автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Накопление цинка в доменной печи и разработка технологии его удаления

оо

с^с о? На правах рукописи

О

со §

Седннкин Виктор Иосифович

Накопление цинка в доменной печи н разработка технологии его удаления

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск 1998

Работа выполнена в ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»

Научные руководители: кандидат технических наук, профессор

Вдовин К.Н.

кандидат технических наук, академик Ныо-Иоркской академии наук

Щукин Ю.П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Спирин H.A.

кандидат технических наук, доцент

Сибагатулин С.К.

Ведущее предприятие: ОАО «Нижне-Тагильский

металлургический комбинат»

Защита состоится /Н^г^.......1998 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 063.04.01 в Магнитогорской государственной горнометаллургической академии им. Г.И. Носова, 455000, г. Магнитогорск-, пр. Ленина, 38, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГМА.

Автореферат разослан г.

Ученый секретарь диссертационного [Ь/О^

совета Селиванов В.Н.

Общая характеристика раоогы

Актуальность проблемы. Проблема цинка в доменном производстве возникла сразу же, как только в металлургический передел стало вовлекаться цинкосодержащее железорудное сырье. Несмотря «а многочисленные исследования в 20-40-е годы и эпизодическое внимание к проблеме в последующие десятилетия, у специалистов к настоящему времени не сложилось достаточно четких однозначных представлений о действительной роли цинка в доменной печи, нет строгой концепции его поведения в ней, не были вскрыты механизмы доминирующих явлений, определяющих степень его накопления в рабочем пространстве печи и образования цинкитных настылей на стенках шахты, колошника и газоотводов. Многочисленные предложения в этом направлении, за период существования проблемы были малоэффективными, труднореализуемыми, экономически невыгодными и не нашли широкого применения на практике. Поиски технологий по удалению цинка из железорудных материалов до доменной плавки до настоящего времени также не дали об- • надеживающих результатов. Поэтому за рубежом пошли по пути ограничения поступления цинка с шихтой, что при наличии мирового рынка железных руд вполне оправдано. Для отечественных металлургических предприятий такой путь неприемлем. Поэтому проблема цинка в доменном производстве металлургических заводов России является частью проблемы железорудной базы черной металлургии и поиска мер борьбы с цинком в доменной печи - задача не одного металлургического комбината.

Цель работы заключается в следующим:

- экспериментальном определении накопления цинка в рабочем пространстве доменных печей и распределении его по высоте столба шихтовых материалов. .

- выявлении механизмов и последовательности явлений, протекающих с цинком в рабочем пространстве доменной печи, условий образования жидкой фазы цинка и разработка новой концепции его поведения в доменной печи.

- обосновании, разработке, опытно-промышленных испытаниях и внедрении новых технологических решений по снижению вредного воздействия цинка на доменный процесс.

Основные положения, представляемые к защите:

- механизмы'явлений, протекающих с цинком в доменной печи, в частности механизм образования жидкой фазы цинка.

- способ разрушения зоны циркуляции цинка и удаления значительной его часпгчерез колошник.

- результаты опытно-промышленных испытаний и внедрения способа удаления цинка в доменном цехе ММК.

Научная новизна. Показано, что содержание цинка в шихте определяет только вероятность его вредного проявления и темп его накопления в столбе шихты. Основной причиной вредного проявления цинка является режим работы доменной печи. Потенциально опасным является не весь присутствующий в печи цинк, а только та его часть, которая способна образовывать жидкую фазу.

Изучены и установлены общие закономерности поведения цинка в доменной печи, разработана балансовая схема присутствия и распределения цинка в рабочем пространстве доменной печи, вскрыто новое качество балансов цинка. Теоретически обоснованы и практически подтверждены механизмы явлений, происходящих с цинком в доменном процессе.

» Показано, что меры борьбы с вредным воздействием цинка на доменный процесс, воздействие на характер и степень его накопления могут осуществляться известными технологическими и техническими приемами или их новым сочетанием.

