Устройство для прямой плавки

Изобретение относится к получения расплавленного металла из металлосодержащего исходного материала, например руд, частично восстановленных руд и металлосодержащих отходов. Устройство содержит неподвижную плавильную емкость, предназначенную для размещения ванны расплавленного металла и шлака, а также газовое пространства над упомянутой ванной. Устройство также содержит средства подачи твердых и газообразных исходных материалов в упомянутую емкость и средства выпуска расплавленных материалов из этой емкости. Кроме того, устройство содержит, по меньшей мере, две платформы, которые служат для размещения обслуживающего персонала и расположены на различных уровнях по высоте упомянутой емкости. Средство выпуска металла и средство выпуска шлака расположены таким образом, чтобы обеспечить к ним доступ обслуживающего персонала, находящегося на литейной платформе, а средство завершающего выпуска металла и средство завершающего выпуска шлака расположены таким образом, чтобы обеспечить к ним доступ обслуживающего персонала, находящегося на платформе завершающего выпуска, которая установлена ниже литейной платформы. 28 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству для прямой плавки, предназначенному для получения расплавленного металла из металлосодержащего исходного материала, например руд, частично восстановленных руд и металлосодержащих отходов.

Известный процесс прямой плавки, основной характеристикой которого является использование жидкой ванны в качестве реакционной среды и который в основном упоминается как процесс HIsmelt, описан в Международной заявке PCT/AU96/00197 (WO 96/31627), поданной настоящим заявителем. Процесс HIsmelt, описанный в этой Международной заявке, для получения расплавленного железа содержит следующие этапы:

(а) создание ванны расплавленного железа и шлака в емкости;

(b) ввод в упомянутую ванну:

(i) металлосодержащего исходного материала, в типичном случае оксида железа; и

(ii) твердого углеродсодержащего материала, в типичном случае угля, который служит восстановителем упомянутых оксидов железа и источником энергии; и

(с) расплавление металлосодержащего исходного материала с получением слоя железа.

Подразумевается, что термин "выплавка" здесь означает термический процесс, при котором происходят химические реакции восстановления оксидов металла, результатом которых является получение расплавленного металла.

Процесс HIsmelt также включает дожигание газообразных продуктов реакции, таких как СО и Н₂, выходящих из ванны, в пространстве над упомянутой ванной с использованием кислородсодержащего газа, а также перенос тепла, возникающего при упомянутом дожигании, в ванну, что приводит к увеличению тепловой энергии, доступной для плавления металлосодержащих исходных материалов.

Кроме того, процесс HIsmelt также включает создание переходной зоны над номинальной спокойной поверхностью ванны, в которой существует значительная масса поднимающихся и впоследствии опускающихся капель, брызг или потоков расплавленного металла и/или шлака, обеспечивающих эффективную среду для передачи в ванну тепловой энергии, возникшей при дожигании газообразных продуктов реакции над упомянутой ванной.

При осуществлении процесса HIsmelt металлосодержащий исходный материал и твердый углеродсодержащий материал вводятся в жидкую ванну через ряд трубок/фурм, которые установлены под углом к вертикали таким образом, что проходят в направлении вниз и внутрь через боковую стенку плавильной емкости в нижнюю часть упомянутой емкости для подачи, по меньшей мере, части твердого материала в слой металла, находящийся на дне этой емкости. Для активизации дожигания газообразных продуктов реакции в верхней области упомянутой емкости в ее верхнюю часть вводят струю горячего воздуха, которая может быть обогащена кислородом, через идущую вниз трубку ввода горячего воздуха. Отходящие газы, возникающие в результате дожигания газообразных продуктов реакции в емкости, отводятся из верхней части этой емкости через канал для отходящего газа. Упомянутая емкость содержит футерованные огнеупорным материалом водоохлаждаемые панели на боковой стенке и своде, через эти панели вода циркулирует в непрерывном режиме в замкнутом контуре.

Процесс HIsmelt позволяет получать большие количества расплавленного металла, например железа, путем прямой плавки в одной компактной емкости. Однако, чтобы этого достичь, необходимо перемещать большие количества горячих газов в упомянутую емкость и из нее, перемещать в эту емкость большие количества металлосодержащего исходного материала, например, содержащего железо, перемещать из емкости большие количества получаемого расплавленного металла и шлака, возникающие при выполнении данного процесса, а также перемещать в режиме циркуляции через водоохлаждаемые панели большие количества воды, и все это - в пределах относительно ограниченной области пространства. Эти функции должны непрерывно выполняться в течение всей операции выплавки, которая занимает продолжительный период времени. Кроме того, необходимо обеспечить средства доступа и обслуживания, делающие возможным доступ к емкости и вертикальное перемещение оборудования между операциями выплавки.

В патенте США №6399016, выданном Барроу (Burrow) и переуступленном настоящему заявителю, описана очень эффективная конструкция устройства для прямой плавки, которая позволяет установить оборудование, необходимое для выполнения различных функций, раздельно в обособленных зонах, находящихся вокруг емкости, чтобы снизить до минимума вероятность возникновения взаимных помех при выполнении упомянутых функций и повысить до максимума безопасность операций выплавки.

Если говорить более конкретно, в упомянутом патенте США описано устройство для прямой плавки, которое содержит неподвижную плавильную емкость, средство подачи твердых веществ, средство ввода кислородсодержащего газа, канал подачи кислородсодержащего газа, канал отходящего газа, систему выпуска металла и систему выпуска шлака. Упомянутое устройство отличается тем, что:

(а) канал подачи кислородсодержащего газа и канал отходящего газа размещены в первой из трех отдельных зон, расположенных по периферии вокруг упомянутой емкости;

(b) система выпуска металла размещена во второй из упомянутых трех зон; и

(с) система выпуска шлака размещена в третьей из упомянутых трех зон.

Описание, приведенное в упомянутом патенте США, выданном Барроу, этим упоминанием включено в текст данной заявки.

Приведенное выше изложение патента США, выданного Барроу, не должно восприниматься как признание того, что сущность данного патента является частью общеизвестного знания.

Кроме того, настоящее изобретение направлено на решение проблемы по обеспечению такой компоновки устройства, которая позволяет реализовать необходимые функции подачи больших количеств исходных материалов (твердых и газообразных) в компактную емкость, удаления больших количеств продуктов процесса (металла, шлака и отходящего газа) из такой емкости, обеспечения циркуляции больших количеств воды через водоохлаждаемые панели такой емкости, обеспечения доступа к такой емкости для выполнения замены внутренней футеровки и других операций обслуживания, а также обеспечения доступа к такой емкости для подъемного оборудования.

