Устройство для получения металлов и сплавов путем восстановительной плавки


 


Владельцы патента RU 2401867:

Закрытое акционерное общество "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ЭЛЕКТРОПЛАЗМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМ ЭПОС" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к шахтным плазменным печам для восстановления металлов из руд, рудных концентратов и отходов промышленности. Устройство содержит плавильную печь, состоящую из плавильной емкости с дуговыми нагревательными узлами и шахты с механизмом загрузки шихтовых материалов, и газовую систему для подачи и забора газа. Устройство снабжено расположенным в шахтной части печи, по меньшей мере, одним приспособлением для сжигания газа в слое шихты с использованием воздуха и/или кислорода, верхними и нижними патрубками отбора газа из шахтной части печи и патрубком подачи газа в своде плавильной емкости. Патрубки отбора газа из шахтной части печи соединены газовыми трактами, выполненными с устройствами регулирования расхода газа, с приспособлением для сжигания газа в слое шихты в шахтной части печи, с нагревательными узлами и с патрубком подачи газа в своде плавильной емкости. Устройство также снабжено устройством контроля химического состава газов по трактам. Изобретение позволяет в каждой зоне печи поддерживать необходимую концентрацию восстановительного газа, извлекать из исходной руды максимальный процент ценных материалов, увеличить КПД и производительность печи. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к шахтным плазменным печам для восстановления металлов из руд, рудных концентратов и отходов промышленности.

Известна шахтная плазменная печь, предназначенная для восстановительных процессов (Электрические промышленные печи / Под ред. А.Д.Свенчанского. М.: Энергоиздат, 1981, с.252). соотношения участвующих в процессе газов.

Недостатком известной печи является низкий КПД вследствие потерь энергии при дожигании выбрасываемого восстановительного газа вне пределов печи, сравнимых с мощностью самой печи. Целью данного изобретения является повышение КПД и производительности плавильной печи при поддержании в каждой зоне печи оптимального процентного соотношения участвующих в процессе газов.

На чертеже изображено устройство для получения металлов и сплавов путем восстановительной плавки. Устройство состоит из плавильной емкости 1 (в составе ванны и свода), дуговых нагревательных узлов 2 (например, плазмотронов) с механизмами перемещения 3, установленных на плавильной емкости, ствола шахты 4 с установленными в верхней части шахты (колошниковой зоне) механизмом загрузки 5 шихтовых материалов, трактов подачи и забора газа и иных элементов газовой системы. Ванна плавильной емкости 1 снабжена леткой 6 для выгрузки готового продукта.

Газовая система включает в себя: тракты подачи газа 10 в печь на участке плавильной емкости - патрубок свода 16 и через тракты подачи газа в плазмотроны 2 и вблизи них, а также в приспособление для сжигания 7; тракты забора газа 11 из печи на участке свода плавильной емкости, патрубки 15, на участке ствола шахты 4 в восстановительной зоне (с температурой до 700°С), нижний патрубок шахты 14, верхний патрубок отбора газа 12 в колошниковой зоне (верхняя часть шахты), верхний патрубок шахты на участке дожигания 13, расположенный в зоне дожигания между приспособлением для сжигания 7 и патрубком отбора газа 12 в колошниковой зоне, нагнетатель 17, дымосос 18. Тракты забора и подачи газов 11 и 10 снабжены устройствами регулирования расхода газа 19. Система может быть оснащена устройством контроля химического состава газов 20.

В шахтной части печи выше нижнего патрубка шахты 14 тракта подачи газа, в конце или выше зоны восстановления (место зоны восстановления индивидуально для каждого ферросплава) установлено, по меньшей мере, одно (либо несколько по периметру) приспособление 7 (например, газовая горелка) для сжигания (полного либо частичного) оставшегося в шахте печи горючего газа путем подачи воздуха и/или кислорода, если возможно самовоспламенение, либо - совместной подачи через горелку горючего газа (природного и/или отобранного из печи) по тракту горючего газа 8 и подаваемого с избытком воздуха и/или кислорода по тракту 9, при этом приспособление 7 выполняет роль инициатора горения для окисления (горения) газа в шахте печи в присутствии окислителя. Зона 24, очерченная штриховыми линиями, ориентировочно ограничивает зону окисления (горения) остатков горючих газов. Нижняя ее граница приблизительно соответствует зоне начала восстановления. Зона 25 приблизительно соответствует завершению восстановления шихты. Зона 21 соответствует зоне плавления (для отдельных ферросплавов - завершению восстановления и плавления).

Работа устройства происходит следующим образом. С помощью механизмов перемещения 3 нагревательные узлы 2 (например, плазмотроны) устанавливают в рабочее положение. Подают на них соответствующий технологическим параметрам плавки расход плазмообразующего газа из печи. Через механизм загрузки 5 шихтовые материалы (руду с восстановителем и шлакообразующими материалами) загружают в шахту 4 плавильной печи. Запускают нагревательные узлы. Нагретый плазмообразующий газ продувает слой шихты, под действием чего шихта в плавильной зоне 21 интенсивно восстанавливается и расплавляется. Твердая шихта в зоне 22, 24, 25, а затем расплав в зоне 23 взаимодействуют с восстановительным газовым потоком, и таким образом осуществляется восстановление металла из шихты в расплав. Восстановленный расплавленный металл стекает через летку 6. Как правило, в процессе плавки шихты, содержащей восстановитель (например, кокс) и восстанавливаемую руду, состав газа на выходе из печи таков: 75÷95% СО, 2÷8% Н2O, 0÷20% СO2. Газ-восстановитель дожигается, как правило, за пределами печи. При этом потери энергии соизмеримы с мощностью нагревательных узлов, что снижает общий КПД печи. Например, при использовании плазмотронов мощностью 1,5 МВт при дожигании СО и Н2 вне печи может быть потеряно до 2,0÷2,5 МВт запасенной в них химической энергии. Дожигание СО в слое шихты (зоне горения 24) с помощью приспособления 7 путем инициирования горения и подмешивания к нему сжатого воздуха и/или кислорода для протекания процесса окисления СО и Н2 соответствует практически удвоению мощности печи. Причем для поддержания оптимальной концентрации СО и Н2 в плавильной зоне 21 и восстановительной зоне 25, необходимой для полноты, правильной направленности и скорости реакций восстановления, газ, подаваемый в зону плавления 21 и зону восстановления 25, отбирают через верхний патрубок отбора газа в колошниковой зоне 12, верхний патрубок шахты на участке дожигания 13, нижний патрубок шахты 14, нижний патрубок на участке свода плавильной емкости 15 и смешивают в необходимых пропорциях при помощи устройств 19 регулирования расхода газа. Газ, оптимизированный по составу и температуре в результате смешивания, участвует наряду с твердым восстановителем в процессе восстановления, а непрореагировавшие остатки горючих газов поджигаются с помощью приспособления 7 и окисляются в зоне горения 24. Отобранный газ при помощи устройств 19 регулирования расхода газа смешивают между собой в заданных пропорциях, при необходимости контроля состава газа по трактам при помощи устройства 20, и по трактам подачи газа 10 возвращают в плавильную зону 21 печи с помощью нагнетателя 17 через нагревательные узлы 2 и патрубок свода 16. Избыточную часть газа удаляют из печи при помощи дымососа 18. Таким образом, в каждой зоне печи поддерживается необходимая концентрация восстановительного газа, из исходной руды извлекается максимальный процент ценных материалов, тепло газов отдается нагреваемой руде, КПД и производительность печи увеличивается. Кроме того, на выходе из печи выбрасываемый газ содержит преимущественно СO2 и Н2O, практически не горюч и неопасен, что благоприятно сказывается на состоянии окружающей среды.