Обоснован и разработан новый эффективный способ разрушения зоны циркуляции цинка в доменной печи и удаления значительной его части через колошник.

Практическая значимость работы и реализация её в промышленности. Установлены общие закономерности поведения цинка в доменной печи, что позволяет оценивать и прогнозировать характер, степень его накопления и вредного проявления при различных режимах работы любой доменной печи.

Обоснован, испытан и внедрен новый экономичный способ уменьшения воздействия цинка на показатели работы доменных печей, обеспечивающий снижение удельного расхода кокса на 1 - 3 %.

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждены на Международной научно-технической конференции (г. Магнитогорск, 1994г.), Ш-ем Международном конгрессе доменщиков (г. Новокузнецк, 1995г.), 1У-ом Международном конгрессе доменщиков (г. Магнитогорск, 1997г.), на 1-ой Международной выставке «Технологии металлургии» (г. Магнитогорск, 1997г.), на 111-ей Московской Международной выставке «Металл-Экспо 97» (г. Москва, 1997г.), на межрегиональной выставке «Техноген -98» (г. Екатеринбург, 1998).

Публикации. Материалы диссертации изложены в 5 статьях и докладах, по результатам работы получено 5 патентов Российской Федерации. • Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 65 наименований. Работа изложена на 137 стр. машинного текста, включая 27 рисунков и 15 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РЛЬОТЫ

В работе представлены результаты анализа существующей информации о состоянии проблемы цинка в доменном процессе, новые сведения о механизмах явлений, протекающих с цинком в доменной печи, обоснование, разработка и результаты испытаний новых технологических приемов по удалению цинка из рабочего пространства доменной печи.

1. Поведение цинка в доменной печи

Приход цинка в доменные печи различен на разных заводах и достигает 1,9-2,1 кг/т чугуна. Основная часть его вносится железорудными материалами и значительная доля (до 40%) - отходами металлургического передела, сталеплавильными и доменными шламами.

Исследования, проведенные на лечах, проплавляющих шихты с различным содержанием цинка, показали, что при неодинаковом абсолютном накоплении его в рабочем пространстве (3,5-9,0 т), удельная концентрация его характеризуется близкими величинами - от 25 до 37 кг/т чугуна.

Качественный характер распределения количества цинка по высоте доменной печи подобен на всех печах (рис.1). Изменение концентрации по высоте зоны циркуляции характеризуется одним или двумя экстремумами. Интенсивный рост концентрации цинка начинается вблизи от уровня засыпи, достигая максимума на расстоянии 5 - 8 м и снижается на глубине 10 -12 м.

Наличие этих экстремумов объясняется тем, что накопление цинка в столбе шихты обусловлено двумя механизмами, вследствие чего циркулирующая масса состоит из нескольких вторичных форм. Первая, постоянно присутствующая и неустранимая, - это мелкодисперсные частицы оксида, который образуется непосредственно в газовом потоке при окислении паров цинка («газовый» оксид). Количество газового оксида предельно и обусловлено способностью пор кусков шихты удерживать его частицы как обычную рудную или коксовую пыль. Характер распределения концентрации газового оксида цинка но высоте печи не должен быть экстремальным, поскольку условия его осаждения в порах на любом горизонте, где-он существует, одинаковы.

- Экспериментально определено, что в циркулирующей массе присутствует еще одна вторичная форма цинка - оксид в виде пленок и оболочек на поверхности кусков шихты. Количество цинка в этой форме переменно и теоретически эта форма цинка вообще может отсутствовать.

с

3 и яз

п

к 2: са О

к

0

ф

X

1

к

е

о о та

а

0.3 0.6

Выход цинка. т/ч

0.9

Рис. 1. Изменение концентрации цинка в шахте доменных печей

ммк

I - доменная печь № 3; 2 - доменная печь № 4; 3 - доменная печь

№ 9

Такая форма цинка может возникать только из жидкой фазы, а жидкая фаза образуется вследствие конденсации его паров. Образование жидкой фазы цинка по этому пути определяется сочетанием термодинамических и теплотехнических параметров газа (соответственно и присутствующего в нем парообразного цинка) и шихты в верхней части шахты, которые определяют температурный потенциал конденсации паров - разность температуры поверхности ее кусков и температуры точки росы паров.

