Оценка влияния качества исходных шихтовых компонентов на ТЭП

Рисунок №2. - Связь концентраций [C] и [Si]: экспериментальная

Рисунок №3. - Связь концентраций [C] и [Si]: действующая технология

Это подтверждается и тем, что состав шлаков отобранных перед  выпуском плавок при использовании  различных температурных режимов  значительно отличается содержанием SiO2 и оксидов Mn и Fe (Таблица №5).

Технология выплавки	Содержание оксидов, % (масс.)				Масса, кг
	(FexOу+MnO)	SiO2	Al2O3	CaO
Экспериментальная	25,7-32,0	35,6-40,0	15,0-20,0	2,0-3,0	7,20
Действующая	38,0-42,0	60,0-62,5	5,0-5,5	-	8,50

     *при скачивании  шлака использовался коагулянт  «REMMOS100G»

Таблица №5. - Состав шлаков перед выпуском в плавках различных технологий

Также установлено, что использование  форсированного температурного режима с образованием «фаялитного» кислого шлака также приводит к повышенной газонасыщенности и появлению крупных неметаллических включений (Рисунок №4).

Удаления микроэлементов, как при форсированном, так и  при экспериментальном режиме выплавки, практически не происходит: наблюдалось  незначительное колебание концентраций на границе погрешности методики. Анализ проб на содержание ванадия, титана, мышьяка и свинца, перед выпуском плавки, показывает лишь снижение концентрации последнего элемента до содержания 0,001%.

Принципиальное отличие  технологии выплавки стали от технологии выплавки чугунов в проведении периода  окисления элементов и рафинирования  расплава от растворенных газов и  неметаллических включений. Главными удаляемыми элементами, с учетом проведенного анализа стального лома, являются  углерод, кремний и сера. Были проведены  экспериментальные плавки стали 30 в  ИСТ-1.0 с нейтральной футеровкой. В качестве окислителя применялась  кузнечная окалина, для раскисления использовался технический алюминий (АВ97) в количестве 0,12-0,15 кг/т. Использовался отработанный на выплавке чугунов метод трех режимов миксирования. Для выбора необходимого ТШС были использованы составы табл. 3: №1 (55% SiO2, 40% Al2O3, 5% CaO – 1 плавка) и №3 (50% SiO2, 35% Al2O3, 15% CaO - 4 плавки) в количестве 5 кг/ т стали. Шлаки обоих смесей показали удовлетворительную текучесть при температурах от 1550 до 16500С, но ТШС состава №1, ввиду малого количества CaO, не обеспечивает необходимую степень ассимиляции неметаллических включений, что было установлено в ходе металлографического анализа темплетов клиновых проб металла отобранных перед выпуском плавки.

Средние скорости окисления  элементов расплава представлены на рисунке №4.

Рисунок №4. - Кинетика поведения элементов в период выплавки (S%, P% x10)

Необходимо отметить, что  изменение содержания P и Mn подчиняется термодинамическим особенностям шлакового режима: при вводе окислителя их концентрации сначала снижаются, а через 30-35 минут, после ввода ферросплавов и окончания периода «кипения», вновь возрастают (Рисунок №5).

Рисунок №5. - Динамика поведения элементов в период выплавки (S%, P% x10)

При химическом анализе проб металла установлено, что происходит удаление некоторых «наследственных» микроэлементов после ввода окислителя, при этом не удаляется As, а Pb удаляется в процессе нагрева и расплавления шихты (Таблица №6).

Место замера	Ti	V	As	Pb
Шихта (расчет)	0,009	0,004	0,008	0,002
Первая проба (16000С)	0,008	0,004	0,007	≤0,0005
Вторая проба (16500С)	0,006	0,003	0,008	≤0,0005

 

Таблица №6. - Изменение содержания микроэлементов (% масс.)

Таким образом, важным этапом разработки технологий является исследование составов шлакообразующих смесей и температурных режимов плавок. На наш взгляд, необходимо выбирать некоторый «комбинированный» режим – термовременная обработка расплавов. Поэтому в дальнейших исследованиях сравнивались две различные технологии выплавки: действующая и экспериментальная.

 

 

 

4. Качество и свойства агломерата и его контроль

Качество агломерата определяется его физическими и физико-химическими свойствами, химическим и минералогическим составом. Исходя из этого, к агломерату для доменного производства предъявляют следующие требования:

1) по физическим свойствам  агломерат должен иметь высокую  механическую прочность, высокую  пористость и противостоять дроблению  и истиранию;

2) по физико-химическим  свойствам он должен обладать  высокими восстановимостью и температурой начала размягчения в узком температурном интервале;

3)  по химическому составу  - содержать возможно больше железа, меньше пустой породы и вредных примесей, быть полностью офлюсованным и иметь минимальные колебания содержания железа и основности;

4) по минералогическому  составу - содержать минералы, обеспечивающие необходимые физические и физико-химические свойства. В производственных условиях постоянно контролируют прочность и химический состав агломерата, а восстановимость и минералогический состав - лишь эпизодически.

Под механической прочностью агломерата понимают его способность  сопротивляться разрушающим усилиям (трению, сжатию и удару) при транспортировке, загрузке и движении в доменной печи. Обычно прочность агломерата определяется степенью его разрушения при постоянном механическом воздействии. На металлургических предприятиях Украины агломерат  на прочность испытывают в сплошном барабане диаметром 1000 и длиной 500 мм с приваренными внутри двумя полками  высотой 50 мм (рис. 6). Специально отобранную пробу агломерата крупностью 5-40 мм и массой 15 кг загружают в барабан, который затем вращается со скоростью 25 об/мин в течение 8 мин. После этого пробу рассеивают на ситах с размером ячейки 5,0 и 0,5 мм. Показателем прочности на дробление является отношение массы фракции > 5,0 мм к массе исходной пробы, выраженное в процентах.

Рисунок №6. – Барабан для определения механической прочности железорудных материалов

Масса фракции 0-0,5 мм характеризует  прочность агломерата на истирание. На некоторых металлургических предприятиях агломерат на механическую прочность  испытывают по методу П.Г. Рубина. Для этого 20 кг агломерата (крупностью 25-100 мм) загружают в барабан (рисунок №7) диаметром 1000 и длиной 600 мм с тремя полками высотой 250 мм, расположенными под углом 120°, и вращают в течение 4 мин со скоростью 25 об/мин. Показателем прочности является выход фракции < 5 мм. Он изменяется в заводских условиях в пределах от 18,5 до 27% от массы загруженной в барабан пробы.

Рисунок №7. – Барабан  для испытания прочности агломерата по методу П.Г. Рубинина

Иногда прочность агломерата определяют методом сбрасывания  его с определенной высоты на горизонтальную металлическую плиту. Прочность агломерата оценивают по выходу мелких фракций.

На некоторых аглофабриках качество агломерата определяется рассевом пробы агломерата массой 2000 кг, отобранной из бункеров доменного цеха. Показателем прочности служит количество фракций 0-5 мм. Агломерат считается прочным, если выход такой фракции не превышает 10-12%.

Прочность агломерата зависит  от химического состава исходной шихты, качества ее подготовки, расхода топлива на агломерацию, условий спекания, минералогического состава и обработки готового продукта.

Восстановимость агломерата зависит от минералогического состава, основности и пористости агломерата. Стандартной методики определения восстановимости нет, однако все методики по принципу осуществления одинаковы. Нагретую до определенной температуры пробу агломерата восстанавливают в течение определенного времени. Количество восстановителя или его параметры контролируются. О восстановимости судят по изменению состава газовой фазы, либо по изменению массы пробы вследствие убыли химически связанного с железом кислорода. В качестве восстановителя преимущественно используют водород, а восстановимость определяют по убыли кислорода, вычисляя степень восстановления. Степенью восстановления называется отношение потери массы пробы при восстановлении к массе кислорода оксидов железа, выраженное в процентах:

 

В = ∆О2/∑О2•100 ,%,

 

где  ∆О2 - потеря массы пробы (кислорода) при восстановлении;

∑О2 - масса кислорода оксидов железа, определяемая химическим анализом.

Сейчас определение восстановимости осуществляют при помощи ав-томатизированных установок, позволяющих фиксировать степень восстановления на диаграммной ленте прибора (рис. 8.7).

