Освоение работы крупнейшего агломерата по выплавке чугуна

Категория:
Выплавка чугуна


Освоение работы крупнейшего агломерата по выплавке чугуна

Технологию выплавки чугуна на мощной доменной печи в значительной мере определял, требования конвертерного производства к его качеству. Первоначально в проекте закладывали требования по повышенному содержанию марганца в чугуне, что базировалось на существовавших в то время представлениях о необходимости поддержания его концентрации в чугуне на уровне 0,6-1,0%.

Однако проведенные исследования показали, что выплавка марганцовистого чугуна связана с большими потерями в аглодомен-ном производстве, которые не компенсируются улучшением показателей конвертерной плавки. В связи с применением мощных миксеровозов и сохранением физического нагрева чугуна появилась возможность отработки технологии выплавки конвертерной стали из низкомарганцовистого чугуна (с содержанием марганца 0,15-0,25%). Доменные печи комбината выплавляли чугун с естественным содержанием марганца 0,20-0,25%. Для повышения его концентрации в чугуне ввиду дефицита богатого марганцевого сырья были предложены бедные марганцевые руды, в частности чиатурская марганцевая руда IV сорта с содержанием марганца ~ 20%.

Анализ показал, что предложенная марганцевая руда по своим физическим свойствам непригодна для ввода в доменную шихту из-за большого количества мелких частиц, поэтому ее вводили в агломерационную шихту. Доля марганцевой руды в железорудной части агло-шихты в опытных спеканиях составила 4%. Содержание марганца в агломерате при ее вводе в шихту повысилась с 0,17 до 0,72%. Наличие в руде большого количества крупной фракции (до 20% фракции > 8 мм) и кренозема (от 23 до 39%), а также повышенная ее влажность (до 12-15%) и изменение свойств (в том числе химического состава) неблагоприятного отразилось на качестве агломерата: содержание железа снизилось почти на 2%, ухудшилась прочность агломерата и возросли колебания химического состава.

Опытные плавки провели на доменной печи № 4 2700 м3. Содержание марганца в чугуне возросло с 0,22 до 0,65%. При работе на марганцовистом агломерате производительность печи уменьшилась на 2,4%, а расход кокса возрос на 13 кг/т чугуна, увеличились колебания химического состава чугуна, особенно по содержанию серы и марганца. Установлено, что использование в агломерационной шихте бедной марганцевой руды значительно ухудшает не только показатели работы печи, но и качество чугуна. Это объясняется, помимо затрат тепла на восстановление марганца, резким снижением содержания железа в агломерате, а также ухудшением качества агломерата по прочности и стабильности химического состава. При этом ~ 30% Мп теряется со шлаком в виде его закиси.

Исследования показали, что по своим свойствам агломерат, полученный с использованием марганцевой руды, не пригоден для мощной доменной печи, а качество чугуна по колебанию химического состава не удовлетворяет требованиям конвертерного производства. На основании полученных данных пришли к выводу о необходимости разработки технологии и освоении выплавки конвертерной стали из низкомарганцовистого чугуна с предъявлением повышенных требований по4>изическому нагреву.

С целью сохранения физического тепла чугуна и своевременного обеспечения им мощных конвертеров для его транспортировки применили большегрузные передвижные миксеры вместимостью 600 т, что позволило уменьшить понижение температуры за время транспортировки вдвое. Кроме того, для удовлетворения требований сталеплавильщиков разработали технологию, обеспечивающую повышенный физический нагрев чугуна на выпуске из печи (до 1500-1520 °С), что было досгигнуто путем уменьшения высокотемпературных свойств железорудного сырья, оптимизацией шлакового режима и параметров комбинированного дутья. На основании всестороннего исследования шлакового режима установили, что лучшей десульфурационной способностью и жидкотекучестью, а также устойчивостью обладают шлаки с содержанием 10-11% MgO и CaO/SiC>2 = ~ 1,05 при естественном содержании 8-10% AI2O3. Такие шлаки обеспечивают достаточный физический прогрев продуктов плавки. Результаты исследований использовали при подборе шлакового режима доменной печи № 5.

С пуском мощной доменной печи сырьевые условия на комбинате значительно изменились. Ранее доменные печи работали в основном на местном агломерате основностью 1,15-1,35 (при доле магнезиального ковдорского концентрата в агломерационной шихте 30-35%) с небольшими добавками привозных окатышей и кусковой руды. С вводом печи резко возрос дефицит подготовленного железорудного сырья, который стал покрываться окатышами Костомукшского ГОК основностью 0,5. Более качественный агломерат агломерационного цеха № 3 направили на доменную печь № 5, при этом доля окатышей составила 30-35%.

