Способ прямого получения железоуглеродистых сплавов и установка для его осуществления
Изобретение относится к металлургии, в частности к прямому получению железоуглеродистых расплавов с помощью плазменной технологии. Кусковой материал вводят в верхнюю зону плавильной печи в количестве 85-90% от общего объема рабочего пространства печи. Продувают материал восстановительными плазменными струями плазмотронов косвенного действия. При образовании расплава подают заданный объем железосодержащего концентрата по каналу на плазменную восстановительную струю дополнительного плазмотрона и вдувают в расплав таким образом, что вектор подачи концентрата пересекает ось струи. Концентрат в канале транспортирования охлаждают до температуры не более 900°С. После окончания подачи заданного объема концентрата продолжают термическое воздействие на расплав восстановительными плазменными струями. Дополнительный плазмотрон установлен в боковой стенке печи, а срез сопла примыкает в канале футеровки к выпускному отверстию трубопровода подачи концентрата. Канал выполнен увеличивающимся в направлении плавильной зоны печи. Изобретение позволяет упростить технологию, снизить капитальные и производственные затраты, увеличить удельную производительность. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.
Взаимосвязанная группа изобретений относится к металлургии, в частности к способу прямого получения железоуглеродистых сплавов с помощью плазменной технологии с применением мелкозернистого железосодержащего материала, а также к установке для осуществления способа.
Известен способ получения металлов и металлических сплавов из окислов металлов в металлургическом реакторе, включающий создание ванны расплава, содержащей металл и шлак, инжектирование несущего газа и твердого углеродсодержащего материала, и/или окислов металла, и/или другого твердого материала в ванну расплава, обеспечивая выбрасывание частиц расплава металла и шлака в пространство над поверхностью ванны расплава для образования переходной зоны, инжектирование кислородсодержащего газа в пространство над поверхностью ванны расплава для дожигания реакционных газов, выделяющихся из ванны расплава в переходную зону, отличающийся тем, что несущий газ и твердый углеродсодержащий материал, и/или окислы металла, и/или другой твердый материал подают через участок в боковой стенке реактора, контактирующий с ванной расплава, и/или сверху над ванной расплава, при этом в качестве углеродсодержащего материала используют любой подходящий углеродсодержащий материал в твердой, жидкой или газообразной форме, а в качестве кислородсодержащего газа используют воздух (Патент России №2162108, кл. 7 С21В 13/00, С21С 5/32, Заявл. 04.04.1996. Бюл. №2, 1997).
Однако в данном способе раскрыта только концепция вдувания окислов металла и углеродсодержащего материала в плавильную зону металлургического реактора без изложения и описания приемов, характеризующих проблему ввода, в частности мелкодисперсной руды. Эффект тепломассообменных процессов взаимодействия вдуваемых на поверхность расплава частиц материала низкий, поскольку частицы отражаются от поверхности расплава.
Известен способ загрузки носителей металла, содержащих мелкозернистую фракцию, и носителей углерода в плавильный аппарат, имеющий плавильную зону, включающий их ввод выше уровня плавильной зоны, опускание в плавильную зону и проход через нее с одновременным образованием в нижней части аппарата расплава металла за счет газификации угля при подаче кислорода в нижней части плавильного аппарата, при этом носители углерода и носители металла вводят в плавильный аппарат по центру над плавильной ванной с формированием центральной струи носителей металла, окруженной по периферии оболочечной струей, образованной носителями углерода, при этом носители углерода и носители металла вводят в плавильный аппарат гравитационным путем (Патент России №2165984, кл. 7 С21В 13/14. Заявл. 09.06.1997. Бюл. №12, 2001).
Однако этот способ непригоден для переработки мелкодисперсных носителей металла (железа), поскольку из-за сильного потока восстановительного газа, образующегося в плавильной зоне, мелкодисперсные носители железа мгновенно выносились бы из плавильного аппарата. Уносу частиц способствует также температура в верхней части печи, которая слишком низка, чтобы обеспечить плавление и агломерацию мелких частиц на участке загрузки с образованием более крупных частиц, которые, несмотря на восходящий поток восстановительного газа, могли бы оседать в плавильную зону.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип) принят способ получения жидкого чугуна или жидких стальных полупродуктов из мелкозернистого железосодержащего материала, включающий его подачу и расплавление в зоне плавильной газификации плавильного газификатора, в котором при подводе углеродсодержащего материала и кислородсодержащего газа одновременно получают восстановительный газ в слое из твердых носителей углерода, отличающийся тем, что мелкозернистый железосодержащий материал подают в плавильный газификатор с помощью кислородной горелки с образованием высокотемпературной зоны горения, центрально выше слоя из твердых носителей углерода, но в непосредственной близости от него, а создаваемую в высокотемпературной зоне горения струю плавления направляют к поверхности слоя из твердых носителей углерода и с ней вдувают железосодержащий материал, при этом дополнительно в зону плавильной газификации вводят кусковой углеродсодержащий материал и кусковой железосодержащий материал через подводящие трубопроводы, входящие в верхнюю зону плавильного газификатора (Патент Украины №37264, кл. 7 С21В 13/00. Заявл. 18.07.1996. Бюл. №4, 2001).
Добавка мелкодисперсной руды через верхнюю часть плавильного газификатора влечет за собой значительный пылеунос с отходящими газами и вследствие этого потери железа и углерода, что снижает эффективность протекания физико-химических и массообменных процессов в ванне расплава. Из-за налипания или отложения оксидосодержащего материала в канале подачи на стенках и других частях газификатора возникают отказы, из-за которых становится невозможной непрерывная эксплуатация оборудования. Удаление отложений является очень трудоемким процессом, увеличивающим как трудозатраты, так и затраты из-за потери производительности, измеряемой количеством выплавляемого металла.
Известна установка для получения жидкого чугуна или стального полупродукта, включающая плавильный сосуд с огнеупорной футеровкой, отверстия для загрузки сырья, выпуска шлака и металла, отверстия для ввода кислородсодержащего газа, выполненные в стенках сосуда в направлении к его середине, и сопла для подачи углерода, отличающаяся тем, что плавильный сосуд снабжен расположенными в верхней и/или средней частях плазменными горелками, при этом плазменные горелки выполнены с возможностью поворота в горизонтальной и/или вертикальной плоскостях, а сосуд снабжен дополнительными соплами для подачи реагентов, расположенными в днище (Патент СССР №1118292, кл. С21В 13/00. Заявл. 02.04.81. Бюл. №37, 1984).
Расположение в основании установки сопел, через которые в плавильную зону подается угольная и/или коксовая пыль, кислород, инертные газы, природный газ или жидкий носитель углерода, снижает прочность основания установки, которое наряду с этим подвергается большой термической нагрузке, что приводит к прогару дна. Это вызывает повышенный износ и, следовательно, повышение затрат средств и времени на ремонт установки.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату (прототип) принята установка для получения жидкого чугуна или жидких стальных полуфабрикатов, содержащая плавильный газификатор с подводящими и отводящими трубопроводами для подвода углеродсодержащего и железосодержащего материалов, для отсоса полученного в нем восстановительного газа и для подвода кислородсодержащего газа, а также с отверстием для слива шлака и железа, причем плавильный газификатор имеет нижний участок для сбора расплавленного чугуна и жидкого шлака, расположенный над ним средний участок со слоем из твердых носителей углерода и верхний участок в качестве успокоительного пространства, отличающаяся тем, что плавильный газификатор снабжен горелкой для подвода в плавильный газификатор кислородсодержащего газа и мелкозернистого железосодержащего материала, головка которой расположена в зоне перехода от среднего участка к верхнему участку, в центральной зоне поперечного сечения успокоительного пространства, при этом головка горелки направлена к поверхности слоя из твердых носителей углерода и снабжена трубками для подвода мелкого угля, устья которых расположены в непосредственной близости от головки горелки, причем трубки для подвода мелкого угля направлены в плавильный газификатор сбоку внутрь, предпочтительно под углом вниз (Патент Украины №37264, кл. 7 С21В 13/00. Заявл. 18.07.1996. Бюл. №4, 2001).
При использовании угля в качестве топлива, выделяющего тепло, в устройство попадает сера. Это приведет к необходимости применения дорогостоящего оборудования для уменьшения вредных выделений, а также к исключению серы в получаемом металле.
В основу первого из группы изобретений поставлена задача усовершенствования способа прямого получения железоуглеродистых сплавов путем предварительного плавления кускового железосодержащего материала и дополнительного использования мелкозернистой железной руды во время проведения плавильно-восстановительного процесса получения расплавленного металла, согласно которому мелкозернистую руду вдувают непосредственно в расплав с помощью плазменной восстановительной струи в среде газовоздушной смеси с соотношением объемного содержания кислорода воздуха и природного газа O2/СН4=0,3...0,5 и за счет этого предотвратить слипание частиц, увеличить реакционную высокотемпературную зону без изменения размеров печи и повысить коэффициент использования рабочих газов.
В основу второго из группы изобретений поставлена задача усовершенствования установки для получения железоуглеродистых сплавов путем модификации конструкции устройства для подвода мелкозернистого железосодержащего концентрата в плавильную печь, в котором дополнительно установлен плазмотрон косвенного действия, к соплу которого примыкает выпускное отверстие трубопровода подвода мелкозернистого концентрата, что позволяет обеспечить подачу материала в восстановительной плазменной струе непосредственно в расплав и необходимое его полное восстановление, и за счет этого уменьшить энергетические затраты на тонну выплавляемого металла и размер плавильной печи при заданной производительности.
Первая поставленная задача решается тем, что в способе прямого получения железоуглеродистых сплавов, включающем подачу кускового железосодержащего материала и мелкозернистого железосодержащего концентрата раздельными потоками в плавильную печь, последующее их расплавление в плавильной зоне, согласно изобретению кусковой материал вводят в верхнюю зону плавильной печи в количестве 85-90% от общего объема рабочего пространства печи, продувают кусковой материал в нижней части печи восстановительными плазменными струями, истекающими из плазмотронов косвенного действия, которые располагают под одинаковыми углами к поду печи, и при образовании расплава производят дозагрузку железосодержащего концентрата заданного объема вибротранспортированием по каналу, выполненному в футеровке печи, при этом концентрат подают по каналу на плазменную восстановительную струю дополнительного плазмотрона и вдувают вместе с ней в ванну расплава таким образом, что вектор подачи мелкозернистого концентрата пересекает ось струи, причем концентрат охлаждают в канале транспортирования до температуры не более 900°С путем формирования кольцевого потока газовоздушной смеси вокруг канала и по его длине, а после окончания дозагрузки заданного объема концентрата продолжают термическое воздействие восстановительными плазменными струями на расплав до полного восстановления железосодержащего материала, после чего сливают металл и шлак, причем кусковой железосодержащий материал загружают в печь в виде окатышей, брикетов и других материалов, а размер частиц железосодержащего концентрата составляет от 0,1 до 6,0 мм, при этом соотношение объемного содержания кислорода воздуха и природного газа в газовоздушной смеси составляет O2/СН4=0,3...0,5, а концентрат и газовоздушную смесь подают раздельно через коаксиально расположенные каналы внутри футеровки боковой стенки печи на восстановительную плазменную струю дополнительного плазмотрона.
Способ обеспечивает использование и переработку мелкозернистой железной руды без ее окомкования, плавление и окончательное восстановление мелких частиц концентрата.
Ввод железосодержащего концентрата по каналу в футеровке печи на плазменную струю приводит к равномерному поперечному взаимодействию материала с плазменной струей и плавному повороту материала в направлении продольной оси плазменной струи, при этом массообмен осуществляется за счет молекулярной диффузии вещества струи в поток материала.
В условиях промышленного процесса канал транспортирования концентрата, расположенный в футеровке печи, находится в интервале рабочих температур порядка 900-1000°С. Железосодержащий концентрат при транспортировании в канале подвергают вибрационному воздействию и охлаждению путем формирования кольцевого потока газовоздушной смеси вокруг канала и по его длине с соотношением объемного содержания кислорода воздуха и природного газа O2/CH4=0,3...0,5. При соотношении объемного содержания кислорода воздуха и природного газа менее 0,3 происходит интенсивное выделение сажистого пироуглерода, а при соотношении более 0,5 - образование полных окислов. Подача газовоздушной смеси при указанном соотношении позволяет снизить температуру в канале транспортирования концентрата на 240-320°С.
Вторая поставленная задача решается тем, что в установке для получения железоуглеродистых сплавов, содержащей плавильную печь, загрузочное устройство для кускового железосодержащего материала, расположенное в своде печи, и устройство для подвода мелкозернистого железосодержащего концентрата в плавильную печь, летку для слива металла и шлака, выходное отверстие для отходящих из печи газов, средства для высокотемпературного нагрева материала, согласно изобретению устройство для подвода мелкозернистого железосодержащего концентрата снабжено плазмотроном косвенного действия, установленным в боковой стенке печи, срез сопла которого примыкает в канале футеровки к выпускному отверстию основного трубопровода подвода мелкозернистого железосодержащего концентрата, при этом канал выполнен переменного поперечного сечения, увеличивающимся в направлении плавильной зоны печи, а средства для высокотемпературного нагрева материала выполнены в виде установленных в боковых стенках печи на одном уровне пар плазмотронов косвенного действия, продольные оси которых направлены к центру пода, а сопла контактируют с ванной расплава, при этом основной трубопровод подвода мелкозернистого концентрата расположен в футеровке боковой стенки печи, верхний конец которого соединен с загрузочным лотком, снабженным вибратором, причем устройство для подвода мелкозернистого концентрата включает коаксиально установленные трубы, образующие тракты подачи мелкозернистого концентрата и охладителя, а сопло плазмотрона, установленного в устройстве для подвода мелкозернистого концентрата, расположено выше предполагаемого уровня расплава.
Основными узлами предложенной установки являются: плавильная печь, ванна печи со сводом, футерованные жаростойкими материалами, плавильные плазмотроны косвенного действия, установленные в боковой стенке печи, продольные оси которых направлены к центру пода, а сопла контактируют с ванной расплава, дополнительный плазмотрон, установленный выше предполагаемого уровня расплава, сопло которого примыкает к выпускным отверстиям коаксиально установленных трубопроводов, внутренний из которых (основной) предназначен для подачи мелкозернистого железосодержащего концентрата, а второй - для подачи хладоагента. Конструкция устройства для подвода мелкозернистого концентрата предусматривает жесткую связь загрузочного лотка и внутреннего трубопровода транспортирования концентрата и снабжена вибратором.
Использование указанной совокупности признаков позволило дополнительно к кусковому железосодержащему материалу, который загружается в плавильную печь обычным способом через загрузочное устройство в своде печи, при получении расплава использовать мелкозернистый железосодержащий концентрат для его плавления с помощью плазменной восстановительной струи.
Кроме того, установка обладает рядом таких достоинств, как возможность получения высоких и легкорегулируемых температур в печном пространстве посредством горячего газа плазмы, поддержание восстановительной атмосферы, достижение высоких скоростей плавления как кускового, так и мелкозернистого железосодержащего материала, повышенным качеством полученного продукта плавки за счет снижения содержания в нем вредных примесей.
Благодаря предложенной конструкции установки созданы условия для инжекции мелкозернистого концентрата в среде восстановительного газа с помощью плазмотрона косвенного действия через канал в боковой стенке плавильной печи над поверхностью ванны расплава. За счет этого интенсифицируется тепломассообмен между плазменным потоком и исходным материалом.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - заявленная установка для получения железоуглеродистых сплавов, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1.
Заявленный способ реализуется следующим образом.