Настоящим изобретением предлагается разместить множество платформ вокруг упомянутой емкости, а также расположить оборудование, предназначенное для выполнения различных функций (например, системы выпуска металла, системы выпуска шлака, дверцы доступа и т.д.), относительно этих платформ таким образом, чтобы доступ к этому оборудованию мог быть осуществлен персоналом, обслуживающим данное устройство, который находится на этих платформах.

Сущность изобретения

Настоящим изобретением предлагается устройство для прямой выплавки, предназначенное для получения расплавленного металла из металлосодержащего исходного материала, содержащее:

- неподвижную плавильную емкость, предназначенную для размещения ванны расплавленного металла и шлака, а также газового пространства над упомянутой ванной;

- средство подачи твердых материалов, предназначенное для подачи металлосодержащего исходного материала и углеродсодержащего материала в упомянутую емкость;

- средство ввода газа, проходящее вниз в упомянутую емкость и предназначенное для ввода кислородсодержащего газа в упомянутые газовое пространство и/или ванну, находящиеся в этой емкости;

- канал подачи газа, проходящий от источника газа, расположенного на удалении от упомянутой емкости, до места подачи, находящегося над этой емкостью, и предназначенный для подачи кислородсодержащего газа в упомянутое средство ввода газа;

- канал отходящего газа, предназначенный для отвода из упомянутой емкости потока отходящего газа, идущего из этой емкости;

- средство выпуска металла, предназначенное для выпуска во время операции плавки из упомянутой емкости расплавленного металла, находящегося в упомянутой ванне, и перемещения этого расплавленного металла от упомянутой емкости;

- средство завершающего выпуска металла, предназначенное для выпуска в конце операции плавки из упомянутой емкости расплавленного металла, находящегося в упомянутой ванне, и перемещения этого расплавленного металла от упомянутой емкости;

- средство выпуска шлака, предназначенное для выпуска во время операции выплавки из упомянутой емкости расплавленного шлака, находящегося в упомянутой ванне, и перемещения этого расплавленного шлака от упомянутой емкости;

- средство завершающего выпуска шлака, предназначенное для выпуска в конце операции плавки из упомянутой емкости расплавленного шлака, находящегося в упомянутой ванне, и перемещения этого расплавленного шлака от упомянутой емкости;

- по меньшей мере, две платформы, предназначенные для размещения обслуживающего персонала на различных уровнях по высоте упомянутой емкости; и

где упомянутые средство выпуска металла и средство выпуска шлака размещены таким образом, чтобы обеспечить к ним доступ обслуживающего персонала, находящегося на одной из платформ (далее называемой "литейной платформой"), а упомянутые средство завершающего выпуска металла и средство завершающего выпуска шлака размещены таким образом, чтобы обеспечить к ним доступ обслуживающего персонала, находящегося на другой платформе (далее называемой "платформой завершающего выпуска"), которая расположена ниже упомянутой литейной платформы.

В предпочтительном случае упомянутая емкость имеет боковую стенку, а упомянутое средство подачи твердых веществ содержит множество трубок для ввода твердых веществ, которые размещены таким образом, что проходят вниз и внутрь через отверстия в упомянутой боковой стенке и которые можно удалять из этой емкости.

В предпочтительном случае упомянутые трубки для ввода твердых веществ расположены таким образом, чтобы обеспечить к ним доступ рабочего, находящегося на следующей платформе (далее называемой "платформой для работы с трубками"), которая может быть, по меньшей мере, одной и расположена выше упомянутой платформы для работы с литьем.

В предпочтительном случае упомянутое средство подачи твердых веществ содержит 4 или более четных по количеству трубок для ввода твердых веществ, размещенных вокруг упомянутой емкости таким образом, что они образуют пары диаметрально противоположных трубок.

В предпочтительном случае упомянутое средство подачи твердых веществ содержит основную линию снабжения для каждой пары трубок ввода твердых веществ и пару отводных линий, каждая из которых одним концом соединена с упомянутой основной линией снабжения, а другим концом - с соответствующей трубкой.

В предпочтительном случае упомянутые отводные линии в каждой паре имеют фактически одинаковую длину.

В предпочтительном случае, по меньшей мере, одна пара упомянутых трубок ввода твердых веществ предназначена для ввода металлосодержащего исходного материала и, по меньшей мере, одна из оставшихся пар упомянутых трубок для ввода твердых веществ предназначена для ввода углеродсодержащего материала и, возможно, флюсов.

В предпочтительном случае упомянутые пары трубок ввода твердых веществ размещены вокруг емкости таким образом, чтобы соседними являлись трубки, предназначенные для ввода различающихся материалов.

В предпочтительном случае отверстия для трубок в упомянутой боковой стенке емкости расположены на одной и той же высоте и на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности емкости.

В предпочтительном случае упомянутое средство подачи твердых веществ содержит систему ввода горячего металлосодержащего исходного материала, предназначенную для предварительного нагрева, по меньшей мере, части металлосодержащего исходного материала и подачи горячего металлосодержащего исходного материала в упомянутую основную линию (линии) снабжения, используемую(ые) при работе с трубками ввода металлосодержащего исходного материала.

В предпочтительном случае упомянутая платформа завершающего выпуска находится выше уровня поверхности земли.

В предпочтительном случае упомянутая емкость содержит, по меньшей мере, две дверцы на своей боковой стенке, предназначенные для обеспечения доступа во внутреннее пространство этой емкости для замены футеровки или других работ по обслуживанию внутренней поверхности емкости.

В предпочтительном случае упомянутые дверцы доступа содержат плиты, приваренные к упомянутой боковой стенке. При такой конструкции, если требуется доступ к внутренней поверхности емкости, эти плиты могут быть вырезаны из боковой стенки и после завершения работ во внутреннем пространстве емкости на соответствующем месте могут быть приварены сменные плиты.

В предпочтительном случае упомянутые дверцы доступа расположены по окружности емкости на расстоянии друг от друга, соответствующем углу, по меньшей мере, 90°. Такое расстояние позволяет обеспечить доступ внутрь емкости оборудования, предназначенного для разборки огнеупорной футеровки, через упомянутые дверцы и разборку значительной части огнеупорного материала на футерованной этим материалом боковой стенке, пока емкость еще не остыла.

