blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2020-11-12-878-882blackmet-2008Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESАнализ возможных путей снижения содержания серы в чугунеAnalysis of possible ways to reduce sulfur content in pig ironМясоедовС. В.MyasoedovS. V.

начальник доменного цеха № 1

398040, Россия, Липецк, пл. Металлургов, 2

Head of the Blast Furnace Shop No. 1

Lipetsk

myasoedov_sv@nlmk.comФилатовС. В.FilatovS. V.

к.т.н., управляющий директор

398040, Россия, Липецк, пл. Металлургов, 2

Cand. Sci. (Eng.), Managing Director

Lipetsk

filatov_sv@nlmk.comПантелеевВ. В.PanteleevV. V.

аспирант кафедры «Металлургия железа и сплавов»

620002, Россия, Свердловская обл., Екатеринбург, ул. Мира, 19

Postgraduate of the Chair “Metallurgy of Iron and Alloys”

Ekaterinburg

vpanteleev@urfu.ruЛистопадовВ. С.ListopadovV. S.

директор дирекции по аглодоменному производству

398040, Россия, Липецк, пл. Металлургов, 2

Director of Sintering and Blast Furnace Production Directorate

Lipetsk

listopadov_vs@nlmk.comЗагайновС. А.ZagainovS. A.

д.т.н., профессор кафедры «Металлургия железа и сплавов»

620002, Россия, Свердловская обл., Екатеринбург, ул. Мира, 19

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair of “Metallurgy of Iron and Alloys”

Ekaterinburg

 

zagainovski@mail.ruПАО «Новолипецкий металлургический комбинат»РоссияJSC “Novolipetsk Metallurgical Plant”Russian FederationУральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. ЕльцинаРоссияUral Federal University named after the first President of Russia B.N. YeltsinRussian Federation2020020120216311-12878882Copyright © Мясоедов С.В., Филатов С.В., Пантелеев В.В., Листопадов В.С., Загайнов С.А., 20212021Мясоедов С.В., Филатов С.В., Пантелеев В.В., Листопадов В.С., Загайнов С.А.Myasoedov S.V., Filatov S.V., Panteleev V.V., Listopadov V.S., Zagainov S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2008

Одним из путей повышения энергоэффективности и интенсивности доменной плавки, особенно при использовании пылеугольного топлива, является увеличение горячей прочности кокса. В условиях ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат» (НЛМК) для повышения качества кокса в угольную шихту вводили нефтяную добавку. При этом содержание серы в коксе возрастает, а, следовательно, повышается содержание серы в чугуне. В связи с этим задача поиска путей улучшения десульфурации чугуна в доменной печи становится актуальной. Основными факторами, определяющими десульфурацию чугуна, являются основность шлака, содержание в нем оксида MgO, температура продуктов плавки, вязкость шлака. Целью настоящей работы является сопоставление эффективности удаления серы путем повышения основности шлака и содержания оксида MgO. На основе известных уравнений разработан алгоритм, позволяющий решить поставленную задачу. Установлено, что повышение содержания оксида MgO в шлаке в большей степени способствует десульфурации чугуна, чем повышение основности. Кроме того, повышение содержания оксида MgO на 1 % сопровождается увеличением выхода шлака на 3,0 – 3,5 кг/т чугуна. В то же время повышение основности на 0,01 приводит к увеличению выхода шлака на 4 – 5 кг/т чугуна. Следовательно, снижение содержания серы в чугуне путем повышения основности шлака требует меньших затрат тепла. В пересчете на удельный расход кокса различие в потребности тепла составляет 0,4 – 0,5 кг/т чугуна. Показано, что при повышении содержания оксида MgO в шлаке вязкость шлака при температуре 1450 °С возрастает в меньшей степени, чем при повышении основности.