Общим теплотехническим и термодинамическим фактором, определяющим состояние цинка, является температура газа, что позволяет выделить три характерных соотношения температур газа (I,) и шихты (I м), которые могут иметь место в верхней части шахты печи:

- высокая температура колошникового газа - высокая температура загружаемых материалов (350/200 °С);

- высокая температура колошникового газа - низкая температура материалов (350/20 "С);

низкая температура газов и материалов (200/20 °С).1 1рименительно к этим вариантам, на базе реальных технических показателей работы одной из доменных печей ММК, был выполнен расчет температур газа и шихты в начальный период теплообмена, а также проведены расчеты температуры конденсации паров цинка (точка росы) в зависимости от их концентрации (парциального давления) в этих условиях. Исходные данные были следующими:

- температура колошникового газа 350, 350 и 200 °С;

- температура материалов соответственно 200, 20 и 20 °С.

Результаты расчета приведены на рис. 2.

Вариант I. Как следует из взаиморасположений линий t\„ t'r, и температуры конденсация паров, t'„j , образование жидкой фазы на поверхности кусков начинается при t'„ = 285 еС (точка 2') и t'r = 4 19 °С ( точка 3') и заканчивается соответственно при 515 °С (точка Г ) и 615 °С. Максимальный температурный потенциал конденсации (ТПК) паров цинка достигает 134 °С.

Реальное значение ТПК отличается от теоретического, поскольку для начала процесса конденсации необходимо некоторое переохлаждение газа ниже реперного значения. Степень этого переохлаждения и зависимость его от условий в шахте пока неизвестны.

Предполагается, что оно должно быть существенным. Поэтому вероятно, что в таких условиях процесс конденсации паров развит незначительно и все неокислившиеся пары выносятся в свободное пространство колошника и газоотводов.

Количество циркулирующего цинка, минимально и представлено в основном газовым оксидом в порах материалов. Количество паров цинка, выносимых в свободное пространство, максимально, так как горизонт с t'r = 419 °С находится вблизи уровня засыпи шихты. Поскольку переход пара в металл также начинается при переохлаждении ниже 419 °С, то протяженность области парообразного состояния цинка за счет высокой скорости газа может распространяться вплоть до газоочистки.

Вариант 2. Характер изменения t", и i"M и их соотношение резко отличаются по сравнению с вариантом I, что вполне закономерно. В этих условиях конденсация паров на шихте начинается при t"M = 120 °С ( точка 2") и t", = 419 НС (точка 3") и заканчивается при t"M = 600 "С (точка 1") и t"r = 800 "С, т.е. область, где шихтовые материалы являются конденсатором, значительно расширяется. Расчетный ТПК достигает 299 °С.

Рис. 2. Взаимосвязь тепловых и термодинамических характеристик материальных потоков в верхней части шахты доменной печи

При таком значении он явно не будет компенсирован необходимым переохлаждением системы и процесс конденсации должен быть активным, а количество оксида-конденсата максимально. Поэтому масса циркулирующего цинка значительно превышает массу его, соответствующую варианту 1. Сохраняясь до температур прямого восстановления, пленки оксида-конденсата блокируют оксиды железа, затрудняя их косвенное восстановление. В таких условиях перерасход кокса на восстановление цинка и поддержание его циркуляции наибольший. В свободное пространство колошника выносится несколько меньше количество

паров, однако опасность возникновения настылей, особенно на колошнике, остается достаточно высокой.

Вариант 3. Характер линий, отражающих изменение ("', и t"'M , подобен их взаиморасположению по варианту 1. но линии "сдвинуты" влево, в область низких температур. Примерно одинаковы и параметры и Гранины зоны конденсации паров (область ограничения точками |"'-2"'-3"'.4"')) сжи меньше по значению ТГ1К процесса. Поэтому конденсация паров в столбе шихты может быть развита слабо или совсем отсутствовать, что обуславливает минимальное количество оксида-конденсата в циркулирующей массе.