Химический состав агломерата в производственных условиях контро¬лируется постоянно. Наиболее важно обеспечить постоянство содержания железа, FeO в агломерате и его основности Отклонения по содержа¬нию железа и FeO не должны превышать ±0,5 и ±1,5% соответственно, а по основности - не более ±0,02 абсолютной единицы (например, при заданной основности агломера¬та 1,2 изменение ее не должно выхо¬дить за пределы 1,18-1,22) От этих показателей в значительной мере зависит ровность хода доменной печи, стабильность шлакового и теплового режимов, качество чугуна ' По мере развития глубокого обогащения руд содержание железа в агломерате возрастает Многие заводы сейчас работают на агломерате с содержанием железа 53-54 и даже 55-56 %. Основность агломерата достигает 1,2-1,3, т е из шихты доменных печей почти полностью выведен сырой флюс.

Однако с повышением основности агломерата от 1,0 до 1,5 значительно ухудшается его прочность. Это обусловлено, в основном, такими факторами:

1) не весь введенный в шихту флюс (известь) связывается в химические соединения при агломерации. Образующаяся свободная известь при остывании агломерата взаимодействует с влагой воздуха по реакции СаО + Н2О → Са(ОН)2 с увеличением объема, вызывающим напряжения и разрушение агломерата;

2) образованием двухкальциевого силиката 2СаО SiO2, который в процессе охлаждения агломерата при температуре 675 °С перекристаллизовывается, с увеличением объема силиката на 11%, вызывая внутренние напряжения и разрушение агломерата;

3) образованием непрочной стекловидной фазы при быстром охлаждении агломерата.

Наиболее прочными являются низкоофлюсованный агломерат, имеющий магнетито-гематитовую основу.

Таким образом, о восстановимости и прочности частично офлюсованного агломерата косвенно судят по содержанию в нем FeO: чем оно больше (15-18%), тем выше прочность и ниже восстановимость агломерата. Однако с переходом на производство высокоофлюсованного агломерата этот критерий теряет свое значение. Оксид железа, в зависимости от того, в каких соединениях он на¬ходится в агломерате с высокой степенью офлюсования, может оказывать различное влияние на его свойства.

5. Качество окатышей и  добавок

Качество окатышей определяется их прочностью, гранулометрическим и химическим составом. На прочность окатыши испытывают в таком же барабане и по той же методике, что и агломерат, но при крупности исходной пробы окатышей 5-25 мм. Прочность окатышей характеризуется также усилием на раздавливание. Готовые окатыши должны выдерживать усилие не менее 1,25-1,5 кН на окатыш.

Содержание железа в окатышах зависит от богатства концентрата (Таблица №7).

Таблица №7. – Химический состав шихтовых материалов для производства окатышей

Основность офлюсованных окатышей пока не превышает 1,0 вследствие низкой прочности высокоофлюсованных окатышей. Стоимость окускования концентрата методом окомкования на 20-30% выше стоимости агломерации, однако наиболее точным критерием эффективности этих методов может быть лишь себестоимость выплавляемого чугуна.

В настоящее время разрабатываются  методы получения частично восстановленных (металлизованных) железорудных материалов для доменной плавки, т. е. ставится задача удалить из руды в процессе ее подготовки не только пустую породу, но частично и кислород оксидов железа. Для этого в шихту окатышей добавляют тонкоизмельченный уголь с целью создания внутри окатыша при обжиге восстановительной атмосферы.

При использовании в доменной плавке металлизованных материалов рост производительности составляет 4-8%, а снижение расхода кокса 1,5-10% на каждые 10% металлизации шихты. Загрузка в доменную печь окатышей, содержащих 1,2-1,4% остаточного углерода, позволяет интенсифицировать процесс восстановления в химически резервной зоне. В результате к моменту расплавления такие окатыши содержат металлическое железо (10-12%) и тем самым снижают расход углерода кокса, идущего на прямое восстановление.

Окатыши с остаточным углеродом  получают на обжиговых машинах добавкой к шихте 4-6% твердого топлива. При доменной плавке таких окатышей (Сост = 3,9%) приведенный расход кокса снизился на 10 кг/т чугуна.

Другим направлением получения  металлизованных материалов является предварительная обработка их восстановительными газами СО, Н2 и СН4 в шахтных или трубчатых печах, или на конвейерных машинах в процессе окусковывания. Качество окатышей некоторых горно-обогатительных комбинатов Украины, России и Казахстана приведено в таблице №8.

Таблица №8. – Качество окатышей некоторых Гостов Украины, России и Казахстана

Качество флюсующих материалов, используемых как для производства офлюсованного агломерата и окатышей, так и добавок флюса в сыром виде для подшихтовки доменной печи, имеет большое значение в обеспечении устойчивого протекания технологического процесса производства чугуна.