2.2.6 Флюсы, добавки

В первом разделе учебника рассматривалась роль флюсов, как добавок для получения сложных минералов в результате реакций в твердых растворах между оксидами пустой породы Al₂O₃ и SiO₂ с оксидами флюса СаО и МgО. Полученные при этом сложные минералы имеют более низкие температуры плавления по сравнению с исходными оксидами.

В районе первичного шлакообразования в значительном количестве имеются монооксиды железа и марганца, которые также реагируют в твердых растворах с оксидами пустой породы и флюса значительно снижая температуру плавления минералов:

Железокальцевые оливины	tпл.,0С	Ферриты кальция	tпл.,0С
(CaO)х*(FeO)2-х*SiO2	1130	CaO*2Fe2O3	1230
CaO*FeO*SiO2	1210	CaO*Fe2O3	1216
Фаялит 2FeO*SiO2	1209	2CaO*Fe2O3	1436

Таким образом добавка флюсов в доменную шихту снижает температуру плавления пустой породы железосодержащих компонентов и удаляет серу из чугуна в шлак. Основные месторождения известняков в России, Украине Казахстане и химический состав известняков представлены в табл.2.9.

Разложение известняка в доменной печи происходит с затратой тепла:

CaCО₃ CaO+CO₂ – 177,99 Мqж;

MgCO₃MgO+CO₂ – 110,80 Мqж;

CaMg(CO₃)₂CaO+MgO+2CO₂ – 303,96Mqж;

MnCO₃MnO+CO₂ – 118,46 Mqж;

FeCO₃FeO+CO₂ – 103,98 Mqж;

CO₂+ C2CO – 165,797 Mqж.

Степень восстановления СО₂ флюса в условиях, близких к доменной плавке, зависит от его крупности: 10÷30мм – 15%; 30÷50мм – 50%; 50÷100мм – 75% и >100мм около 90% [90,91,92]. При определении размеров кусков известняка в доменной печи нижний предел устанавливается из условий влияния его на газопроницаемость (15мм), а верхний – максимально допустимый температурным интервалом, в котором известняк должен разложиться до 1000⁰С (35мм). Куски известняка в 100мм успевают разложиться до заплечиков (1300⁰С) всего на 65%. Полностью успевают разложиться до заплечиков только куски <50мм.

Таблица 2.9 – Химический состав известняков [38],% по массе

Месторождения	Fe	Mn	P	S	Fe2O3	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	п.п.п.
Пикалевское	0,35	–	0,01	0,02	0,50	1,4	0,20	53,0	1,1	43,73
Барсуковское	0,39	–	–	0,05	0,55	0,79	0,12	54,5	0,78	43,13
Студеновское	0,21	–	–	0,01	0,30	1,5	0,50	53,0	1,50	43,17
Еленовское:
– обычный известняк	0,49	0,01	0,01	0,12	0,70	1,6	0,80	53,5	0,70	42,37
– доломитизированный	0,02	0,01	0,01	0,20	0,03	1,6	0,80	40,0	14,0	42,37
Каракубское	0,21	–	–	0,12	0,30	1,3	0,50	54,0	0,70	42,39
Балаклавское	0,28	–	0,02	0,02	0,40	2,00	0,60	54,0	0,50	42,40
Садохлинское	0,24	–	–	0,05	0,35	2,00	0,50	54,0	0,35	42,66
Аккермановское	0,35	–	0,01	0,02	0,50	0,70	0,50	54,0	0,70	42,53
Агаповское *	0,80	0,29	0,01	0,05	1,15	1,50	0,50	52,0	3,50	42,70
Тургоякское **	0,52	0,36	0,01	–	0,74	0,50	0,44	54,8	0,30	43,17
Северо-Лебяжинское	1,59	–	0,03	0,01	2,27	1,41	0,48	51,8	2,2	41,67
Гурьевское	0,10	–	0,04	0,26	0,15	1,50	0,25	54,0	0,60	43,24
Лондоковское	0,37	–	0,04	0,06	0,53	2,28	1,12	53,7	0,32	41,79
Южно- Топарское	0,38	–	0,03	0,02	0,55	1,00	0,35	54,0	0,55	43,32

________________

*⁾ 0,41 % Mn₃O₄

**⁾ 0,5 % Mn₃O₄

В случае применения в шихте большого количества сырых флюсов (3-7% от массы железорудных материалов) плотные крупные известняки (фр. 50÷100мм) в сухой зоне шихты разлагаются лишь частично. В зоне когезии куски известняка ошлаковываются с поверхности с образованием относительно прочной корочки. Вследствие этого разложение СаСО₃ затруднено и происходит в зоне высоких температур, где СО₂ полностью регенерируется в СО за счет углерода кокса [92].

Изменение расхода кокса К, кг/т чуг. вводом или выводом известняка из шихты доменной плавки можно найти из уравнения:

К = К₀ ±0,4 (Δt_q + ΔQ), (2.4)

где К₀ – начальный расход кокса, кг/т чуг.;

Δt_q – изменение температуры дутья, ⁰С;

ΔQ – изменение расхода известняка, кг/т чуг.

В промышленном масштабе офлюсованный агломерат (предложенный Распоповым В.И.) был опробирован в 1950 г. на ММК. Расход кокса резко сократился и офлюсованный агломерат быстро распространился во всем мире. В 1977г. в СССР из общего расхода известняка в шихту 367кг/т чуг. в доменную шихту поступало только 55 кг/т чуг. (15,2%). На некоторых заводах расход сырого известняка в доменные печи в 1983г. снизился до 5кг/т чуг.

Замена обычного агломерата и известняка на офлюсованный агломерат существенно улучшило условия первичного шлакообразования . Кроме этого, повышаются восстановимость агломерата и восстановительная способность печных газов. При выводе из шихты 100кг известняка снижается расход кокса на 20-35 кг/т чугуна с одновременным увеличением производительности печи на 3-5%. Большой разброс в изменении расхода кокса и производительности печи показывает, что не все возможности использованы и есть над чем работать дальше. Положительное влияние на прочность и стойкость офлюсованного агломерата оказывает известь, загружаемая в аглошихту одновременно с известняком и другими добавками. Количество флюсов, необходимое для офлюсования аглошихты до заданной основности, можно рассчитать по формуле [93]:

, (2.5)

где Q – потребная добавка известняка, %;

К – заданная основность;

а – содержание SiO₂+Al₂O₃ в шихте без известняка, %;

b – содержание SiO₂+Al₂O₃ в известняке, %;

d – содержание CaO + MgO в известняке, %.

Кислые флюсы применяются очень редко и как правило в виде железистых кварцитов. Их добавляют обычно при плавке высокоглиноземистых железных руд и агломератов (>20% Al₂O₃), когда SiO₂ разжижает тугоплавкие глиноземистые шлаки.

Глиноземистые флюсы применяют при плавке малоглиноземистых железорудных материалов. Без Al₂O₃ известкомагнезиальные шлаки тугоплавки и недостаточно подвижны. Глиноземистые флюсы применяют также при выплавке литейных чугунов и особенно специальных чугунов (например, зеркального) с целью более полного восстановления кремния и марганца.

Глиноземистыми флюсами могут быть бокситы (Al₂O₃*nH₂O), глинистые сланцы и высокоглиноземистые руды.

В доменную шихту вводят различные добавки. В первую очередь сюда относятся отходы металлургического производства: конверторный и сварочный шлаки, доменный шлак при выплавке ферромарганца, окалина, в редких случаях марганцевая руда.

Как видно из таблицы 2.10 все добавки за исключением окалины имеют

Таблица 2.10 – Химический состав металлургических

шлаков и суррогатов железных руд, %

Наименование добавок	Fe	Mn	P	S	SiO2	Al2O3	CaO	MgO
Конвертерный шлак	6-10	4-8	0,4-0,8	0,1-0,2	14-20	2,5-4	45-55	6-7
Сварочный шлак	47-54	0,7-0,9	0,11-0,13	0,3-0,6	31-33	1,6-4,0	0,4-4,0	0,2-7,0
Доменный шлак при выплавке FeMn	0,23	9,6	–	2,8	30,0	8,0	38,0	5,0
Окалина	63,0	0,33	0,30	0,10	7,25	1,17	0,2	–
Никопольская марганцевая руда**	1,90	28,0	0,21	0,045	8,95	1,64	12,6	2,76
Чиатурская аглоруда	1,6-1,7	16-22	0,16	0,17	30-33	3,5	8,00	–
Полуночное месторождение	4,2	25,0	0,17	0,4	34,0	5,0	3,0	2,0
Марсятское	7,3	20,0	0,44	0,2	33,0	6,0	4,0	3,0
Атасуйское	2,6	35,0	0,04	0,28	14,1	4,5	4,1	1,5
Мазульское	10,5	20,0	0,34	0,04	32,0	7,0	2,1	3,0
Усинское	4,9	25,0	0,17	0,80	25,0	2,0	7,0	2,0

________________

*⁾ может быть плавиковый шпат 5-10%;

**⁾ сумма Na₂O; K₂O 0,6÷0,8%.

высокое содержание SiO₂ 20-30%, что значительно обедняет шихту железом и приводит к увеличению удельного расхода кокса. Однако безотходная технология металлургического производства требует переработки этих отходов в доменных печах. Требования оздоровления экологии металлургических регионов в дальнейшем будут возрастать и переработка сталеплавильных шлаков в доменных печах будет увеличиваться. Поэтому необходимо вовлекать в доменное производство богатые железные руды и получать концентраты при обогащении с содержанием Fe не менее 68%. Шламы всех видов металлургического производства используются на аглофабриках.

Различают следующие способы формирования штабелей на складах (рис.2.2): шевронный, продольными и поперечными полосами: при непрерывном и шаговом перемещении укладчика, комбинированные.

На рудных дворах аглофабрик и доменных цехов в основном применяется эстакадное складирование шихтовых материалов с продольным их размещением в штабелях. Как правило, для каждого складируемого материала предусматривается не менее 2-х штабелей. Один штабель формируется, а другой выбирается. Выборка материалов производится с конца штабеля вертикально до основания штабеля. Затем выбирается следующий участок штабеля вертикально до его основания и так поочередно до второго конца продольного штабеля.

Сырые материалы, поступающие на рудные дворы аглофабрики или доменного цеха, должны разгружаться в строгом соответствии с установленными фронтами разгрузки, которые устанавливаются администрацией аглофабрики или доменного цеха.

Изменение фронтов выгрузки материалов производится по указанию заместителей начальников аглофабрики и доменного цеха по шихте. Качество сырых материалов и кокса, поступающих в доменный цех, должно соответствовать техническим условиям (стандартам), а также паспортам-сертификатам, которые являются основным документом при приемке материалов.

В случае отсутствия паспорта или несоответствия его данных фактическому качеству сырья, а также получению некондиционного материала, работники ОТК проводят контрольное опробирование для оценки возможности его использования и составляют соответствующий акт для предъявления рекламаций поставщикам. Некондиционные материалы допускаются к разгрузке только с разрешения администрации доменного цеха или аглофабрики.

Руководство комбинатов и доменного цеха через своих представителей регулярно следят за технологическими режимами производства кокса, агломерата и окатышей на КХЗ и аглофабриках - поставщиках сырых материалов. Химические анализы, прочностные параметры и гранулометрический состав шихтовых материалов своевременно представляют сменному персоналу доменных печей и эти данные заносятся в печковые журналы. Это является необходимым условием поддержания устойчивого теплового режима плавки, ровного хода печей и высоких технико-экономических показателей.

В технологических инструкциях производства чугуна на всех металлургических комбинатах и заводах представлены характеристики шихтовых материалов и топлива, которыми доменщики руководствуются при оценке поступающих материалов от поставщиков. В таблицах 2.3; 2.4; 2.5; 2.6; 2.7 и 2.9 представлены химические анализы, прочностные характеристики и гранулометрический состав агломератов, окатышей, кокса, известняков всех основных МК, КХЗ, карьеров в России, Украине и Казахстане.

В таблице 2.11 представлены насыпные массы сырых материалов, которые необходимы для соответствующих расчетов.

Таблица 2.11 – Насыпная масса сырых материалов

Наименование материалов	Масса, т/м3
Агломерат фр. 80-0мм	1,6-1,8
то же, фр. > 80мм	1,4-1,5
фр. 80-60мм	1,45-1,55
фр. 60-40мм	1,5-1,6
40-25мм	1,6-1,7
25-10мм	1,7-1,8
10-5мм	1,8-1,9
<5мм	1,9-2,1
Окатыши	2,15-2,20
Руда железная кусковая	2,3-2,4
Руда марганцевая	1,4-1,6
Известняк	1,4-1,7
Кокс	0,46-0,50
Щебень	1,1-1,15
Шлаковая пемза	0,8-0,85
Граншлак	1,1-1,15
Окалина	2,2-2,4
Коксик	0,55-0,60
Сварочный шлак	1,8-2,0
Шлак доменный	1,45-1,55

Дальнейшее усреднение шихтовых материалов происходит при их выгрузке и заборе из бункеров. Объем бункеров предусматривается из расчета работы доменной печи в течении не менее суток. Схема расположения материалов по бункерам рассматривается и утверждается администрацией доменного цеха.

Загрузка материалов в бункера производится горизонтальными слоями из разных маршрутов по фронту всех бункеров, занятым одним материалом (агломератом, окатышами, известняком, добавками). Выгрузка материалов из бункеров производится вертикальными слоями в определенной последовательности. Не допускается выборка материалов из бункера более половины их емкости (лучше одной трети), чтобы уменьшить сегрегацию материалов по крупности.

Во время разгрузки материалов в бункера нельзя допускать попадание их в смежные бункера с другими материалами. Не допускается попадание в бункера посторонних предметов, для чего предусмотрены решетки. При неисправных решетках запрещается загрузка в такие бункера сырых материалов. Негабаритные предметы удаляются немедленно, как только они появляются на решетках, за что отвечают бригадиры бункеров.

Кокс выгружают в два больших бункера расположенных над скиповой ямой. Объём коксовых бункеров по 700м³ для печей среднего объёма и по 1200м³ для ДП > 2000м³. Под бункерами находятся грохоты для отсева коксовой мелочи и весовые воронки. Для ДП №2 МК «Запорожсталь» большие бункеры над скиповой ямой предусмотрены для железорудной части шихты, а кокс разгружается в бункера рудной эстакады. В этом случае предусмотрены четыре больших бункера по 800 м³ каждый. Три бункера под агломерат и один для добавок (или два под агломерат, один для окатышей и один для добавок). При таком расположении бункеров отпадает потребность в пластинчатом транспортере (горячий агломерат), поскольку кокс холодный и его выгрузка из бункеров производится на обычный ленточный транспортер с отсевом мелочи установленной крупности.

Из весовых коксовых и рудных воронок материалы попадают в скипы, которые по наклонному мосту доставляют их на колошник печи в загрузочные устройства. Бесперебойная загрузка шихтовых материалов в установленной последовательности и количестве является одним из важных факторов, обеспечивающих ровный и устойчивый ход печи.

Отклонения при взвешивании рычажными весами допускаются не > 0,5%, а тензометрическими не > 0,25%. Весовые воронки еженедельно проверяются контрольными грузами и результаты проверки заносятся в специальный журнал. Загрузка шихты при неисправных весовых воронках запрещается.