Положение теоретической области конденсации паров в условиях, подобных условиям в шахте доменной печи, указывает на весьма важные факторы. Наиболее существенный из них заключается в том, что при снижении температуры колошникового газа верхняя граница области существования паров ( tr = 419 "С ) и область конденсации перемещаются на нижележащие горизонты. Этот факт важен потому, что от положения, горизонта с t,■ = 419 "С зависит вероятность выброса паров в свободное пространство колошника и образование цинкитнмх настылей. Чем ниже эта область, тем ниже вероятность их образования, тем большие расстройства хода печи могут быть безопасными в отношении вредного проявления цинка. При этом также сужается температурный интервал, когда куски шихты способны конденсировать пары, снижается величена ТПК, в результате чего роль значений других параметров, обусловливающих конденсацию, также резко снижается.

Приведенные данные позволили ориентировочно определить конфигурацию и координаты области образования жидкого цинка (рис. 3). Такая форма области обусловлена технологическими факторами: распределением газа и шихтовых материалов, положением рудного гребня, соотношением температур газа и шихты в различных вертикальных кольцевых участках столба.

Относительный объем области образования жидкой фазы цинка по ее высоте изменяется экстремально, следовательно экстремально меняется и количество конденсатного оксида, образующегося в этой области. Четко выражены два экстремума, характер которых вполне согласуется с экспериментальными данными.

Основные следствия, которые могут быть выведены из этих данных следующие.

- Установлены причины довольно частого образования цинкигных настылей в доменных печах. Основным фактором п этом отношении является масса цинка накапливающегося на периферии. Здесь область парообразного состояния цинка находится наиболее близко к уровню за-сыпи и любое нарушение хода печи, связанное с опусканием уровня за-сыпи и повышением температуры колошникового газа, внезапной оста-

ловкой печи, связано с выбросом значительного количества паров цинка в свободное пространство колошника.

0.05 0.10

0.15

0.20 0.25

Расстояние от кладки. Относительный объем области

доля радиуса конденсации паров цинка,

1,2- верхняя и нижняя границы доли единиц Рис.3. Характеристика области образования жидкой фазы цинка

Характер распределения накапливающего цинка в столбе шихты ещё более усугубляет неравномерность распределения газового потока, вывода степени его деформации за пределы допустимого по технологии. В результате этого химический и тепловой к.п.д. газа понижаются и увеличивается неустойчивость хода печи по причине неудовлетворительной работы верхней части шахты.

При существующем распределении газового потока может быть неодинаковой по радиусу степень образования газового оксида и осаждения его в порах кусков, поскольку аэрациониая способность газа и количество не окисляющихся паров в отдельных вертикальных участках столба шихты различны. При этом не исключено, что часть газового оксида в порах кусков может быть закупорена вследствие образования жидкой фазы и восстановление его будет происходить прямым путём, что связано с перерасходом кокса.

1Л

Накопленный объём экспериментальной и аналитической информации позволил сформулировать новую концепцию поведения цинка в доменной печи: - присутствие цинка в шихте определяет только вероятность его вредного проявления, темп накопления и формирования циркулирующей массы;

- доминирующим фактором, связывающим приход цинка со степенью его вредного воздействия на доменный процесс, являются технологические параметры - тепловой режим работы колошника, а также значение и соотношение температур колошникового газа и загружаемой шихты, определяющие условия образования жидкой фазы цинка;

- в зависимости от теплотехнических параметров колошника и соотношения температур колошникового газа и загружаемой шихты накопления конденсатного цинка в зоне циркуляции экстремально, наименьшее его количество в столбе шихтовых материалов соответствует минимальной разности температур газа и шихты;

- источником возникновения и развития цинкитных настылей и преобладающей массы в зоне циркуляции является не весь цинк, а только та его часть, которая, находясь в парообразном состоянии, способна образовывать жидкую фазу;

- в доменной печи существуют верхний и нижний контуры циркуляции цинка.