One of the ways to increase the energy efficiency and intensity of blast furnace smelting, especially when using pulverized coal fuel, is to increase the hot strength of coke. In the conditions of OJSC NLMK, an oil additive was introduced into the coal charge to improve the coke quality. At the same time, sulfur content in the coke increases, and, consequently, sulfur content in the cast iron increases as well. In this regard, the task of finding ways to improve the desulfurization of cast iron in blast furnace becomes urgent. The main factors determining the desulfurization of cast iron are slag basicity, content of MgO oxide in it, temperature of the smelting products, and the slag viscosity. The purpose of this work was to compare the efficiency of sulfur removal by increasing the slag basicity and MgO content. On the basis of wellknown equations, an algorithm was developed that allows the problem to be solved. It was established that an increase in MgO content in the slag promotes desulfurization of cast iron to a greater extent than a basicity increase. In addition, an increase in MgO content by 1 % is accompanied by an increase in slag yield by 3.0 – 3.5 kg/t of cast iron. At the same time, an increase in basicity by 0.01 leads to an increase in the slag yield by 4 – 5 kg/t of pig iron. Consequently, reducing the sulfur content in pig iron by increasing the slag basicity requires less heat. In terms of the specific consumption of coke, difference in heat demand is 0.4 – 0.5 kg/t of pig iron. It is shown that with an increase in MgO content in the slag, the slag viscosity at a temperature of 1450 °C increases to a lesser extent than with an increase in basicity.

производство чугунакачество коксадесульфурация чугунавязкость шлакасостав шлакакоэффициент распределения серысодержание серы в чугунеpig iron productioncoke qualitypig iron desulfurizationslag viscosityslag compositionsulfur distribution coefficientsulfur content in pig ironReferencesIshikawa Y., Kase M., Abe Y., Ono K., Sugata M., Nishi T. Influence of post reaction strength of coke on blast furnace operation // Proceedings – Ironmaking Conference. 1983. Vol. 42. P. 357 – 368.Ishikawa Y., Kase M., Abe Y., Ono K., Sugata M., Nishi T. Influence of post reaction strength of coke on blast furnace operation. Proceedings – Ironmaking Conference. 1983, vol. 42, pp. 357–368.Bertling H. Coal and coke for blast furnaces // ISIJ International. 1999. Vol. 39. No. 7. P. 617 – 624.Bertling H. Coal and coke for blast furnaces. ISIJ International. 1999, vol. 39, no. 7, pp. 617–624.Chatterjee A., Prasad H.N. Possibilities of tar addition to coal as a method for improving coke strength // Fuel. 1983. Vol. 62. No. 5. P. 591 – 600.Chatterjee A., Prasad H.N. Possibilities of tar addition to coal as a method for improving coke strength. Fuel. 1983, vol. 62, no. 5, pp. 591–600.Gonzalez-Cimas M.J., Patrick J.W., Walker A. Influence of pitch additions on coal carbonization: Coke strength and structural properties // Fuel. 1987. Vol. 66. No. 8. P. 1019 – 1023.Gonzalez-Cimas M.J., Patrick J.W., Walker A. Influence of pitch additions on coal carbonization: Coke strength and structural properties. Fuel. 1987, vol. 66, no. 8, pp. 1019–1023.Liziero Ruggio da Silva G., Souza R., Belchior Reis T., Ladeira Lima I., Quintas A., Amorim L., Andretti Sabino Mota M., Brasil Dias Haneiko N. Influence of coal tar addition on coke quality // AISTech Conference Proceedings. 2018. P. 173 – 184.Liziero Ruggio da Silva G., Souza R., Belchior Reis T., Ladeira Lima I., Quintas A., Amorim L., Andretti Sabino Mota M., Brasil Dias Haneiko N. Influence of coal tar addition on coke quality. AISTech Conference Proceedings. 2018, pp. 173–184.Geerdes M., Chaigneau R., Kurunov I., Lingiardi O., Ricketts J. Modern Blast Furnace Ironmaking. 3rd ed. IOS Press, 2015. – 228 p.Geerdes M., Chaigneau R., Kurunov I., Lingiardi O., Ricketts J. Modern Blast Furnace Ironmaking. 3rd ed. IOS Press, 2015, 228 p.Sharma R., Tiwari H., Banerjee P. Producing high coke strength after reactivity in stamp charged coke making // Coke and Chemistry. 2014. Vol. 57. No. 9. P. 351 – 358.Sharma R., Tiwari H., Banerjee P. Producing high coke strength after reactivity in stamp charged coke making. Coke and Chemistry. 2014, vol. 57, no. 9, pp. 351–358.Стуков М.И., Мамаев М.В., Чернавин А.Ю. и др. Новый кокс для металлургии // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2012. № 5 (1349). C. 35 – 37.Stukov M.I., Mamaev M.V., Chernavin A.Yu. etc. New coke for metallurgy. Chernaya Metallurgiya. Byul. in-ta “Chermetinformatsiya”. 2012, no. 5 (1349), pp. 35–37. (In Russ.).Вегман Е.Ф. Доменное производство. Справочное издание. В 2-х т. Т. 1. Подготовка руд и доменный процесс. – М.: Металлургия, 1989. – 496 с.Vegman E.F. Domennoe proizvodstvo: Spravochnoe izdanie. V 2-kh t. T. 1. Podgotovka rud i domennyi protsess [Blast-Furnace Production: Reference Book. In 2 vols. Vol. 1. Preparation of Ores and Blast Furnace Process]. Moscow: Metallurgiya, 1989, 496 p. (In Russ.).Товаровский И.Г., Севернюк В.В., Лялюк В.П. Анализ показателей и процессов доменной плавки. – Днепропетровск: Пороги, 2000. – 420 с.Tovarovskii I.G., Severnyuk V.V., Lyalyuk V.P. Analiz pokazatelei i protsessov domennoi plavki [Analysis of Indicators and Processes of Blast-Furnace Smelting]. Dnepropetrovsk: Porogi, 2000, 420 p. (In Russ.).Товаровский И.Г., Можаренко Н.М., Белецкий В.А. и др. Условия выплавки низкокремнистого чугуна с низким содержанием серы // Сталь. 1992. № 10. C. 5 – 8.Tovarovskij I.G. Melting conditions of low silicon pig iron with low sulphur content. Stal’. 1992, no. 10, pp. 5–8. (In Russ.).Скачко А.С., Тогобицкая Д.Н., Белькова А.