Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗА ИЗ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ В КОНВЕРТЕРЕ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗА ИЗ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ В КОНВЕРТЕРЕ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗА ИЗ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ В КОНВЕРТЕРЕ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: изобретение относится к получению железа из железосодержащих сырьевых материалов в конвертере. Сущность: способ включает формирование начальной массы расплава железа, загрузку железосодержащих сырьевых материалов и ввод в течение производственной фазы в расплав снизу топлива, кислородсодержащего газа и необходимых добавок, дожигание полученных реакционных газов путем вдувания кислородсодержащих газов в газовое пространство над расплавом, с переносом полученного тепла расплаву, выпуск части расплава после производственной фазы и использование оставшейся части расплава в качестве начальной массы. Массу оставшейся в конвертере части расплава поддерживают равной 10-60% от массы расплава, имеющегося в конвертере после окончания производственной фазы, при этом загрузку железосодержащего сырьевого материала и вдувание кислородсодержащего газа на дожигание осуществляют сверху на поверхность расплава непрерывно в течение производственной фазы, причем содержание кислорода в кислородсодержащем газе поддерживают на уровне, не превышающем 50%. Степень дожигания реакционных газов в течение производственной фазы поддерживают в пределах 50-70%, а коэффициент полезного действия теплопередачи к расплаву около 90%. Для дожигания реакционных газов может быть использован нагретый до 1400oC воздух, обогащенный до содержания в нем 25% O2, при этом воздух подают на поверхность расплава через горловину конвертера. Железосодержащие сырьевые материалы, загружают в виде кусков, которые перед попаданием в расплав проходят через газовое пространство. Ввод кислородсодержащих газов для дожигания реакционных газов осуществляют посредством продувочных средств, расположенных изнутри, вблизи горловины конвертера и/или снаружи через горловину конвертера. Расплав выпускают порциями и получают железоуглеродистый сплав с содержанием углерода 0,2-4,2%. Шлакообразующие вдувают в расплав ниже поверхности ванны. Разлитый в чашки чугун либо подвергают обработке с промежуточным охлаждением для получения твердого чугуна, либо направляют в другой конвертер для производства стали. В качестве железосодержащего сырьевого материала используют восстановленную железную руду, губчатое железо, железорудные окатыши, металлический лом разного размера и качества, которые загружают в конвертер либо в смеси, либо по отдельности. Расход газа, подаваемого ниже поверхности расплава, регулируют в диапазоне от 10 до 100 м3/ч. Вдувание кислородсодержащих газов сверху осуществляют со скоростью 300-700 м/с, предпочтительно 300-500 м/с, обеспечивающей их скорость в момент удара с центральной частью поверхности расплава 50-150 м/с. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2090622
Класс(ы) патента: C21B13/00, C21C5/28
Номер заявки: 94044359/02
Дата подачи заявки: 20.12.1994
Дата публикации: 20.09.1997
Заявитель(и): Текнолоджикал Ресорсиз ПТИ, Лтд. (AU)
Автор(ы): Карл Бротцманн[DE]
Патентообладатель(и): Текнолоджикал Ресорсиз ПТИ, Лтд. (AU)
Описание изобретения: Изобретение относится к области металлургии, в частности к процессу изготовления железа из железосодержащих сырьевых материалов в конвертере.
Существующее на сегодня оборудование для чугунолитейной и сталелитейной промышленности направлено, главным образом, на бескоксовую металлургию. В последующих восстановительных способах выплавки, которые начинаются с железной руды для изготовления чугуна, используют каменный уголь вместо кокса в качестве энергоносителя и восстановительного агента. Другой путь расплавления железа состоит в том, чтобы использовать железосодержащие сырьевые материалы, например, железный лом, и регулировать желаемое содержание углерода для выплавки путем использования подобным образом углеродистых топлив. Этот последний способ включает также измерения для повышения производительности выплавки из железного лома в сталелитейном производстве.
Обзорное описание восстановительных способов выплавки, главным образом, на вспомогательном этапе, можно найти в публикации "Ent Wicklungslinien der Schmelzreduktion", Stahl und Eisen [1] Восстановительные способы выплавки осуществляются, главным образом, при наличии переплавляющего газификатора, в который уголь и кислород подаются к железному расплаву для компенсации энергетического баланса, а получающиеся в результате реакции газы CO и H2 используют затем в предыдущем восстанавливающем руду устройстве для восстановления железных руд полностью или частично. Этот предварительно восстановленный материал подается затем прямо к переплавляющему газификатору в большинстве случаев. Только процесс HI-выплавки осуществляется при высокой степени дожигания реакционных газов в свободной от газов полости восстановительной реторты выплавки и, следовательно, имеет отчасти благоприятный энергетический баланс без высоких излишков отработавшего газа с высокой энергией.
Статья "Stand der Verfahrenstechnik das Einschmelzen von Schrott mit fossiler Energie", Stahl und Eisen [2] описывает разнообразные возможности использования окаменелых энергоносителей для повышения производительности выплавки из металлического лома при изготовлении стали. Эта публикация объясняет не только применение разных сжигательных систем и способов предварительного нагревания металлического лома, но и дожигание реакционных газов для улучшения теплового баланса.
Патент [3] относится к процессу получения стали из металлического лома в очистной реторте, в которую твердые углеродсодержащие топлива вдуваются через фурмы ниже поверхности стальной ванны, а средства для верхнего вдувания и кислородсодержащие газы используются в качестве реагирующего агента, при этом термическую ценность углеродсодержащих твердых топлив утилизируют далее путем дожигания газообразных реакционных продуктов. Этот процесс характеризуется тем, что выделяющиеся газообразные реакционные продукты дожигаются с предварительно подогретым воздухом известным путем, а степень дожигания регулируется на 60-70% при фазе выплавки металлического лома. Очистная реторта представляет собой реторту мартеновской печи, подобную электрической печи. Этим патентом устанавливается степень дожигания от 60 до 70% на фазе переплавки и на 40-60% на фазе выплавки. Нагрев повторно переносят с коэффициентом полезного действия около 80% в результате уровень превышения температуры отработанных газов составляет около 200oC. Это повышение температуры отработанных газов не считается как чрезмерная нагрузка на огнеупорную облицовку очистной реторты.
Более ранние патентные заявки, например, заявка [4] описывает также пути повышения энергетического уровня выплавки при изготовлении стали. Процесс в указанной патентной заявке характеризуется тем, что твердый углеродсодержащий материал проводят в плавку под ее поверхностью, а окисляющий газ проводят в реторту для взаимодействия с углеродсодержащим материалом и для отвода тепла. Этот процесс осуществляется без дожигания реакционных газов, но твердые, содержащие железо, вещества непрерывно добавляются во время операции очистки.
Один из множества известных восстановительных способов выплавки представлен в патенте [5] Этот процесс для изготовления железа из руды, в котором состав железо-кислород восстанавливается в восстановительной для руды реторте в значительной степени вместе с реакционным газом из переплавленной реторты, и эта предварительно восстановленная руда подается затем в переплавляющую реторту и расплавляется при добавлении углеродсодержащих топлив и кислородсодержащих газов, причем реакционные газы охлаждаются по пути к восстановительной для руды реторте, характеризуется тем, что реакционные газы, появляющиеся из выплавки железа, частично дожигаются в переплавляющей реторте, а появляющееся в результате тепло переносится по большей части к выплавке, при этом реакционные газы охлаждаются восстанавливающимися агентами, которые окисляют одновременно реакционные газы.
При близком рассмотрении всех подробностей уровня техники целиком и, в частности, приведенных публикаций, видна картина, которая четко показывает недостатки. Это относится как к восстановительным способам выплавки, по которым получают железо из железных руд без коксового заряда, так и к переплавке альтернативных железосодержащих сырьевых материалов, в частности, металлического лома. Недостатки относятся не столько к убедительным металлургическим связям, сколько к экономическому и операционно надежному применению этих новых известных процессов получения железа. Сомнения в части экономии и осуществимости этих процессов поддерживаются также тем фактом, что ни один из них не введен в промышленную практику до сих пор.
Указанные высокие степени дожигания порядка 60-70% эффективности повторного переноса к выплавке получающегося в результате тепла порядка 80% с использованием предварительно подогретого воздуха приводят к повышению температуры отработавших газов порядка на 200oC. Повышение температуры отработавших газов на 200oC над температурой выплавки порядка 1500-1600oC приводит в результате к преждевременному износу облицовки в газовом пространстве конвертера и, следовательно, к более высоким затратам на огнеупорную защиту, в частности, при длительных сроках работы. Только один процесс к настоящему времени стал признанным в практической эксплуатации для получения стали в конвертере: он использует кислород для дожигания реакционных газов и позволяет достичь степени дожигания (из CO в CO2) примерно 20% как упоминалось, например, в патенте [6]
В производстве стали из металлического лома специалисту в данной области известны неопределенности в энергетическом балансе в образующейся фазе так называемой горячей пятки (когда переплавляют металлический лом). В этой фазе существуют очень большие отклонения в потреблении энергии, что, вероятно, относится, среди прочих факторов, к нерегулируемому окислению железосодержащих сырьевых материалов и к так называемому сквозному продуванию (среда из фурмы под ванной продувается сквозь плавку или горячую пятку нерегулируемым образом). Неудовлетворительно рассчитываемые или воспроизводимые значения потребления топлива в образующей горячую пятку фазе приводят в конечном счете обратно к использованию литого чугуна в чушках. Железосодержащие сырьевые материалы загружаются, так как они используются в конвертерном процессе для выплавки стали. Сначала частичное количество металлического лома загружается в пустой конвертер, а металлический лом преимущественно предварительно разогревается при работе данных фурм OBM/KMS (процессы с кислородной продувкой расплава или с обжиговым расплавлением металлического лома) конвертеров в качестве топок. Это первое количество металлического лома подается вслед за литым чугуном в чушках либо из доменной печи либо в виде полученного предварительно в конвертере чугуна из псевдочушек. Это количество составляет примерно 70% от выходного веса стальной порции. Топливо из полезных ископаемых и кислород вдувают затем в эту загруженную плавку, чтобы подать тепло к ванне. Общее количество металлического лома для изготовления стальной выплавки добавляют к плавке, по меньшей мере, в две порции. Эта известная процедура используется при KS или KMS процессе (обжиг металлического лома или обжиг расплавленного металлического лома), который позволяет получить сталь из металлического лома. Используемое топливо из полезных ископаемых представляет собой, главным образом, кокс бурого угля или антрацит, а для дожигания реакционных газов в газовом промежутке конвертера кислород протекает в реторту через фурму в колпак конвертера. Полученные цифры расхода представляют 225 кг угля и около 200 моль·м3 кислорода на тонну металлического лома. В среднем степень дожигания получается около 20% при коэффициенте полезного действия около 85% для повторной передачи тепла от дожигания на выплавку.
Как показано выше, существенные этапы для металлургических способов восстановления выплавки и изготовления стали из твердых материалов шихты известны. Однако, до сих пор невозможно выявить их в экономически выгодном надежном процессе, приемлемом в большом масштабе. Непрерывное добавление железоносителей таких, как предварительно восстановленная руда, железный пористый металл, куски металлического лома также известны в данной области техники, в частности, в процессе непрерывного получения стали. Однако, эти железосодержащие сырьевые материалы не подаются к выплавке через пространства, в которых оказывается большая концентрация CO2 и H2O вероятно для того, чтобы исключить нежелательное окисление железа.
Изобретение основано на проблеме обеспечения экономически выгодного процесса получения железа из железосодержащих сырьевых материалов в конвертере, который комбинированным совместным образом использует преимущества этих этапов известных способов без всяких недостатков этих известных процессов и, более того, приводит к процессу получения железа, который достоверен и характеризуется высокой производительностью в деталях, что позволяет проводить его в большом объеме с помощью компьютерного регулирования. Этот новый процесс должен быть в виде адаптируемого и гибкого решения в отношении его шихтовых материалов и энергоносителей, а также формировать превосходное основание для изготовления стали.
