Выплавка чугуна из высокотитанистого железорудного сырья Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 669.162.002

Ю.В. Федулов

ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» А.Ю. Васильев

ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова»

ВЫПЛАВКА ЧУГУНА ИЗ ВЫСОКОТИТАНИСТОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ

Магнитогорский металлургический комбинат своим рождением обязан горе Магнитной с запасами магнетитовой руды на уровне 500 млн т. В настоящее время эта руда полностью использована. Тем более на Урале и в Сибири магнетитовые руды отсутствуют.

В Челябинской области основные железорудные месторождения представлены высокотитанистыми магнетитами. Отличительной особенностью концентратов этих руд является наличие ТЮ2 в количестве 8-12%, в то время как в Гусевогорских концентратах (район Качканара) содержание ТЮ2 доходит до 3,5%. При выплавке чугуна в ОАО «НТМК» содержание ТЮ2 в шлаках равно 8-10%.

В результате длительной отработки технологии в ОАО «НТМК» при использовании титаномагнетитов установлено, что вследствие формирования оксидов титана всей гаммы валентности газодинамические условия в заплечиках доменной печи значительно осложняются, в горне даже при небольших колебаниях прочности кокса и температурного уровня формируются зоны малоподвижных неплавких масс карбонитридов С-Т1-Ы, ухудшающих дренажную способность коксовой насадки. Тем не менее, считается, что технология доменной плавки в ОАО «НТМК» освоена. Напротив, доменная технология при увеличении в шлаках ТЮ2 до 40% при использовании железорудного сырья с 8-12% ТЮ2 будет значительно осложнена и станет экономически не выгодна.

Замена тепла кокса на джоулево тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока в области горна-заплечиков доменной печи, давно привлекает внимание доменщиков. Еще в середине истекшего столетия академик И.П. Бардин, профессор МИСиС А.Н. Похвиснев, академик Казахской Академии наук В.В. Михайлов и другие прогнозировали использование электрического

© Федулов Ю.В., Васильев А.Ю., 2011

тока при выплавке чугуна. Считалось, что если стоимость 5 тыс.руб. кВт-ч электроэнергии равна стоимости 1 т кокса, а 1 т чугуна будет стоить 5,5 тыс.руб. кВт-ч электроэнергии - это является границей выгодности электроплавки.

Характерной особенностью истекшего тридцатилетия явился опережающий рост цен на коксующие угли, нефть, природный газ по сравнению с ценами на энергетический уголь, особенно при открытой его добыче. Поэтому в настоящее время в ОАО «ММК» цена 1 т кокса превышает стоимость 1000 руб. кВт-ч электроэнергии в 5,7 раза, соотношение цен чугун-электроэнергия составляет 7,8 раза, т.е. использование электроэнергии при выплавке чугуна экономически оправдано.

Еще в 1953-1965 гг. под руководством начальника доменного цеха В.М.Зудина, при полной поддержке директора комбината Ф.Д. Воронова, первого заместителя министра черной металлургии СССР А.Ф. Борисова экспериментально доказана возможность циклонной выплавки чугуна. Положительные результаты позволили Магнитогорскому Гипромезу выполнить техническое задание проекта Опытного цеха прямого получения металла из концентратов железных руд производительностью 100 т металла в сутки.

В 1998-2002 гг. в фурменном отделении доменного цеха на модернизированном огневом стенде проведена отработка технологии плавки доменных, сталеплавильных шламов, титаномагне-титового концентрата с содержанием ТЮ2 10%. Результаты положительные. Поэтому считаем, что выплавку чугуна из высокотитанистого железорудного сырья целесообразно организовать в до-менно-циклонной печи, изображенной на рисунке.

Агрегат представляет собой доменную печь и циклонный реактор, которые вертикально параллельны между собой, расположены один от другого на расстоянии 2-3 м и соединены в нижних основаниях металлоприемником с лётками, лещадью и общим фундаментом.

В сравнении с доменной печью, во-первых, в циклонном реакторе возможно организовать сжигание до 1000 кг/т чугуна энергетического угля и достигнуть теоретического расхода кокса.

Во-вторых, в реактор в смеси с энергетическим ПУТ вдувается мелкая руда. В факельном режиме происходит горение угля, образование капель расплава руды. В шахту, как в доменной печи, загружается кусковое топливо (кокс, антрацит), железорудное кусковое сырье. Объединение капель расплава из реактора и шахты происходит в металлоприемнике.

Схема доменно-циклонной печи

Для стабилизации горения ПУТ в смеси с титаномагнетито-вым концентратом в купольные горелочные устройства циклона подается природный газ.

Футеровка циклона - гарнисажная, толщина ее регулируется количеством охлаждающей воды, нижнее строение агрегата выполнено аналогично футеровке горна - лещади доменной печи.

Расчетные технико-экономические показатели опытно-промышленного агрегата приведены ниже:

Производство, т/сут 200 Дутье:

количество, м3 мин 110

содержание О2, % 93 Удельный расход, кг/т чугуна:

титаномагнетитовый концентрат 1547

известняк 135,4

энергетический уголь фракции 0-3 мм 1125

кокс фракции 25-40 мм 290

природный газмз/т чугуна 10

электроэнергия, кВт.час/тчугуна 335

Выход шлака, кг/т чугуна 375 Состав шлака, %:

РеО 0,5

БЮ2 20,7

СаО 20,3

М2О3 10,1

МдО 5,0

МпО 0,4

ТЮ2 42,4

0,6

Состав чугуна, %:

Б1 0,15

С 4,5

Мп 0,3

Т 0,3

V 0,45

Б 0,02 Состав колошникового газа, %:

СО2 1,2

СО 56,6

Н2 31,8

Ы2 10,4

Калорийное содержание, ккал/мз 2540

Выход, мз/т чугуна 2385

Таким образом, в доменно-циклонной печи достигается использование как кускового железорудного сырья и топлива, так и мелкой руды, концентрата. Исключаются процессы агломерирования, брикетирования, производства окатышей из концентратов.