автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии доменной плавки, обеспечивающей снижение содержания кремния в чугуне, с целью улучшения технико-экономических показателей работы доменного и сталеплавильных цехов на Бхилайском металлургическом заводе

О -'И 9 Р

^ * - ■

центральный научно-исследовательскии институт

ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ им. И.П.БАРДИНА ЦНИИчермет

.На правах рукописи УДК 622.785.5:669.1(043)

ШЕКХАР ЧАНДРА РЛМНЛТ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ СНИЖЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ КРЕМНИЯ В ЧУГУНЕ, С ЦЕЛЬЮ УЛУЧШЕНИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ДОМЕННОГО И СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ЦЕХОВ НА БХИЛАЙСКОМ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ЗАВОДЕ

Специальность 05.16.02 — ,Металлургия черных металлов"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1990

Работа выполнена в Бхилайском филиале Научно-исследовательского центра по чугуну и стали Индии и Бхилайском металлургическом заводе.

Научный консультант: кандидат технических наук Жураковский Б.Л.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Куликов Ц.С.

кандидат технических наук Слепцов Ж.Е.

Ведущее предприятие - Научно-производственное объединение „Тулачермет" г. Тула

//> У

Защита диссертации состоится в /С' на заседании

специализированого совета Д 141.04.01 в Центральном научно-исследовательском институте черной металлургии имени И.П.Бардина по адресу: 107843, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 9/23.

С диссертацией можно ознакомиться в технической библиотеке ЦНИИчермста.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета Д 141.04.01, к.т.н.

Ю.М.Максиыов

* ; ОШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

-! г.* ;

зтац!:Г) 5 Актуальность работы. Со времени достижения независимости Индии до настоящего времени чёрная металлургия страны прошла долгий и трудный путь. В год достижения независимости на частных заводах выпускалось всего I млн тонн стали. В настоящее время эта цифра приближается к 15 млн тонн, включая около з млн тонн, производимых на минизаводах. С помощью СССР были сооружены металлургические заводы в Бхилаи, Бокаро, отроится завод в Визакхапатнаме а также сооружены заводы в г.г. Руркелле и Дургапуре. Общее производство чугуна на этих заводах составляет около 12 млн тонн, основная масса которого идёт на передел в сталь.

Поскольку чугун является основным продуктом для производства стали, то его качество определяет все показатели производства стали, как в мартеновском, так и в кислородно-конверторном переделах. На всех металлургических заводах Индии выплавляется передельный чугун с повышенным содержанием в нём кремния - 1,2 * 1,5% и выше. Это обусловлено особыми никальными в мировой практике шихтовыми условиями доменной плавки. При высоком содержании железа в рудах - 63,0*£?,0%, в них содержится 1,5 ♦б,6% глинозёма, при близком к последним цифрам содержании кремнезёма. В сочетании с вьюокозоль-ным коксом (24*30$), доменная плавка ведётся на шлаке с содержанием глинозёма 20*26%, который является чрезвычайно вязким и неустойчивым при колебаниях нагрева горна печи, что вынуждает вести плавку с перерасходом тепла.

Переработка чугуна с высоким содержанием кремния в сталеплавильной производстве не только затруднена, но и не экономична, т.к. приводит к увеличению выхода шлака, повышенному расходу флюсов и кислорода, увеличению времени плавки, снижению стойкости сталеплавильных агрегатов.

Вопросам теории восстановления кремния в чугуне при различных параметрах протекания процесса уделяли внимание А.Н.Любан, М.Л.Павлов, И.А.Ссколов, Н.Вюртенберг, Ф.Ос-борн, А.А.Гиммельфарб, В.Г.Воскобойников. Они разработали

теоретические основы процесса восстановления кремния в доменной печи из шлаковых расплавов в высокотемпературной зоне, Условиями, при которых идут восстановительные процессы, такие как газодинамика, шлаковый режим, теплопередача в различных зонах печи занимались Л.И.Левин, В.й.Кападия, Р.Н. Оингх, И.М.Вурчесс, и.В.Шаврин и др. Теоретические основы газодинамики горна печи были разработаны A.HJPauuou, Ю.И. Гохманом, Л.З.Ходаком, Е.Ф.Вегыаноы, А.К.Бисвасоы. Возможности интенсификации процесса изучались К.Такаиурой, Ж.Иши-кавой, В.К.Лу и другими.

Влияние качества кокса и железорудных материалов на процессы в печи исследовали Ы.Хитане, Т.Ниши, £.Даршелл, Т.с;.Робертс, й.и.Юсфин, Е.Ишикава, Р.Н.Шринивасан, С.К.Гуп-та. Ввод в мировую практику обогащения дутья кислородом послужил толчком к изучению процессов в фурменных очагах и обратил внимание исследователей на образование и возгонку моноокиси кремния. Этим занимались А.П.Любан, А.Н.Рамм, E.H. Тихомиров. Однако, влияние этих процессов на восстановление кремния в чугуне не попало в их поле зрения. Разработка и внедрение новых засыпных бес конусных устройств дало новый толчок к улучшению газораспределения в печи и к снижению расхода кокса. Эти вопросы исследовали Т.М.Ошнох, Г.Ведхио-ла, Н.М.Можаренко, Ю.О.Юсфин, Б.И.Ашпин, В.А.Улахович. Все исследования доменного процесса проводились на основе материальных и тепловых балансов, которые составлялись М.А.Пав-ловыы, А.Н.Раммом, Л.Грюнероы, М.А.Шаповаловым. Все эти работы были изучены и послужили разработке основных направлений исследования.

Целью данной работы явилось определение, исследование и разработка технологического комплеюа мероприятий, позволяющих при определённых оптимальных условиях получить чугун с пониженным содержанием в нём кремния без ухудшения технико-экономических показателей доменного процесса, а также внедрение этого коиплекза в производство.

Научная новизна. Впервые проведены петрографические исследования железных руд месторождения Раднара с применением

для диагностики фаз рентгеноструктурного и термографического анализа. Определены: структура руд, основные рудные и нерудные материалы. Показан тип цементационной связи рудных и нерудных минералов, обеспечивающий крепость руд.

Проведены термодинамические расчёты возможных реакций восстановления кремния в заплечиках доменной печи из газовой фазы моноокиси кремния и на их основе показаны возможности замедления протекания указанных реакций, реализация которых позволяет понизить содержание кремния в чугуне. Теоретически также обоснована возможность подавления реакции образования из золы кокса моноокиси кремния в фурменной зоне. При этом на основе теоретических расчётов и экспериментов показано влияние на процессы восстановления кремния из его моноокиси параметров дутья, состава и физических свойств первичного и промежуточного шлаков, качества кокса.

Впервые указано на несоответствие между длиной вращающегося лотка бесконусного загрузочного устройства и диаметром колошника для доменных печей объёмом<3200 м3. Предложен метод расчёта длины лотка в зависимости от объёма печи.

Разработан и применён в данной работе алгоритм расчёта материального и теплового баланса доменного процесса только по фактическим данным режима плавки, определяемый в темпе самого процесса или за любой конкретный промежуток времени.

Статистическими методами определена зависимость между содержанием в чугуне кремния и показателями производства конверторной стали.

Практическая ценность работы. В состав комплеиза мероприятий входят: оптимизация шлакового режима доменной плавки, с целью создания условий для снижения степени восстановления кремния из шлака; разработка мероприятий по обеспечению реализации процесса окисления уже восстановленного кремния из чугуна; определение благоприятных шихтовых условий процесса и подбор оптимальных систем загрузки печей с целью стабилизации газодинамических и тепловых параметров плавки для уменьшения необходимого теплового резерва нижней

- ч -

части печи, что позволит снизить расход конза; оптимизация дутьевого режима фурменной зоны для улучшения работы горна печи и повышения интенсивности горения углерода для повышения производительности.