Введение в доменную шихту частично офлюсованных окатышей с немагнезиальной пустой породой потребовало повышения основности агломерата и доли ковдорского концентрата в аглошихте для сохранения оптимального шлакового режима. В настоящее время основность агломерата составляет 1,4-1,5 при основности костомукшских окатышей ~ 0,8. В качестве кислого флюса, а также добавки при нехватке подготовленного сырья используют криворожскую кусковую руду класса К.

Для приема и хранения окатышей построили в комплексе доменной печи № 5 и ввели в эксплуатацию механизированный склад с транспортерной подачей окатышей на доменные печи 4 и 5, а также тракт подачи окатышей на доменные печи 1-3. Реконструировали бункерную эстакаду этих печей с установкой третьего конвейера. Проведенные реконструированные мероприятия позволили создать надежную технологическую схему по обеспечению существующих доменных печей окатышами. Большой объем реконструктивных работ в сжатые сроки выполнили на Костомукшском ГОК по повышению основности окатышей с 0,5 до 0,8 и богатства железорудного концентрата с 65,7 до 67,5%. При этом, что особенно важно, основность окатышей повысили в основном за счет снижения кремнезема в концентрате. Необходимость повышения основности окатышей обусловлена не только ограничением возможностей увеличения основности агломерата, а, главным образом, улучшением их высокотемпературных свойств. Этому способствовало и снижение в них содержания Si02. Так, в окатышах основностью 0,5, концентрация кремнезема составляла 7,5-8,0%, а при основности 0,8-0,9 она снизилась до 5,0-6,0%. Большое внимание уделяли подбору режимов обжига окатышей с целью более эффективной десульфурации, так как в связи с минералогическими особенностями железорудного сырья десульфурация протекает медленно и в окатышах содержится повышенное содержание серы. Несмотря на увеличение основности концентрацию серы удалось сохранить на прежнем уровне (0,07-0,08%).

Оценили также содержание щелочей в окатышах, так как известно, что с повышением основности пустой породы щелочи меньше связываются кремнеземом и больше участвуют в циркуляционных процессах в доменной печи. Для мощной доменной печи этот вопрос представляет особый интерес в связи с отрицательным влиянием щелочи, как агрессивного вещества, в отношении кокса (повышает его реакционную способность и снижает прочность). Кроме того, щелочи ухудшают газопроницаемость шихтовых материалов.

Анализ свойств агломерата при восстановительной обработке показал, что наиболее устойчивая шлаковая связка у агломерата с основностью 1,20-1,35. С целью уменьшения разупрочнения агломерата при повышении его основности оптимизировали температурно-тепло-вой уровень процесса спекания. Исследования показали, что минимальный выход мелочи после барабанного испытания агломерата и при низкотемпературном восстановлении достигается при снижении содержания FeO на 0,7-0,8% на каждую 0,1 единицу увеличения его

основности. Методами математической статистики путем построения карт трендовых поверхностей отклика в координатах (Ca0/Si02, FeO и MgO) выявили локальные минимумы выхода мелочи в производственных условиях получения агломерата. Это позволило наряду с оптимизацией режима возврата, повысить основность агломерата практически без ухудшения его прочностных характеристик. Одновременное повышение основности и содержания магнезии в агломерате (за счет большей доли ковдорского концентрата) положительно отразилось на его высокотемпературных свойствах. Первое сместило в сторону более высоких температур начало усадки материалов и начало фильтрации, второе – сузило вязко-пластическую зону, способствовало лучшей фильтрации расплава. Положительно отразилось на высокотемпературных свойствах агломерата и понижение содержания закиси железа.

Наряду с высокотемпературными характеристиками большое внимание уделяли физико-механическим свойствам железорудных материалов в холодном состоянии, в значительной мере определяющих распределение их на колошнике доменной печи и газодинамический режим. В современном производстве при транспортерной подаче сырья к доменным печам часть операций по формированию свойств шихтовых материалов может выполняться на конвейерном тракте с перегрузочными узлами. В связи с этим при разработке технологии оптимизация металлургических свойств доменного сырья по фракции и прочности выполняли с учетом стабилизирующих нагрузок на трактах подачи.

Выполненные исследования показали, что снижение верхнего предела фракции скипового агломерата до 40-25 мм обеспечивает наилучшие прочностные свойства его насыпной массы. Разрушаемость такого агломерата в доменной печи при восстановительно-тепловой обработке также минимальная. Рациональное сочетание операций дробления и грохочения на агломерационной фабрике с механической обработкой на тракте и отсевом мелочи непосредственно на печи обеспечило снижение верхнего предела его фракции до 25-40 мм при одновременной стабилизации агломерата. Несмотря на относительно высокое содержание мелочи в скиповом агломерате (10-20%) мощная доменная печь работает форсированно, что свидетельствует о стабилизации прочностных характеристик агломерата в процессе транспортировки и минимальном его разрушении при загрузке и опускании в печи. Повышенное содержание мелочи в скиповом агломерате связано с недостаточной эффективностью грохочения грохотов ГОСТ-62 из-за ненадежной их конструкции (которая постоянно совершенствовалась) и наличия в бункерном агломерате большого количества мелочи.

Особое внимание в связи с резким увеличенйем размеров доменной печи уделяли качеству кокса. С целью повышения его прочностных характеристик из состава угольной шихты вывели угли марки Т и снизили до минимума долю углей пониженной спекаемости шахты Воргашорская (Печерский бассейн). Выполненные исследования показали, что использование воргашорских угЛей взамен хорошо коксирующихся углей марок К14 и Ж18 приводит к понижению прочностных свойств кокса, особенно увеличивается его склонность к истиранию. Оптимизация марочного состава угольной шихты, позволила обеспечить необходимую прочность вещества кокса.

Отсутствие единого мнения об оптимальной фракции кокса привело к тому, что сначала мощную доменную печь планировали задуть на коксе фракцией 60-25 мм. Обосновывали это тем, что мелкий кокс более прочный и ближе по фракции к железорудным материалам. В этом случае должна быть выше газопроницаемость их смеси.

Выполненные на ЧерМК совместно с ЛПИ им. Калинина исследования показали, что с учетом окисления при высоких температурах кокс фракцией 40-25 мм уступает по своим физико-механическим свойствам не только коксу фракцией 60-40 мм, но и 80-60 мм, а предпочтительнее кокс фракцией > 80 мм. Установлено, что наиболее пригоден для доменной плавки кокс фракцией 80-40 мм, прошедший определенную стабилизацию на тракте подачи.

Результаты исследований были положены в основу изменения требований к качеству кокса по его фракции для мощной доменной печи. Технологический режим коксовых батарей, с которых кокс подают на доменную печь № 5, сухое его тушение, режим работы коксосортиров-ки и конструкция трактов обеспечивают фракцию кокса 80-40 мм перед загрузкой в печь. При этом не потребовалось вводить дополнительную операцию по предварительной механической обработке кокса. Оптимизация физико-механических свойств доменного сырья позволила с момента задувки печи создать необходимые условия для отработки рационального газо-дутьевого режима работы мощной доменной печи.

Основное внимание при этом уделяли совершенствованию газораспределения печи. Мощную доменную печь впервые в отечественной практике оснастили горизонтальными зондами для контроля параметров газораспределения на двух горизонтах 4 и 7 м ниже рабочего уровня засыпи) и центральным механическим зондом для определения глубины воронки поверхности засыпи в осевой зоне. Наличие такой контрольно-измерительной аппаратуры в комплексе с термови-зионной установкой “Спиротерм”, наряду с традиционными средствами, позволяет достаточно надежно контролировать изменения структуры столба шихтовых материалов и газораспределения в печи.

Рис. 1. Состав газа и его температура по двум диаметрально противоположным радиусам на нижнем горизонте (примерно на 7 м ниже рабочего уровня засыпи)

На рис. 1 приведены параметры газа, контролируемые с помощью двух диаметрально расположенных горизонтальных измерительных зондов, установленных на нижнем горизонте. Совершенствование программ загрузки позволило понизить температуру в широком периферийном кольце с 800-900 до 500-600 °С, что способствовало перемещению вниз границы начала размягчения рудных материалов, сужению пластичной зоны и освобождению коксовых каналов в ней для прохода газов в промежуточную зону, уменьшая степень развития осевого газового п потока и улучшая его использование в целом по сечению печи. Благоприятно отражается на распределении температурного поля по высоте печи и конфигурации пластичной зоны обогащение дутья кислородом. При этом уровень температуры в шахте понижается, а высота зоны размягченных материалов уменьшается, что повышает эффективность применения кислорода.

На основе показаний горизонтальных зондов рассчитывали скорости газового потока и его расходы по кольцевым зонам (рис. 2). Наличие этой информации крайне необходимо для формирования рациональной структуры столба шихтовых материалов и оптимизации газораспределения в печи. Одним из критериев оптимальности распределения шихтовых материалов и газового потока по сечению печи является расположение границы плавления рудных материалов по отношению к свободному от размягченных рудных материалов коксовому каналу. На доменной печи № 5 ЧерМК расположение линии плавления материалов контролируется с помощью математической модели (рис. 3).

Приведенное на рис. 3 расположение линии плавления является характерным для работы мощной доменной печи. Нижняя граница пластичной зоны в промежуточном кольце приближается к верхней границе коксового канала, но не опускается ниже, делая уже коксовый канал. Это обеспечивает устойчивый газовый поток в горизонтальном направлении и осевой зоне. Достаточна протяженность линии плавления и в центральной части печи. В то же время на периферии есть еще резеов по понижению линии плавления и приближению ее к верхней границе коксового канала. Работы в этом направлении продолжаются. Наличие центрального механического зонда для измерения уровня засыпи в осевой зоне в комплексе с четырьмя периферийными механическими зондами позволяет экспериментально определить послойное распределение шихтовых материалов на колошнике. На основании этой информации уточняются углы откоса материалов на периферии и в центральной части печи, знание которых необходимо для адаптации математических моделей послойного формирования структуры столба шихтовых материалов в печи.

Рис. 2. Статическое давление (У), расчетные скорости газа (2) и его расход (5) по кольцевым зонам на нижнем горизонте

Рис. 3. Распределение рудной нагрузки и расположение расчетной линии плавления рудных материалов относительно коксового канала

Рис. 4. Формирование слоев шихтовых материалов на колошнике печи: 1 – лотковый распределитель; 2 – колошник; 3 – периферийный зонд; 4 – центральный зонд; 5 – профиль засыпи, определенный с помощью механических зондов и по объему загружаемых материалов; А – агломерат, О – окатыши, Р – руда, К – кокс; 3-2 и 9-4 -угловые положения лотка

Рис. 4. Состав газа по диаметру на верхнем горизонте (~ 4 м ниже рабочего уровня засыпи)

Достигнутое в настоящее время газораспределение в доменной печи (рис. 5) обеспечивает ее устойчивую работу с достаточно высокой интенсивностью и эффективное использование газового потока. В то же время, как видно из приведенных данных, еще достаточно велика зона в центральной части печи с низкой степенью использования оксида углерода, что является резервом повышения степени использования газа в целом для печи. Сдерживает дальнейшее повышение эффективности использования газового потока повышенное содержание мелочи в агломерате, что затрудняет перераспределение рудных материалов по сечению печи с формированием более рациональной его структуры.

Расчеты, выполненные с использованием математических моделей, показывают, что для данных условий доменной плавки предельная степень использования оксида углерода в целом для печи составляет 51-52%. В отдельные периоды работы печи удавалось достичь величины этого показателя равной 47-49%. Успешному освоению работы мощной доменной печи способствовало внедрение эффективной технологии приготовления безводной легочной массы на основе высокотемпературного пека (с температурой размягчения > 200 °С), разработанной совместно с Украинским научно-исследовательским институтом огнеупоров (г. Харьков). Ее применение позволило обеспечить стабильную отработку продуктов плавки и устойчивую работу печи. Новизна и эффективность проектно-конструкторских разработок позволили с первого месяца работы мощной доменной печи вести освоение ее проектных показателей опережающими темпами. В настоящее время проектная мощность (9800 т/сут) первого этапа работы печи (при работе с низкой степенью обогащения дутья кислородом и без ввода дополнительных мощностей по коксу и агломерату) значительно превышена и составляет в отдельные периоды > 11500 т/сут. На втором этапе производительность достигнет 12600 т чугуна/сут. На печи достигнута максимальная в мировой практике абсолютная производительность (табл. 17). По удельному расходу топлива (включая кокс и его заменители, вдуваемые в горн) крупнейшая доменная печь работает на уровне лучших зарубежных мощных доменных печей. Следует также отметить высокое качество передельного чугуна, выплавляемого на мощной доменной печи. По содержанию серы чугун один из лучших в мировой практике (0,016-0,017%). Применение низкосернистого чугуна в конвертерном производстве позволяет выплавлять высококачественную сталь без внедоменной десульфурации чугуна. Достигнутые показатели доменной плавки подтвердили эффективность создания крупнейшего агрегата по выплавке чугуна.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум