2. Основная часть

2.1 Использование известняка и доломитизированного известняка в качестве компонентов доменной шихты

Флюсами называются добавки, вводи­мые в доменную и агломерационную ших­ту для снижения температуры плавления пустой породы шихтовых материалов и придания доменному шлаку необходимого состава и физических свойств, обеспечи­вающих очистку чугуна от серы и нор­мальную работу печи.

В зависимости от состава вносимой в печь пустой породы флюсы бывают основные, кислые и глиноземистые. Но, так как в подавляющем боль­шинстве случаев пустая порода руд крем­неземистая, а индекс основности шлака должен составлять 0,9— 1,4, то наиболее широко и часто применя­ется основной флюс, т.е. породы и мате­риалы, содержащие СаО и МgО и обла­дающие необходимыми физическими свой­ствами.

В доменном производстве практически единственным видом основного флюса яв­ляется известняк, представляющий собой природную форму минерала кальцита — СаСО₃. Чистый кальцит содержит 56% СаО и 44% СО₂. Так как кальцит в чи­стом виде не встречается, а сопровождает­ся небольшим количеством кремнезема и глинозема, то качество известняка можно определить суммой содержания (SiO₂ + Al₂O₃). Вредными примесями известня­ка являются сера и фосфор, однако со­держание серы обычно низкое, и она уда­ляется в процессе плавки, в то время как фосфор полностью переходит в чугун и поэтому более опасен. Техническими усло­виями предельное содержание фосфора определяется в 0,01 для обычного и 0,005% для малофосфористого известняка. В связи с сокращением выплавки бессеме­ровских чугунов эти ограничения стано­вятся менее актуальными.

Наряду с обычным широкое примене­ние имеет доломитизированный известняк, представляющий собой изоморфную смесь кальцита СаСО₃ и доломита СаСО₃• МgСО₃. Применение его вызывается необходи­мостью повысить в шлаке содержание МgО до 6—8%, что увеличивает его по­движность и устойчивость физико-химиче­ских свойств при изменении температуры и состава.

Таблица 2.1.

Технические условия на флюсовые известняки

Составляющие	Содержание в известняке, %
	Обычном		обычном мало­фосфористом			доломитизированном
	1-й сорт	2-й сорт	1-й сорт	2-й сорт	1-й сорт		2-й сорт	малофос­фори­стые
Окиси кальция, не менее	52	50	52	50	-		-	-
Окиси магния, не ме	-	-	-	-	7		5	7
Сумма СаО + Мg0, не менее	-	-	-	-	52		50	52
Нерастворимый остаток, не более	2	4	2	4	2		4	2
Фосфор, не более	0,01	0,01	0,005	0,005	0,01		0,01	0,005
SO3, не более	0,25	0,35	0,25	0,35	0,25		0,35	0,25
Сумма А1203 + Fе203, не более	2	3	2	3	2		3	2

Известняк является прочным, плотным материалом, который вполне можно загружать в доменную печь после отсе­ва мелких фракций. Производство офлюсо­ванного агломерата резко изменило требо­вания к физическим свойствам флюса и дало возможность использовать непроч­ные, дробящиеся, мелкие материалы. По­этому в качестве флюса агломерационной шихты стали применяться известняк-раку­шечник, отсевы обычного известняка.

Кондиционными требованиями к изве­стнякам устанавливаются нижние пределы содержания СаО и МgО, содержание не­растворимого остатка, т.е. (SiO₂ + Al₂O₃), верхний предел содержания фосфора и серы и размер куска. Действующие для большинства ме­сторождений технические условия приве­дены в таблице 2.1. Специфические особенно­сти отдельных месторождений могут вы­звать отклонения от этих условий. Если, например, у известняка содержание маг­незии очень высокое, то тогда ограничива­ется его верхний, а не нижний предел. В особых случаях, при недостатке магне­зии в шихте, нижний предел содержания ее в известняке может повышаться до 8—10%.

Для известняков, загружаемых непо­средственно в доменную печь, устанавли­вают верхний и нижний пределы круп­ности. Верхний предел равен 80 мм (ред­ко 130), а нижний — 25 мм. Причем, как показывают исследования [7], при использовании известняка фракции 10 – 15 мм, весь известняк успевает разложиться в верхней ступени теплообмена, без увеличения расхода кокса. Известня­ки, поставляемые на аглофабрики, должны иметь крупность 0—25 мм, так как они все равно дробятся до 0—3 мм.

При оценке качества известняка нужно учитывать, что часть его основных окис­лов (СаО и МgО) будет израсходована на шлакование собственной пустой породы, т. е. нерастворимого остатка. Поэтому качество флюса можно оценить его флюсую­щей способностью, под которой понимают содержание свободных основных окислов, т. е. окислов, используемых для шлакова­ния пустой породы шихты.

Количественно она может быть выражена с помощью формулы:

ROсв = (CaO+MgO) – R∙B, (2.1)

где CaO, MgO, R – содержание в известняке, соответственно, оксидов кальция, магния и нерастворимого остатка, в %;

B – основность доменного шлака (CaO+MgO) : (SiO₂+Al₂O₃), которая составляет 0,9 ÷ 1,4.

Исходя из формулы (2.1), чем ниже флюсующая способность известняка, тем больше его необходимо загрузить для обеспечения заданной основности шлака. Данный факт, говорит о значительной важности выбора сорта известняка, поступающего в агло-доменный департамент металлургического предприятия.

Месторождения известняка весьма рас­пространены и имеются во всех районах нашей страны. Главными месторождения­ми в Украинской ССР являются Еленов- ское. Новотроицкое, Каракубское, Бала­клавское, Камыш-Бурунское.

2.2 Опыт вдувания извести и известняка через воздушные фурмы

доменной печи

Помимо загрузки флюсов через колошник доменной печи, существует практика их вдувания через фурмы [6, 7].

Вдувание в воздушные фурмы известняка позволяет произвести:

- повышение газопропускной способности подвижной коксовой насадки и коксового тотермана в горне в результате уменьшения выхода шлака в зоне когезии, снижения его температуры кристаллизации, вязкости и повышения подвижности;

- снижение содержания кремния и серы в чугуне;

- повышение прочности агломерата и снижение содержания в нем серы вследствие уменьшения его основности;

- ликвидация загромождения горна вязкими шлаковыми массами путем вдувания в горн флюсов, снижающих вязкость шлаков;

- снижение себестоимости выплавляемого чугуна.

В таблице 2.2 представлены показатели работы доменной печи с вдуванием известняка в воздушные фурмы.

Таблица 2.2.

Показатели работы доменной печи с вдуванием известняка в воздушные фурмы

Показатели	Период работы
	Базовый	Опытный
	(01.11–17.11)	(18.11–25.11)
Производительность, т/сут	1130	1186
Расходы, кг/т:
Кокса	404,4	384,3
Железорудного сырья	1936	1962
Металлодобавок	159	149
Известняка через колошник	459	343
Известняка через фурмы		144
Температура дутья,°C	670	775
Влажность дутья, г/м3	47	45,4
Содержание кислорода в дутье, %	26,6	26,5
Избыточное давление газа на колошнике, кПа	38	51
Температура газа на колошнике,°C	251	286
Состав колошникового газа, %:
СO	34,8	36,31
СO2	10,3	9,8
Н2	4,24	4,03
Содержание Si в чугуне, %	2,83	3
Выход шлака, кг/т	750	820
Основность шлака, CaO/SiO2	1,28	1,23

Видно, что ТЭП работы печи не улучшились. При расходе известняка, вдуваемого через фурмы до 144 кг/т чугуна, он полностью усваивался, и затруднений с отработкой продуктов плавки не наблюдалось. Вывод около 30% известняка из шихты привел к сокращению выхода шлака из зоны шлакообразования, что увеличило газопроницаемость нижней части печи и позволило интенсифицировать плавку, несмотря на увеличение выхода шлака. В опытном периоде расход кокса увеличился на 56 кг/т, несмотря на более высокую температуру дутья. Этому способствовало увеличение содержания кремния в чугуне (на 0,17%) и дополнительный расход тепла в горне на диссоциацию вдуваемого известняка и на реакцию газификации углерода кокса углекислотой.

Наряду с использованием известняков в горн доменной печи вдувают известь [8-10]. Известь - материал, получаемый обжигом карбонатных горных пород (известняков, мела), состоящий в основном из СаО и MgO. Вдувание извести в горн доменной печи, работающей на сырой руде с большим расходом известняка на передельный чугун, проведенное в 1957 г. [9], привело к существенному улучшению ТЭП доменной плавки. В печь вдували известь состава, %: 94,2 СаО; 1,25 SiO₂; 1,25 МgО; 0,85 Аl₂О₃; 0,24 Fе₂О₃; 0,033 S. Крупность частиц, %: 70<0,8 мм, 45<0,37 мм, 30<0,25 мм, 20<0,14 мм. Результаты эксперимента представлены в таблице 2.3.

Как видно из таблицы 2.3, замена известняка, вдуваемой известью, привела к росту производительности печи более чем на 5% и к снижению расхода кокса на 6 кг/т при более низкой температуре дутья. Вынос колошниковой пыли практически не изменился, ее химический анализ показал, что вдуваемая известь полностью усваивалась шлаком. Сравнение этих двух экспериментов показывает преимущества вдувания извести по сравнению с вдуванием известняка.

Была предложена технология плавки с вдуванием в фурмы извести и с выводом из шихты части флюса. Промышленные опыты провели на доменной печи №3 завода Калинга в Барбиле (полезный объем 71,53 м³, полезная высота 9,75 м, диаметр горна 3 м, число воздушных фурм 8, шлаковых леток 2, чугунная летка одна) [10]. Промышленные эксперименты провели в два этапа - до и после капитального ремонта печи с заменой футеровки. Типичный состав шихтовых материалов и их расход на 1 т чугуна приведен в таблице 2.4.

Таблица 2.3.

Показатели работы доменной печи рабочим объемом 850 м³ на металлургическом заводе фирмы United States Steel Corporation в Клайртоне при вдувании извести в горн

Показатели	Период работы
	опытный	базовый
Производительность, т/сут	839	795
Расход кокса, кг/т	540	546
Содержание в чугуне, %: Si	0,91	0,99
S	0,035	0,033
Температура дутья,°С	560	582
Расход известняка, кг/т	448	589
Расход вдуваемой извести, кг/т	78	0
Основность шлака, (СаО + MgO)/SiO2	1,47	1,48
Вынос колошниковой пыли, вагонов/сут	0,60	0,63

Вдувание извести и частичный вывод флюсов из шихты в двух опытных плавках привело к повышению производительности печи (на 12 и 14,4%) и сокращению расхода кокса (на 6,4 и 11,0%) по сравнению с базовыми периодами. Отмечена более ровная и стабильная работа печи, что отразилось, на колебаниях суточной производительности.

Таблица 2.4.

Состав и расход шихтовых материалов на доменной печи №3 завода Калинга

Материал	Расход, кг/т	Химический состав, %
		Feобщ	SiO2	А12О3	СаО	МgО
Руда	1270	65,25	1,64	1,97
Агломерат	69	51,5	7,7	3,12	9,04	2,2
Окатыши	41	55	4,1	3,06	7,84	1,5
Известняк	238	-	7,3	2,5	43,67	5,25
Доломит	102	-	3,56	1,25	28,9	20,56
Марганцевая руда	65	-	3,8	4,2	-	-
Скрап	35	90	-	-	-	-
Кокс (26% золы)	1400	-	-	-	-	-
Зола кокса	-	7,75	55,6	29,6	1,8	0,78
	1270

Результаты опытных плавок с вдуванием извести в фурмы доменной печи и с частичным выводом флюсов из шихты представлены в таблице 2.5.

Таблица 2.5.

Результаты работы доменной печи №3 завода Калинга с вдуванием извести в воздушные фурмы в течение 1980-1982 гг.

Показатели	Период
	базовый	опытный	базовый	опытный
1	2	3	4	5
Продолжительность, сут.	72	160	127	138
Производительность:
т/(м3*сут)	108	121	90	103
т/(м2*сут)	15,3	17,1	12,7	14,6
Расход кокса, кг/т	1244	1164	1429	1271
Содержание золы в коксе, %	29,4	30,3	28,4	27,8
Состав шихты, %:
1	2	3	4	5
руда	91,78	88,83	94,17	92,65
агломерат	4,73	9,18	3,65	6,05
окатыши	3,48	2,0	2,18	1,3
Расход добавок, кг/т:
известняк	191	110	153	93
доломит	182	156	186	152
марганцевая руда	81	76	61	49
скрап	76	51	32	23
вдуваемая известь	-	30	-	22
Расход дутья, м3/мин	265	272	235	244
Температура дутья,°С	873	860	888	916
Влажность дутья, г/м3	18,3	15,0	16,3	16,8
Состав чугуна, %:
Si	2,83	2,83	3,73	3,3
S	0,097	0,088	0,115	0,101
Mn	0,69	0,77	0,703	0,61
Температура колошникового газа,°С	273	266	270	260
СО/СО2	3,81	3,38	3,63	3,12