Внедрение всех этих мероприятий обеспечило снижение содержания кремния в передельном чугуне, стабилизировало работу печей, привело к снижению расхода кокса, повышению производства чугуна и улучшению показателей работы сталеплавильных цехов.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались: на семинаре "Всеобщее управление качеством" в 1990 г. в г.Бхадравати, на Националь -ном семинаре "Автоматизация чёрной металлургии Индии" в 1990 г. в г. Бхилаи, на научном семинаре в Институте новой металлургической технологии ЦНИИчермета им. И.П.Бардина в 1990 г. в г. Москве.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 5-и печатных трудах на английском языке в технических изданиях Индии, в 1-ом печатном труде на английском языке в Бразилии, в 1-ом издании на русском языке в издающей организации, предусмотренной перечнем ВАК и в 1-ом Патенте Индии на английском языке.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, 15 глав, изложена на 161 стр. машинописного текста, включает б фотографий, I? рисунков, 39 таблиц, общие выводы и список использованной литературы из 82 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Еелезорудные материалы и конз. Кусковые железная руда и агломерационная руда поступают на Бхилайский металлургический завод с механизированных рудников месторождений Ра-джара и Дали, где добычу ведут открытым способом. Руды характеризуются неоднородностью своего химического, гранулометрического и минерального состава. Сложный характер сро-стания рудных и нерудных материалов затрудняет обогащение

руд, а богатство по железу (63,0*61%) также не требует их обогащения.

Агломерат для Бхилайского завода производится из железорудной мелочи на двух местных аглофабриках. Аглофабри-ка а I состоит из 4-х агломашин площадью спекания 50 м^ каждая, с общей проектной производительностью 2,04 млн тонн офлюсованного агломерата в год. Содержание железа в агломерате I фабрики 49,0*50,0 и П фабрики - 50*55%. Аглофабрика № 2 включает в себя три агломашины по 45 м^ каждая при общей годовой производительности 2,25 млн тонн. Следует отметить высокую основность агломерата - 1,62*2,12 по отношению окиси кальция к кремнезёму. Это обусловлено требованием доменного производства об исключении сырого известняка из доменной шихты. Низкое содержание мелочи в агломерате (фракция -5 мм - 3,0*9,5$) связано с его высокой прочностью и хорошим отсевом мелочи, что предопределяет большой расход топлива в аглошихте и высокий расход возврата.

Основной проблемой доменного производства на Бхилай-ском метзаводе, как и на других заводах Индии, является качество металлургического конза, связанное с плохим качеством углей применяющихся при производстве конза. При производстве кокса из индийских углей содержание в коксе золы доходит до 29$. В связи с этим в шихту для коксования вводят до 40$ импортных австралийских углей с низким содержанием золы, что приводит к снижению золы в конзе до 20*22$. В золе кокса содержится 54-55$ кремнезёма и 30-32$ глинозёма. Прочность конза, характеризуемая микум-тестом составляет - Мад - 76,0-81,0$ и М10 - 11,0-8,8$.

Механизм восстановления кремния в доменной печй. Известно, что одной из главных реакций восстановления кремния в доменной печи является реакция:

(5Ю2) + 20Графит = ^вес.$ + 2С0газ ™

= 145100 - 95,55 Т

где: ¿¡о - стандартная свободная энергия системы.

№

- б -

Можно представить это выражение в другом виде:

дбс = - ВД-&1К

где - К - константа равновесия, определяемая из равенства:

к _ /уци*рсо__(з)

/SLOp «С

где: LSL3^ - весовой % кремния в чугуне;

(SiP2) - весовая доля двуокиси кремния в шлаке;

i/ » /сп » Sí' ~ коэффициенты активности кремния в ме-Kg¿ /fbL 2 талле, двуокиси кремния в шлаке и ак-

U и тивность углерода растворённого в

железе.

Величины эти равны:

- для температур 1400*1600 - 15 ;

- для шлаков с 20% А1203 и основностью UaO/ 02 около 1,0, примерно - 0,з ;

QU - для углерода растворённого в железе эта величина равна единице.

Объединив уравнения (I), (2) и (3) и заменив натуральный логарифм десятичным получим:

„ 1500 • LSU • РцП 3IVI4

р -ídL_ ---+ 20,88 (4)

<-<} 0,3- (S102) Т

CSL3

Расчёт по этому уравнению зависимости -

(Ыо2)

от температуры показывает, что при 1500 С Рц0 равной I ат это соотношение будет равно 0,15.

Эти значения температуры газовой фазы и давления обычны для района заплечиков современных доменных печей. Однако отношение [¿11 в практике работы доменных печей (Si02)

не превышает 0,03-t0,04. Это объясняется тем, что восстановление кремния замедляется. На это замедление реакции восстановления оказывают влияние параметры твёрдой, жидкой и газовой фаз в районе заплечиков.

Управление этими параметрами позволяет снизить содержание кремния в чугуне, а то же время, если принять что Рсо равно 2*5 атм, тс результат расчёта будет близок к практическим данным. Зто говорит о том, что реакция восстановления кремния происходит и в горне печи, на границе фаз шлак - металл, а к давлению дутья добавляется гидростатическое давление расплава.

Влияние обогащения дутья кислородом на восстановление кремния, с точки зрения термодинамики, можно объяснить изменением в газовой фазе за счёт обогащения её азотом. Кроме того, интешификация процесса, когда время контакта капель расплавленного чугуна с шлаковой фазой уменьшается, также замедляет реакцию восстановления кремния.

Изменение основности шлака, меняющее коэффициент активности (Б^) - а51.0 ' пРиводит к изменению содержания кремния в чугуне на ^ 0,2% на каждые 0,1 отношения

Это справедливо для интервала температур 1400*1500^. •^2 Таким образом, для условий работы Бхилайского завода, при температуре металла 1450^, основности шлака о'аО/З^ = I» при содержании глинозёма в нём около 20% и Рдо равном 2 атм, содержание кремния в чугуно должно быть не более 0,5*0,6% против 1,2+1,5% фактически. Это говорит о том, что существенно развиваются и другие реакции восстановления кремния.

При высоких температурах в фурменной зоне должна протекать следующая реакция:

+ ^граф. = 510газ + С0газ

„ 35800 для которой = 17,5-----(5)

При температуре 16004; парциальное давление 510 достигает 10"^атм и моноокись кремния превращается в газ. В заплечиках печи 5£0 может участвовать в следующих реакциях:

$£°газ+ аграф.= + С0газ ; бус = ^ + 3,41 (6)

5Югаз+ ГеО = [Ре] + С^102) ; 5^газ+ СОгаз = СвЮ2) + Сграфв; е^К =

29164

Т

35794

$Югаз+ (МПО) = ($С02) + СМпЛ ; ^К = 2БЮгаз = (5Ю2) = [511 ; • ^К =

т

20ВI

т

39978

- 10,37 (7)

- 17,5 (8)

- 6,3 (9)

- В,87 (10)

Из этих реакций в фазах газ-металл простейшей является реакция (б), развитие которой приводит к повышению содержания кремния в чугуне. Остальные реакции идут замедленно на границах жидких фаз шлак-металл. Однако, для реакции (6) предпочтительнее более высокие температуры (1500*1600%), чем для остальных реакций. Снижая температуру в заплечиках или уменьшая время контакта металла с газом мы частично можем подавлять реакцию (6), уменьшая содержание в чугуне кремния. Создавая железистые или высокомарганцевые шлаки в заплечиках мы можем развивать реакции (7) и (9), которые будут реализовывать большую часть моноокиси кремния, замедляя реакцию (6).