Плавильную печь с помощью плазмотронов разогревают до температуры более 1000°С. По достижении заданной температуры в рабочее пространство печи через загрузочное устройство в своде загружают под действием силы тяжести окускованные железорудные материалы в количестве 85-90% от общего объема рабочего пространства печи. Процесс восстановления протекает при интенсивном подводе тепла и восстановительного газа через плазмотроны. Материал доводят до плавления и получают заданный уровень расплава. Плазмотроны продолжают работать. Параллельно производят загрузку приемного бункера мелкозернистым железосодержащим концентратом с размером частиц от 0,1 до 6,0 мм. Перед подачей в приемный бункер мелкую руду высушивают и просеивают. Мелкозернистый железорудный материал может быть невосстановленный (железорудный концентрат, измельченная руда) и/или частично восстановленный. Степень предварительного восстановления может изменяться от относительно низкой до относительно высокой металлизации порядка 70-90%. Из приемного бункера концентрат через гибкий рукав принудительно вводят в закрытый лоток, из которого концентрат вибротранспортируют по каналу, расположенному в футеровке боковой стенки печи. Так как температура футеровки печи достигает значения до 1000°С, канал транспортирования концентрата охлаждают путем формирования вокруг канала и по его длине кольцевого потока газовоздушной смеси с постоянным расходом. Подготовку газовоздушной смеси ведут при соотношении объемного содержания кислорода воздуха и природного газа α=0,3...0,5. На выходе из канала газопорошковая смесь попадает на плазменную струю дополнительного плазмотрона и получает дополнительную кинетическую энергию для внедрения в расплав. При загрузке печи мелкозернистым железосодержащим концентратом в приемный бункер вдувают воздух, а в загрузочный лоток вдувают газовоздушную смесь с аналогичным соотношением объемного содержания компонентов (α=0,3...0,5), в результате этого увеличивается смешиваемость концентрата с газовоздушной смесью, что предотвращает слипание материала, и поддерживается давление в приемном бункере и лотке равным или большим, чем давление в зоне ввода концентрата в плазму. Продолжают дозагрузку мелкозернистого концентрата заранее установленного объема при работающих плазмотронах. При достижении заданного уровня расплава и температуры производят выпуск металла и шлака, отключают плазмотроны и производят загрузку кускового железосодержащего материала. Далее процесс повторяется.
Как показано на фиг.1 и 2, установка включает плавильную печь 1 с зоной 2 прямого восстановления металла, загрузочное устройство 3 для кускового железосодержащего материала, расположенное в своде 4 печи, летку 5 для слива металла и шлака, выходное отверстие 6 для отходящих из печи газов. В боковых стенках плавильной печи 1 расположены на одном уровне плазмотроны 7 и 8 косвенного действия, продольные оси которых направлены к центру пода 9, а сопла 10 контактируют с ванной расплава. Печь 1 оборудована устройством для подвода мелкозернистого железосодержащего концентрата, образованным расположенным в футеровке боковой стенки печи основным трубопроводом 11, через который транспортируется мелкозернистый концентрат, и коаксиально расположенной наружной трубой 12 для подвода охладителя. Пропускная способность коаксиально расположенных труб 11 и 12 обусловлена их диаметрами. Устройство для подвода мелкозернистого концентрата в печь включает также дополнительный плазмотрон 13, установленный в боковой стенке печи, срез сопла 14 которого примыкает к выходным отверстиям коаксиальных труб 11 и 12 в полости канала 15, выполненного в футеровке печи с переменным поперечным сечением, увеличивающимся в направлении плавильной зоны. Основной трубопровод 11 в верхней части жестко связан с загрузочным лотком 16, на котором смонтирован вибратор 17, при этом лоток 16 и основной трубопровод 11 установлены с возможностью вибровоздействия. Лоток 16 установлен на упругих связях.
Установка снабжена приемным бункером 18 для мелкозернистого железосодержащего концентрата с установленным в его нижней части шнековым механизмом 19, выход которого через гибкий рукав 20 связан с лотком 16.
Кроме того, установка снабжена смесителем 21 с патрубками ввода природного газа и воздуха. Подача воздуха в смеситель 21 осуществляется компрессором 22. Смеситель 21 предназначен для получения газовоздушной смеси с соотношением объемного содержания кислорода воздуха и природного газа α=0,3...0,5 и связан трубопроводом через обратные клапаны с лотком 16 и наружной трубой 12. Приемный бункер 18 связан воздуховодом с компрессором 22. Подвод газовоздушной смеси в лоток 16 обеспечивает выравнивание давления в системе лоток - зона восстановления печи.
Подача газовоздушной смеси в наружную трубу 12, расположенную в футеровке печи, обеспечивает охлаждение основного трубопровода 11, через который транспортируется мелкозернистый железосодержащий концентрат.
Установка работает следующим образом.