Они автономны, поскольку различен механизм их возникновения, в то же время они взаимосвязаны обшим носителем восходящих ветвей - газовым потоком и наличием трудновосстановимых конденсатных форм цинка в нисходящих ветвях, которые служат источником парообразного цинка в зоне когсзии.

На базе полученных данных и основ новой концепции была разработана общая балансовая схема поведения цинка в рабочем пространстве доменной печи при различном режиме ее работы (рис. 4).

Общая балансовая схема позволила более четко оценить роль разнообразных факторов доменного процесса в возникновении вторичных форм цинка и их поведении. При наличии условий для образования жидкой фазы цинка происходит существенное перераспределение расходных статей его баланса. В этом случае уменьшается абсолютный и относительный выход цинка через колошник и увеличивается выход его через летки. Поскольку в чугуне и шлаке остается всегда относительно постоянное количество цинка, то возрастает та его часть, которая улетучивается в атмосферу, т.е. доля неконтролируемого цинка растет. С этим связана значительная часть невязки баланса.

Именно этим обусловлено существование ранее необъяснимых значений невязки баланса цинка, достигающих 40-60 %.

кп, ш. н

шм

со

I

со <я с: с: и та

а

Конторы циркуляции вторичного цинка. НЦ обусловленные

Ч.Шп

Контуры циркуляции природного и вторичного цинка при отсутствии конденсацией паров конденсации его паров

Рис. 4. Схема состояния и распределения цинка в рабочем пространстве доменной печи

ШМ - цинк в шихтовых материалах; КП.Ш.Н - цинк, содержащийся в сухой части колошниковой пыли, в шламах и оседающий в настылях; Ч.Шл. - остаточное содержание цинка в чугуне и шлаке; НЦ - цинк,' улетучивающийся в атмосферу при выходе расплавов из летки (неконтролируемый цинк); ¿пОд - оксид цинка в виде дисперсных частиц в порах кусков шихты; 2пОк, Хпк - оксид и металлический цинк в виде пленок и оболочек на поверхности кусков шихты; К - конденсация паров цинка; ЗВГ1С - зона вязко - пластичного состояния шихты

Более четкое объяснение значений той или иной расходной статьи балансов цинка придает этим балансам'новое качество - информативность о поведении и распределении цинка в рабочем пространстве печи и вероятности негативных его проявлений при том или ином режиме работы.

2. Разработка способов удаления цинка из рабочего пространства доменной печи

В 1991 - 93 г.г на доменных печах ММК автором с сотрудникам!; был выполнен большой объем исследований, целью которых была оценка характера и степени накопления цинка в столбе шихтовых материалов. Результаты исследований показали, что в верхней части столба шихты накапливается и циркулирует 4,0 - 4,5 т цинка при относительно нормальной работе печи и до 8 - 9,0 т - при частых нарушениях её хода. Основная часть этого цинка находится в участке столба шихты 8 - 12 м от уровня засыпи шихты, интегральный максимум концентрации (ИМК) отстоит от него на 3 - 8 м. При этом резкий рост концентрации цинка начинается непосредственно под этим уровнем. Содержание цинка в пыли увеличивается до 15-25% сразу же при прекращении загрузки материалов, достигает 45-55% на горизонтах ИМК и снижается до 15-20% на глубине 10-12 м. Эти данные указывают на то, что фактором, определяющим содержание цинка в газовом потоке и выход его через колошник, является температура колошникового газа.

Полученные результаты обусловили использование опускания уровня засыпи на 8-12м для эпизодического удаления цинка из шахты. Однако этот прием оказался трудоемким, сложным технически и технологически, и требовал серьезной технической подготовки. Он практически представлял собой начальную стадию выдувки печи со всеми ее атрибутами. Поэтому этот способ использовался в доменном цехе ММК в исключительных случаях, несмотря на его достаточно высокую эффективность с точки зрения последствий удаления цинка.