Следует также отметить, что обогащение дутья кислородом способствует повышению концентрации СО в газовой фазе, что приводит к большему развитию реакции (8). Это также объясняет факт уменьшения содержания в чугуне кремния при обогащении дутья до концентраций, нарушающих ход печи. Нужно также отметить, что поступающая в печь из других источников, кроме золы конза, не может принимать участие в образовании БЮ по реакции (5), т.к. она будет поступать в фурменную зону в составе шлака, а (ЗШз) в шлаке имеет малую активность. В то же время, не вся 5102 золы конза принимает участие в образовании БЮ, т.к. основная часть углерода конза идёт на образование горнового газа, на прямое восстановление и науглераживание чугуна.

Бели рассмотреть баланс углерода конза в печи, то по-

лучим: в кг/т чугуна

сконза= с02+ °С02+ СН20+ Сзаплеч.+ Счуг.+ с 02 С11)

где: С0 - углерод реагирующий с 02 на фурмах; °002~ У глер од реагирующий с С02 на фурмах;

иН20~ ^лерод реагирующий о Н20 на фурмах;

сзаплеч ~ УглеР°Д прямого восстановления и углерод

восстанавливающий Э£, из 5Ю ; °чуг. ~ ^лерод переходящий в чугун;

- углерод образующий БЮ на фурмах.

Аналитическое рассмотрение этого баланса показывает следующее:

- чем больше вдувают пара на единицу углерода, тем меньше углерода реагирует с 3102, образуя £1.0;

- чем выше отношение ЗЮ2/С в коксе, тем легче идёт реакция образования БЮ на фурмах;

- чем больше степень прямого восстановления, тем меньше углерода в заплечиках может реагировать с $¿0, восстанавливая кремний.

Следует также отметить, что на окисление в горне, уже восстановленного кремния, влияет содержание закиси железа и закиси марганца в конечном шлаке, которые реагируют с кремнием на границе фаз шлак-металл.

Следовательно, для того чтобы обеспечить получение чугуна с пониженным содержанием кремния необходимо исследовать и оптимизировать основные технологические параметры доменной плавки, влияющие на процессы восстановления кремния в доменных печах, с учётом конкретных условий работы Бхилайского метзавода на основе полученных теоретических предпосылок.

Оптимизация режима загрузки на доменных печах, оборудованных бес конусным загрузочным устройством. Основным отличием и преимуществом бесконусного загрузочного устройства является тот факт, что любой материал может быть положен в

любую точку колошника и профиль загрузки формируется независимо от физических характеристик, загружаемых материалов. Это позволяет обеспечить оптимальный газовый поток в печи, что, в свою очередь, даёт возможность получить высокое использование химической энергии газов, повысить интешив -ность процесса с высокими технико-экономическими показателями.

Для оптимизации распределения материалов в печи и определения параметров работы бес конусного загрузочного устройства, была разработана математическая модель работы распределителя и проведены опытные плавки для выявления специфических характеристик системы распределения материалов на колошнике печи и исследования распределения материалов перед задувкой. Программа исследований распределения материалов на колошнике перед задувкой осуществлялась впервые в Индии на доменной печи Бхилайского метзавода. Выполненный объём исследований был направлен на выяснение предельных рабочих угловых положений и характера формирования профиля поверхности засыпи на колошнике. Фактические результаты эксперимента свидетельствуют, что при загрузке шихтовых материалов с отмеченными угловыми значениями при уровне засыпи I м, одиннадцатое положение не является рабочим, а десятое может получить лишь ограниченное применение. В случае же загрузки шихтовых материалов при уровнях засыпи между отметками +35000 мм и 36000 мм нерабочих угловых положений будет больше. Эти результаты позволили также сделать важный вывод о том, что при длине лотка 3,5 м и диаметре колошника 6,9 м снижаются технологические возможности лоткового распределителя и что длина лотка завышена.

Таким образом, попытка фирмы "Пауль Вюрт" сохранить технологические возможности стандартного лоткового распределителя длиной 3,5 м для колошников с различными размерами, сохранив при этом одиннадцать угловых положений в меньшем угловом интервале, приводит к малому шагу при загрузке материала в периферийной зоне при переходе из одного положения в другое. В результате шаг между угловыми положениями

лотка при работе в диапазоне угловых положений 7-10 практически оказывается в пределах неточности финзации лотка.

Проведённые эксперименты на доменной печи показывают, что разница между радиусом колошника и длиной вращающегося лотка в бес конусном загрузочной устройстве должна быть не менее 300 мм. При этом известно (по A.HJ'amiy), что диаметр колошника является функцией объёма печи.

Дк = 0,5-Vg'36 (12)

В соответствии с этим можно подсчитать какой должна быть длина лотка в зависимости от объёма печи.

Кк = 0,25-Vg'36 или

&к - L> 150 мы , т.е.

Lu = 0,25-Vg'56 _ 0|3 и (D)

где: L - длина лотка, м

Уп - объём печи, м3

RK - радиус колошника, м

Дк - диаметр колошника, м

На рис. I показан результат проведённых энзпериментов. Математическая модель включает в себя систему загрузки материалов в бункера печи, забор их из бункеров, взвешивание, трашпортировку в бункера загрузочного устройства в заданной последовательности, загрузку на вращающийся лоток и режим работы лотка, включающий угол его подъёма и скорость вращения. В модель были заданы геометрические параметры колошника печи, загрузочного устройства и основные физические характеристики шихтовых материалов, полученные перед задувкой, такие как: траектории падения с лотка, разделение на фракции при свободном ссыпании с наклонной поверхности, углы естественного откоса и т.д. Экспериментально подбирался вес подачи и порядок загрузки. Сочетание экспериментально подобранного режима загрузки и веса подачи с возможностью их многократно-

Рис. 1.Траектории потока материалов в зависимости от углового положения лотка при различных уровнях засыпи.

го повторения и контроля распределения материалов на колошнике при помощи модели обеспечило оптимальное газораспределение в печи. Полученные данные позволили определить наилучшую систему загрузки и вес подачи (26*28 т) при сравнительно открытом центре - температура газа 350^3 и подгруженной периферии - температура газа 150°С, при КО'Ъ в середине радиуса колошника.

Результаты экспериментов были внедрены в производство и в дальнейшем использовались на доменных печах и оборудованных бесконусными загрузочными устройствами.

Оптимизация фурменных параметров доменных печей на Бхилайском метзаводе. Газодинамические условия доменной плавки, определяющие интенсификацию процесса, зависят от пара-

метров и количества газа, образующихся в фурменной зоне доменной печи.

Основными параметрами фурменной зоны, определяющими условия горения кокса и параметры горновых газов, являются: количество, температура, давление, состав дутья и число, диаметр и длина воздушных фурм. Эти параметры оказывают основное влияние на показатели плавки и качество чугуна. Определяющими оптимизацию условий работы фурменной зоны показателями являются: теоретическая температура горения и кинетическая энергия дутья.

Теоретическая температура горения представляет собой гипотетическую температуру очагов горения ковза в адиабатических условиях. Она определяет объём и температуру образующихся горновых газов и как следствие влияет на интенсивность доменной плавки и расход конза.

Мы определяли теоретическую температуру горения исходя из теплосодержания газов, образующихся при горении углерода в дутье соответствующих параметров с учётом известной теплоёмкости двухатомных газов в функции их температуры. Такой расчёт представляет собой тепловой баланс фурменного очага горения, что позволяет легко подсчитать влияние любой составляющей баланза на величину теоретической температуры горения. Такими составляющими являются: температура, влажность дутья,содержание в дутье кислорода, расход углеводородной добавки и её состав. При этом убедительно показано, что углерод ксвза и углерод любой добавки совершенно идентичны в физическом и химическом смысле при горении в фурменной зоне. Сама по себе теоретическая температура горения без обеспечения, необходимого для активной работы горна печи, не может дать должного эффекта в оптимизации газодинамических условий плавки.

Распределение, образующегося в фурменных очагах горнового газа, зависит от его выхода в единицу времени и глубины проникновения по диаметру горна печи. Эти факторы также являются определяющими ферму и величину окислительной зоны в заплечиках.

Кинетическая энергия дутья должна соответствовать главному принципу :

mv2

Е = —-- , кгм/сек (14)

где: m — масса дутья, кг

У- скорость дутья, м/сек

Ори этом:

Ув fil

m -- (1,293 +-) - --(15)

60 1000 9,81 п

где: Ув - объём сухого дутья, нм5/мин

- влажность дутья, г/нм3

1,293 - плотность воздуха, кг/нм5

9,81 - ускорение силы тяжести, м/секс п - число фурм Скорость дутья может быть определена в зависимости от:

лг U, 22,4 f 1 106 I (273+TJ)

V = -¿2- (I +-— )--—г- - --^ (16)

60 18000 п d. /4 (I+PB) 273

где:

d - диаметр фурм, мм Рв - давление дутья, ат Тв - температура дутья,

Результаты призведённых по этим формулам расчётов представлены на номограмме (рис.2), позволяющей определять кинетическую энергию дутья для оптимизации работы фурменной зоны в функции параметров дутья,геометрических размеров и количества воздушных фурм.

С целью определения оптимальных фурменных параметров для условий работы Бхилайокого завода были проведены опытные доменные плавки на доменной печи JF7, в которых исследовалось: _ оптимизация теоретической температуры горения;

- увеличение кинетической энергии дутья;

- увеличение диаметра и числа фурм.

Результаты опытных плавок показаны на рис. 3

Рис.2. Номограшла расчёта кинетической энергии дутья

Рис.3. Показатели доменного процесса в зависимости от фурменных параметров.

Результаты опытных плавок показали, что оптимизация параметров дутья, геометрических размеров фурм, при максимальном числе последних в работе, существенно улучшает газораспределение в печи, приводит к интенсификации процесса и к снижению удельного расхода кокса. Было определено, что в конкретных условиях оптимальной теоретической температурой горения для ДП-7 является температура в пределах 2050 *■ 2070%. При повышении кинетической энергии дутья от 3988 кгм/сек до 4742 кгм/сек производительность печи возросла на 8,4$, расход кокса уменьшился на 5,7% и содержание кремния в чугуне снизилось от 1,05% до 0,83%. В период опытных плавок печь работала с оптимальным шлаковым режи -мом, при содержании агломерата в шихте 70%, на коксе высокой прочности - М10 = 8,8% .

Оптимизация шлакового режима, с целью создания условий для снижения степени восстановления кремния. Физико-химические свойства шлака, который начинает формироваться в зоне распара и в нижней части шахты имеют большое влияние на газодинамику шахты доменной печи и на процессы плавления, восстановления, теплопередачи в нижних активных зонах заплечиков и горна. Применение в шихте различных, существенно отличающихся друг от друга по физико-химическим свойствам шихтовых материалов образующих шлаки, каждый в своей зоне по высоте печи, (руда, агломерат, кою) предопределяют важность оптимизации шлакового режима по высоте печи, начиная с нижней части шахты до металлоприёмника. Состав и свойства всех шлаков можно определить расчётным путём, исходя и$ состава и расхода шихтовых материалов, учитывая динамику восстановительных процессов в печи. Шлак, образующийся после размягчения и плавления сырых материалов, представляющих собой опускающийся фронт расплава, определяется как первичный шлак. В первичном шлаке, опускающемся вниз в зону заплечиков, начинается восстановление железа из закиси растворённой в шлаке. В это же время начинает возрастать температура шлака, что снижает его вязкость. В результате этих совместных процессов образуется промежу-

точный шлак. При опускании шлака в зону высоких температур восстановление закиси железа ещё более активизируется. Восстанавливается при этом также и закись марганца, что также изменяет состав и свойства шлака. На уровне фурм шлак содержит менее 3% закиси железа. При этом восстанавливается и кремний (до 75% от общего содержания кремния в металле). Соединение шлака от золы с промежуточным шлаком приводит к образованию шлака заплечиков. Все восстановительные процессы в этой зоне идут прямым путём, т.е. восстановителем является углерод. Тут реализуется до 30% золы кокса. На уровне фурм, в зоне горения кокса, к нему присоединяется остаток золы коша и имеет место перегрев шлака, что и приводит к образованию конечных шлаков.

Как было уже указано, в зоне заплечиков идут основные реакции восстановления кремния. В этой зоне кокс является единственным твёрдым материалом, через слой которого снизу поднимается горновой газ, а сверху просачиваются капли чугуна и шлака. Жидкие фазы оказывают сопротивление поднима-ющишя газам, а газ поддерживает опускающиеся капли, т.е. система кокс-газ-жидкссть находится в равновесии при нормальных условиях. Причём, чугун, инея большой удельный вес, уходит из системы, что позволяет считать равновесной системой конз-газ-шдак. Влиять на изменение равновесных условий газодинамики в заплечиках можно путём изменения характеристик шлака, его вязкости, скорости опускания, количества шлака а также характеристик коксовой насадки. Обычно кварцит вводят в шихту для увеличения выхода шлака с целью снижения содержания в шихте глинозёма и для снижения основности первичных и промежуточных шлаков. Просто понизить основность агломерата нельзя, т.к. при высокой зольности кокса это приводит к получению конечных шлаков неблагоприятного состава.

На доменной печи К7 были проведены опытные плавки с различным содержанием в шихте кварцита - 68, 39, 23 и 17 кг/т чугуна. При этом проводились расчёты материальных балашов, состава и характеристик шлака в различных зонах пе-

чи, исследовались пробы шлака из фурменной зоны. Были также расчётный путём определены состав и вязкость шлаков всех зон печи с вводом в шихту кварцита и без него в зависимости от температуры. При этом вязкость шлака определяли по формуле Л.Ц.Шелудякова

о и тп(2'52" 0,223 ИВА)

£ооМ= -10,12 + 1.74(ША) + -Ш-—--,- (17)

V 4,575« Т»Ю3

[01

где: КиА =

[SL3 + 0,75 [AI3

где: 10] - содержание кислорода в окислах, грамм-атом

[Si.] - то же для кремния

[АН - то же для алюминия

Т - температура шлака, °К

Результаты этих расчётов показаны на рис. 4, на котором видно, что ясно разделяются две группы шлаков - с добавкой кварцита и без кварцита.Первичные шлаки с добавкой кварцита имеют более низкую вязкость, на которую содержание кварцита влияет мало. В зоне промежуточных шлаков вязкость шлака со средней и малой добавкой кварцита и без кварцита близки между собой. В зоне заплечиков и в зоне формирования конечного шлака влияние значительных добавок кварцита на вязкость усиливается.

Исходя из изложенного, наиболее оптимальными шлаками являются шлаки с малой добавкой кварцита - 25*15 кг/т чуг. Такие шлаки имеют удовлетворительную вязкость в зоне заплечиков и хорошую (низкую) вязкость в первичном состоянии. Некоторое увеличение вязкости конечных шлаков не ухудшает работы печи, т.к. температура в этой области достаточно высока и шлаки эти практически находятся ниже области фурм.