В предпочтительном случае упомянутые дверцы доступа расположены на одинаковом уровне по высоте емкости.

В предпочтительном случае упомянутые дверцы доступа расположены таким образом, чтобы обеспечить к ним доступ обслуживающего персонала, находящегося на упомянутой платформе завершающего выпуска.

В предпочтительном случае упомянутая литейная платформа расположена таким образом, что проходит над упомянутыми дверцами доступа в непосредственной близости от них, чтобы создать защищенные рабочие области рядом с этими дверцами.

В предпочтительном случае упомянутое устройство содержит, по меньшей мере, одну зону доступа мостового крана, проходящую по вертикали от упомянутой платформы завершающего выпуска, чтобы облегчить перемещение материалов и/или оборудования вниз на эту платформу и вверх с нее при помощи мостового крана.

В предпочтительном случае упомянутая платформа для работы с литьем выполнена такой формы, что образует, по меньшей мере, часть границы упомянутой зоны доступа мостового крана.

Упомянутые средство выпуска металла и средство выпуска шлака могут представлять собой один и тот же узел.

Упомянутые средство выпуска металла и средство выпуска шлака могут также представлять собой разные узлы, при этом отдельное отверстие для выпуска металла и отдельное отверстие для выпуска шлака расположены на различных уровнях по высоте упомянутой емкости.

В случаях, когда средство выпуска металла и средство выпуска шлака являются разными узлами, упомянутое средство выпуска металла предпочтительно содержит накопитель металла, выступающий за контур упомянутой емкости и предназначенный для выпуска расплавленного металла из этой емкости в непрерывном режиме.

При такой конструкции упомянутое средство выпуска металла предпочтительно содержит выпускной желоб для металла, предназначенный для приема расплавленного металла, поступающего из упомянутого накопителя.

В дополнение к этому, при такой конструкции упомянутое средство выпуска шлака предпочтительно содержит выпускной желоб для шлака, предназначенный для приема расплавленного шлака, поступающего из упомянутой ванны.

Упомянутые средство завершающего выпуска металла и средство завершающего выпуска шлака могут представлять собой один и тот же узел.

Упомянутые средство завершающего выпуска металла и средство завершающего выпуска шлака могут быть также разными узлами, при этом отдельное отверстие для выпуска металла и отдельное отверстие для выпуска шлака расположены на различных уровнях по высоте упомянутой емкости.

В случаях, когда средством выпуска металла является накопитель, средство завершающего выпуска металла предпочтительно способно выпускать расплавленный металл из упомянутой ванны и накопителя в конце операции плавки.

В предпочтительном случае устройство содержит средство хранения металла, например ковш, установленное на удалении от упомянутой емкости, при этом выпускной желоб для металла проходит до места, расположенного выше упомянутого средства хранения для подачи расплавленного металла в это средство.

В предпочтительном случае: (а) канал подачи кислородсодержащего газа, канал отходящего газа и дверцы доступа размещены в первой из трех зон, расположенных по периферии емкости и идущих от нее; (b) средство выпуска металла размещено во второй из этих трех зон; и (с) средство выпуска шлака размещено в третьей из этих трех зон.

В предпочтительном случае упомянутая емкость имеет вертикальную ось симметрии, и упомянутые зоны расходятся в радиальном направлении от этой оси с наружной стороны емкости.

В предпочтительном случае упомянутая емкость представляет собой вертикальную цилиндрическую емкость, и упомянутое множество трубок ввода твердых веществ размещено по периферии вокруг этой емкости.

В предпочтительном случае упомянутая боковая стенка емкости содержит водоохлаждаемые панели.

В предпочтительном случае упомянутая емкость содержит свод, а свод содержит водоохлаждаемые панели.

В предпочтительном случае устройство содержит замкнутую систему циркуляции охлаждающей воды, предназначенную для подачи воды в упомянутые водоохлаждаемые панели и удаления нагретой воды из этих панелей с последующим извлечением тепла из нагретой воды и возвратом воды в данные панели.

В предпочтительном случае устройство дополнительно содержит средство приема шлака из упомянутых средства выпуска шлака и средства завершающего выпуска шлака.

В предпочтительном случае упомянутое средство приема шлака содержит, по меньшей мере, одну яму для хранения шлака.

В предпочтительном случае устройство содержит средство приема металла из упомянутого средства завершающего выпуска металла.

В предпочтительном случае упомянутое средство приема металла содержит, по меньшей мере, одну яму для хранения металла, предназначенную для завершающего выпуска металла.

В предпочтительном случае упомянутая яма для хранения металла закрыта сверху, чтобы предотвратить непосредственный контакт горячего металла и воды.

В предпочтительном случае упомянутые ямы для хранения шлака и металла находятся на уровне поверхности земли или ниже нее.

В предпочтительном случае устройство содержит средство нагрева газа, находящееся в месте расположения источника газа и снабжающее горячим газом упомянутый канал подачи газа для ввода этого газа в емкость.

Канал подачи газа может содержать один газовый канал, идущий от места расположения источника газа к месту подачи.

В предпочтительном случае кислородсодержащий газ представляет собой воздух или воздух, обогащенный кислородом.

Краткое описание чертежей

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых показано:

Фиг.1 - вертикальное сечение емкости для прямой плавки, являющейся частью одного из вариантов устройства для прямой плавки, соответствующего настоящему изобретению;

Фиг.2 - вид сбоку упомянутой емкости, на котором показано размещение платформ вокруг этой емкости и оборудование на упомянутых платформах, которые являются существенной частью данного варианта устройства для прямой плавки;

Фиг.2а - вид сбоку в увеличенном масштабе трубки ввода твердых веществ и линий снабжения горячей рудой в направлении стрелки "А", показанной на Фиг.2;

Фиг.3 - вид сбоку нижней части емкости, на котором показано размещение платформ вокруг этой емкости и оборудование на упомянутых платформах, которые являются существенной частью данного варианта устройства для прямой плавки, если смотреть из положения, которое повернуто на 90° относительно положения, для которого показан вид упомянутой емкости на Фиг.2;

на Фиг.4 показан вид сверху литейной платформы, соответствующей данному варианту устройства для прямой плавки;

на Фиг.5 показан вид сверху платформы завершающего выпуска, соответствующей данному варианту для прямой плавки;

Фиг.6 - созданный с помощью компьютера вид сверху данного варианта устройства для прямой плавки, на котором показаны литейная платформа и оборудование, находящееся на этой платформе, совмещенный с сечением емкости и оборудования, расположенного выше литейной платформы, плоскостью, проходящей выше упомянутой платформы, при этом оборудование, расположенное выше указанной плоскости, удалено для ясности; и

Фиг.7 - схематичное изображение, иллюстрирующее размещение трубок ввода твердых веществ вокруг емкости и линий снабжения для упомянутых трубок.

Подробное описание предпочтительного варианта реализации

Показанное на чертежах устройство для прямой плавки содержит емкость для прямой выплавки, которая, в частности, подходит для использования в процессе HIsmelt, описанном в Международной заявке на патент РСТ/АU96/00197. Последующее описание приведено в контексте плавки железорудной мелочи для получения расплавленного железа в соответствии с процессом HIsmelt.

Сначала обратимся к Фиг.1, на которой металлургическая емкость обозначена номером 11 и содержит под, имеющий основание 12 и боковые стороны 13, изготовленные из огнеупорного кирпича; боковые стенки 14, которые образуют по существу цилиндрический стакан, проходящий вверх от боковых сторон 13 пода, и которые содержат верхнюю цилиндрическую секцию и нижнюю цилиндрическую секцию, служащие опорой для водоохлаждаемых панелей (не показаны); свод 17, содержащий водоохлаждаемые панели (не показаны); выпускное отверстие 18 для отходящего газа; накопитель 19 для выгрузки расплавленного металла в непрерывном режиме и шлаковую летку 21 для выпуска расплавленного шлака во время выплавки.

Когда емкость 11 используется для плавки железорудной мелочи с получением расплавленного железа в соответствии с процессом HIsmelt, эта емкость содержит ванну расплавленного железа и шлака, которая включает слой 22 расплавленного металла и слой 23 расплавленного шлака, находящийся над слоем 22 металла. Стрелка, помеченная номером 24, указывает положение номинальной спокойной поверхности слоя 22 металла, а стрелка, помеченная номером 25, указывает положение номинальной спокойной поверхности слоя 23 шлака. Подразумевается, что термин "спокойная поверхность" означает поверхность в ситуации, когда в емкость не вводятся газ и твердые вещества.

Как хорошо видно на Фиг.2 и 3, емкость имеет ряд платформ 79, 81, 83 и 85, расположенных на различных уровнях по высоте емкости выше уровня 87 поверхности земли. Эти платформы позволяют устанавливать и эксплуатировать описываемое ниже оборудование, используемое для работы с емкостью и выполнения других функций в данном устройстве вокруг компактной емкости 11, обособляя выполнение различных функций упомянутого оборудования таким образом, чтобы снизить до минимума вероятность возникновения взаимных помех при выполнении упомянутых функций и, соответственно, повысить до максимума безопасность эксплуатации. Расположение платформ 79, 81, 83, 85 по высоте выбирается таким образом, чтобы обеспечить рабочему, находящемуся на этих платформах, удобный доступ к оборудованию, входящему в состав устройства. Кроме того, "контуры" платформы 79, 81, 83, 85 выбираются таким образом, чтобы обеспечить доступ мостового крана к определенным областям нижних платформ, а также обеспечить защиту сверху для рабочих областей упомянутых нижних платформ.

Как более подробно рассмотрено ниже, платформы 79, 81 представляют собой платформы для работы с трубками ввода твердых веществ, платформа 83 представляет собой литейную платформу, и платформа 85 представляет собой платформу завершающего выпуска.

Как хорошо видно на Фиг.5, емкость 11 имеет 2 дверцы доступа 39 на боковых сторонах 13 пода, делающие возможным доступ к внутреннему пространству емкости 11 для проведения замены футеровки или других работ по обслуживанию внутри емкости. Дверцы 39 доступа выполнены в виде стальных плит, которые приварены к боковым сторонам 13. Когда требуется доступ во внутреннее пространство емкости, эти плиты вырезаются из боковых стенок и после завершения работ в емкости в соответствующем положении привариваются плиты замены. Дверцы 39 доступа расположены на одинаковом уровне по высоте емкости 11. Дверцы 39 доступа расположены по окружности емкости на расстоянии друг от друга, соответствующем, по меньшей мере, углу 90°. Такое расстояние позволяет обеспечить доступ внутрь емкости оборудования, предназначенного для разборки огнеупорной облицовки, через упомянутые дверцы и разборку значительной части огнеупорного материала на облицованной этим материалом боковой стенке, пока емкость еще не остыла. Дверцы 39 доступа имеют размер, позволяющий использовать для доступа внутрь емкости компактный погрузчик 139 или аналогичное оборудование.

Как хорошо видно на Фиг.1, емкость 11 снабжена трубкой 26 ввода газа, предназначенной для подачи струи горячего воздуха в верхнюю часть емкости. Трубка 26 проходит вниз, в верхнюю часть емкости 11, через свод 17 этой емкости. Во время работы горячий воздух, обогащенный кислородом, поступает в трубку 26 через канал 31 подачи горячего газа (Фиг.2 и 6), который идет от пункта снабжения горячим газом (не показан), расположенного на некотором расстоянии от емкости 11 для прямой выплавки. Пункт снабжения горячим газом содержит ряд воздухонагревателей (не показаны) и кислородную установку (не показана), что позволяет создать поток обогащенного кислородом воздуха, проходящий через упомянутые воздухонагреватели в канал 31 подачи горячего газа, который идет до соединения с трубкой 26 ввода газа в месте, находящемся выше емкости 11. В качестве альтернативы кислород может добавляться к потоку воздуха после нагрева этого потока воздухонагревателями.

Если рассматривать все чертежи в совокупности, емкость 11 также снабжена 8 трубками 27 ввода твердых веществ, которые проходят вниз через отверстия (не показаны), имеющиеся в боковых стенках 14 этой емкости, в слой 23 шлака и предназначены для введения в слой 22 металла железорудной мелочи, твердого углеродсодержащего материала и флюсов, переносимых газом-носителем, не содержащим кислорода.

Отверстия для трубок, имеющиеся в боковых стенках 14 емкости 11, расположены на одинаковом уровне по высоте этой емкости и на одинаковом расстоянии друг от друга по ее окружности. Трубки 27 имеют такую форму и расположены в упомянутых отверстиях таким образом, что их нижние концы 28 находятся выше поверхности слоя 22 металла во время процесса плавки. Такое положение трубок 27 снижает риск их повреждения из-за контакта с расплавленным металлом, а также позволяет охлаждать эти трубки за счет принудительного внутреннего водяного охлаждения без риска, что вода попадет в контакт с расплавленным металлом, находящимся в емкости.

Трубки 27 объединены в 2 группы по 4 трубки, причем во время операции плавки трубки 27 одной группы принимают горячую железорудную мелочь, поступающую через систему ввода горячей руды, а трубки 27 другой группы принимают уголь и флюс, поступающие через систему ввода углеродсодержащего материала/флюса. Трубки 27 в упомянутых 2 группах размещены с чередованием по окружности емкости.

Система ввода горячей руды содержит подогреватель (не показан), предназначенный для нагрева железорудной мелочи, и систему транспортировки горячей руды, которая содержит ряд линий снабжения и источник газа-носителя и которая предназначена для перемещения железорудной мелочи по упомянутым линиям снабжения и введения железорудной мелочи в емкость 11 при температуре порядка 680°С. Общая конструкция трубок 27 и линий снабжения, расположенных выше этих трубок 27 по направлению транспортировки, схематично показана на Фиг.7.

Если рассматривать все чертежи в совокупности, система ввода горячей руды содержит основную линию 75 снабжения горячей рудой (Фиг.2-5) и две отводных линии 76 (Фиг.2-4), которые соединены с диаметрально противоположными трубками 27 и предназначены для подачи горячей руды в эти трубки во время операции плавки. Система ввода горячей руды также содержит другую основную линию 33 снабжения горячей рудой (Фиг.2 и 5) и две отводных линии 34 (Фиг.2-5), которые соединены с другой парой диаметрально противоположных трубок 27 и предназначены для подачи горячей руды в эти трубки.

Как можно видеть на Фиг.2-5, основная линия 75 снабжения идет по поверхности земли или близко от нее из удаленного от емкости места (не показано) и проходит под платформой 85 завершающего выпуска к месту 75а (Фиг.2 и 3), а затем вертикально вверх от этого места через или поблизости от платформы 85 завершающего выпуска и платформы 83 для работы с литьем к месту 75b (Фиг.2-4), расположенному выше литейной платформы 83. Отводные линии 76 сначала расходятся горизонтально в противоположных направлениях от основной линии 75 из места 75b, а затем на участках 76а (Фиг.2 и 3) идут вертикально вверх до мест 76b (Фиг.2-4) и далее в направлении внутрь и вниз короткими прямыми секциями 76с до входных отверстий трубок 27.

Кроме того, как можно видеть на Фиг.2 и 3, основная линия 33 снабжения идет по поверхности земли или близко от нее из удаленного от емкости места (не показано) к месту 33а (Фиг.5), после чего в этом месте она разветвляется на две отводные линии 34. Эти отводные линии образуют по форме букву V. Отводные линии 34 идут по поверхности земли или близко от нее под платформой 85 завершающего выпуска к местам 34а (Фиг.2 и 3), а затем вертикально вверх от этих мест через или поблизости от платформы 85 завершающего выпуска и платформы 83 для работы с литьем до мест 34b (Фиг.2) и далее в направлении внутрь и вниз короткими прямыми секциями 34 с (на Фиг.2 показана только одна) до входных отверстий трубок 27.

Описанная выше компоновка пар основных и отводных линий позволяет расположить линии в ограниченном пространстве вокруг емкости так, чтобы они не мешали друг другу.

Система ввода углеродсодержащего материала/флюса содержит аналогичные основные линии 15, 91 снабжения и отводные линии 16, 92 соответственно для диаметрально противоположных пар трубок 27.

Трубки 27 размещены таким образом, что их можно удалять из емкости 11.

Выпускное отверстие 18 для отходящего газа, имеющееся в емкости 11, соединено с каналом 32 отходящего газа (показан на Фиг.2, 6 и 7), который транспортирует отходящий газ из емкости 11 в пункт обработки (не показан), где он очищается и проходит через теплообменники для предварительного нагрева материалов, подаваемых в емкость 11. В предпочтительном случае при выполнении процесса HIsmelt используется воздух или воздух, обогащенный кислородом, и следовательно, возникают значительные объемы отходящего газа, что требует относительно большого по диаметру канала 32 отходящего газа. Как можно видеть на Фиг.2, канал отходящего газа содержит слегка наклоненную первую секцию 32а, идущую от выпускного отверстия 18 для отходящего газа, имеющегося в емкости 11, и проходящую вертикально вверх вторую секцию 32b, которая идет от упомянутой первой секции 32а.

Канал 31 подачи горячего газа и канал 32 отходящего газа идут от верхней части емкости 11 в удаленные места (не показаны) и, следовательно, занимают место в упомянутой области емкости и оказывают влияние на расположение используемого в устройстве оборудования, например мостовых кранов или другого подвижного транспортного оборудования, которое требуется при обслуживании емкости, а также расположение системы циркуляции охлаждающей воды, используемой для водоохлаждаемых панелей, расположенных в боковых стенках 14 и своде 17 этой емкости.

Как указано выше, боковые стенки 14 и свод 17 емкости 11 служат опорой для водоохлаждаемых панелей (не показаны), и данное устройство содержит систему циркуляции охлаждающей воды. Система циркуляции охлаждающей воды подает воду в упомянутые водоохлаждаемые панели и удаляет нагретую воду из них с последующим извлечением тепла из нагретой воды перед ее возвратом в упомянутые панели.

При выполнении операции плавки в соответствии с процессом HIsmelt железорудная мелочь и соответствующий газ-носитель, а также уголь и соответствующий газ-носитель вводятся в жидкую ванну через трубки 27. Импульс, которым обладают твердые материалы и газы-носители, заставляет твердые материалы проникать в слой 22 металла. При выделении из угля летучих веществ в слое 22 металла образуется газ. Углерод частично растворяется в металле и частично остается в виде твердого углерода. Рудная мелочь плавится с получением металла и при проходящей в процессе плавки реакции образуется монооксид углерода. Газы, транспортируемые в слой металла и возникающие при выделении летучих веществ и плавке, создают значительную подъемную силу, вызывающую подъем расплавленного металла, твердого углерода и шлака (попавшего в слой металла вследствие ввода газа/твердых веществ) из слоя 22 металла, что приводит к перемещению вверх брызг, капель и потоков расплавленных металла и шлака, и эти брызги, капли и потоки захватывают шлак, когда перемещаются через слой шлака. Упомянутый подъем расплавленного металла, твердого углерода и шлака вызывает интенсивное перемешивание слоя 23 шлака, в результате чего упомянутый слой шлака увеличивается в объеме. В дополнение к этому перемещение вверх брызг, капель и потоков расплавленных металла и шлака (вызванное упомянутым подъемом расплавленного металла твердого углерода и шлака) распространяется в пространство выше жидкой ванны и создает переходную зону. Ввод кислородсодержащего газа через трубку 26 вызывает дожигание таких газообразных продуктов реакции, как монооксид углерода и водород, в верхней части емкости. Отходящие газы, возникающие при последующем сжигании газообразных продуктов реакции в емкости, выводятся из верхней части этой емкости через канал 32 отходящего газа.

Горячий металл, получаемый во время операции плавки, выгружается из емкости 11 через систему выпуска металла, которая содержит накопитель 19 и желоб 41 выпуска горячего металла, соединенный с упомянутым накопителем. Выпускной конец желоба 41 выпуска горячего металла расположен выше пункта разливки горячего металла в ковши (не показан) таким образом, чтобы подавать расплавленный металл вниз в ковши, находящиеся в этом пункте.

Данное устройство содержит систему завершающего выпуска металла, предназначенную для выпуска расплавленного металла из емкости 11 в конце операции плавки, происходящего из нижней части этой емкости, а также для перемещения этого расплавленного металла на удаленное расстояние от упомянутой емкости. Система завершающего выпуска металла содержит отверстие 63 для завершающего выпуска металла, имеющееся в емкости, и желоб 38, предназначенный для перемещения расплавленного металла, выгружаемого из емкости 11 через выпускное отверстие, в яму 90 для хранения металла, расположенную на уровне поверхности земли. В идеальном случае упомянутая яма 90 закрыта сверху (не показано), чтобы предотвратить непосредственный контакт находящегося в ней горячего металла с водой. Система завершающего выпуска металла также содержит отверстие 43 для выпуска металла, имеющегося в накопителе 19, и желоб 40, предназначенный для перемещения расплавленного металла, выгружаемого из накопителя 19 через выпускное отверстие, в основной желоб 38 выпуска горячего металла. Кроме того, предусмотрен бур 59 для вскрытия летки, предназначенный для открытия выпускных отверстий 63, 43 с целью выпуска металла из емкости и накопителя.

Данное устройство содержит систему выпуска шлака, предназначенную для выпуска расплавленного шлака из емкости 11, периодически происходящего из нижней части этой емкости, а также для транспортировки упомянутого шлака на удаленное расстояние от емкости 11 во время операции плавки. Система выпуска шлака содержит имеющуюся в емкости 11 шлаковую летку 21 и желоб 44 с 2 концевыми отводами 80 и 82, предназначенными для перемещения расплавленного шлака, который выгружается из упомянутой емкости через шлаковую летку 21 вниз с высоты платформы 83 для работы с литьем в отдельные ямы 93, 94 для хранения шлака, расположенные на уровне 87 поверхности земли. Наличие двух ям объясняется тем, что одну яму прекращают использовать и дают ей охладиться перед извлечением шлака, в то время как другая яма используется для приема расплавленного шлака. Для выпуска шлака из емкости 11 предусмотрены пробка, закрывающая шлаковую летку, и установка 61 для прокалывания, предназначенные для вскрытия и заделывания шлаковой летки 21.

Данное устройство содержит систему завершающего выпуска шлака, предназначенную для слива шлака из емкости 11 в конце операции выплавки. Система завершающего выпуска шлака содержит отверстие 46 для выпуска шлака, имеющееся в емкости 11, а также основной желоб 70 и отводной желоб 72, предназначенные для перемещения расплавленного материала, выгружаемого из упомянутой емкости через отверстие 46 для выпуска шлака, в яму 93 для хранения шлака. Отводной желоб 95 соединяет желоб 70 выпуска шлака с желобом 38 выпуска горячего металла. Отводной желоб 95 используется для перемещения расплавленного металла, который обычно вытекает из емкости при первом открывании отверстия 46 для выпуска шлака, в яму 90 для хранения металла. Перед завершающим выпуском отводной желоб 72 перекрывают, чтобы расплавленный материал мог течь только в яму 90 для хранения металла через отводной желоб 95. Когда поток металла приближается к концу, отводной желоб 95 перекрывают и открывают отводной желоб 72, в результате чего поток расплавленного материала отводится в яму 93 для хранения шлака. Для выпуска шлака из емкости предусмотрен бур 68 для слива шлака, предназначенный для вскрытия отверстия 46 для выпуска шлака. Пушка 66 для заделки летки предназначена для закрытия открытого отверстия 46.

Как указано выше, вокруг емкости 11 выше уровня 87 поверхности земли на различных уровнях по высоте этой емкости размещены несколько платформ 79, 81, 83, 85. Эти платформы позволяют устанавливать и эксплуатировать оборудование, используемое для работы с емкостью и выполнения других функций в данном устройстве.

Самая нижняя из платформ - платформа 85 завершающего выпуска расположена относительно емкости 11 на высоте, которую выбирают таким образом, чтобы рабочий, находящийся на этой платформе, имел удобный доступ к системе завершающего выпуска металла (отверстие 63 для завершающего выпуска металла, желоб 38, отверстие 43 для выпуска металла, желоб 40 и бур 59 для вскрытия летки), системе завершающего выпуска шлака (отверстие 46 для выпуска шлака, желоб 70, отводной желоб 95, бур 68 для слива шлака, пушка 66 для заделки летки) и дверцам доступа 39. Такое оборудование, как бур 59 для вскрытия летки, бур 68 для слива шлака и пушка 66 для заделки летки, устанавливаются непосредственно на эту платформу. Данная платформа также содержит 2 области 55 доступа мостового крана, которые по существу представляют собой свободные пространства, в пределах которых может осуществляться подъем и опускание оборудования и материалов, например, для облегчения замены облицовки на внутренней поверхности емкости 11.

Следующая по высоте платформа - литейная платформа 83 расположена относительно емкости 11 на высоте, которую выбирают таким образом, чтобы рабочий, находящийся на этой платформе, имел удобный доступ к системе выпуска металла (накопитель 19 и желоб 41 выпуска горячего металла) и системе выпуска шлака (шлаковая летка 21, желоб 44, а также пробка, закрывающая шлаковую летку, и установка 61 для прокалывания). Контуры платформы 83 выбираются таким образом, чтобы она не проходила в пространство над областями 55 доступа мостового крана, находящимися на платформе 85 завершающего выпуска, в результате чего обеспечивается свободный доступ мостового крана к упомянутым областям. Кроме того, контуры платформы 83 выбираются таким образом, чтобы эта платформа проходила над рабочими областями, находящимися рядом с системами завершающего выпуска металла и завершающего выпуска шлака, а также дверцами доступа 39, находящимися на уровне платформы 85 завершающего выпуска, чтобы обеспечить в этих областях для рабочего защиту сверху.

Следующие по высоте платформы - платформы 79 и 81 для работы с трубками расположены относительно емкости 11 на высоте, которую выбирают таким образом, чтобы рабочий, находящийся на этих платформах, имел удобный доступ к трубкам 27.

Контуры платформы 81 показаны на Фиг.3. Контуры платформы 81 выбираются таким образом, чтобы она не проходила в пространство над областями 55 доступа мостового крана, находящимися на платформе 85 завершающего выпуска, в результате чего обеспечивается свободный доступ мостового крана к упомянутым областям. Кроме того, контуры платформы 83 выбираются таким образом, чтобы эта платформа проходила над рабочими областями, находящимися рядом с системами выпуска металла и выпуска шлака, чтобы обеспечить в этих областях для рабочего защиту сверху.

Кроме того, описанное выше оборудование, предназначенное для работы устройства, установлено на нескольких платформах 79, 81, 83 и 85, это оборудование размещено на упомянутых платформах в нескольких обособленных в направлениях по окружности и высоте зонах, которые позволяют установить и эксплуатировать все описанное выше оборудование вокруг компактной емкости 11 таким образом, чтобы разделить это оборудование в соответствии с выполняемыми им различными функциями с целью снизить до минимума вероятность возникновения взаимных помех при выполнении упомянутых функций и, соответственно, повысить до максимума безопасность операций выплавки.

Если говорить более конкретно, при установке оборудования использовалась схема разделения на следующие 3 функциональные зоны, которые вытянуты вертикально и расположены по периферии емкости 11, расходясь в радиальном направлении от ее вертикальной оси симметрии с наружной стороны.

Зона 1: Общий доступ и обслуживание

Эта зона, которая занимает приблизительно 180° по окружности емкости 11, содержит:

- пространство, занимаемое расположенными сверху каналом 31 подачи горячего газа и каналом 32 отходящего газа;

- дверцы доступа 39 в емкости 11.

Зона 2: Выпуск металла

Эта зона содержит:

- систему выпуска металла (накопитель 19 и желоб 41 выпуска горячего металла);

- систему завершающего выпуска металла (отверстие 63 для завершающего выпуска металла, желоб 38, отверстие 43 для выпуска металла, желоб 40 и бур 59 для вскрытия летки).

Зона 3: Выпуск шлака

Эта зона содержит:

- систему выпуска шлака (шлаковая летка 21, желоб 44, а также пробка, закрывающая шлаковую летку, и установка 61 для прокалывания);

- систему завершающего выпуска шлака (отверстие 46 для выпуска шлака, желоб 70, отводной желоб 95, бур 68 для слива шлака и пушка 66 для заделки летки).

Кроме того, данное устройство содержит зоны (т.е. пространство), расположенные над описанными выше областями 55 доступа мостового крана, которые позволяют опускать материалы и оборудование на платформу завершающего выпуска и удалять их с этой платформы. Доступ сверху особенно важен для эффективного вертикального перемещения материалов и оборудования, необходимых для проведения замены облицовки или других работ по обслуживанию на внутренней поверхности емкости.

К описанному выше варианту реализации настоящего изобретения может быть применено множество модификаций, которые, однако, не выходят за пределы сущности и объема настоящего изобретения.

1. Устройство для прямой плавки, обеспечивающее получение расплавленного металла из металлосодержащего исходного материала, содержащее неподвижную плавильную емкость, предназначенную для размещения ванны расплавленного металла и шлака, а также формирования газового пространства над упомянутой ванной, средство подачи твердых материалов, предназначенное для подачи металлосодержащего исходного материала и углеродсодержащего материала в упомянутую емкость, средство ввода газа, проходящее вниз в упомянутую емкость и предназначенное для ввода кислородсодержащего газа в упомянутые газовое пространство и/или ванну, находящиеся в емкости, канал подачи газа, проходящий от источника газа, расположенного на удалении от упомянутой емкости, до места подачи, находящегося над этой емкостью, и предназначенный для подачи кислородсодержащего газа в упомянутое средство ввода газа, канал отходящего газа, предназначенный для отвода из упомянутой емкости потока отходящего газа, идущего из этой емкости, средство выпуска металла, предназначенное для выпуска во время операции плавки из упомянутой емкости расплавленного металла, находящегося в упомянутой емкости, и перемещения этого расплавленного металла от упомянутой емкости, средство завершающего выпуска металла, предназначенное для выпуска в конце операции плавки из упомянутой емкости расплавленного металла, находящегося в упомянутой емкости, и перемещения этого расплавленного металла от упомянутой емкости, средство выпуска шлака, предназначенное для выпуска во время операции плавки из упомянутой емкости расплавленного шлака, находящегося в упомянутой емкости, и перемещения этого расплавленного шлака от упомянутой емкости, средство завершающего выпуска шлака, предназначенное для выпуска в конце операции плавки из упомянутой емкости расплавленного шлака, находящегося в упомянутой емкости, и перемещения этого расплавленного шлака от упомянутой емкости, и по меньшей мере, две платформы, предназначенные для размещения обслуживающего персонала на различных уровнях по высоте упомянутой емкости, при этом упомянутые средство выпуска металла и средство выпуска шлака размещены таким образом, чтобы обеспечить к ним доступ обслуживающего персонала, находящегося на литейной платформе, а упомянутые средство завершающего выпуска металла и средство завершающего выпуска шлака размещены таким образом, чтобы обеспечить к ним доступ обслуживающего персонала, находящегося на платформе завершающего выпуска, которая расположена ниже упомянутой литейной платформы.