Перед началом работы установки по технологической инструкции разогревается футеровка печи до температуры 1000-1100°С. В конце периода разогрева в печь через загрузочное устройство 3 в своде 4 печи загружают кусковой железосодержащий материал в количестве 85-90% от общего объема рабочего пространства печи. Материал продувают восстановительными плазменными струями и доводят до плавления. Предварительно высушенный и просеянный мелкозернистый железорудный концентрат загружают в приемный бункер 18, закрывают крышки приемного бункера 18 и загрузочного лотка 16. Включают дополнительный плазмотрон 13. Шнековым механизмом 19 перегружают концентрат из приемного бункера 18 в загрузочный лоток 16. Одновременно подают газовоздушную смесь из смесителя 21 в наружную трубу 12 и лоток 16, а в бункер 18 с помощью компрессора 22 подают воздух. Включают вибратор 17, установленный на загрузочном лотке. Лоток 16 совместно с основным трубопроводом 11 колеблется с заданной частотой, при этом трубопровод 11 колеблется в наружной трубе 12. На выходе из трубопровода 11 образуется газопорошковая смесь, которая попадает на плазменную струю дополнительного плазмотрона и за счет кинетической энергии струи вдувается в расплав. За счет вдува воздуха в приемный бункер и газовоздушной смеси в загрузочный лоток, в них поддерживается давление, величина которого равна или превышает давление в зоне ввода концентрата в плазму. Дозагрузку концентрата производят при работающих плазмотронах. Интенсивное перемешивание зеркала ванны выравнивает температуру металла и расплавленного шлака и непрерывно обновляет поверхность шлака, который постоянно остается перегретым и жидким.
После окончания дозагрузки предусмотренного заранее объема концентрата и его переплава, металл и шлак сливают через летку, выключают плазмотроны. Установка технически подготовлена для загрузки кускового железосодержащего материала через загрузочное устройство 3 и повторного проведения процесса плавки.
Пример
Установка для прямого получения железоуглеродистых сплавов включает плавильную печь с объемом внутренней полости 0,7 м3. В нижней боковой части печи симметрично друг другу установлены два плазмотрона косвенного действия мощностью по 0,5 МВт каждый и направлены под углом к центру пода. В боковой стенке печи, с противоположной стороны от летки, установлен дополнительный плазмотрон мощностью 0,1 МВт, сопло которого расположено выше уровня расплава. В футеровке боковой стенки печи вертикально установлены коаксиально расположенные трубы, выпускные отверстия которых в канале футеровки примыкают к срезу сопла дополнительного плазмотрона. Образующие выходного участка канала расположены с расходящимся по ходу потока наклоном. Диаметр внутренней трубы (основного трубопровода) составляет 21 мм, а диаметр наружной трубы - 40 мм. В верхней части печи внутренняя труба жестко связана с загрузочным лотком, закрытым герметичной крышкой с внутренним объемом 0,01 м3. На боковой стенке загрузочного лотка закреплен вибратор, а лоток установлен на амортизаторах. Дополнительно установлен приемный бункер объемом 0,5 м3 со шнековым механизмом в нижней его части, выход которого через гибкий рукав связан с загрузочным лотком. Плавильную печь разогревают до температуры 1100°С. Через загрузочное устройство, расположенное в своде печи, загружают окатыши объемом 0,5 м3 (массой 1 т) и кусковую известь для офлюсования пустой породы.
Химический состав окатышей, %: Fe2O3 - 87,2, FeO - 3,1, CaO - 2,14, MgO - 9,1, Mn - 0,3, SiO2 - 8,2.
Процесс восстановления протекает в течение 1,5 ч при интенсивном подводе тепла и восстановительного газа через плазмотроны.
По истечении указанного времени в плавильной зоне появляется расплав. Загружают приемный бункер мелкозернистым железорудным концентратом с содержанием FeОБЩЕЕ - 66,9, который перед подачей в бункер высушивают и просеивают.
Химический состав концентрата, %: Fe2O3 - 61,7, FeO - 30,5, SiO2 - 5,8, CaO - 0,4, Mg - 0,58, P - 0,021, S - 0,4 (Концентрат Ингулецкого ГОКа).
Из приемного бункера концентрат перегружают в загрузочный лоток с помощью шнекового механизма, при этом в лоток и наружную коаксиально расположенную трубу подают газовоздушную смесь с соотношением объемного содержания О2/CH4 α=0,4 и давлением 105 Па.
Подача газовоздушной смеси при указанном соотношении позволила снизить температуру в основном трубопроводе подачи концентрата, нагреваемого от кладки печи, с 1000 до 850°С.
