungite is maintained within 0.5-15% of total weight of carbon charged into furnace in form of coke and fuel additive blown into tuyeres. Preferable consumption of shungite is within 3-7% of total weight of carbon. EFFECT: higher productivity of furnaces, improved quality of pig iron. 2 cl, 3 ex

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при выплавке чугуна 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 pig iron in blast furnaces equipped with loading devices that allow controlling the distribution of the loaded materials over the top radius over a wide range.

Известен способ выплавки передельного чугуна в доменной печи, 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/. Недостатком известного способа является отсутствие в нем технологических регламентаций по режиму загрузки в печь комплексного материала-шунгита, что снижает эффективность его применения и вызывает колебания содержания кремния в чугуне, состава и основности шлака и приводит, в итоге, к снижению показателей доменной плавки. A known method of smelting pig iron in a blast furnace, including loading the blast furnace charge, blowing hot blast, the release of smelting products, and the blast furnace mixture includes coke, iron ore materials and schungite used as acid flux / 1 /. The disadvantage of this method is the lack of technological regulations on the mode of loading complex shungite material into the furnace, which reduces the efficiency of its use and causes fluctuations in the silicon content in cast iron, the composition and basicity of slag, and ultimately leads to a decrease in blast furnace smelting.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и по достигаемым результатам является известный способ выплавки передельного чугуна в доменной печи, включающий загрузку в печь железорудных материалов и кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузку твердой углеродсодержащей добавки в определенную кольцевую зону колошника /2/. Недостатком данного способа является то, что он предусматривает загрузку твердой углеродсодержащей добавки в зону, транспортирующую эту добавку в район фирменных очагов. Это позволяет применять согласно этому способу лишь топливные добавки с традиционным спектром их функциональных возможностей в доменной плавке (горение, реакция газификации). Технической задачей изобретения является устранение недостатков известных способов - аналога и прототипа, увеличение производительности печи, повышение качества чугуна и снижение его себестоимости за счет использования в доменной шихте дешевых композиционных материалов и регламентации параметров доменной плавки при их применении. The closest to the invention in technical essence and in the achieved results is a known method of smelting pig iron in a blast furnace, 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 annular furnace top zone / 2 /. The disadvantage of this method is that it provides for the loading of solid carbon-containing additives in the area transporting this additive to the area of the branded foci. This allows using according to this method only fuel additives with the traditional spectrum of their functionality in blast furnace smelting (combustion, gasification reaction). An object of the invention is to eliminate the disadvantages of known methods - analogue and prototype, increasing the productivity of the furnace, improving the quality of cast iron and reducing its cost due to the use of cheap composite materials in the blast furnace charge and regulation of the parameters of blast furnace smelting during their application.

Решение данной технической задачи достигается тем, что в известном способе выплавки передельного чугуна в доменной печи, включающем загрузку железорудных материалов, кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузки в заданную зону колошника твердой углеродсодержащей добавки, в качестве твердой углеродсодержащей добавки используют кусковый шунгит с содержанием углерода 20-36%, 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, причем количество загружаемого шунгита поддерживают в пределах 0,5-15% от суммарной массы углерода, загружаемого в печь кокса и вдуваемой в фурмы топливной добавки. Решение данной технической задачи достигается также тем, что количество загружаемого шунгита предпочтительно поддерживают в пределах 3-7% от суммарной массы углерода загружаемого в печь кокса и вдуваемой в фурмы топливной добавки. The solution to this technical problem is achieved by the fact that in the known method of smelting pig iron in a blast furnace, which includes loading iron ore materials, coke, blowing air and fuel additives into air lances, loading a solid carbon-containing additive into a given area of the top of the furnace, lump using solid carbon-containing additives shungite with a carbon content of 20-36%, mixing it when loading into the furnace with coke and loading into the annular zone of the top, located within the limits limited by radii of 0.1 and 0.95 radii a furnace top, the feed quantity of shungite maintained between 0.5-15% of the total weight of carbon charged into the coke oven and blown tuyere into a fuel additive. The solution to this technical problem is also achieved by the fact that the amount of loaded shungite is preferably maintained within 3-7% of the total carbon mass of the coke loaded into the furnace and the fuel additive blown into the tuyeres.

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 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 determined by its role in the blast furnace process and the trajectories of the movement 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 less than 0.1 of the radius of the top, coke toterman enters the shungite and remains there without 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. That is, 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.

Указанные пределы количества применяемого шунгита 0,5-15% от суммарного количества углерода топлива определены расчетным путем, исходя из механизма участия вещества шунгита в восстановительных процессах. Применение шунгита менее 0,5% от суммарного количества углерода загружаемого в печь с коксом и поступающего с вдуваемым топливом, не оказывает заметного влияния на расход кокса даже при максимальной содержании углерода в шунгите (36%). При использовании шунгита в количестве более 15% от суммарного количества поступающего в печь углерода с топливом приводит к нежелательному при выплавке передельного чугуна повышению содержания кремния в чугуне, так как количество восстановителя (кремния и карбида кремния, образующегося из этого шунгита) приближается к соответствующему стехиометрическому количеству железа, которое в современных условиях доменной плавки восстанавливается в доменной печи из первичных и промежуточных шлаков. Так при расходе кокса 430 кг/т и расходе природного газа 120 м³/т суммарное количество углерода, поступающего в печь, составляет 430 кг/т, а степень прямого восстановления железа - 0,12-0,14 кг/кг. При этом из шлака восстанавливается железа 114-133 кг/т или 2-2,4 кг•моля/т. При расходе шунгита, равном 0,15•430=64,5 кг/т, и содержании в нем углерода 36% он образует в печи 0,65 кг•молей карбида кремния (SiC). Это количество карбида кремния может восстановить железа из шлака по реакции:
3FeO+SiC=3Fe+SiO₂+CO
0,65•3= 1,95 кг•молей, т.е. 97,5% железа, восстанавливаемого из шлака. При дальнейшем увеличении расхода шунгита продукты его превращения в доменной печи будут переходить в чугун в виде силицида железа, увеличивая содержание кремния в чугуне. Таким образом, применение шунгита в количестве 0,5-15% от суммарной массы углерода загружаемого в печь кокса и вдуваемой в фурмы топливной добавки обеспечивает получение максимального коэффициента замены кокса шунгитом без увеличения содержания кремния в чугуне, причем верхний предел относится к шунгиту с максимальным содержанием углерода. а нижний - к минимальному.The indicated limits of the amount of shungite used are 0.5-15% of the total amount of fuel carbon determined by calculation, based on the mechanism of participation of shungite substance in recovery processes. The use of shungite less than 0.5% of the total amount of carbon charged into the furnace with coke and supplied with injected fuel does not have a noticeable effect on coke consumption even with a maximum carbon content in shungite (36%). When using shungite in an amount of more than 15% of the total amount of carbon with fuel entering the furnace, an increase in the silicon content in cast iron is undesirable when smelting pig iron, since the amount of reducing agent (silicon and silicon carbide formed from this schungite) approaches the corresponding stoichiometric amount iron, which in modern blast furnace conditions is reduced in a blast furnace from primary and intermediate slags. So, with a coke consumption of 430 kg / t and a natural gas consumption of 120 m ³ / t, the total amount of carbon entering the furnace is 430 kg / t, and the direct reduction of iron is 0.12-0.14 kg / kg. At the same time, iron 114–133 kg / t or 2–2.4 kg mol / t is reduced from slag. With a schungite consumption of 0.15 • 430 = 64.5 kg / t and a carbon content of 36%, it forms 0.65 kg • moles of silicon carbide (SiC) in the furnace. This amount of silicon carbide can reduce iron from slag by the reaction:
3FeO + SiC = 3Fe + SiO ₂ + CO
0.65 • 3 = 1.95 kg • moles, i.e. 97.5% of iron recovered from slag. With a further increase in the consumption of schungite, the products of its transformation in the blast furnace will turn into cast iron in the form of iron silicide, increasing the silicon content in cast iron. Thus, the use of shungite in an amount of 0.5-15% of the total carbon mass of the coke loaded into the furnace and the fuel additive blown into the tuyeres provides the maximum coefficient of coke replacement with shungite without increasing the silicon content in cast iron, and the upper limit refers to shungite with the maximum content carbon. and the bottom - to the minimum.

