Способ получения жидкого чугуна или стального полупродукта из железосодержащего материала и установка для его реализаций

 

1. Способ получения жидкого чугуна или стального полупродукта из железосодержащего материала, включающий его загрузку, подогрев, восстановление и расплавление в кипящем слое из угольных частиц, газифицируемьпс в,кислородсодержащем газе, подаваемом от краев в центр кипяп4его слоя, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода энергии , кипящий слой нагревают плазменными горелками в верхней и/или средней частях.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИС П 1ЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (l1) З(52) С 2 В 13 00.l

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТ У

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ (21) 3266249/22-02 (22) 02.04.81 (31) А 1828 (32) 03.04.80 (33) Австрия (46) 07.10.84. Бюл. К 37 (72) Курт Штифт и Вальтер Лугшайдер (Австрия) (71) Фоест-Альпине АГ (Австрия) и Корф-Шталь АГ (ФРГ) (53) 669. 421. 183 (088. 8) .(56) 1. Патент СССР но заявке

У 2822601/02, кл. С 21 В 13/00, 1980. ,(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО

ЧУГУНА ИЛИ СТАЛЬНОГО ПОЛУПРОДУКТА

ИЗ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА

И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ. (57) 1. Способ получения жидкого чугуна или стального полупродукта из железосодержащего материала, включающий его загрузку, подогрев, восстановление и расплавление в кипящем слое из угольных частиц, газифицируемых в кислородсодержащем газе, подаваемом от краев в центр кипящего слоя, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода энергии, кипящий слой нагревают плазменными горелками в верхней и/или средней частях.

11

2. Установка рдя реализации способа по п. 1, содержащая плавильный сосуд с огнеупорной футеровкой, отверстия для загрузки сырья, выпуска шпака и металла, отверстия для вво-. да кислородсодержащего газа, выполненные в стенках сосуда в направлении к его середине, и сопла для подачи углерода, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью снижения рас 1 8292 хода энергии, плавильный сосуд снабжен расположенными в верхней и/или средней частях плазменными горелками.

3. Установка по и. 2, о т л и—

:ч а ю щ а я с я тем, что плазменные горелки выполнены с воэможностью поворота в горизонтальной и/или вертикальной плоскостях, а сосуд снабжен дополнительными соплами для подачи реагентов, расположенными в днище.

Изобретение относится к способам получения жидкого чугуна или стального полупродукта из материала, содержащего окись железа, в частности из предварительно восстановленной железной руды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, к предлагаемому является способ получения чугуна или стального полупро- 10 дукта из содержащего железо материала, включающий его загрузку сверху, подогрев, восстановление и расплав ление в кипящем слое из угольных частиц, газифицируемых в кислородсо- 15 держащем несущем газе, который подают от краев в центр кипящего, слоя..

Способ осуществляется в установке для получения чугуна нли стального полупродукта из железосодержащего 20 материала, содержащей плавильный сосуд с огнеупорной футеровкой, отверстия для загрузки сырья, выпуска шлака и металла, а также отверстия для ввода кислородсодержащего несущего 25 газа, расположенного на стенках в направлении середины сосуда (11.

Недостатком известного способа является высокое энергопотребление, вследствие чего тепловой баланс, а ЗО также экономичность неудовлетворительны.

Цель изобретения — снижение расхода энергии.

Поставленная цель достигается тем, 35 что согласно способу получения жидкого чугуна или стального полупродукта из железосодержащего материала, включающему его загрузку, подогрев, восстановление и расплавление в ки- 4О пящем слое из угольных частиц, гази2 фицируемых в кислородсодержащем газе, подаваемом от краев в центр кипящего слоя, кипящий слой. нагревают плазменными горелками в верхней и/или сред-. ней частях.

В установке для реализации способа получения чугуна или стального полупродукта, содержащей плавильный сосуд с огнеупорной футеровкой, отверстия для загрузки сырья, выпуска шлака и металла, отверстия для ввода кислородсодержащего газа, выполненные в стенках сосуда в направлении его середины, плавильный сосуд снабжен расположенными в верхней и/или средней частях плазменными горелками.

Причем плазменные горелки выполнены с возможностью поворота в горизонтальной и/или вертикальной плоскостях, а сосуд снабжен дополнительными соплами для подачи реагентов, расположенными в днище.

Согласно изобретению к кипящему слою подводится дополнительная энергия за счет нагрева плазмы, что дает возможность существенно снизить общее потребление энергии благодаря лучистой знергопередаче, обусловленной высокими температурами плазмен1ного газа, Если нагрев плазмы происходит в верхней и/или примыкающей к ней средней зоне кипящего слоя, там образуется и поддерживается зона с наиболее высокими температурами в кипящем слое. Вследствие этого в области, расположенной непосредственно выше поверхности шлакового расплава, температура может быть установлена относительно более низкой и поэтому

3 1118292 а можно предотвратить вторичное окисле- зе) с огнеупорной футеровкой 2. ние восстановленных и уже расплавлен- В верхней стенке 3 плавильного сосуньж частиц железной руды непосредст- .да имеются три отверстия 4 — 6. Отслой а венно перед прохождением их через верстие 5 служит для подачи ля подачи угля или сло расплавленного шлака.

5 кокса, преимущественно ю нно некоксующего-.

Экономичность способа становится ся угля различной з зернистости, в плавышее, если в качестве газа, образую- BK1IbHblH сосуд 1. Второе отверстие 4 щего плазму, используется часть вос- лужит для загрузки частиц исходного становительного газа из кипящего материала содержащ

Ф ащего окись железа, слоя. Предпочтительно в факельную 10 причем в плавильный с 1

" сосуд вводится область плазменного нагрева дополни- ж лезная Руда, предварительно восстательно вводить носители углерода новленная преимущественно на 50-707 о ° .в твердой и/или жидкой форме. Сниже- Через отверстие 6 в верхней стенке ние общего потребления энергии до 503 плавильного сосуда выходит восстановоэможно в том случае, если в качест- 15 вительный газ, который используется ве исходного сырья, содержащего окись для пРедварительного восстановления железа, в кипящий слой поступают железной руды. и восстанавливаются в нем частицы В боковых стенках 7 и 8 плавильжелезной руды, предварительно вос- ного сосуда 1 размещены плазменные становленные на 50-70 .

20 горелки 9 направлен направленные к центральсосуда, т.е. выНосители углерода в твердой и/или ной .оси плавильного сос жидкой форме предпочтительно подавать в кипящий. слой. снизу. Кислород дугой, которые могут работать.как или кислородсодержащий газ нагне- на постоянном, так и на переменном тают в кипящий слой снизу, причем 25 токе. Плазменные горелки 9 целесообв качестве конечного продукта в этом Ра о размещать в боковых стенках случае можно получить стальной полу- по кольцу в одной или нескольких продукт. Для регулирования процесса плоскостях, причем преимущественно в кипящий слой подают снизу инерт- с возможностью поворота как в вертиные газы.

30 кальном направлении так и по отноЭ

Плазменные горелки расположены шению к горизонту. в верхнеи и/или средней по высоте В качестве газа, образующего плазчастях пространства, заполненного му, Используют часть восстановикипящим слоем. Кроме того, предусмот- тельного газа, возникающего в сосурены сопла для подачи носителей де 1 и вытекающего через отверстие 6. углерода в твердой и/или жидкой В качестве газа образующего

Ф формах, направленные в факельную плазму, могут применяться также зону плазменных горелок. Плазменные многоатомные газы и/или двух- или горелки устанавливают направленными одноатомные инертные газы. Ниже плазк центральной оси плавильного сосу- менных горелок 9 через стенки 7 и 8 д располагают по кольцу вокруг а и

40 плавильного сосуда 1 проходят сопэтой оси, причем они размещены в не- ла 10 для подвода углерода преимускольких плоскостях одна над другой. щественно в твердой и/или жидкой форЧтобы можно было изменять поло- мах, которые поступают в факельную жение зон максимальных температур зону плазменных горелок ° в ки пящем слое по высоте и по протя45

Кислородсодержащий гаэ-носитель, женности, плазменные горелки выпол- который служит для создания кипяняют поворотными, в частности пово- щего слоя, поступает в плавильный ротными в вертикальной и горизонталь- сосуд 1 через газовые сопла 11

Э ной плоскостях. В основании плавиль- которые также расположены в боконого ого сосуда предусмотрены сопла для вых стенках сосуда ниже плазменных

50 подвода носителей углерода и/или кис- горелок. Сопла 10 и газовые сопла 11 лорода, и/или кислородсодержащих га- выполнены, как и плазменные горелки, зов, и/или инертных газов. поворотными. Немного ниже газовых сопел 11 находится отверстие 12 для

На фиг. 1 изображена установка для 55 выпуска шлака. Вблизи основания плареализации способа, общий вид. вильного сосуда имеется выпускное

Установка содержит плавильный со- отверстне 13 для металла. В самом с 1 ( уд (схематично изображен в разре- основании находятся несколько соS 1118292 пел 14-18, через которые в плавильный сосуд подаются угольная и/или коксовая пыль, кислород, инертные газы, природный гаэ или жидкий носитель углерода. 5

Установка работает следующим образом. 35 764 105

Предварительно восстановленная железная руда, подаваемая сверху 10 преимущественно путем свободного падения, попадает в кипящий слой, который занимает в сосуде объем от линии, проходящей несколько выше выпуск» ного шлакового отверстия 12, до линии, расположенной выше плоскости размещения плазменных горелок 9, проходит через него сверху вниз, нагревается в нем, восстанавливается и плавится. Металлический расплав соби- 20 рается в объеме ниже шлакового расплава. Получение восстановительного газа происходит при плазменном нагреве жидких и/или твердых носителей углерода, которые поступают в факель- 25 ную зону плазменных горелок 9 через сопла 10. Дальнейший подвод тепла для требуемого теплового процесса происходит за счет частичного сгорания носителей углерода.. Такое комбинированный процесс дегазации, восстановления и плавления может производиться как при нормальном, так и при повышенном давлении.

Носители углерода (угольная и/или коксовая пыль, жидкие углеводороды, 35 природный газ, SNg-синтетический натуральный газ) и газы (кислород и/или инертный газ), поступающие через сопла 14-18 в основании слу40 жат для корректировки теплового баланса в кипящем слое и стабилизации условий течения. При применении кислорода в плавильном сосуде 1, служащем для получения стального полупро45 дукта, может происходить процесс раФинирования (окисления). ,Преимущество подвода дополнительной энергии в комбинированный про цесс восстановления и плавления заключается в том, что передача энер50 гии осуществляется в основном путем излучения, которое обусловливается высокими температурами плазменного газа (4000-15000 К).

Вследствие того, что зона наиболее высоких температур возникает и поддерживается в средней по высоте или верхней части кипящего слоя, температура в зоне кипящего слоя, расположенной немного выше шлаковой щихты, может поддерживаться относительно низкой, так что вторичное окисление уже восстановленных частиц железной руды может быть устранено. Вероятность повторного окисления в верхней или средней по высоте части кипящего слоя значительно меньше,. чем в нижней части, и, кроме того, если повторное окисление все же имеет место, оно уменьшается в зоне кипящего слоя.

Диаметр плавильного сосуда может быть выбран сколь угодно большим, что связано с наличием сопел в основании — достигается лучыее перемешивание кипящего слоя.

Путем изменения высоты положения или протяженности высокотемпературной зоны, т.е. зоны наиболее высоких температур в кипящем слое, при помощи изменения угла наклона плазменных горелок 9 и сопел 10 и 11 можно для различных условий проведения процесса всегда найти оптимальное решение, например оптимальные скорости тече-.: ния в плавильном сосуде или оптимальную высоту кипящего слоя, которая зависит от величины частиц вводимой руды и кокса.

Пример. При технологическом применении предлагаемого способа следует отметить его большую гибкость с точки зрения возможности использования различных носителей энергии .

Наряду с твердыми топливами в качестГ ве добавки можно применять также жидкие или газообразные носители энергии.

При режиме работы с одним сортом угля или с аналогичной по качеству угольной смесью 24Х летучих состав-.. ных частей, 4,5 золы 63,5Х твердого углерода, при теплоте сгорания

28 800 кДж/кг, при удельной загрузке на 1 т жидкого металла (чугуна)

1 224 кг угля, который неполностью сжигается с 693 норм. м 0 (до СО и Н2), получается следующий тепловой баланс:

Приход тепла, кДж/т:

Уголь 35 233 207

Губчатое железо (подогретое) 530 898

1118292

Расхода тепла, ко, m: тично (подогретое)

Электрический ток

530 898

3 420 883

Остаток после восстановления 715 787

С РезС 1 395 270

P PgO 10 638

Теплосодержа« ние жидких шлаков 184 242

Теплосодержание жидкого чугуна

Потери от излучения 419 000

Ощутимая теплота газа 3 947 734

Химически выделенная теплота газа

1 236 050

27 855 384

1О

35 764 105

Уменьшить удельное количество угля нельзя несмотря на повышенную теплоту отходящих газов (в сумме

31 803 118 кДж/т), так как большое 25 количество газа требуется для восстановления железной руды в губчатое же-. лезо, а также ввиду сравнительно низкой температуры неполного сгорания с низким коэффициентом полезного действия теплопередачи.

Если, например, определенное количество тепла от угля заменяется на электрическую энергию, то коэффициент полезного действия теплопередачи

35 улучшается вследствие более высокой разности температур между сечением отдающей тепло среды и воспринимающими тепло веществами. Одновременно снижается количество отходящих газов.40

Есл к,благодаря этому в предварительно выдержанной восстановительной шихте восстанавливается, например, хотя бы более 60Х количества кислорода железной руды и оставшийся остаток

40Х снижается благодаря углероду при эндотермической реакции, то несмотря на это общее удельное потребленке угля снижается до 734 кг. Правда необходимо дополнительно вносить

949 кВт ч/т электрической энергии.

Для неполного сгорания 734 кг угля требуется 415 норм. м 02.

При этом получается следующий тепловой баланс:

Приход тепла, кДж/т:

Уголь 21 128 410

Губчатое железо, восстановленное час25 080 f91

Расход тепла, кДж/т:

Восстановление

С---FeC

P- — - P О

2 5

Теплосодержание жидкого шлака

Теплосодержание жидкого чугуна

Потери от излучения

Ощутимая теплота газа

Химически вьщеленная теплота газа

2 751 353

1 395 270

10 638

184 242

1 236 050

419 000

2 368 984

16 714 644

25 080 191

Аналогичным образом возможна частичная или полная замена других носителей энергии, причем необходимо принимать во внимание взаимосвязь между достижимыми и применимыми температурами неполного сгорания, количествами восстановительного газа и количествами тепла. Где ввиду заданных природой условий (прежде всего в отношении температурных величин) существует неувязка теплового баланса, можно с помощью электрической энергии осуществить соответствующее согласование.

Количество связанного кислорода руды, подлежащее извлечению на 1 т чугуна, практически всегда постоянно и составляет около 400 кг. В зависимости от количества связанного кислорода руды, извлекаемого при помощи восстановительного газа, определяется потребность в восстановительном газе, удельное вьщеление которого различно в зависимости от вида и качества топлива. Если рассматривать экстремум, то из 1 кг природного газа (СН 4) получают около

4,2 норм. м СО + Н,, однако дости1 жимая температура неполного сгорания при применении О, составляет только около 400 С, Если при этом необходимо получать температуру, требующуюся для производства чугуна, то нужно дополнительно вводить около 6 кВт ч на 1 кг природного газа.

Если рассматривать угли упрощенно в виде смеси из кокса и углеводо- родов, то в зависимости от доли углеводородов изменяется выделяющееся количество газа и величина температуры от неполного сгорания. Для тогО, 18292

Составитель -О. Савельев

Редактор,В.Петраш Техред Л.Мартяшова Корректор М.Иаксимишинец

Заказ 7292/46 Тираж 539 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и, открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

9 11 чтобы довести последнюю до требуе.мой величины для расплавления чугуна и шпака, необходимо в зависимости от качества угля или угольной смеси, а также от. добавок жидких или газообразных углеводородов вводить в со» ответствующем количестве электрическую энергию (вид энергии без отходящих газов; это могут быть также определенные металлотермические реакции).

Таким образом; использование

5 изобретения обеспечивает минимизацию удельного расхода энергии при заранее заданных качественных показателях носителей энергии.