Указанный объем концентрата (0,5 м3) непрерывно перегружают через загрузочный лоток и основной трубопровод в печь за время 60-80 мин. Концентрат попадает на плазменную струю дополнительного плазмотрона и внедряется в расплав. Через каждые 300-400 кг загруженного концентрата через загрузочное устройство в своде печи вводят кусковую известь из расчета основности шлака 1,2-1,4.
Продолжают термическое воздействие восстановительными плазменными струями, доводят температуру расплава до 1630°С. Затем открывают летку, совместно выпускают металл и шлак. Расплав направляют на участок разделения шлака и металла.
Таким образом, настоящее изобретение направлено на исключение из техпроцесса операции окомкования мелкозернистого железосодержащего концентрата, что значительно упрощает технологию, снижает капитальные и производственные затраты на тонну горячего металла и позволяет увеличить удельную производительность с единицы площади пода печи.
1. Способ прямого получения железоуглеродистых сплавов, включающий подачу кускового железосодержащего материала и мелкозернистого железосодержащего концентрата раздельными потоками в плавильную печь, последующее их расплавление в плавильной зоне, отличающийся тем, что кусковой материал вводят в верхнюю зону плавильной печи в количестве 85-90% от общего объема рабочего пространства печи, продувают кусковой материал в нижней части печи восстановительными плазменными струями, истекающими из плазмотронов косвенного действия, которые располагают под одинаковыми углами к поду печи, и при образовании расплава производят подачу железосодержащего концентрата заданного объема вибротранспортированием по каналу, выполненному в футеровке печи, на плазменную восстановительную струю дополнительного плазмотрона и вдувают вместе с ней в ванну расплава таким образом, что вектор подачи мелкозернистого концентрата пересекает ось струи, причем концентрат охлаждают в канале вибротранспортирования до температуры не более 900°С путем формирования кольцевого потока газовоздушной смеси вокруг канала и по его длине, а после окончания подачи заданного объема концентрата продолжают термическое воздействие восстановительными плазменными струями на расплав до полного восстановления железосодержащего материала, после чего сливают металл и шлак.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кусковой железосодержащий материал загружают в печь в виде окатышей, брикетов и других материалов.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что размер частиц железосодержащего концентрата составляет от 0,1 до 6,0 мм.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение объемного содержания кислорода воздуха и природного газа в газовоздушной смеси составляет O2/СН4=0,3-0,5.
5. Способ по любому из пп.1, 3 и 4, отличающийся тем, что концентрат и газовоздушную смесь подают раздельно через коаксиально расположенные каналы внутри футеровки боковой стенки печи на восстановительную плазменную струю дополнительного плазмотрона.
6. Установка для прямого получения железоуглеродистых сплавов, содержащая плавильную печь, загрузочное устройство для кускового железосодержащего материала, расположенное в своде печи, и устройство для подвода мелкозернистого железосодержащего концентрата в плавильную печь, летку для слива металла и шлака, выходное отверстие для отходящих из печи газов, средства для высокотемпературного нагрева материала, отличающаяся тем, что устройство для подвода мелкозернистого железосодержащего концентрата снабжено плазмотроном косвенного действия, установленным в боковой стенке печи, срез сопла которого примыкает к выпускному отверстию трубопровода подвода мелкозернистого железосодержащего концентрата в полости канала футеровки, выполненного переменного поперечного сечения, увеличивающимся в направлении плавильной зоны печи, а средства для высокотемпературного нагрева материала выполнены в виде установленных в боковых стенках печи на одном уровне пар плазмотронов косвенного действия, продольные оси которых направлены к центру пода, а их сопла контактируют с ванной расплава.
7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что трубопровод подвода мелкозернистого концентрата расположен в футеровке боковой стенки печи, верхний конец которого соединен с загрузочным лотком, снабженным вибратором.
8. Установка по п.6 или 7, отличающаяся тем, что устройство для подвода мелкозернистого концентрата включает коаксиально установленные трубы, образующие тракты подачи мелкозернистого концентрата и охладителя в виде газовоздушной смеси.
9. Установка по п.6, отличающаяся тем, что сопло плазмотрона, установленного в устройстве для подвода мелкозернистого концентрата, расположено выше предполагаемого уровня расплава.