В блоке данных, полученных на разных доменных печах при их выдувках, была отмечена общая особенность: содержание цинка в пыли, особенно в тонкой ее части (шламы газоочистки), повышается еще до опускания уровня засыпи при загрузке кокса (холостые подачи). Содержание цинка достигает в этот период 10-20%.

Эти данные выявили еще один фактор, определяющий выход цинка через колошник - порозность столба материалов. Во всех случаях этот фактор был существенным, что позволяет использовать порозность шихты в качестве частичной компенсации другого фактора - температуры газа.

Предполагалось, что удаление цинка можно обеспечить комбинацией двух этих факторов с меньшей глубиной опускания уровня засыпи,

существенно упростив подготовку и реализацию мероприятия но удалению цинка. Этот принцип был заложен в основу разработки нового способа разрушения верхней зоны циркуляции цинка («сухой» выдувки).

Суть его состоит в том, что уровень засыпи опускают до горизонта ИМК, а в части столба между этим горизонтом и нижней границей зоны циркуляции повышается порозность. Для этой цели представлялось целесообразным использовать кокс фракции +-40 мм. Это аргументировали тем, что по сравнению с железорудными материалами, в частности с агломератом, кокс обладает преимуществами но теплофизическим и физическим свойствам, влияющих на выход цинка.

Технология удаления цинка из шахты печи значительно упростилась и, как показала практика, с достаточно высокой эффективностью.

Для обеспечения нормальной работы доменной печи и наибольшего эффекта удаления цинка воздействие всех параметров нового способа должно быть согласовано, поскольку все они находятся во взаимосвязи. Эго прежде всего касается соотношения глубины опускания уровня засыпи, количества и температуры колошникового газа, объема и частоты загрузки корректирующих подач, длительности выдержки уровня шихты в опущенном состоянии и т.п.

3. Опытно-промышленные испытания и внедрение новой технологии удаления цинка из доменных печей

Первые опытно-промышленные испытания нового способа удаления цинка нз доменных печей ММК были эффективными. Этот способ оказался технологичным, несложным в реализации и не требовал особой подготовки. Базовые параметры были принципиально проверены в нескольких испытаниях и дальнейшая их отработка проводилась при использовании способа в промышленном варианте. Промышленное использование подтвердило, что способ является эффективным профилактическим средством для любой доменной печи, проплавляющей цинксо-держащую шихту.

Фактическое снижение удельного расхода кокса на печах составило

4-18 кг/т чугуна. Разбег величин закономерен, поскольку и степень накопления цинка в печах, и режим их работы были различными. Характерной особенностью является то, что при приведении показателей работы печей к-одинаковым условиям до и после удаления цинка величины изменения удельного расхода кокса сблизились и составили 5,5-7,9 кг/т чугуна. Это сближение и значимость приведенных величин сокращения указывают, что одна из причин этого явления - разрушение зоны циркуляции цинка'и удаление значительной части его из печи. Согласно определениям, содержание цинка в выдувочных шламах было от 0,3 до 1,5 т,

что соответствует 20-35 % от наибольшей массы, накапливающейся при относительно нормальной работе печи.

В полученных данных прослеживается важная особенность воздействия сухой выдувки нд технико-экономические показатели работы печей с различной устойчивостью хода. Так, на доменных печах, работающих относительно устойчиво перед сухой выдувкой, ее воздействие сказалось, в основном, на удельном расходе кокса. На доменных печах, ход которых был неустойчивым, удаление цинка привело к стабилизации хода, снижению удельного расхода кокса и повышению производительности.