2. Устройство по п.1, в котором упомянутая емкость имеет боковую стенку, при этом упомянутое средство подачи твердых материалов содержит множество трубок для ввода твердых материалов, которые размещены таким образом, что проходят вниз и внутрь через отверстия в упомянутой боковой стенке, и которые выполнены с возможностью удаления из этой емкости.

3. Устройство по п.2, в котором упомянутые трубки ввода твердых веществ расположены таким образом, чтобы обеспечить к ним доступ рабочего, находящегося на платформе для работы с трубками, которая расположена выше упомянутой литейной платформы.

4. Устройство по п.3, в котором упомянутое средство подачи твердых материалов содержит четыре или более четных по количеству трубок для ввода твердых материалов, размещенных вокруг упомянутой емкости таким образом, что они образуют пары диаметрально противоположных трубок.

5. Устройство по п.4, в котором упомянутое средство подачи твердых материалов содержит основную линию снабжения для каждой пары трубок для ввода твердых материалов и пару отводных линий, каждая из которых одним концом соединена с упомянутой основной линией снабжения, а другим концом - с соответствующей трубкой.

6. Устройство по п.5, в котором упомянутые отводные линии в каждой паре имеют, по существу, одинаковую длину.

7. Устройство по п.4, в котором, по меньшей мере, одна пара упомянутых трубок для ввода твердых материалов предназначена для ввода металлосодержащего исходного материала, и, по меньшей мере, одна из оставшихся пар упомянутых трубок для ввода твердых материалов предназначена для ввода углеродсодержащего материала и, при необходимости, флюсов.

8. Устройство по п.4, в котором упомянутые пары трубок для ввода твердых материалов размещены вокруг емкости таким образом, чтобы соседними являлись трубки, предназначенные для ввода различающихся материалов.

9. Устройство по п.2, в котором отверстия для трубок в упомянутой боковой стенке емкости расположены на одной и той же высоте и на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности емкости.

10. Устройство по п.7, в котором упомянутое средство подачи твердых материалов содержит систему ввода горячего металлосодержащего исходного материала, предназначенную для предварительного нагрева, по меньшей мере, части металлосодержащего исходного материала и подачи горячего металлосодержащего исходного материала в упомянутую основную линию или линии снабжения, используемые при работе с трубками для ввода металлосодержащего исходного материала.

11. Устройство по п.1, в котором упомянутая платформа завершающего выпуска находится выше уровня поверхности земли.

12. Устройство по любому из пп.1-11, в котором упомянутая емкость содержит, по меньшей мере, две дверцы на своей боковой стенке, предназначенные для обеспечения доступа во внутреннее пространство этой емкости для замены футеровки или других работ по обслуживанию внутренней поверхности емкости.

13. Устройство по п.12, в котором упомянутые дверцы доступа содержат плиты, приваренные к упомянутой боковой стенке.

14. Устройство по п.12, в котором упомянутые дверцы доступа расположены по окружности емкости на расстоянии друг от друга, соответствующем углу, по меньшей мере, 90°.

15. Устройство по п.12, в котором упомянутые дверцы доступа расположены на одинаковом уровне по высоте емкости.

16. Устройство по п.12, в котором упомянутые дверцы доступа расположены таким образом, чтобы обеспечить к ним доступ обслуживающего персонала, находящегося на упомянутой платформе завершающего выпуска.

17. Устройство по п.12, в котором упомянутая литейная платформа расположена таким образом, что проходит над упомянутыми дверцами доступа в непосредственной близости от них, чтобы создать защищенные рабочие области рядом с этими дверцами.

18. Устройство по п.1, которое содержит, по меньшей мере, одну зону для доступа мостового крана, проходящую по вертикали от упомянутой платформы завершающего выпуска для облегчения перемещения материалов и/или оборудования вниз на эту платформу и вверх с нее при помощи мостового крана.

19. Устройство по п.18, в котором упомянутая литейная платформа выполнена такой формы, что образует, по меньшей мере, часть границы упомянутой зоны доступа мостового крана.

20. Устройство по п.1, в котором упомянутые средство выпуска металла и средство выпуска шлака представляют собой разные узлы, при этом отдельное отверстие для выпуска металла и отдельное отверстие для выпуска шлака расположены на различных уровнях по высоте упомянутой емкости.

21. Устройство по п.20, в котором упомянутое средство выпуска металла содержит накопитель металла, выступающий за контур упомянутой емкости и предназначенный для выпуска расплавленного металла из этой емкости в непрерывном режиме.

22. Устройство по п.21, в котором упомянутое средство выпуска металла содержит выпускной желоб для металла, предназначенный для приема расплавленного металла, поступающего из упомянутого накопителя.

23. Устройство по п.20, в котором упомянутое средство выпуска шлака содержит выпускной желоб для шлака, предназначенный для приема расплавленного шлака, поступающего из упомянутой ванны.

24. Устройство по п.1, в котором упомянутые средство завершающего выпуска металла и средство завершающего выпуска шлака представляют собой разные узлы, при этом отдельное отверстие для выпуска металла и отдельное отверстие для выпуска шлака расположены на различных уровнях по высоте упомянутой емкости.

25. Устройство по п.24, в котором упомянутое средство завершающего выпуска металла способно выпускать расплавленный металл из упомянутых ванны и накопителя в конце операции выплавки.

26. Устройство по п.12, в котором упомянутые канал подачи кислородсодержащего газа, канал отходящего газа и дверцы доступа размещены в первой из трех зон, расположенных по периферии емкости и идущих от нее, упомянутое средство выпуска металла размещено во второй из этих трех зон, и упомянутое средство выпуска шлака размещено в третьей из этих трех зон.

27. Устройство по п.26, в котором упомянутая емкость имеет вертикальную ось симметрии, и упомянутые зоны расходятся в радиальном направлении от этой оси с наружной стороны емкости.

28. Устройство по п.1, в котором упомянутая боковая стенка емкости содержит водоохлаждаемые панели.

29. Устройство по п.28, которое содержит замкнутую систему циркуляции охлаждающей воды, предназначенную для подачи воды в упомянутые водоохлаждаемые панели и удаления нагретой воды из этих панелей с последующим извлечением тепла из нагретой воды и возвратом воды в данные панели.