При проведении опытных доменных плавок с применением шунгита установлено, предпочтительными пределами расхода шунгита в шихте для выплавки передельного чугуна являются пределы 3-7% от массы поступающего в печь углерода. При этих расходах шунгита достигаются максимальные коэффициенты замены кокса шунгитом, наиболее распространенной разновидностью которого в разрабатываемом месторождении является шунгит с содержанием углерода 28-32%. При расходах шунгита менее 3% не используется все возможности замены кокса менее дорогим его заменителем, а при расходе шунгита более 7% начинает уменьшаться коэффициент замены кокса шунгитом, что снижает экономический эффект от его применения. When conducting experimental blast furnaces using schungite, it was found that the preferred limits for the consumption of schungite in a charge for smelting pig iron are the limits of 3-7% of the mass of carbon entering the furnace. At these shungite costs, maximum coke replacement rates are achieved with shungite, the most common variety of which in the field under development is shungite with a carbon content of 28-32%. With shungite consumption less than 3%, all the possibilities of replacing coke with less expensive substitute are not used, and with shungite consumption more than 7%, the coefficient of coke replacement with shungite begins to decrease, which reduces the economic effect of its use.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами. В доменной печи объемом 3200 м³ с диаметром колошника 8,9 м, оборудованной бесконусным загрузочным устройством фирмы Paul Wurt, выплавляли передельный чугун, содержащий 0,5-0,7% кремния из железорудной смеси, включающей: агломерата - 87%, окатышей - 13%, конвертерного шлака 1% (содержание Fe в железорудной смеси 59,7%. При этом расход кокса на 1 т чугуна составлял 425 кг/т (содержание С в коксе 87%) при расходе вдуваемого природного газа 98 м.куб./т чугуна (содержание С в природном газе 0,56 кг/м³) и температуре дутья 1005^oС.The invention is illustrated by the following examples. In a blast furnace with a volume of 3200 m ³ and a furnace top diameter of 8.9 m, equipped with a Paul Wurt cone-less loading device, pig iron was smelted containing 0.5-0.7% silicon from an iron ore mixture, including: agglomerate - 87%, pellets - 13%, converter slag 1% (Fe content in the iron ore mixture is 59.7%. The coke consumption per 1 ton of pig iron was 425 kg / t (C content in coke 87%) with a natural gas injection rate of 98 cubic meters / t of pig iron (C content in natural gas 0.56 kg / m ³ ) and a blast temperature of 1005 ^o C.

При переходе на выплавку чугуна согласно изобретению в шихту добавили шунгит (содержание С - 30%), в количестве 25 кг/т (5,9% от суммарной массы углерода кокса и вдуваемого природного газа), загружая его вместе с коксом в кольцевую зону колошника, ограниченную радиусами, составляющими 0,75 и 0,9 радиуса колошника (зона на расстоянии 0,45 м от стенки колошника шириной 0,68 м). Шунгит загружали отдельными порциями 3 раза за цикл загрузки, который включал 9 подач (вместе с коксовыми порциями 1-й, 4-й и 7-й подач цикла загрузки). Расход кокса на выплавку чугуна снизился до 408 кг/т чугуна без увеличения содержания кремния в чугуне. Коэффициент замены кокса шунгитом составил 0,68 кг/кг. Производительность печи увеличилась на 95 т в сутки или на 1,2%. Содержание серы в чугуне снизилось на 0,005%. When switching to the smelting of pig iron according to the invention, shungite (С content - 30%) was added to the charge in an amount of 25 kg / t (5.9% of the total mass of coke carbon and injected natural gas), loading it with coke into the annular zone of the top bounded by radii of 0.75 and 0.9 of the radius of the grate (zone at a distance of 0.45 m from the wall of the grate with a width of 0.68 m). Shungite was loaded in separate portions 3 times per loading cycle, which included 9 feeds (together with coke portions of the 1st, 4th and 7th feeds of the loading cycle). Coke consumption for pig iron smelting decreased to 408 kg / t of pig iron without increasing the silicon content in cast iron. The replacement ratio of coke with shungite was 0.68 kg / kg. The furnace productivity increased by 95 tons per day or 1.2%. The sulfur content in cast iron decreased by 0.005%.