Как уже указывалось, кремний в доменной печи из шлака восстанавливается выше уровня фурм при контакте двух жидких фаз - чугуна и шлака. Чугун при этом является поставщиком восстановителя- углерода, растворённого в металле, а растворяя в себе восстановленный кремний, выводит его из реакцион-

• — базовый период — - шлаки о кварцитом па«М1 х - I опытный период _ . беэ кварЦ1|1а

Рис.4. Вязкость шлаков в заплечиках в зависимости от температуры.

ной зоны, увеличивая скорость реакции. Таким образом, ясно , что динамика восстановления кремния в доменной печи имеет сложный характер, испытывая на себе влияние различных раз -носторонне действующих факторов. Наиболее важными из этих факторов являются: присутствие восстановленного железа, основность жидкой шлаковой фазы, контакт фаз и концентрация закиси железав шлаке. В системе окислов, обогащенной закисью железа, восстановление кремния не может получить существенного развития, несмотря на благоприятный температурный уровень - 1300+1350 По мере понижения содержания в шлаке закиси железа по высоте заплечиков реакция восстановления кремния должна получить значительное развитие. В конечных шлаках, при содержании закиси железа 0,4*0,5% на уровне не-

сколько выше фурменной зоны кремний должен быть восстановлен до величин более высоких чем его концентрация в чугуне. Однако, в этом районе по высоте печи промежуточные шлаки имеют очень высокую основность, т.к. теряя закись железа, обогащаются остальными окислами, а первичные шлаки Бхилай-ского метзавода и так высокоосновные. Очевидно, влияние содержания в шлаке закиси железа на восстановленик кремния значительно сильнее, чем влияние основности, т.к. низкое содержание закиси железа не только благоприятствует восстановлению 1фемния, но и создаёт возможность для существенного развития реакции окисления кремния в фурменной зоне и ниже.

Большое количество окислов из золы коша, попадающих в шлак при формировании его конечного состава, ниже уровня фурмы, снижает основность шлака, повышая концентрацию в шлаке кремнезёма, что также препятствует развитию реакции окисления кремния. Ввод в фурменную зону дополнительной закиси железа в виде окалины или конверторного шлака должен привести к существенному повышению уровня развития реакции окисления кремния.

Характеристики размягчения и плавления шихт Бхилай-ского метзавода показывают, что агломерат имеет существенно лучшие свойства, чем руда. Длина зон температур размягчения у него почти втрое уже чем у руды (Ю0°С против ЗОО'Ъ). Зона шлакообразования при этом занимает меньший объём по высоте печи.

Для улучшения шлакового режима работы доменных печей Бхилайского метзавода следует:

- снизить разнородность загружаемых железорудных материалов путём повышения соотношения между количеством агломерата и руды в шихте, вплоть до исключения последней;

- часть флюса вдувать через фурмы в виде окиси кальция, что позволит снизить основность и улучшить свойства первичных шлаков;

- снизить восстановимоеть железорудных материалов, что позволит улучшить свойства промежуточных шлаков из-за повышения в них содержания закиси железа, путём повышения со-

держания последней в агломерате и ввода в шихту доменных печей шлаков конвертерного производства стали. Ввод в шихту конверторных шлаков снизит также расход известняка и марганцевой руды в шихте и уменьшит выход шлака на тонну чугуна;

- разжижающую шлаки добавку, если это потребуется, в виде плавикового шпата вдувать вместе с окисью кальция через фурмы доменных печей;

- возможно также вдувание черех фурмы окалины с целью повышения содержания закиси железа в конечных шлаках.

Изучение разрушения кокса в доменных печах Бхилайско-го метзаведа и определение оптимальных его параметров. Конз играет главную роль в газодинамике доменной печи. Его характеристики определяют почти все показатели доменного процесса. Наиболее важным является его гранулометрический состав в нижних зонах печи, где конз является единственной твёрдой фазой. При движении по высоте печи кокс подвергается воздействию механических, тепловых и химических факторов, которые влияют на его параметры в различных зонах печи, определяющие производительность агрегата, расход кокса, кинетическую энергию дутья, шлаковый рениы, щелочной режим и т.д. Изучение разрушения и превращений кокса по высоте печи позволяют определить возможные действия в технологии, обеспечивающие нормальный ход процесса.

и точки зрения газодинамики доменная печь может быть условно разделена на две зоны - "сухую" зону, где конз и твёрдые материалы спускаются вниз навстречу потоку газов, где имеются две фазы - газовая и твёрдая и "мокрую" зону, где существуют три фазы - газ, жидкость и твёрдый материал. Здесь имеет место и третий вид движения - движение расплава в твёрдой движущейся насадке, опережающее движение твёрдой фазы.

Известна модель (по Шервуду) для сценки газодинамических условий взаимодействия в нижней зоне печи двух фаз-газа и шлака, в которую входят основные параметры твёрдой фазы - конза.

Нами эта модель применена для изучения разрушения и определения оптимальных характеристик твёрдой фазы - коша в нижних зонах печи.

Ь2-| 4 Ю"3 (18)

где Ь - т.н. фактор подвисания, определяемый из равевзтва

Ь = (_£_ )2 J__L.iL М 0,2

С ^-3600 > ГТ ^ с/ и

(19)

а , т.н. отношение текучести

где (?, 1_- массовый поток газа и жидкости, кг/час м2 ^ - гравитационная постоянная, м/сек2 Б - удельная поверхность кокса, м2/м3 £ - фактор пустот конзовой насадки (-) УДельный вес газа и «идкости, кг/м2

вязкость жидкости, санти-пуазы

б -(I -£) « / (21)

1де: фактор формы кусков кокса (-)

Ц,- усреднённый диаметр кусков кокса, м Из этих уравнений можно подсчитать зависимости между степенью разрушения кокса, его крупностью в зоне заплечиков и изменением производительности печи. Данные расчёта показывают, что каждому 1% разоушения кокса соответствует изменение производительности печи на 0,5%.

На ДП-7 были проведены следующие эксперименты: Из фурм доменной печи в различные периоды (июнь, июль, декабрь 1988 г.) были отобраны пробы кокса. Эти пробы были немедленно испытаны в барабане, поверхность которого охлаждалась водой. При этом принимались меры против горения кокса в атмосфере. После закалки кокса он был отделён от застыв-

ших капель металла и шлака. Затеи пробы кокса подвергались рассеву. Исходя из времени пребывания материалов в печи, примерно за 8 часов до отбора конза из фурм отбиралиоь и исследовались пробы скипового конза. Фракция +50 мм проходила через микум-лробу при 50, 100, 150, 200 и 250 оборотах барабана. Затем определялся фракционный состав конза. Затем делалиоь анализы фурменного и скипового конза а такхе металла и шлака. Результаты исследований приведены в таблицах I, 2, 3 и

СИТОВЫЙ СОСТАВ ИССЛЩЕШХ ПРОБ КОКСА.

Табл. I

! I проба, % ! 2 проба, % 13 проба, %

Фракция I----.----4--------4---------

и,. !Скипов.!Фурмен. 'Скипов.I Фурм. !Скипов.!Фурмен. мы ! кокз ! конз I кокс I кокс I кокс I ко ко

480 11,6 - 9,4 - 4,5 -

60 * 80 31,3 14,2 22,3 12,1 24,7 8,3

40 fr 60 35,0 30,9 52,7 30,3 55,1 30,9

25 * 40 14,3 32,6 13,3 42,4 13,5 26,8

12 fr 25 5,2 - - - - -

Ю fr 25 - 10,4 - - I.I 14,4

0 fr 12 2,6 - - - - -

0 fr 10 - 11,9 - - I.I 19,6

-25 7,8 22,3 2,1 15,2 - 34,0

СОДЕРЖАНИЕ ЗОЛЫ В СКИПОВОМ, ФУРМЕННОМ И ЛЁГОЧНОМ КОКСЕ, %

Табл.2

№ пробы (Скиповый конз 1 Фурменный конз ! Кою из лётки

1 проба 22,2 28,4 нет пробы

2 проба 22,4 27,3 58,0

3 проба 18,8 25,8 50,7

- 24 -

УСРВДНЁННЫЙ АНАЛИЗ ЗОЛЫ КОКСА, %

Табл.3

Компонент Юкиповый кокс!Фурменный кокНКокс из лётки Ре203

3

А120-

Р205 СаО

55,21 47,82 28,49

9,01 11,00 17,42

26,86 29,90 18,30

1,70 0,90 1,60

1,14 0,73 0,32

3,50 4,20 21,40

0,47 1,60 6,88

0,62 0,43 2,70

СОСТАВ МЕТАЛЛА И ШЛАКА ВО 2 И 3 ПРОБАХ, %

Табл.4

Компонент 1 2 пР°ба 1 3 пР°ба

!из фурмы!на выпуске 1 из фурмы!на выпуске

Чугун: 0,95

БС 1,25 0,98 2,60

№ 0,80 2,46 0,85 1,06

Б 0,166 0,026 0,200 0,038

Р 0,23 0,21 0,26 0,18

Т1 следы нет пробы 0,084 нет пробы

с 3,78 4,23 3,60

Шлак: РеО

эЮг

А12о3 СаО Мер МпО

Б

С

Из

рушение

3,61

29,40

12,94

40,61

6,49

2,55

0,91

3,02

0,34 34,33 21,52 32,88 9,62 0,69 0,88 О

8,13 37,18 15,88 25,20 6,30 2,46 0,88 3,97

0,2 33,72 20,69 31,97 8,69

нет пробы О

рассмотрения указанных материалов видно, что раз-кокза во всех опытах было примерно идентичным. Если

сравнить кинетическую энергию дутья по опытным периодам, которая составила 4000 кгм/сек в I и П периодах и 4500 в Ш периоде с соответствующей прочностью конза, то индею ÍI-j-q составил в I периоде 9,3%; во П - 9,0% и 8,4 % в Ш периоде, то можно сделать вывод о том, что кинетическая энергия была выше там где прочность конза улучшилась, а большее разрушение в Ш периоде соответствовало увеличению воздействия внешних сил на кокс в связи с увеличением кинетической энергии.

Рассмотрение экспериментов по испытанию ковза в барабане показало, что гранулометрический состав конза в различные периоды существенно отличался друг от друга. При величине показателя Mjq в районе 9,0*9,3% конз стабилизировался после 200 оборотов барабана, а при величине Mj0 - 8,4% стабилизация наступала при 150 оборотах. Этот вывод показывает, что существующий микуы-тест, где следует проводить испита -ние до 100 оборотов, не является достаточно представительным, т.к. при этом стабилизации конза ещё нет. Следовательно, микуы-тест должен быть скорректирован в сторону большего числа оборотов барабана.

Рассмотрение изменений содержания золы в конзе при движении кокса в печи корреспондируется с изменением содержания в нём углерода в связи с его участием в восстановительных процессах. Это также отражает характер восстановления окислов железа в печи. Участие углерода конза в восстановительных процессах в шахте печи определяюще влияет на его разрушение. Так, например, в Iii опыте, когда мы имели наилучший скиповый кою, относительное содержание золы на фурмах было наивысшим, т.е. углерод коюа более интенсивно участвовал в процессах прямого восстановления, что подтверждается и высоким содержанием кремния в чугуне из Фурм, разрушение коюа было максимальным - фракция - 25 мм составила 34%. Таким образом, твердофазные реакции существенно влияют на разрушение коюа в печи.

Нужно также отметить уменьшение содержания в золе коюа SiO£, ТЮ2, SOj при увеличении содержания дру-

гих окислов в процессе спускания коюа в печи. Это связано

с восстановлением Si, TI, Р bS, а уменьшение содержания SiO¿ кроие восстановления 1фемния определяется также возгонкой моноокиси кремния из кокса. Увеличение содержания других составляющих связано с их относительным содержанием при изменении состава золы по вышеизложенным причинам.

Рассмотрение конечного состава продуктов плавки, в сравнении с их составом на уровне фурм, указывает на процессы протекающие в горне печи. Имеет место окисление уже восстановленного кремния, прямое восстановление марганца из шлака, переход серы в газовую фазу, т.к. содержание серы в шлаке практически не растёт. Несколько науглераживается чугун. Завершаются процессы восстановления закиси железа. Изменение содержания других окислов в шлаке указывает, что в горне продолжается смешивание шлака из золы конза со шлаком из заплечиков.

Влияние увеличения расхода агломерата в железорудной части шихты на показатели доменной плавки. Увеличение расхода агломерата в железорудной части шихты и улучшение его качества, с точки зрения колебаний химического состава, прочности и содержания мелочи, в каждом конкретном случае приводит к существенной оптимизации доменного процесса.

Доменные печи Индии, работающие с сырой рудой, имеют зону шлакообразования от нижней части шахты до фурменной зоны. Это требует большого расхода тепла, что не позволяет получить чугун с содержанием кремния ниже 1,8*2,0%. Этот расход тепла связан со свойствами руд, с высокой температурой их размягчения, реализуется в зоне заплечиков и распара, а внесён может быть только в фурменную зону, где предопределяет благоприятные условия для восстановления кремния.

Ввод в шихту агломерата с соотношением окиси кальция к кремнезёму более 2,0 резко уменьшает зону шлакообразования, т.к. такой агломерат имеет очень узкую температурную 'зону размягчения и плавления. В основном это связано с условиями образования легкоплавких соединений при агломерации руд, главным образом ферритов кальция, на которые тепло расходуется в аглопроцессе. Это позволяет поднять зону шлакооб-

разования по высоте печи и сделать её более узкой. Чем больший расход агломерата в шихте тем больший эффект достигается. Статистические данные показывают, что увеличение доли агломерата в шихте приводит к снижению содержания кремния в металле.

Нами было уже показано, что одним из источников повышения содержания кремния в чугуне является зола кокса. Снижение расхода кокса при снижении расхода агломерата в шихте, уменьшение необходимого резерва тепла в горне за счёт стабилизации процесса позволяют частично подавлять процесс восстановления кремния в заплечиках. При этом также имеет место снижение содержания в металле серы из-за благоприятствующего этому высоксосновного шлака, образующегося в распаре, обладающего высокой текучестью и адсорбирующим свободную серу кокса. Промышленные доменные плавки с повышенным расходом агломерата в шихте были проведены на доменной печи № 5, полезным объёмом 1719 м3. При увеличении расхода агломерата с 60% до 75% имело место повышение производительности печи на 3%, снижение расхода кскса на 6%. При этом в шихту был введён кварцит. Эти результаты следует объяснить улучшением шлакового режима в зоне заплечиков, где основность шлака по отношению Са0/ЗЮ£ понизилась с 1,71 дс 1,41, что привело к улучшению газодинамических условий в печи, повышению расхода дутья с 1950 дс 1986 и^/иин и к улучшению степени использования окиси углерода на 4%. Благоприятное влияние оказала в этом случае и замена основного флюса кислым, т.к. кварцит, имеющий высокую температуру плавления образует шлак только в зоне высоких температур. Всё это привело также к снижению содержания в чугуне кремния с 1,36 до 1,24% при постоянной основности шлака.