При высокой стоимости и дефиците кокса его использование при сухой выдувке единовременно до 70 - 80 т в какой-то мере сказывается на экономичности самой сухой выдувки и её эффективности. Так, например, при минимальном фактическом снижении удельного расхода кокса на 4 кг/т чугуна затраты кокса на «сухую» выдувку будут компенсированы примерно за одну неделю. Для условий ММК длительность восстановления циркулирующей массы цинка составляет 5-6 недель. Это показывает, что затраты на удаления цинка относительно невелики, тем более, что компенсация их может быть обеспечена и за счет повышения производительности печи.

Полученные результаты показывают, что представленный новый способ удаления цинка из доменной печи, и «сухая» выдувка, не уступают способу, который заключается в опускании уровня засыпи шихты на 10-12 м без формирования слоя материалов с измененными газодинамическими и физическими характеристиками. Сопоставление способов показывает, что величины снижения удельного расхода кокса, в результате использования того и другого способов находятся в одинаковых пределах при значительно меньшей сложности «сухой» выдувки.

Экономический эффект от его использования в натуральном выражении составил 23 236 т скипового кокса, в денежном выражении 23 480 000 рублей в ценах 1992 года.

4. Выводы

1. Экспериментально определен характер и степень накопления цинка в рабочем пространстве доменных печей ММК. Установлено, что в печи существуют два контура циркуляции. В верхнем контуре, который охватывает сухую часть столба шихтовых материалов накапливается до 3,5 - 4,5 т цинка при относительно устойчивом ходе печи и 8 - 9 т -при расстройствах хода. Изменение количества цинка по высоте зоны экстремально. Увеличение его начинается вблизи от уровня засыпи, достигает максимума на расстоянии 5 - 8 м и снова снижается до 15-20% от максимума на глубине 10-12 м. Изменение количества цинка обычно характеризуется двумя экстремумами, природа которых объяснена.

2. Вскрыты механизмы и последовательность явлений, происходящих с нинком в доменной печи, выявлены доминирующие факторы, определяющие вероятность и степень его накопления. Показано, что одним из основных факторов является процесс образования жидкой фазы цинка. Определены условия ее образования и конкретизирована зависимость их от технологических параметров доменного процесса, основным из которых является соотношение температур колошникового газа и загружаемой шихты. От этого соотношения зависит температурный потенциал конденсации - разность температуры точки росы паров цинка и температуры поверхности кусков шихты.

3. Показано, что при низкой разности температур газа и шихты (высокие или низкие температуры колошникового газа и шихты), когда значение температурного потенциала конденсации минимально, процесс образования жидкой фазы слабо развит или отсутствует. При высокой разности температур газа и шихты значение температурного потенциала конденсации максимально и процесс образования жидкой фазы цинка интенсивный. В этом случае конденсатные формы вторичного цинка являются преобладающей составляющей циркулирующей массы и определяют характер его количества по высоте зоны.

4. Сформулированы принципиальные положения новой концепции поведения цинка- в доменной печи. Показано, что количество цинка, приходящего в печь с шихтой, определяет только вероятность его вредного проявления, а фактором, обусловливающим характер и степень его накопления и воздействия на доменный процесс, является режим работы печи. Потенциально опасной является только та часть цинка, который, находясь в парообразном состоянии, не окисляется и способна образовывать жидкую фазу.

5. Разработана балансовая схема присутствия и распределения цинка в рабочем пространстве печи, общая для всех доменных печей, проплавляющих шихты с различным содержанием цинка. Согласно этой схеме, количество цинка в верхней зоне циркуляции, независимо от содержания его в шихте, может быть минимальным и представлено одной формой - газовым оксидом, присутствие которого безопасно для печи и отражается только дополнительной потребностью кокса на поддержании циркуляции. При наличии условий для образования жидкого цинка его количество в зоне циркуляции максимально и конденсатные формы являются .феобладающей составляющей. Расход кокса заметно возрастает, причем и вследствие необходимости обеспечения увеличенной потребности на прямое восстановление не только конденсатного оксида цинка и сложных соединений его в шихте, но и оксидов железа.