На той же доменной печи применяли шунгит с содержанием углерода 29% в количестве 15 кг/т (3,5% от суммарной массы углерода кокса и вдуваемого природного газа), периодически загружая его вместе с коксом в кольцевую зону колошника, ограниченную радиусами 0,75-0,9 радиуса колошника (зона на расстоянии 0,45 м от стенки колошника шириной 0,86 м). Шунгит загружали за цикл загрузки, включающей 9 подач, дважды (в коксовые порции 1-й и 5-й подачи). Расход кокса уменьшился по сравнению с базовым периодом на 12,0 кг/т чугуна без увеличения содержания кремния в чугуне. Коэффициент замены кокса шунгитом составил 0,8 кг/т. Производительность печи увеличилась на 128 т в сутки или на 1,6%. Shungite with a carbon content of 29% in an amount of 15 kg / t (3.5% of the total mass of carbon of coke and injected natural gas) was used at the same blast furnace, periodically loading it with coke into the annular zone of the top, limited by radii of 0.75 -0.9 radius of the top (zone at a distance of 0.45 m from the wall of the top of the width of 0.86 m). Shungite was loaded per loading cycle, including 9 feeds, twice (in coke portions of the 1st and 5th feed). Coke consumption decreased compared to the base period by 12.0 kg / t of cast iron without increasing the silicon content of cast iron. The replacement ratio of coke with shungite was 0.8 kg / t. The furnace productivity increased by 128 tons per day or 1.6%.

При использовании шунгита в шихте согласно изобретения содержание кремния в чугуне регулировали, изменяя рудную нагрузку и влажность дутья. Стандартное отклонение содержания кремния в чугуне по выпускам оставалось в обычных пределам значений этой величины (0,14-0,16%), а содержание серы в чугуне снизилось на 0,005 и на 0,002%, соответственно по плавкам. When using shungite in the charge according to the invention, the silicon content in cast iron was controlled by changing the ore load and the humidity of the blast. The standard deviation of the silicon content in cast iron by emissions remained within the usual limits of this value (0.14-0.16%), and the sulfur content in cast iron decreased by 0.005 and 0.002%, respectively, for melts.

Таким образом, выплавка передельного чугуна в доменной печи согласно изобретения позволяет существенно сократить расход кокса, увеличить производительность печи и улучшить качество чугуна. Thus, the smelting of pig iron in a blast furnace according to the invention can significantly reduce the consumption of coke, increase the productivity of the furnace and improve the quality of cast iron.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 740834, МКИ С 21 В 5/00, заявл. 09.10.1972 г., опубл. 15.06.1980 г., Бюл. N 22.Sources of information
1. USSR author's certificate N 740834, MKI C 21 V 5/00, decl. 10/09/1972, publ. 06/15/1980, Bull. N 22.

2. Патент РФ N 2042714, МКИ С 21 В 5/00, заявл. 26.06.1993 г., опубл. 27.08.1995 г., Бюл. N 24. 2. RF patent N 2042714, MKI C 21 V 5/00, decl. 06/26/1993, publ. 08/27/1995, bull. N 24.

Claims (2)

1. Способ выплавки передельного чугуна в доменной печи, включающий загрузку железорудных материалов, кокса, вдувание в воздушные фурмы дутья и топливной добавки, загрузку в заданную кольцевую зону колошника твердой углеродсодержащей добавки, отличающийся тем, что в качестве твердой углеродсодержащей добавки используют кусковый шунгит с содержанием углерода 20-36%, смешивая его при загрузке в печь с коксом и загружая в кольцевую зону колошника, расположенную в пределах, ограниченных радиусом 0,1 и 0,95 радиуса колошника, причем количество загружаемого шунгита поддерживают в пределах 0,5-15% от суммарной массы углерода загружаемого в печь кокса и вдуваемой в фурмы топливной добавки. 1. A method of smelting pig iron in a blast furnace, including loading iron ore materials, coke, blowing air and fuel additives into air lances, loading a solid carbon-containing additive into a given annular zone of the furnace top, characterized in that lump schungite is used as a solid carbon-containing additive with the content carbon 20-36%, mixing it when loading into the furnace with coke and loading into the annular zone of the top, located in the range limited by the radius of 0.1 and 0.95 of the radius of the top, and the amount of contaminants shungite shungite is supported within 0.5-15% of the total carbon mass of coke loaded into the furnace and fuel additive blown into the tuyeres. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество загружаемого в печь шунгита предпочтительно поддерживают в пределах 3-7% от суммарной массы углерода, загружаемого в печь кокса и вдуваемой в фурмы топливной добавки. 2. The method according to claim 1, characterized in that the amount of shungite loaded into the furnace is preferably maintained within 3-7% of the total mass of carbon loaded into the furnace of coke and injected into the tuyeres of the fuel additive.