Установка для производства расплавленного чугуна с усовершенствованной работой восстанавливающего устройства с псевдоожиженным слоем и способ производства с ее использованием

Настоящее изобретение относится к установке и способу производства расплавленного чугуна. Смесь, содержащую железо, получают путем сушки и перемешивания железосодержащей руды и добавок и пропускают через один или более последовательно соединенные реакторы с псевдоожиженным слоем, смесь восстанавливают и прокаливают, превращая в восстановленный материал. Формируют уплотненный слоя угля, который является источником тепла и в котором плавят восстановленный материал. Восстановленный материал загружают на уплотненный угольный слой и подают кислород на уплотненный угольный слой для получения железа. Восстанавливающий газ, выходящий из уплотненного угольного слоя, подают в псевдоожиженный слой. Причем каждый из реакторов с псевдоожиженным слоем включает в нижней части рассеивающую пластину, через которую проходит восстанавливающий газ, и кислородную горелку, установленную на внешней стенке реактора в области выше рассеивающей пластины. При этом в ходе превращения смеси в восстановленный материал кислород непосредственно подают и сжигают в области, где восстановленный газ подают в псевдоожиженный слой. Изобретение позволит улучшить качество восстанавливающего газа, проходящего через псевдоожиженный слой, предотвратить слипание железосодержащих мелких частиц. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Настоящее исследование связано с установкой и способом производства расплавленного чугуна, а в частности, с установкой и способом производства расплавленного чугуна, в которых используют подачу кислорода и воды в реактор с псевдоожиженным слоем для увеличения температуры в реакторе с псевдоожиженным слоем для производства таким образом расплавленного чугуна.

Черная металлургия является центральной отраслью промышленности, которая снабжает основными материалами, необходимыми при конструировании и изготовлении автомобилей, кораблей, домашних приборов и многих других продуктов, которые мы используем. Это также промышленность с одной из наиболее длинных историй, которая развивалась вместе с прогрессом человечества. При литье чугуна, которое играет основную роль в черной металлургии, после получения расплавленного чугуна (т.е. чугуна в расплавленном состоянии) с использованием в качестве исходных материалов железной руды и угля из чугуна производят сталь и затем отправляют ее покупателям.

Приблизительно 60% мирового производства железной продукции производится с использованием способа доменного производства, разработанного в 14 веке. В доменном способе кокс, производимый с использованием в качестве сырья железной руды и каменного угля, подвергнутых процессу агломерации, помещают в доменную печь, а кислород подают в печь для восстановления железной руды до железа, производя, таким образом, расплавленный чугун. Доменный способ производства, который является главным в производстве чугуна, требует сырья, имеющего твердость, как минимум, заданного уровня и размер гранул, при котором можно быть уверенным в вентиляции печи. Кокс, в который превращается определенный исходный уголь, необходим в качестве источника углерода, используемого в качестве топлива и восстанавливающего агента. Агломерат руды, подвергнутой процессу последовательного уплотнения, также необходим в качестве источника железа. Соответственно в современный доменный метод необходимо включать приготовление исходных материалов и технологическое оборудование, такое как оборудование для приготовления кокса и оборудование для агломерации. Таким образом, необходимо обеспечить не только вспомогательное оборудование в дополнение к доменной печи, но также и оборудование для предотвращения и минимизации образования загрязнений во вспомогательном оборудовании. Величина капиталовложений, таким образом, становится значительной, в конечном счете увеличивая стоимость производства.

Для решения этих проблем доменного производства значительные усилия были направлены во всем мире на участках литья чугуна для развития процесса восстановительной плавки, при котором расплавленный чугун получали бы при непосредственном использовании мелкого угля в качестве топлива и восстанавливающего агента, а также при непосредственном использовании мелкой руды, которая составляет более чем 80% мирового производства руды.

В качестве примера такой восстановительной плавки в патенте США №5584910 раскрыт способ получения расплавленного чугуна при непосредственном использовании мелкого угля и мелкой руды. В этом патенте описан способ получения отливок расплавленного чугуна или расплавленной стали, предварительно изготовленных из загруженного материала, частично включающего мелкую железную руду. Мелкая железная руда непосредственно восстанавливается в губчатое железо в по меньшей мере одном реакторе с псевдоожиженным слоем, и это губчатое железо плавится в зоне плавления при подаче углеродистого материала и кислородсодержащего газа. Восстанавливающий газ, который генерируется в этом процессе, подают в реакторы с псевдоожиженным слоем и затем выпускают в качестве отходящего газа после проведения реакции.