И. Влияние состава шихты на коэффициенты распределения элементов между продуктами доменной плавки // Металлургические процессы и оборудование. 2013. № 4 (34). C. 8 – 15.Skachko A.S., Togobitskaya D.N., Bel’kova A.I. Influence of charge composition on coefficients of elements distribution between products of blast furnace smelting. Metallurgicheskie protsessy i oborudovanie. 2013, no. 4 (34), pp. 8–15. (In Russ.).Довгалюк Б.П., Щербицкий Б.В., Ярошенко Н.М. и др. Повышение качества чугуна за счет стабилизации состава шлака // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1978. № 3. C. 3, 4.Dovgalyuk B.P., Shcherbitskii B.V., Yaroshenko N.M. etc. Improving pig iron quality by slag composition stabilizing. Metallurgicheskaya i gornorudnaya promyshlennost’. 1978, no. 3, pp. 3, 4. (In Russ.).Дружков В.Г., Прохоров И.Е. Выбор режима выпуска чугуна и шлака из горна доменных печей в современных условиях // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2011. № 4 (36). C. 9 – 12.Druzhkov V.G., Prokhorov I.E. Selection of the iron and slag tapping mode from hearth of blast furnaces in modern conditions. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova. 2011, no. 4 (36), pp. 9–12. (In Russ.).Шаповалов А.Н., Дружков В.Г. Повышение эффективности десульфурации чугуна. – Магнитогорск: изд. Магнитогорского гос. техн. ун-та им. Г.Н. Носова, 2011. – 148 с.Shapovalov A.N., Druzhkov V.G. Povyshenie effektivnosti desul’furatsii chuguna [Improvement of the Efficiency of Pig Iron Desulfurization]. Magnitogorsk: MGTU im. G.N. Nosova, 2011, 148 р. (In Russ.).Babich A., Senk D., Gudenau H.W., Mavrommatis K.Th. Ironmaking. Aachen: Institut für Eisenhüttenkunde der RWTH, 2008. – 402 p.Babich A., Senk D., Gudenau H.W., Mavrommatis K.Th. Ironmaking. Aachen: Institut für Eisenhüttenkunde der RWTH, 2008, 402 p.Andersson A.J., Andersson A.M.T., Jönsson P.G. A study of some elemental distributions between slag and hot metal during tapping of the blast furnace // Steel Research Int. 2004. Vol. 75. No. 5. P. 294 – 301.Andersson A.J., Andersson A.M.T., Jönsson P.G. A study of some elemental distributions between slag and hot metal during tapping of the blast furnace. Steel Research Int. 2004, vol. 75, no. 5, pp. 294–301.Hatch G.G., Chipman J. Sulphur equilibria between iron blast furnace and metal // The Journal of the Minerals, Metals & Materials Society. 1949. Vol. 1. Р. 274 – 284.Hatch G.G., Chipman J. Sulphur equilibria between iron blast furnace and metal. The Journal of the Minerals, Metals & Materials Society. 1949, vol. 1, pp. 274–284.Loginov V.I., Berin A.L., Lebed’ P.K. etc. Effect of magnesia on desulfurizing power of blast-furnace slags // Metallurgist. 1976. Vol. 20. No. 5. P. 315 – 317.Loginov V.I., Berin A.L., Lebed’ P.K. etc. Effect of magnesia on desulfurizing power of blast-furnace slags. Metallurgist. 1976, vol. 20, no. 5, pp. 315–317.Pehlke R.D., Fuwa T. Control of sulphur in liquid iron and steel // Int. Metals Reviews. 1985. Vol. 30. No. 1. P. 125 – 140.Pehlke R.D., Fuwa T. Control of sulphur in liquid iron and steel. International Metals Reviews. 1985, vol. 30, no. 1, pp. 125–140.Zuo H.B., Wang C., Xu C.F., Zhang J.L., Zhang T. Effects of MnO on slag viscosity and wetting behaviour between slag and refractory // Ironmaking & Steelmaking. 2016. Vol. 43. No. 1. P. 56 – 63.Zuo H.B., Wang C., Xu C.F., Zhang J.L., Zhang T. Effects of MnO on slag viscosity and wetting behaviour between slag and refractory. Ironmaking & Steelmaking. 2016, vol. 43, no. 1, pp. 56–63.Choi J.Y., Kim D.J., Lee H.G. Reaction kinetics of desulfurization of molten pig iron using CaO – SiO2 – Al2O3 – Na2O slag systems // ISIJ International. 2001. Vol. 41. No. 3. P. 216 – 224.Choi J.Y., Kim D.J., Lee H.G. Reaction kinetics of desulfurization of molten pig iron using CaO–SiO2–Al2O3–Na2O slag systems. ISIJ International. 2001, vol. 41, no. 3, pp. 216–224.Информационные системы в металлургии / Н.А. Спирин, Ю.В. Ипатов, В.Н. Лобанов и др. – Екатеринбург: изд. УГТУ – УПИ, 2001. – 617 с.Spirin N.A., Ipatov Yu.V., Lobanov V.N. etc. Informatsionnye sistemy v metallurgii [Information Systems in Metallurgy]. Ekaterinburg: izd. UGTU – UPI, 2001, 617 p. (In Russ.).Компьютерные методы моделирования доменного процесса / О.П. Онорин, Н.А. Спирин, В.Л. Терентьев и др. – Екатеринбург: изд. УГТУ – УПИ, 2005. – 301 с.Onorin O.P., Spirin N.A., Terent’ev V.L. etc. Komp’yuternye metody modelirovaniya domennogo protsessa [Computer Modeling of Blast Furnace Process]. Ekaterinburg: izd. UGTU – UPI, 2005, 301 p. (In Russ.).Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. Изд. 2-е. – М.: Наука, 1971. – 568 с.Mitropol’skii A.K. Tekhnika statisticheskikh vychislenii. Izd. 2-e [Technique of Statistical Calculations. 2nd ed.]. Moscow: Nauka, 1971, 568 p. (In Russ.).Листопадов В.С., Тогобицкая Д.Н., Муравьева И.Г. и др. Стабилизация шлакового режима доменной плавки в условиях работы ДП № 9 ОАО «АРСЕЛОРМИТТАЛ КРИВОЙ РОГ» на многокомпонентной шихте // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2008. № 8 (1304). C. 14 – 20.Listopadov V.S., Togobitskaya D.N., Murav’eva I.G. etc. Stabilization of slag mode of blast-furnace smelting in the operating conditions of BF No. 9 of JSC “ARSELORMITTAL KRIVOY ROG” on a multicomponent charge. Chernaya Metallurgiya. Byul. in-ta “Chermetinformatsiya”. 2008, no. 8 (1304), pp. 14–20. (In Russ.).Eyring H., Yenderson D., Ree T. Thermodynamic and transport properties of liquids // Progress in Int. Research on Thermodynamic and Transport Properties. 1962. P. 340 – 351.Eyring H., Yenderson D., Ree T. Thermodynamic and transport properties of liquids. Progress in Int. Research on Thermodynamic and Transport Properties. 1962, pp. 340–351.Roberto de Oliveira J., Cristo Clem de Oliveira H., Gambarine Soares S. etc. Comparative study of hot metal desulfurization mixtures // AISTech Proceedings. 2018. P. 1034 – 1042.Roberto de Oliveira J., Cristo Clem de Oliveira H., Gambarine Soares S. etc. Comparative study of hot metal desulfurization mixtures. AISTech Proceedings. 2018, pp. 1034–1042.Изюмский Н.Н., Гордон Я.М., Третяк А.А. Математическая модель и система стабилизации шлакового режима работы домен- ной печи // Черная Металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2017. № 11. С. 46 – 52.Izyumskii N.N., Gordon Ya.M., Tretyak A.A. Mathematical model and system for stabilizing the slag operating mode of blast furnace. Chernaya Metallurgiya. Byul. in-ta “Chermetinformatsiya”. 2017, no. 11, pp. 46–52. (In Russ.).Гиммельфарб А.А., Котов К.И. Процессы восстановления и шлакообразования в доменных печах. – М.: Металлургия, 1982. – 328 с.Gimmel’farb A.A., Kotov K.I. Protsessy vosstanovleniya i shlakoobrazovaniya v domennykh pechakh [Reduction and Slagging Processes in Blast furnace]. Moscow: Metallurgiya, 1982, 328 p.Сухарева С.П., Гилева Л.Ю., Загайнов С.А. Разработка блока анализа и прогноза шлакового режима доменной плавки // Изв. вуз. Черная металлургия. 2004. № 3. C. 75, 76.(In Russ.).Свойства жидких доменных шлаков / В.Г. Воскобойников, Н.Е. Дунаев, А.Г. Михалевич и др. – М.: Металлургия, 1975. – 184 c.Sukhareva S.P., Gileva L.Yu., Zagainov S.A. Analysis and forecast block for slag mode of blast furnace smelting. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2004, no. 3, pp. 75, 76. (In Russ.).Yan Z., Pang Z., Lv X.W., Qiu G., Bai C. Effect of TiO2 on the viscous behavior of high alumina blast furnace slag // Minerals, Metals and Materials Series. 2018. Vol. F10. P. 725 – 733.Voskoboinikov V.G., Dunaev N.E., Mikhalevich A.G. etc. Svoistva zhidkikh domennykh shlakov [Properties of Liquid Blast Furnace Slags]. Moscow: Metallurgiya, 1975, 184 p. (In Russ.).Yan Z., Pang Z., Lv X.W., Qiu G., Bai C. Effect of TiO2 on the viscous behavior of high alumina blast furnace slag. Minerals, Metals and Materials Series. 2018, vol. F10, pp. 725–733.Yan Z., Pang Z., Lv X.W., Qiu G., Bai C. Effect of TiO2 on the viscous behavior of high alumina blast furnace slag. Minerals, Metals and Materials Series. 2018, vol. F10, pp. 725–733.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.