1. Устройство для получения металлов и сплавов путем восстановительной плавки, содержащее плавильную печь, состоящую из плавильной емкости с, по меньшей мере, одним дуговым нагревательным узлом и шахты с механизмом загрузки шихтовых материалов, и газовую систему для подачи и забора газа, при этом устройство снабжено расположенным в шахтной части печи, по меньшей мере, одним приспособлением для сжигания газа в слое шихты с использованием воздуха и/или кислорода, верхними и нижними патрубками отбора газа из шахтной части печи и патрубком подачи газа в своде плавильной емкости, при этом патрубки отбора газа из шахтной части печи соединены газовыми трактами, выполненными с устройствами регулирования расхода газа, с приспособлением для сжигания газа в слое шихты в шахтной части печи, с нагревательным узлом и с патрубком подачи газа в своде плавильной емкости.

2. Устройство по п.1, которое снабжено устройством контроля химического состава газов по трактам.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к прогнозированию величины полости в системах уплотненного слоя. .

Изобретение относится к восстановлению окислов металла в шахтной печи, имеющей верхнюю и нижнюю шахты. .

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к печам для обжига и металлизации железорудного сырья. .

Изобретение относится к области металлургии, и может быть использовано в процессах модифицирования, рафинирования и легирования черных металлов. .

Изобретение относится к технологии переработки металлургического сырья, содержащего оксиды железа, восстановлением до железа. .

Изобретение относится к процессам прямого получения железоуглеродистых сплавов с помощью плазменной технологии. .

Изобретение относится к прямому восстановлению железа, восстанавливая оксид железа до металлизованного железа путем контактирования с горячим восстановительным газом.

Изобретение относится к черной металлургии и касается получения губчатого железа в шахтных печах с применением конвертированного природного газа. .

Изобретение относится к прямому восстановлению частиц оксида железа, чтобы получить железо, восстановленное прямым способом (ЖВПС)

Изобретение относится к способу и устройству для получения губчатого железа из содержащего оксид железа кускового материала путем прямого восстановления в восстановительной шахте с использованием восстановительного газа

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в процессе восстановления металлов из их окислов восстановительным газом в шахтной печи. Способ включает стабилизацию и поддержание температурного режима в зонах карбюризации, внутрислоевой конверсии и восстановления шахтной печи автономно путем нагрева индукторами, при этом в зону внутрислоевой конверсии подают холодную газовую смесь, предназначенную для конверсии. Изобретение позволяет улучшить качество металла, уменьшить загрязнение окружающей среды и попутно получать товарный горючий газ.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу получения чугуна и восстановительного газа в шахтной печи высокого давления с огнеупорной футеровкой без использования или с минимальным использованием кокса. Железную руду и шлакообразующий материал подают в верхнюю рабочую зону шахтной печи. Одновременно восстанавливающий газ, получаемый в газификаторе с огнеупорной футеровкой с использованием предварительно нагретого кислорода, подают через фурмы в нижнюю и среднюю рабочие зоны печи. В печи поддерживают высокое давление, что способствует увеличению ее производительности и упрощает использование отходящего восстанавливающего газа в последующих производственных процессах. 18 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу и установке для производства железа прямого восстановления посредством прямого контакта оксидов железа с потоком рециркулирующих и регенерируемых горячих восстановительных газов, содержащих водород и моноксид углерода. Отработавший восстановительный газ, содержащий водород, моноксид углерода, диоксид углерода, метан и воду, очищают и охлаждают, обрабатывают в аппарате для избирательного удаления диоксида углерода. В результате производят обработанный восстановительный газ, содержащий водород, моноксид углерода и метан. Первую его часть после нагревания направляют на рециркуляцию в восстановительный реактор, а вторую часть обрабатывают в аппарате для физического разделения газа с получением первого газового потока, имеющего более высокое содержание водорода, и второго газового потока, имеющего более высокое содержание моноксида углерода и метана. Первый газовый поток используют в качестве топлива в нагревателе восстановительного газа, а второй газовый поток направляют на рециркуляцию в восстановительный реактор. Изобретение обеспечивает уменьшение неконтролируемого выброса в атмосферу диоксида углерода. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 табл., 1 пр.

Изобретение относится к системе и способу восстановления оксида железа до металлического железа с применением коксового газа и газа сталеплавильной кислородной печи. Изобретение направлено на максимизацию количества полученного железа прямого восстановления при использовании внешнего источника восстановителей, представляющего собой коксовый газ (COG) и/или газ основной кислородной печи (BOFG). Из смеси отходящего газа шахтной печи, полученного из шахтной печи прямого восстановления, и BOFG удаляют диоксид углерода. Полученный газ, бедный CO2, смешивают с чистым COG, увлажняют и нагревают в нагревателе с теплообменником. В нагретый восстановительный газ вводят кислород и полученный горячий восстановительный газ подают в шахтную печь прямого восстановления. Отработанный горячий восстановительный газ выходит из шахтной печи прямого восстановления в виде отходящего газа шахтной печи с образованием пара в котле-утилизаторе избыточного тепла, его очищают в скруббере-холодильнике, сжимают и рециркулируют для объединения со свежим BOFG. Часть отходящего газа шахтной печи направляют в нагревательные горелки. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к системе и способу восстановления оксида железа до металлического железа на сталелитейном заводе с полным циклом. Система содержит шахтную печь прямого восстановления, в которой восстанавливают оксид железа до металлического железа с применением потока восстановительного газа и обеспечивают отходящий газ, источник коксового газа (COG) для введения COG в содержащий по меньшей мере часть отходящего газа поток восстановительного газа, используемого в указанной шахтной печи прямого восстановления, и трубопровод для передачи части COG из источника COG в переходную зону шахтной печи прямого восстановления. COG при введении имеет температуру приблизительно 1200ºC или выше. COG имеет содержание CH4 от приблизительно 2% до приблизительно 13%. Предпочтительно COG является реформированным COG. Необязательно COG является свежим горячим COG. Источник COG включает систему неполного окисления. Необязательно источник COG включает горячую кислородную горелку. Изобретение обеспечивает максимизацию количества DRI, HDRI или HBI, которые могут быть получены из взятого количества COG и/или BOFG, исключение внешней печи каталитического реформинга, ограничение накопления N2 до приемлемого уровня. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к получению губчатого железа высокого качества из кусковой руды или окатышей в шахтной печи (ШП) с использованием природного газа и оборотного рециркуляционного газа. В верхней зоне ШП осуществляют предварительное восстановление в противотоке продуктами неполного сжигания природного газа воздухом или его смесью с кислородом до степени восстановления 40-70%, в зоне металлизации получают губчатое железо со степенью восстановления φ=94-97% с содержанием углерода С=2-3% и далее его охлаждают. Окончательное науглероживание полученного в зоне металлизации губчатого железа и цементирование до содержания С=3,0-4,0%, включая карбид железа Fe3C, осуществляют в промежуточной зоне, расположенной ниже зоны металлизации. При этом восстановление в зоне металлизации осуществляют в противотоке газом-восстановителем, образуемым в слое губчатого железа путем пиролиза и конверсии углеводородов природного газа, поступающего в печь в смеси с оборотным циркулирующим газом, очищенным от оксидов и нагретым до 900-1000°С вне печи, с осуществлением перетока в зону предварительного восстановления до 20% от общего расхода газа на выходе из зоны металлизации. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в области получения губчатого железа в шахтной печи. Осуществляют газовую термообработку кусковой руды или окатышей в зоне металлизации шахтной печи с применением газа-восстановителя, получаемого в газокислородном реакторе путем неполного сгорания природного газа кислородом при их тщательном смешении. Продукты конверсии - конвертированный газ с восстановительным потенциалом η=8-10, дополнительно смешивают с оборотным циркулирующим газом, очищенным от оксидов и обогащенным природным газом, а также нагретым до температуры 700-950°С в газонагревателе и подают в противотоке с шихтой в нижнюю часть зоны металлизации для достижения степени восстановления φ=93-95%. Довосстановление до степени φ=95-97% и цементирование с повышением до 3-5% углерода в губчатом железе, включая карбид железа Fe3C, осуществляют в промежуточной зоне, расположенной между зонами металлизации и охлаждения. В зону охлаждения в противотоке с полученным губчатым железом подают охлажденный и обогащенный углеводородами в замкнутом цикле оборотный газ. Изобретение обеспечивает повышение качества губчатого железа и снижение удельного расхода восстановительного газа. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх