©2002—2010 ООО "ЭкоМашГео"® тел./факс: +7 (4872) 45-81-16,(4872) 40-42-98 моб. +7 (910) 941-78-05 Котенёв Василий Ильич E-mail: mashgeo@tula.net, briket@briket.ru

Вернуться к списку публикаций

Использование железококсовых брикетов на цементной связке в доменной плавке

Белкин А.С., Юсфин Ю.С., Курунов И.Ф., Травянов А.Я., Тихонов Д.Н., Свитко В.С., Бородин Ю.В., Фещенко С.А., Плешков В.И. Опубликовано: 20 сентября 2003 ←Вернуться к стандартному виду Печатная версия


Брикетирование природных мелких руд и техногенных материалов с использованием различных связующих веществ как первая промышленная технология окускования в металлургии применяется с ХIХ в. [1]. Однако она никогда не играла значительной роли в процессе подготовки руд к металлургическому переделу, а с появлением и развитием технологий агломерации и производства окатышей брикетирование сохранило свое значение в основном при подготовке шихты для производства ферросплавов.
В связи с переходом на рыночную экономику возникли проблемы с организацией производственного рециклинга промышленных железо- и углеродсодержащих мелкодисперсных отходов малых предприятий неполного цикла: резко возросшие железнодорожные тарифы сделали невыгодным транспортирование этих отходов для утилизации на интегрированные металлургические предприятия. Это явилось одной из причин появления новой технологии окускования техногенного мелкодисперсного железо- и углеродсодержащего сырья - вибропрессования, не требующей использования топлива и не связанной с выбросами отходящих газов, и поэтому являющейся экологически привлекательной. За рубежом эта технология применяется для производства брикетов для доменной плавки [2] и в специальных агрегатах типа вагранки [З]. Ее особенность заключается в использовании в качестве связующего цемента.
Целью настоящей работы явилось исследование металлургических свойств и возможности проплавки в доменной печи железококсовых брикетов, изготовленных из металлоотсева производства феррованадия и коксовой мелочи. Особенностью этих брикетов является то, что коксовая мелочь не предназначена для восстановления оксидов железа в самом брикете, железо в котором находится в металлическом виде, - она играет роль кускового наполнителя, и при этом решается проблема утилизации. Однако в доменной плавке углерод коксовой мелочи участвует в процессе восстановления оксидов железа из промежуточного шлака.
В процессе работы исследовали металлургические свойства железококсовых брикетов, изготовленных промышленным способом в ОАО "Тулит" из трех видов техногенного сырья: металлоотсева производства феррованадия (Б1), металлической стружки (Б2) и прокатной окалины (БЗ). Компонентный состав шихты для производства этих брикетов был одинаковым: железосодержащая часть - 59%, коксовая мелочь - 26%, портланд-цемент М-500 - 15%. Химический состав брикетов, рассчитанный на основе их элементного состава, определенного в испытательно-аналитическом центре Гиредмета, приведен в табл. 1.

Таблица 1. Химический состав железококсовых брикетов

Вид брикета Feмет FeO Fe2O3 C MnO SiO2 Al2O3 CaO MgO SO3 P2O5 TiO2 V2O5 H2Oгидр
Б147,921,261,18 18,650,684,93 1,538,750,46 0,130,030,31 0,4913,04
Б248,68 -1,1820,67 0,314,351,53 8,660,460,13 0,030,03- 13,04
Б30,47 32,818,6318,67 0,544,351,64 8,660,460,15 0,060,04- 13,04

Для определения восстановимости брикетов в соответствии с ГОСТ 21707-76 непрерывно контролировали изменение массы образца в процессе его восстановления водородом при 800°С и расходе газа-восстановителя 1,5 л/мин. Установлено, что незначительное количество оксидов железа в брикетах Б1 и Б2 восстанавливается в первые минуты эксперимента, брикеты БЗ восстанавливаются практически полностью за 40 мин (рисунок 1).

Размягчаемость брикетов определяли на установке конструкции МИСиС по изменению высоты слоя (60 мм) пробы материала крупностью 5-8 мм при его нагреве в восстановительной атмосфере со скоростью 14°С/мин в течение первых 45 мин, а затем со скоростью 5-6°С/мин. При нагреве пробы до 900°С расход восстановительных газов H2 и N2 составлял 0,3 и 1,1 л/мин, а выше 900°С - 1,1 и 0,3 л/мин соответственно. Давление на восстанавливаемую пробу повышали от О до 65 кПа. Установлено, что при нагреве в интервале температур 900-1300°С железококсовые брикетыпрактически не размягчаются. При этом брикеты БЗ размягчаются в большей степени, чем брикеты Б2 (рис. 2), но в меньшей степени, чем обычное железорудное сырье. Причиной является структура брикетов, образующаяся при их нагреве в восстановительной атмосфере: железная матрица из спекшихся частиц железа (исходного или восстановленного), включающая кусочки кокса в оболочке из тугоплавких кальций-алюмосиликатов.

Нагрев в восстановительной атмосфере со скоростью 500°С/ч до 1000°С и со скоростью 50°С/ч до 1150°С с последующим охлаждением их в инертной атмосфере до 40-50°С не повлиял на форму и размеры железококсовых брикетов из металлоотсева. На их поверхности появились лишь мелкие (10-15 мм) трещины.
Таким образом, результаты исследований показали, что железококсовые брикеты пригодны для проплавки в доменной печи, где они должны сохранять свою форму и размеры вплоть до зоны температур 1250-1300°С.
Опытные плавки с применением железококсовых брикетов в шихте провели на доменной печи № 1 ОАО "Свободный Сокол" (полезный объем 700 м3, 12 фурм, подача шихты к скипам вагон-весами). Печь работает на привозном коксе и выплавляет литейный и передельный чугуны из Лебединских окатышей с использованием в качестве флюсов известняка и доломита. При выплавке литейного чугуна для частичной замены кокса применяется шунгит в количестве до 100 кг/т. В шихте используется также небольшое количество металлодобавок и марганцевой руды (табл. 2).

Таблица 2. Химический состав шихтовых материалов, используемых при выплавке передельного и литейного чугунов в доменной печи, %

Материалы Fe SiO2 Al2O3 CaO MgO Mn P W,%
Окатыши Лебединские 65,735,96 0,450,3 0,50,053 0,0202,6
Руда Михайловская 37,5147,81 0,740,84 0,510,03 0,0611,15
Руда марганцевая 5,7714,27 2,923,52 1,1338,07 0,15111,4
Известняк 0,501,02 0,9052,91 0,79- -1,40
Доломит 1,381,6 0,8431,36 19,30- -2,10

Опытные плавки с использованием в шихте железококсовых брикетов начали при работе печи на передельный чугун, однако через 2 сут ее перевели на выплавку литейного чугуна. При этом загрузку брикетов прекратили и возобновили лишь через 3 сут. В итоге партия брикетов массой 500 т была проплавлена частично при выплавке передельного чугуна и частично - при выплавке литейного чугуна. Никаких негативных изменений в работе доменной печи и в отработке продуктов плавки при использовании брикетов не отмечено.
Известно, что усреднение информации о работе печи за периоды менее 5-7 сут практически всегда искажает (иногда существенно) показатели удельных расходов сырьевых материалов и топлива по причинам, несвязанным с технологией плавки [4]. С учетом этого для оценки влияния использования брикетов в шихте на технико-экономические показатели работы печи и уменьшения искажения полученной информации о работе печи сформированы средневзвешенные по массе чугуна базовый и опытный периоды. В базовый период включили 3 сут работы печи на передельном чугуне перед началом использования брикетов и 3 сут на литейном чугуне после окончания использования брикетов, в опытный период - 2 сут работы печи на передельном чугуне и 5 сут на литейном чугуне с использованием железококсовых брикетов в шихте (табл. 3). Установлено, что использование в шихте железококсовых брикетов в количестве 51,83 кг/т привело к повышению производительности печи на 91,71 т/сут и уменьшению расхода кокса на 6,14 кг/т.

Таблица 3. Основные показатели работы доменной печи с применением железококсовых брикетов при выплавке передельного и литейного чугунов в базовом и опытных периодах

ПоказательПериоды Изменение показателя dK, кг/т dП, т/сут
базовыйопытный   
Производство, т/сут 1009,97966,65-42,32--
Простои, % 0,090,56+0,47-1,24+7,12
Тихий ход, % 0,8971,97+1,073-2,8416,3
Удельный расход сухого скипового кокса, кг/т 529,64558,99+29,34--
Содержание железа в железорудной части шихты, % 65,9465,3-0,64-3,39+12,3
Расход материалов, кг/т
окатыши ЛГОКа 1307,21481,9+174,7--
руда железная -8,3448,344--
Брикеты металлургические -51,83+51,83--
Скрап оборотный 185,048,977-176,1-16,8+53,3
Руды марганцевая 7,5111,99+4,48--
Шунгит 12,7437,07-24,37+19,5-
Известняк 108,76121,72+12,96-3,43+6,5
Доломита 67,0791,7+24,63-5,21+9,9
Температура дутья, С 1029,18993-36,18-7,68+14,64
Расход природного газа, м2/т 64,2154,81-9,4-7,52-
Давление колошникового газа, ати 0,710,742+0,032+0,33-0,3
Содержание в чугуне, %
Si 1,6712,049+0,378-4,45+8,48
Mn 0,2470,405+0,158-1,673+0,319
S 0,0220,022---
Основность шлака (CaO/SiO2) 1,021,031+0,011--
Выход шлака, кг/т 243,92249,64+5,72-1,059+3,43
Приведенный расход кокса, кг/т 529,64523,5--35,5-
Приведенная производительность, т/сут 1009,971101,68--+135,00

Оценку влияния железококсовых брикетов Б1 на технико-экономические показатели работы печи выполнили путем компьютерного моделирования доменной плавки для условий периодов базового и опытного с применением в шихте брикетов Б1 в количестве 69,5 и 260 кг/т чугуна. Для адаптации математической модели к условиям работы доменной печи № 1 ОАО "Свободный Сокол" использовали усредненные показатели базового периода, с которым сравнивали результаты моделирования.
Эти результаты подтвердили высокую эффективность применения железококсовых брикетов: существенное снижение расхода кокса и повышение производительности печи при сокращении расхода окатышей на выплавку чугуна. Для брикетов Б1 коэффициент замены кокса брикетами составил 0,40-0,41 кг/кг. Снижение расхода кокса достигается благодаря действию следующих факторов:

  • прямая замена углерода кокса углеродом, содержащимся в брикетах и участвующем в реакции газификации и в прямом восстановлении железа из железистых первичных и промежуточных шлаков;
  • в связи с частичным выводом известняка из шихты благодаря повышенной основности железококсовых брикетов;
  • отсутствие затрат тепла на прямое восстановление железа брикетов, которое поступает в печь в металлическом виде.

Повышение производительности печи при применении железококсовых брикетов менее существенно и оно обусловлено главным образом сокращением расхода кокса, т.е. увеличением рудной нагрузки. Весьма значительно (на 0,2 МДж/м3) повысилась калорийность колошникового газа при применении железококсовых брикетов в количестве 260 кг/т.
Выводы. Железококсовые брикеты на цементной связке, изготовляемые из мелкодисперсных металлических отсевов производства феррованадия или из металлической стружки, имеют высокую термостойкость, не разрушаются при высокой скорости нагрева в восстановительной атмосфере под нагрузками, характерными для условий доменной печи, и являются высококачественным комплексным сырьем для доменной печи, содержащим в себе металлическое железо, восстановитель и флюсующие компоненты. Производство железококсовых брикетов на цементной основе позволяет решать проблему производственного рециклинга коксовой мелочи и мелкодисперсных металлических отходов для предприятий, не имеющих аглофабрики. Применение брикетов может быть особенно эффективным на печах, работающих на неофлюсованном железорудном сырье с применением известняка и доломита. Кроме того, железококсовые брикеты, снижая содержание кислорода в шихте, увеличивают долю СО в колошниковом газе и его калорийность, что может быть использовано в специальных технологических режимах доменной плавки с целью получения в доменной печи колошникового газа заданного состава [5].

Библиографический список

1. Равич Б.М - Брикетирование в черной и цветной металлургии. - М.: Металлургия, 1975. - 232 с.
2. М. Р. Landow, Mark I. Crawford and M.Martinez. Benefits of Recycling Blast Furnace Waste Materials at National Steel - Great Lakes Division by Cold Bonded Briquetting: 59th Ironmaking conference proceedings. Pittsburgh. Pennsylvania. March 26-29.2000. PP. 225-231.
3. Cupola furnace forthe recycling of steel mill waste materials to liquid hot metal/ KUTTNER: Presentation on occasion of the Russo-Ukrainian blast furnace conference. Kosice. June 18-24.2001.
4. Товаровский И.Г. Совершенствование и оптимизация параметров доменного процесса. - М.: Металлургия, 1987. -192с.
5. Курунов И.Ф., Тихонов Д.Н., Свитко С.В, Доменная печь - агрегат для получения восстановительного газа// Черная металлургия. Бюлл. ин-та "Черметмнформация". 2002. № 10. С 28-31.

Контактная информация:
Общество с ограниченной ответственностью "ЭкоМашГео"
Юридический адрес: 300040, Российская Федерация, г. Тула, ул. Советская, д.31
тел./факс: +7 (4872) 45-81-16,+7 (4872) 40-42-98, +7 (4872) 40-75-09, моб. +7 (910) 941-78-05 Котенёв Василий Ильич
E-mail: mashgeo@tula.net, briket@briket.ru

Создание: MAXiMaster

©2002-2009 ЭкоМашГео