При сравнении общепринятого доменного процесса с вышеописанным способом производства расплавленного чугуна с использованием мелкого угля и мелкой руды вместо крупных кусков руды и кокса преимущество заключается в том, что диапазон размеров частиц угля расширяется. Далее, оборудование легко остановить и заново запустить. Однако в результате использования мелкой железной руды в качестве сырья, а также использования многократных стадий с реакторами псевдоожиженного слоя трудно регулировать внутреннее состояние реакторов с псевдоожиженным слоем и, в частности, их внутреннюю температуру.

Соответственно для регулировки внутренней температуры реакторов с псевдоожиженным слоем используют способ, в котором на внешней стороне реактора с псевдоожиженным слоем устанавливают отдельную камеру сгорания с распылительной форсункой, которая таким образом увеличивает температуру газа, подаваемого в реактор с псевдоожиженным слоем. Однако когда реакционный газ с повышенной температурой проходит через рассеивающие пластины, обеспечивающие равномерность потока газа в реакторе с псевдоожиженным слоем, частицы руды, содержащиеся в реакционном газе, образуют соединения, имеющие низкую температуру плавления, и таким образом рассеивающая пластина забивается, что таким образом не позволяет осуществить процесс в реакторе с псевдоожиженным слоем.

Задачей настоящего изобретения является разрешение вышеуказанных проблем. В настоящем изобретении предложены установка и способ получения расплавленного чугуна, где кислород и воду подают непосредственно в реактор с псевдоожиженным слоем для повышения температуры реакционного газа и предотвращения прилипание расплавленных мелких частиц руды к реактору с псевдоожиженным слоем, улучшая, таким образом, работу реактора с псевдоожиженным слоем.

Способ производства расплавленного чугуна включает операции получения смеси, содержащей железо, путем сушки и смешивания железных руд и добавок; пропускания смеси, содержащей железо, через один или более последовательно соединенных псевдоожиженных слоев для восстановления и прокаливания смеси, которая, таким образом, превращается в восстановленный материал; формирования уплотненного слоя угля, который является источником тепла, в котором плавится восстановленный материал; загрузки восстановленного материала на уплотненный слой угля и подачи кислорода к уплотненному слою угля для получения расплавленного чугуна; и подачи восстановленного газа, выходящего из уплотненного слоя угля, в псевдоожиженный слой, причем на операции преобразования смеси в восстановленный материал кислород непосредственно подают и сжигают в той области, где восстанавливающий газ подают в псевдоожиженный слой.

На операции превращения смеси, содержащей железо, в восстановленный материал воду можно подавать отдельно от процесса горения с подачей кислорода и затем смешивать с кислородом.

Предпочтительно воду выбирают из технологической воды или пара. Воду можно подавать со скоростью 300-500 норм. м³/час. Предпочтительно кислород подавать и сжигать, когда внутренняя температура реактора с псевдоожиженным слоем составляет 650°С или выше.

Операция превращения смеси, содержащей железо, в восстановленный материал включает: (а) предварительное нагревание смеси, содержащей железо, в первом реакторе с псевдоожиженным слоем; (б) проведение предварительного восстановления предварительно нагретой смеси, содержащей железо, во втором реакторе с псевдоожиженным слоем; и (в) проведение окончательного восстановления смеси, содержащей железо, так что материал, подвергнутый предварительному восстановлению, таким образом превращают в восстановленный материал. Кислород непосредственно подают и сжигают на операции (а) и операции (б).

Кислород можно подавать и сжигать непосредственно перед операциями (а), (б) и (в).

Установка для производства расплавленного чугуна включает один или более реакторов с псевдоожиженным слоем, в которых восстанавливают и прокаливают железную руду и добавки, которые сушат и смешивают для превращения в восстановленный материал; плавильную печь-газификатор для загрузки восстановленного материала и приема подаваемого кислорода для производства расплавленного чугуна; и линию подачи восстанавливающего газа для подачи восстанавливающего газа, выходящего из плавильной печи-газификатора, в реакторы с псевдоожиженным слоем, каждый из которых имеет в своем составе рассеивающую пластину в нижней части, через которую проходит восстанавливающий газ, и кислородную горелку, смонтированную на внешней стенке реактора с псевдоожиженным слоем выше места расположения рассеивающей пластины.

Кислородная горелка включает первую деталь, внутри которой циркулирует охладитель в продольном направлении; и вторую деталь, охватываемую первой в продольном направлении и отделенную от нее, с циркуляцией охладителя внутри. Предпочтительно кислород подают и сжигают между первой деталью и второй деталью, а расстояние между первой деталью и второй уменьшается по мере приближения к внутренней части реактора с псевдоожиженным слоем.

Каждый из реакторов с псевдоожиженным слоем может иметь сопло для подачи воды, смонтированное на внешней стороне стенки реактора в зоне выше рассеивающей пластины и расположенное в области вблизи кислородной горелки.

Направление, в котором воду подают из сопла для подачи, предпочтительно составляет 4-15° по отношению к продольному направлению кислородной горелки.

Вода может представлять собой технологическую воду или водяной пар.

Воду можно распылять и подавать со скоростью 300-500 норм. м³/час.

Реактор с псевдоожиженным слоем может включать печь предварительного нагрева для предварительного нагрева смеси, содержащей железо; печь предварительного восстановления, связанную с печью предварительного нагрева и производящую предварительное восстановление предварительно нагретой смеси, содержащей железо; и печь окончательного восстановления, связанную с печью предварительного восстановления и производящую окончательное восстановление смеси, содержащей железо и прошедшую предварительное восстановление, осуществляя, таким образом, превращение в восстановленный материал, причем кислородная горелка входит в состав как печи предварительного нагрева, так и печи предварительного восстановления.

Каждый реактор с псевдоожиженным слоем может также включать сопло подачи воды, установленное на внешней стенке реактора с псевдоожиженным слоем в области выше рассеивающей пластины и в позиции вблизи кислородной горелки.

На фиг.1 приведен схематический чертеж установки для производства расплавленного чугуна согласно первому воплощению настоящего изобретения.

На фиг.2 приведен фрагментарный разрез кислородной горелки согласно первому воплощению настоящего изобретения.

На фиг.3 приведен схематический чертеж установки для производства расплавленного чугуна согласно второму воплощению настоящего изобретения.

На фиг.4 приведен фрагментарный разрез кислородной горелки и сопла подачи воды согласно второму воплощению настоящего изобретения.

На фиг.5 приведен график изменения температуры кислородного пламени как функции количества поданной воды согласно экспериментальному примеру выполнения настоящего изобретения.

Предпочтительные примеры осуществления настоящего изобретения далее описаны подробно со ссылками на сопроводительные чертежи. Следует ясно понимать, что у специалистов могут появиться многие варианты и/или модификации основного замысла изобретения. Примеры осуществления изобретения должны рассматриваться по существу как иллюстрация, но не как ограничение.

Фиг.1 является схемой установки для производства расплавленного чугуна согласно первому воплощению настоящего изобретения. Установка изображена в том состоянии, когда кислородные горелки установлены на реакторах с псевдоожиженным слоем.

Установка 100 для производства расплавленного чугуна согласно первому воплощению настоящего изобретения включает в качестве главных элементов блок 20 реакторов с псевдоожиженным слоем, плавильную печь-газификатор 10 и другое вспомогательное оборудование. Блок 20 реакторов с псевдоожиженным слоем включает один или более реакторов с псевдоожиженным слоем, имеющих внутри псевдоожиженный слой, и осуществляет восстановление и прокаливание железной руды и добавок с получением восстановленного материала. Восстановленный материал загружают в плавильную печь-газификатор 10, которая содержит уплотненный слой угля, и в эту плавильную печь-газификатор подают кислород, таким образом производя расплавленный чугун. Восстанавливающий газ, выходящий из плавильной печи-газификатора 10, используют для восстановления и прокаливания железной руды и добавок путем пропускания его через реакторы с псевдоожиженным слоем после подачи его туда по линии L55 подачи восстановленного газа, после чего восстановленный газ выпускают наружу.

Элементы, включенные в установку 100 для производства расплавленного чугуна согласно первому воплощению настоящего изобретения, ниже будут описаны более подробно.

После временного выдерживания мелкой руды, содержащей железо, и добавок с размером частиц 8 мм или менее при комнатной температуре в блоке 20 реакторов с псевдоожиженным слоем удаляют из этих компонентов воду в осушителе 22 и перемешивают их с получением смеси, содержащей железо. Смесь, содержащую железо и приготовленную подобным образом, загружают в реакторы с псевдоожиженным слоем. Промежуточный резервуар 23 расположен между осушителем 22 и реакторами с псевдоожиженным слоем, так что железосодержащую смесь при температуре резервуара загружают в реакторы с псевдоожиженным слоем, которые поддерживают при давлении от атмосферного до 1,5-3 атмосфер.

Как показано на фиг.1, реакторы с псевдоожиженным слоем в первом примере воплощения настоящего изобретения расположены в три стадии. Это количество реакторов показано только для иллюстративных целей и не является ограничением настоящего изобретения. Соответственно для реакторов с псевдоожиженным слоем можно использовать самое различное количество стадий.

Мелкая руда, содержащая железо, и добавки, подаваемые в реактор с псевдоожиженным слоем, формируют псевдоожиженный слой, контактируя с потоком высокотемпературного восстановленного газа, и превращаются в высокотемпературный восстановленный материал с температурой 80°С или более, который на 80% или более восстановлен и на 30% или более прокален. Как показано на фиг.1, на первой стадии восстановительного процесса в псевдоожиженном слое железосодержащую смесь комнатной температуры подвергают предварительному нагреву в реакторе 24 предварительного нагрева. Далее, на второй стадии, осуществляют предварительное восстановление предварительно нагретой смеси, содержащей железо, в реакторе 25 предварительного восстановления, который соединен с реактором 24 предварительного нагрева. Окончательно, на третьей стадии, железосодержащие смеси, восстановленные в реакторе 25 предварительного восстановления, подвергают окончательному восстановлению в реакторе 26 окончательного восстановления, который соединен с реактором 25 предварительного восстановления.

Хотя это и не показано на фиг.1, для предотвращения потерь на рассеяние, когда восстановленный материал, вышедший из реакторов с псевдоожиженным слоем, непосредственно загружают в плавильную печь-газификатор 10, между этими компонентами может быть установлено оборудование для горячего прессования. Далее, имеется горячая промежуточная емкость 12, используемая для подачи восстановленного материала, вышедшего из реакторов с псевдоожиженным слоем, в плавильную печь-газификатор 10, облегчая, таким образом, подачу восстановленного материала в плавильную печь-газификатор 10.

Кусковой или формованный уголь, получаемый прессованием мелкого угля, подают в плавильную печь-газификатор 10 для формирования уплотненного слоя угля. Кусковой или формованный уголь, подаваемый в плавильную печь-газификатор 10, газифицируют реакцией пиролиза в верхней части уплотненного слоя угля и реакцией горения с использованием кислорода в нижней части уплотненного слоя угля. Горячий восстановленный газ, генерируемый в плавильной печи-газификаторе 10 путем реакции газификации, подают последовательно в реакторы с псевдоожиженным слоем через линию L55 подачи восстановленного газа, которая присоединена к выходному концу реактора 26 окончательного восстановления, для использования в качестве восстанавливающего агента и газа для создания псевдоожиженного слоя.

Куполообразное, пустое пространство формируется в области выше уплотненного слоя угля плавильной печи-газификатора 10. Скорость потока газа уменьшается этим пустым пространством, что предотвращает унос большого количества мелких частиц руды, содержащихся в загруженном восстановленном материале, и мелких частиц руды, образующихся в результате внезапного возрастания температуры угля, загруженного в плавильную печь-газификатор 10, из плавильной печи-газогенератора 10. Далее, такая конфигурация позволяет смягчать изменения давления в плавильной печи-газификаторе 10, вызванные нерегулярными изменениями количества газа, вызываемыми в результате непосредственного использования угля. Уголь подвергается газификации и удаляет летучие вещества во время падения на дно уплотненного угольного слоя и в конце концов сжигается кислородом, подаваемым через фурмы в дне плавильной печи-газогенератора. Полученные газообразные продукты сгорания поднимаются через слой угля, преобразуются в высокотемпературный восстановленный газ и выходят из плавильной печи-газификатора 10. Часть газообразных продуктов сгорания промывают и охлаждают при пропускании через водосборные устройства 51 и 53, так что давление, приложенное к плавильной печи-газификатору 10, поддерживается в области 3,0-3,5 атмосфер.

Циклон 14 собирает выходящие газы, генерированные в плавильной печи-газификаторе 10, так что пыль возвращается в плавильную печь-газификатор 10, а газ подают в качестве восстановленного газа в реакторы с псевдоожиженным слоем через линию L55 подачи восстановленного газа. Капли восстановленного железа внутри уплотненного слоя угля совместно с углем подвергают окончательному восстановлению и плавлению газообразными продуктами сгорания и теплом горения, производимым при газификации и горении угля, после чего железо выпускают наружу.

Поскольку восстанавливающий газ, выходящий из плавильной печи-газификатора 10, медленно охлаждается при прохождении через реакторы с псевдоожиженным слоем, в системе предусмотрены дополнительные устройства 71, 72 и 73 подачи кислорода. Кислород, подаваемый устройствами 71, 72 и 73 подачи кислорода, частично сгорает, а температура восстанавливающего газа повышается при использовании тепла сгорания, при этом поддерживается подходящий уровень окисления восстановленного газа.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения, с целью предотвращения роста температуры восстановленного газа вследствие повреждения или забивки рассеивающей пластины, установленной в нижней части реакторов с псевдоожиженным слоем, через которую проходит восстанавливающий газ, кислород непосредственно подают и сжигают в области ввода восстановленного газа в псевдоожиженные слои реакторов с псевдоожиженным слоем. Для реализации этого в настоящем изобретении, как показано в увеличивающем круге фиг.1, кислородная горелка 60 установлена на внешней стороне каждого реактора псевдоожиженного слоя в области выше рассеивающей пластины 27. Таким образом, восстановленный газ минимально увеличивает свою температуру с помощью подачи кислорода через устройства подачи кислорода 71, 72 и 73. Также возможно дальнейшее увеличение температуры восстановленного газа действием кислородных горелок 60.

В случае, когда кислород подают и сжигают через кислородную горелку 60, показанную в увеличивающем круге фиг.1, вблизи кислородной горелки 60 формируется область 44 сгорания. В первом варианте выполнения настоящего изобретения кислород непосредственно подают и сжигают в области, где восстановливающий газ поступает в псевдоожиженные слои реакторов с псевдоожиженным слоем. Соответственно с формированием области 44 сгорания в области формирования псевдоожиженных слоев, когда рассеивающая пластина уже пройдена, минимизируется любое отрицательное воздействие на рассеивающую пластину 27.

В первом примере воплощения настоящего изобретения одну из кислородных горелок 60 предпочтительно устанавливают на реакторе 24 предварительного нагрева и реакторе 25 предварительного восстановления для непосредственной подачи и сжигания кислорода. Поскольку скорость восстановления смесей, содержащих железо и образующих псевдоожиженный слой, в реакторе 24 предварительного нагрева и реакторе 25 предварительного восстановления не очень высока, даже если имеется контакт с кислородным пламенем, то слипание расплавленной смеси, содержащей железо, не является слишком значительным. В противоположность этому материал, формирующий псевдоожиженные слои, достигает заданного уровня восстановления в реакторе 26 окончательного восстановления, так что имеется опасение слипания мелкого непосредственно восстановленного железа, поэтому предпочтительным представляется не подавать кислород непосредственно в реактор 26 окончательного восстановления.

В дополнение в случае, когда внутренняя температура реактора 24 предварительного нагрева реактора 25 предварительного восстановления и реактора 26 окончательного восстановления (т.е. реакторов с псевдоожиженным слоем) достигает 650°С или более, предпочтительно подавать кислород через кислородные горелки 60. Если кислородные горелки 60 подают кислород, когда внутренняя температура реакторов с псевдоожиженным слоем составляет менее 650°С, то часть поданного кислорода не сгорает и вместо этого смешивается и течет с восстановленным газом, уменьшая скорость восстановления смеси, содержащей железо. Кислородные горелки 60 описаны более подробно со ссылками на фиг.2.

На фиг.2 представлен фрагментарный разрез одной из кислородных горелок 60 согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения. Поскольку внешний вид кислородной горелки 60 легко понятен специалистам, показан только вид в разрезе этого элемента.

Как показано на фиг.2, кислородная горелка 60 образована из двойной трубчатой структуры. Кислородная горелка 60 включает в себя первую деталь 601, внутри которой циркулирует охладитель в продольном направлении, и вторую деталь 611, окруженную первой деталью 601 в продольном направлении и отделенную от нее, внутри которой циркулирует охладитель. Вторая деталь 611 включает детектор пламени, прикрепленный к одному ее концу. Кислородная горелка 60 может включать в себя дополнительные устройства, необходимые для использования кислорода. Кислород подают между первой деталью 601 и второй деталью 611 и, как показано на фиг.2, расстояние между первой деталью 601 и второй деталью 611 уменьшается по мере приближения к внутренней области реактора с псевдоожиженным слоем (т.е. в направлении стрелок), так что кислород сгорает, распыляясь при высоком давлении. Далее, кислород направлен к среднему положению для подачи и сгорания, таким образом кислород распыляется глубоко внутрь псевдоожиженного слоя в реакторе с псевдоожиженным слоем, при этом пламя эффективно формируется.

Охлаждающие трубопроводы 602 и 612 находятся соответственно в первой детали 601 и во второй детали 611 для защиты кислородной горелки 60 от высокой температуры кислородного пламени. Охладитель подается и циркулирует через охлаждающие трубопроводы 602 и 612.

Датчик 616 пламени, установленный на одной из сторон второй детали 611, сигнализирует, сгорает ли кислород, подаваемый в псевдоожиженный слой. Датчик пламени 616 определяет наличие кислородного пламени в течение нескольких секунд в ходе подачи кислорода и непрерывно поддерживает кислородное пламя. При установке датчика пламени 616 нет опасений относительно понижения скорости восстановления восстанавливающим газом ввиду воздействия несгоревшего кислорода, смешивающегося с восстанавливающим газом, или кислорода, который не переработан горением в одной области и может взрываться.

Второй вариант осуществления настоящего изобретения описан ниже со ссылками на фиг.3 и 4.

Фиг.3 является схемой установки для производства расплавленного чугуна согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Установка изображена в том состоянии, когда кислородные горелки и сопла подачи воды установлены на реакторах с псевдоожиженным слоем.

Установка 200 для производства расплавленного чугуна согласно второму варианту воплощения настоящего изобретения идентична установке первого варианта воплощения за исключением сопел подачи воды. Таким образом, объяснение этих идентичных элементов не будет проводится, и описание будет сконцентрировано на соплах подачи воды.

Как показано в увеличивающем круге фиг.3, установка 200 для производства расплавленного чугуна согласно второму варианту воплощения настоящего изобретения включает сопло 65 подачи воды, расположенное вблизи кислородных горелок, установленных на внешней стороне стенки над рассеивающей пластиной 27 каждого из реакторов с псевдоожиженным слоем. Реакторы с псевдоожиженным слоем могут включать в свой состав необходимое дополнительное оборудование.

Сопло 65 подачи воды подает и примешивает воду к кислородному пламени, формируя, таким образом, область 46 сгорания. Соответственно температура кислородного пламени может быть понижена, так что минимизировано слипание расплавленного восстановленного железа в высокотемпературной области при непосредственном контакте с кислородным пламенем или посредством кислородного пламени. В дополнение к этому с уменьшением температуры кислородного пламени уменьшается повреждение материалов, находящихся напротив места образования кислородного пламени.

На фиг.4 представлен частичный разрез одной из кислородных горелок и соответствующего сопла подачи воды согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Поскольку кислородная горелка 60 идентична горелке из первого варианта осуществления настоящего исследования, детальное описание ее опускается. Сопло 65 подачи воды структурно включает в себя трубчатую деталь 651 с имеющимся в ней отверстием 652. Воду подают через отверстие 652 отдельно от кислорода и смешивают с кислородным пламенем.

На фиг.4, хотя показано, что сопло 65 подачи воды расположено непосредственно над кислородной, горелкой 60, такая конфигурация приведена лишь для иллюстрации настоящего изобретения и не подразумевает подобного ограничения. Соответственно необходимо только, чтобы сопло 65 подачи воды было расположено вблизи кислородной горелки 60.

В процессе получения расплавленного чугуна используют по меньшей мере одно из технологической воды или пара, возможно по отдельности или в смеси, в ходе подачи кислорода и его горения. В этом случае температура кислородного пламени не только понижается, но в результате реакции конверсии водяного газа в кислородном пламени максимальной температуры подаваемая техническая вода или пар разделяется на свои составные элементы - кислород и водород. Кислород сгорает в кислородном пламени, а водород включается в состав восстановленного газа, способствуя восстановительной реакции смеси, содержащей железо. В частности, водород главным образом используется в качестве восстанавливающего агента в способах получения расплавленного чугуна и является сильным восстанавливающим агентом с восстанавливающей силой приблизительно в четыре раза выше, чем у моноксида углерода. Таким образом, подача воды чрезвычайно желательна.

Скорость подачи воды, подаваемой и распыляемой через сопло 65 подачи, предпочтительно составляет 300-500 норм. м³/ч. Если воду не распыляют при подаче и вместо этого подают непосредственно, невозможно обеспечить наличие реакции конверсии воды или охлаждающий эффект для газообразных продуктов сгорания.

Если скорость подачи воды составляет менее 300 норм. м³/ч, температура кислородного пламени не может быть уменьшена. Кроме того, количество получаемого при разложении воды кислорода и водорода слишком мало, так что эффект подачи воды минимален и скорость подачи кислорода в кислородную горелку 60 низка, поэтому возможно нарушение работы кислородной горелки 60. Если количество подаваемой воды превышает 500 норм. м³/ч, то избыточное сверх необходимого количество контактирует с кислородным пламенем, снижая наполовину тепловой эффект нагрева псевдоожиженных слоев кислородным пламенем. Кроме того, вода, которая не принимает участие в реакции конверсии водяного пара и остается в парообразном состоянии, действует в качестве связующего и может вызывать слипание смеси, содержащей железо.

Во втором варианте осуществления настоящего изобретения сопло 65 подачи воды установлено таким образом, чтобы направление, вдоль которого подают воду, составляло бы угол (Θ) 4-15° по отношению к направлению продольной оси кислородной горелки 60. Как показано на фиг.4 в случае, когда сопло 65 подачи воды расположено выше кислородной горелки 60, предпочтительно, чтобы сопло 65 подачи воды было наклонено вниз на 4-15°. Если угол (Θ) менее 4°, точка, в которой происходит контакт с кислородным пламенем, отодвинута дальше в псевдоожиженный слой, или контакт с кислородным пламенем совершенно отсутствует. Если угол (Θ) превышает 15°, то не только траектория подачи кислородного пламени затрудняется, но и время для достижения кислородного пламени является слишком коротким, так что уменьшение температуры кислородного пламени и конверсия водяного газа не может быть вероятным.

Настоящее изобретение будет описано более детально ниже с помощью экспериментального примера. Этот экспериментальный пример является просто иллюстрацией настоящего изобретения и не предполагает какого-либо ограничения настоящего изобретения.

Экспериментальный пример

Осуществляют подачу кислорода через кислородную горелку и одновременно подают воду через сопло подачи воды с возможностью регулировки количества подаваемой воды в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. Моделирование эксперимента было выполнено для измерения температуры полученного кислородного пламени. Количество подаваемой воды измеряли расходомером, а температуру кислородного пламени измеряли с использованием УФ-термометра.

Результаты испытаний показаны на фиг.5. Фиг.5 - это график, показывающий изменение температуры кислородного пламени как функцию количества подаваемой воды согласно экспериментальному примеру выполнения настоящего изобретения. В экспериментальном примере выполнения настоящего изобретения установлена температура окружающей атмосферы 600°С или более, так что генерируется кислородное пламя, но поскольку этот тест проводят по отношению к кислородному пламени в атмосфере, существуют различия в абсолютной величине температуры. Однако уменьшение температуры может быть предсказано, как показано на графике фиг.5.

Как показано на фиг.5, в случае, когда воду подают внутрь кислородного пламени со скоростью приблизительно 300 норм. м³/ч, температура кислородного пламени снижается от значений около 2700°С до значений приблизительно 2000°С. Количество кислорода и количество водорода, генерируемых в этом случае, составило приблизительно 300 м³/ч каждого. Также в случае, когда воду подавали внутрь кислородного пламени со скоростью приблизительно 500 норм. м³/ч, температура кислородного пламени снижалась от значений приблизительно 2700°С до значений около 1500°С. Количество кислорода и количество водорода, генерированных в этом случае, составляло приблизительно 500 норм. м³/ч каждого.

При анализе связи между температурой кислородного пламени и количеством подаваемой воды в этом экспериментальном примере становится ясно, что для каждого поданного 1 норм. м³/ч воды температура кислородного пламени снижается приблизительно на 2,53°С.

Поскольку в настоящем изобретении кислород непосредственно подают в область ввода восстановленного газа в псевдоожиженные слои, то не только минимизируется отрицательное воздействие, оказываемое на рассеивающую пластину, но и возрастает скорость восстановления смеси, содержащей железо, при возрастании температуры восстанавливающего газа. Таким образом, может быть улучшено качество восстановленного газа, проходящего через псевдоожиженные слои, и может быть предотвращено слипание железосодержащего порошка.

Кроме того, воду подают отдельно от горения подаваемого кислорода, так что температура восстановленного газа понижается. Следовательно, предотвращается опасность для содержимого области, противоположной той, где подают кислород, и повышается восстанавливающая способность восстанавливающего газа.

В отношении сопла подачи воды согласно настоящему изобретению, поскольку используемая технологическая вода или пар облегчает процесс производства расплавленного чугуна, эти процессы можно осуществить более эффективно.

Кроме того, в настоящем изобретении, в дополнение к непосредственной подаче и сжиганию кислорода в псевдоожиженных слоях, отдельное устройство подачи кислорода устанавливается вне псевдоожиженного слоя, так что нагрузка в отношении подачи кислорода может быть уменьшена.

Хотя примеры осуществления настоящего изобретения описаны выше подробно в связи с конкретными примерами осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено описанными примерами осуществления, но, напротив, предполагает включение различных модификаций и/или эквивалентных компоновок в пределах замысла и объема настоящего изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.

1. Способ производства расплавленного чугуна, включающий операции производства смеси, содержащей железо, путем сушки и смешивания содержащей железо руды и добавок, пропускания смеси, содержащей железо, через один или более последовательно соединенных псевдоожиженных слоев для восстановления и прокаливания смеси с превращением ее в восстановленный материал, формирования уплотненного слоя угля, который является источником тепла, для плавления восстановленного материала, загрузки восстановленного материала на уплотненный слой угля и подачи кислорода к уплотненному слою угля для производства железа, и подачи восстанавливающего газа, выходящего из уплотненного слоя угля, в псевдоожиженный слой, причем на операции превращения смеси в восстановленный материал непосредственно подают и сжигают кислород в той области, в которой восстанавливающий газ подают в псевдоожиженный слой.

2. Способ по п.1, в котором на операции превращения смеси, содержащей железо, в восстановленный материал отдельно от процесса сжигания с подачей кислорода подают воду и смешивают с кислородом.

3. Способ по п.2, в котором вода представляет собой технологическую воду или пар.

4. Способ по п.2, в котором воду подают со скоростью 300-500 норм. м³/ч.

5. Способ по п.1, в котором кислород подают и сжигают, когда внутренняя температура псевдоожиженного слоя составляет 650°С или более.

6. Способ, по п.1, в котором операция превращения смеси, содержащей железо, в восстановленный материал, включает стадии (а) предварительного нагревания смеси, содержащей железо, в первом псевдоожиженном слое, (б) проведения предварительного восстановления предварительно нагретой смеси, содержащей железо, во втором псевдоожиженном слое, и (в) проведения окончательного восстановления содержащей железо смеси, подвергнутой предварительному восстановлению, тем самым осуществляя превращение в восстановленный материал, причем кислород непосредственно подают и сжигают на стадиях (а) и (б).

7. Способ по п.6, в котором непосредственно перед стадиями (а), (б) и (в) дополнительно подают и сжигают кислород.

8. Способ по п.7, в котором отдельно от подачи и сжигания кислорода подают воду.

9. Установка для производства расплавленного чугуна, включающая один или более реакторов с псевдоожиженным слоем, в которых восстанавливают и прокаливают железную руду и добавки, которые сушат и смешивают для превращения в восстановленный материал, плавильную печь-газификатор для загрузки восстановленного материала и приема подаваемого кислорода для производства железа, и линию подачи восстанавливающего газа для подачи восстанавливающего газа, выходящего из плавильной печи-газификатора, в реакторы с псевдоожиженным слоем, причем каждый из реакторов с псевдоожиженным слоем включает в своей нижней части рассеивающую пластину, через которую проходит восстанавливающий газ, и кислородную горелку, установленную на внешней стенке реактора с псевдоожиженным слоем в области выше рассеивающей пластины.

10. Установка по п.9, в которой кислородная горелка включает первую деталь с циркулирующим внутри нее охладителем в продольном направлении и вторую деталь, охватываемую первой в продольном направлении и отделенную от нее, с циркулирующим внутри охладителем, при подаче и сжигании кислорода между первой деталью и второй деталью, и выполнена из условия уменьшения расстояния между первой деталью и второй деталью по мере приближения к внутренней части реактора с псевдоожиженным слоем.

11. Установка по п.9, в которой каждый из реакторов с псевдоожиженным слоем включает сопло подачи воды, установленное на внешней стороне стенки реактора с псевдоожиженным слоем в области выше рассеивающей пластины и расположенное вблизи кислородной горелки.

12. Установка по п.11, в которой направление подачи воды из сопла для подачи, составляет угол 4-15° по отношению к продольному направлению кислородной горелки.

13. Установка по п.12, в которой вода представляет собой технологическую воду или пар.

14. Установка по п.12, которая выполнена с возможностью распыления и подачи воды со скоростью 300-500 норм. м³/ч.

15. Установка по п.9, в которой каждый реактор с псевдоожиженным слоем включает печь предварительного нагрева для предварительного нагрева смеси, содержащей железо, печь предварительного восстановления, соединенную с печью предварительного нагрева смеси, содержащей железо, и печь окончательного восстановления, соединенную с печью предварительного восстановления и производящую окончательное восстановление смеси, содержащей железо и подвергшейся предварительному восстановлению, осуществляя, таким образом, превращение в восстановленный материал, причем кислородная горелка входит в состав как печи предварительного нагрева, так и печи предварительного восстановления.

16. Установка по п.15, в которой каждый реактор с псевдоожиженным слоем дополнительно включает сопло подачи воды, установленное на внешней стенке реактора с псевдоожиженным слоем в области выше рассеивающей пластины и расположенное вблизи кислородной горелки.