6. Разработан способ эпизодического разрушения верхней зоны циркуляции - «сухая» выдувка. Он реализуется путем координированного опускания уровня засыпи до горизонта интегрального максимума

концентрации цинка с предварительным формированием слоя кокса фракции -НО мм, заполняющего участок высоты столба шихты между нижней границей зоны циркуляции и опушенным уровнем.

7. При использовании новых технологических приемов из печей удаляется от 0,3 до 1,5 т цинка, что составляет 25 - 30% от накапливающейся массы . Показано, что эффективность удаления его зависит от устойчивости хода доменной печи. В зависимости от режима работы печи фактическое снижение удельного, расхода кокса составляет 1-3 %, повышение производительности достигает 2-5%.

«Сухая» выдувка, как базовый, так и другие варианты, внедрены и используются в доменном цехе ММК с 1991 г. по настоящее время. Способы запатентованы. Периодичность его использования составляет 5-6 недель.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. О связи образовании цинкитных настылей с технологией доменной плавки / Щукин Ю.П., Новиков B.C., Ииканиров А.Д., Седичкин

В.И.. Косаченко И.Е. // Сталь, 1994, ЛЬ 2. с. 13-15.

2. Результаты опытно-промышленных испытаний новых способов удаления цинка из доменных печей ММК/ Щукин Ю.П., Сединкин В.И., Никаноров А.Д., Косаченко М.Е., Новиков B.C., Т'остенин В.А. // 111 международный конгресс доменщиков. Новокузнецк, 1995г..

3. Результаты внедрения новой технологии удаления цинка из доменной печи /Щукин Ю.П., Ccdut"-un В И., Новиков В.С и др. /' Сталь, 1997, ЛЬ 3. с 11-13.

4. Пат. ЛЬ 2025491 RU, МКИ C2IB 5 00. Способ доменной плавки цин-ксодержащей шихты / Щукин Ю.П., Дерябин A.A., Новиков B.C., Сединкин В.И. и др.. (RÖ). - 5038791-02; заявлено 20.04.92. опубл. 30.12.94, Вюл. Л? 24,с.6.

5. Пат. ЛЬ 2058393 RU МКИ С21В 5>'00. Способ доменкой плавки железорудных шихт /Щукин Ю.П., Дерябин A.A., Новиков B.C., Сединкин В.И. и dp.(RU). -5038792-02; заявлено 20.04.92, опубл.20.04.94,

- Вюл. ЛЬ 11, с. 10.

6. Пат. ЛЬ 2058394 RU. МКИ С21В 5/00. Способ доменной плавки цинксодержащих шихт / Щукин Ю.П., Дерябин A.A., Новиков B.C., Сединкин В.И. и др. (RU). -5049381-02; заявлено 23.06.92, опубл. 20.04.96, Вюл. ЛЬ 11,с. 12.

7. Пат. ЛЬ 2078830 RU .МКИ С21В 5/00. Способ доменной плавки цииксодержа- щих железорудных материалов / Щукин Ю.П., Дерябин A.A., Новиков B.C., Сединкин В.И. и др. (RU). -5049379-02; заявлено 23.06.92, опубл. 10.05.97, Вюл. ЛЬ 13,с.б.

8. Пат. Лг 207-1893 RU, МКИ С21В 5/00. Способ доменной плавки цин-ксодержа- щих шихт / Александров ПЛ., Аршанский М.А., Гостенин В.А., Сединкин В.И., Щукин Ю.П. и др. (RU).—961 ¡5130-02; заявлено ¡3.08.96, опубл. ¡0.03.97, Бюл. Ns 7, с.¡1

9. Опыт проплавки цинксодержащей шихты в доменном цехе ОАО «МШ»/ Щукин Ю.П., Сединкин В.И., Новиков B.C., Вдовип К.Н. и dp./JIV Международный конгресс доменщиков. Магнитогорск, 1997г.

¡0. Доменные плавки с использованием цинксодержащих шихт / Щукин Ю.П... Сединкин В.И. .Сарычев В.Ф., Носов С.К., Вдовин К.Н. и др.// Металлург, ¡997, А? ¡2, с.20.