Производство чуг.уна с пониженным содержанием кремния. Как уже указывалось, производство низкокремнистого чугуна 'для сталеплавильного передела имеет большое значение. Как видно из рис. 5 , отражающего результаты всех проведённых исследований, содержание кремния в чугуне является функцией как качества сырых материалов, так и технологических факторов.

Рис. Ь Логическая диаграмма зависимости содержания кремния в чугуне от различных факторов., ¿откорректированная диаграмма Т.Уетани)

В связи с этим для печи № 7 был выполнен подбор режима плавки и осуществлён строгий контроль за стабилизацией всех технологических и шихтовых параметров. В таблице 5 приведены основные среднемесячные технико-экономические показатели работы печи в феврале 1990 года (базовый период) и в июне 1990 г., когда были внедрены почти все требуемые мероприятия, включая параметры воздушных фурм.

В таблице б даны показатели доменного процесса, определённые по данным расчётов материальных и тепловых балансов. Материальные и тепловые балаюы выполнены по описанному в работе алгоритму на теоретический чугун, полученный па основе загруженных в печь материалов со средним за каждый период химическим анализом. Приведённые к 100$ степени восстановления железа указывают на то, что восстановительные процессы в базовом и опытном периодах были стабилизированы и степени восстановления практически не отличаются друг от друга. Заметно увеличилась степень использования водорода, хотя влажность дутья не изменялась существенно.

ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ »7 В ОПЫТНЫЕ

ПЕРИОДЫ.

Табл. 5

Л дЛА Показатель ¡Единица ! изм. ¡февраль ! ! 1990г. ! июнь 1990г.

I. Среднесуточное произв. т/сут. 2286 2830

2. Расход кокса (влажн.) кг/т чуг . 600 604

3. Состав чугуна: 1° 1,20 0,92

Мп 0,71 0,75

Б 0,031 0,029

Р 0,19 0,19

с 4,18 4,20

Ре 93,69 93,91

4. Агломерата 63,9 65,4

в т/р шихты %

5. Шлака кг/т 421 441

Состав шлака: Бс % 33,89 33,55

А1203 21,61 20,98

СаО 33,29 33,35

М^О 7,65 8,42

РеО 0,81 0,81

МпО 0,73 1,01

Б 0,99 0,86

Са0/3№2 0,98 1,00

6. Дутьё: ■г 2822 2984

расход м-умин

температура °С 919 911

давление ат 2,53 2,41

кинетическая

энергия кгм/сек 4960,0 5885,1

Такие показатели, как доля углерода, сгоревшего на фурмах, тепловое значение углерода, теоретическая температура горения и КПД тепла фактически не изменялись, что позволяет сделать вывод об оптимизации процесса с точки зрения шлакового режима, систем загрузки, качества загружав -мых рудных материалов и кскса)позволяет определить влияние интензификации плавки на содержание кремния в чугуне.

- 30 -

ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОШБСА.

Табл. 6

Показатель

Период

¡Базовый ¡Опытный 'февраль ! июнь ! 1990г. I 1990г.

1.

2.

3.

4.

5.

6. 7.

Ь.

9.

10.

11.

12. 13.

Степень использования водорода, %

Степень косвенного восстановления водородом, %

Степень косвенного восстановления окисью углерода, %

Степень прямого восстановления, %

Доля углерода, сгоревшего на фурмах, %

Тепловое значение углерода, ккал/кг С

Теплое одержание горновых газов,

Теоретическая температура горения,

Полезный расход тепла, ккал/кг КПД тепла, %

Интенсивность плавки по углероду сгоревшему в печи, т/сутки

Изменение интенсивности по сгоревшему углероду, %

Относительное изменение содержания кремния в чугуне,

ккал/м3

63,37

11,3

42,1 47,5

73,01 4724,92

67,11

11,6

40,00 48,4

72,35 4725,38

719,41 719,13

<г

2006,18

2353,3

90,89

948,83

100,0

100,0

2005,48

2337,7

90,08

1178,37

124,2

176,6

При прочих близких условиях плавки была существенно повышена её интенсивность. Кинетическая энергия дутья увеличилась с 4960 кгм/сек до 5885 кгм/сек, т.е. на 18%. При этом возросла интенсивность плавки по углероду, сгорающему в печи, с 948,83 т/сутки до 1178 т/сутки или на 24,2%. Относительное содержание куемния в чугуне изменилось обратно пропорционально изменению интенсивности на 23,4% (с 1,20% -ESü до 0,92% - C5L]). При всех прочих равных условиях это могло произойти лишь в связи с уменьшением на 24,2%, соответственно изменению интенсивности, времени контакта жидкого металла, проходящего зону заплечиков, со шлаком в этом районе и возгоняющейся газовой фазой - мснсскисью кремния.

- 31 -

Отсутствие существенного снижения расхода конза, который должен был быть порядка 2,0+2,5%, если бы кремний вое -станавливался из двуокиси кремния, из-за высокого теплового эффекта реакции диссоциации, подтверждает высказанный ранее нами вывод о существенном развитии процесса восстановления кремния из газовой фазы - паров моноокиси кремния.

Выполненный экономический анализ основан на отчётных данных доменного цеха, где учтены потери чугуна. Экономический эффект результатов работы определялся из сравнения изменения технико-экономических и расходных показателей работы печи за базовый и сравниваемый периоды. При расчёте были использованы цены на сырьё и шлак а также условно- постоянные расходы на производство чугуна, зависящие от производительности печи за 1988-89 финансовый год. При годовом производстве на ДП-7 на уровне 1989-90 финавзовогс года - 840583 тонн общий эффект составил 64,85 млн рупий.

Влияние содержания кремния в чугуне на показатели работы конверторного цех$ и общий экономический эффект от внедрения результатов работы.Для того,чтобы определить влияние содержания в чугуне кремния на показатели работы конверторного цеха, определялись статистические зависимости между содержанием кремния и различными показателями производства стали. Анализ полученных зависимостей показал, что все они имеют линейную связь. При этом расчёт количественных показателей позволил определить, что на каждый 0,1% уменьшения содержания кремния в чугуне показатели изменяются следующим образом:

а). Расход кислорода уменьшается на 1,18 м3/т стали.

б). Количество плавок за кампанию возрастает на 27,6 плавки или на 27,6 6 =

372

где 372 - среднее число плавок.

в). Расход флюса снижается на 8,5 кг/т стали

Исходя из этих показателей может быть определён экономический эффект снижения кремния в чугуне в конверторном производстве стали с учётом основных стоимостных показателей её производства за 1989-90 финансовый год.

- 32 -

Экономический эффект в конверторном цехе при годовом производстве стали из чугуна с пониженнынсодержанием кремния 1,336 млн тонн составил 288,43 млн рупий. А весь экономический эффект, включая эффект в доменном производстве -64,85 млн рупий , будет равен 353,28 млн рупий. Указанный эффект не может считаться прямым и полным, т.к. имеют место капитальные вложения в доменное и коксовое производство (новый засыпной аппарат, устройства для отсева агломерата, усовершенствование коксовых батарей и т.д.). Однако, даже если считать окупаемость этих затрат в 5-7 лет, то эффект за этот срок (2,3+3,0 млрд рупий) всегда будет положительным, т.к. капитальные вложения будут существенно ниже.

ВЫВОДЫ

1. На всех металлургических заводах Индии выплавляется передельный чугун с повышенным содержанием в нём кремния - 1,С 1,5%а выше, что обусловлено высоким содержанием в рудах глинозёму (до 6,6%) и большим содержанием золы в коксе (24,0 + 30,0%). В связи с этим плавку приходится вести на чрезвычайно неустойчивых шлаках с большим запасом тепла в горне.

2. Показано, что руды месторождений Раджара и Дали характе ризуются неоднородностью своего химического, гранулометри-, чес кого и минералогического состава и в связи с высоким содержанием железа не требуют разработки технологии обогащени}

3. Выполненные теоретические расчёты показали, что уровеш содержания кремния в чугуне, при восстановлении из жидкой фазы при температуре 1500+1550 ^ для доменных печей работающих в условиях Индии с повышенным давлением газа под колошником, составляет 0,5+0,6%. Парциальное давление окиси углерода в горне должно составлять при этом 3+4 атм.

4. Повышенное содержание кремния в чугуне, дс 1,5% и более зависит от протекания в заплечиках реакции восстановления кремния из мсноокиси кремния, образующейся из золы кокса в фурменной зоне и возгоняющейся в газообразном состоянии.

5. Развитие протекания этого процесса зависит от: расхода

- 33 -

и зольности кокса и состава золы; от фурменных параметров плавки включающих интенсивность горения углерода, температуру и влажность дутья, степень обогащения дутья кислородом; от шлакового теплового и газодинамического режимов зоны заплечиков.

6. Возможно протекание процессов окисления кремния на границе металл-шлак в горне печи за счёт взаимодействия кремния с закисью марганца и закисью железа, содержащихся в шлаке.

V. Результаты исследований работы бесконусного загрузочного устройства (БЗУ) позволили разработать оптимальную программу загрузки печей при установленном несоответствии длины лотка диаметру колошника печей среднего объёма, снижающем технологические возможности БЗУ.

8. Проведены исследования параметров дутья, геометрических размеров фурм при их максимальном числе в работе, внедрение результатов которых позволило снизить в чугуне кремний, интенсифицировать процесс и уменьшить расход кснза. Показано, что для каждых конкретных условий плавки существуют оптимальные - кинетическая энергия дутья и теоретическая температура горения.

9. Проведены исследования по влиянию на содержание в чугуне кремния обогащения дутья кислородом. При этом установлено, что обогащение дутья кислородом до уровня 22,5% улучшает показатели доменной плавки и приводит к уменьшению содержания

в чугуне кремния в связи с уменьшением времени контакта металла со шлаком и газовой фазой, пропорционально росту интенсивности.

10. совместные исследования железорудных материалов, кокза

и шлаков доменной плавки показали, что состав конечных и первичных шлаков имеет существенные различия и подбор оптимального режима конечного шлака не оптимизирует состав и свойства промежуточных шлаков и шлаков в зоне заплечиков.

11. При оптимальном для конечных шлаков режиме офлюсования в широкой зоне по высоте печи от нижней части шахты до фурм образуются железистые вьюокооснсвные и выоокоглинсзёмистые

щлаки с неудовлетворительными металлургическими свойствами -вязкие, "короткие" шлаки. Для улучшения их состава целесообразно вводить в шихту небольшие добавки кварцита ( 15 * 25 кг/т чугуна) а также снижать восстановимоеть агломерата путём повышения содержания закиси железа.

12. Экспериментально показано, что разрушение конза в печи зависит как от его первоначальной прочности, так и от кинетической энергии дутья, участия в процессах прямого восстановления и развития твёрдофазных реакций. При этом использован механизм расчётов, применяемых в определении газодинамики зоны шлакообразования.

13. Показано также, что разрушение конза не связанное с его первоначальной прочностью не ухудшает показателей доменной плавки.

14. Увеличение микум-теста кокса от 100 до 200 оборотов барабана позволяет получить более верное отражение его характеристик.

15. Разработан метод расчёта материального и теплового балансов доменной плавки по фактическим показателям за определённый отрезок времени. Составлен алгоритм баланзов и по нему определялись показатели процесса при анализе сопоставляемых периодов.

16. На основе проведённых исследований разработаны и внедрены на доменной печи ¡fí параметры доменной плавки, включающие: состав шихты, режим загрузки, режим дутья, шлаковый режим, режим выдачи продуктов плавки, высокий уровень контроля всех параметров.

Внедрение указанных мероприятий позволило повызить интенсивность плавки по углероду на 24,2% и снизить относительное содержание кремния на 23,4% за счёт подавления реакции восстановления кремния в заплечиках из газовой фазы. Последнее утверждение доказывается тем, что при всех равных условиях плавки и показателях доменного процесса снижения затрат тепла на восстановление кремния практически не было, что возможно только при подавлении реакции восстановления кремния из его монсскиси, затраты тепла на которую в 4,8 ра-

за меньше, чей затраты тепла на восстановление из кремнезёма слака. Кроне того, снижение кремния пропорционально росту интенсивнее tu процесса, уменьшающей время контакта металла с газовой фазой.

IV. Экономический эффект в доменном производстве составил 64,8 .млн рупий. Он образуется в основном за счёт уменьпоння постоянных расходов на единицу чугуна при росте производства. Экономический эффект от снижения содержания кремния в чугуне в сталеплавильной производстве составляет 118,6 рупий на тонну стали на каждые 0,1% кремния. Это достигается за счёт снижения удельного расхода кислорода и флюсов, увеличения числа плавок за кампанию конверторов в связи с повышением их стойкости. Общий экономический эффект от внедрения результатов работы в доменном и сталеплавильном производстве составляет около 350 млн рупий з год.

Список печатных работ по теме диссертации.

1. П.Р.С.Еекхар, "Технология производства чугуна и стали в Индии - перспективы", статья представлена на международной конференции по производству чугуна и стали, Бразилия, 19а 8 г.

2. JIJP.C.LieKxap , К.С.Агравал. "Модернизация Бхилай-ского металлургического завода", труды семинара "Модернизация металлургических заводов", Калькутта, февраль 1990 г.

3. П.Р.1;.Еекхар, Н.М.;,'оааренкс, О.Б.Сингх. "Предварительные результаты работы доменной печи !'А Бхилайского металлургического завода после рекоштрукции", "Ежегодный технический журнал", Пщийская корпорация по производству стали, 1У90 г.

4. Ю.С.Юсфин, Н.М."ожаренко, И.Р.С.Кекхар. "Изучение распределения материалов на колошнике доменной печи J;4, снабжённой бес конусным засыпным аппаратом, перед её задувкой", "Ежегодный техничеакий журнал", Индийская корпорация по производству стали, 1990 г.

5. Патент "Применение в доменном процессе коизовых

брикетов, содержащих прокатную окалину, с целью дисиликони-зации чугуна в доменной печи", заявитель - Бхилайский металлургический завод, авторы: И.Р.с;.Шекхар, Б.Л.Жураковский, Н.О.Антипов, май 1988 г.

6. "Определение факторов режима доменного процесса, обеспечивающих оптимальное содержание кремния в чугуне на ДП-7", отчёт о научно-исследовательской работе й 13:11:37, выполненной под руководством Щ'.У.Шекхара, Научно-исследовательский центр по чугуну и стали, Индийская корпорация по производству стали, г. Ранчи, март 1990 г.

7. "Оптимизация распределения материалов на ДП-7, снабжённой бесконусным загрузочным устройством", отчёт о научно-исследовательской работе li 13:11:33, выполненной под руководством И.Р.С.Шекхара, Научно- исследовательский центр по чугуну и стали, Индийская корпорация по производству стали, г. Ранчи, март 1990 г.

8. И.Р.С.Шекхар, Б.И.Ашпин, Б.Л.Жураковский и P.U. Жак. "Разработка технологии доменной плавки с целью снижения содержания кремния в чугуне в условиях Индии" Черметинформация, Москва, 1990 г.