Решение этой проблемы состоит в том, что вес начальной железной плавки составляет от 10% до 60% от веса железной плавки, находящейся в конвертере после производственной фазы и до того, как будет выпущено частичное количество выплавки, а железосодержащие сырьевые материалы подают непрерывно к железному расплаву через газовое пространство конвертера во время производственной фазы, и в то же самое время непрерывно продувают кислородсодержащие газы, включающие не более 50% кислорода, на поверхность расплава.
Изобретение основано на том выводе, что конвертер для получения железа содержит начальную железную плавку, в которой газы, в частности, кислород и инертные газы, такие как азот и/или аргон и среди прочих газовые носители для твердых включений и окаменелые топлива проводятся ниже поверхности ванны для того, чтобы создать удовлетворительное перемещение расплава в ванне так, чтобы не только реакционные газы CO и H2, но и всплески из ванны появлялись в газовом пространстве конвертера. Одновременно с этим, во время производственной фазы предварительно нагретые окисляющие газы, содержащие не более 50% кислорода, непрерывно продуваются на железный расплав через газовое пространство конвертера, а комковатые железосодержащие сырьевые материалы также непрерывно подаются к расплаву в конвертер сверху.
Следует иметь в виду, что производственная база представляет собой период, начинающийся, когда конвертер принимает состояние продувки и заканчивающийся в тот момент, когда реторта возвращается назад из положения продувки в положение ожидания или выпуска. Как только конвертер занял положение продувания, топливо, то есть уголь и/или инертные газы, втекают в расплав ниже поверхности ванны для того, чтобы обеспечить вместе с их собственной подачей, необходимое перемещение ванны в качестве предварительных условий для качественной теплопередачи от дожигания реакционных газов. В то же время как среда подводится ниже поверхности ванны, окисляющие газы подводятся с верхней продувкой, а железосодержащие сырьевые материалы непрерывно добавляются сверху. Это рабочее состояние поддерживается на всей производственной фазе. Как только конвертер занимает положение выпуска для ванны с изготовленным железом, производственная фаза заканчивается. Производственную фазу можно, конечно, прервать один или более раз для того, например, чтобы взять образец железной плавки. Конвертер затем поворачивают в положение ожидания, при котором горловины подванных фурм обычно располагают над расплавом в конвертере.
Термин "конвертер" в соответствии с изобретением относится не только к традиционной сталелитейной емкости, такой как LD (с кислородным процессом) или OBM/KMS конвертеру, но и к модифицированным типам очищающих реторт, которые обычно выполнены вращающимися или частично вращающимися или качающимися.
Подтверждено, что процесс согласно изобретению практически стабилен, если высокая степень дожигания реакционных газов от 50% до 70% предпочтительно, от 60% до 70% поддерживается в газовом пространстве конвертера надежным образом на протяжении всей производственной фазы. Среднюю степень дожигания порядка 65% можно нормально предполагать для производственной фазы, а теплопередачу к железному расплаву порядка 90% Эти значения можно принять в качестве базовых, когда устанавливают энергетический баланс для осуществления изобретения чугунолитейного процесса.
Четкие отклонения от этой средней степени дожигания в установленном интервале означает, что конвертер особенный. То есть, если средняя степень дожигания 65% по всей производственной фазе подходит примерно после того, как конвертер запущен, то это значение будет также в результате с относительно небольшим изменением в последующем производстве чугуна на этом конвертере. Разность в степени дожигания от конвертера к конвертеру появляется, вероятно, вследствие геометрии конвертера, в частности, из-за расположения верхнепродувочных средств снаружи от горловины конвертера. Однако, длинный ход окисляющих газов для дожигания стимулирует степень дожигания и приводит к воспроизводимым надежным результатам. Относительно длинный ход дожигающих газов получается благодаря предпочтительному устройству верхнепродувочных средств в пространстве над горловиной конвертера так, чтобы окисляющие газы ударялись в плавку в конвертере через горловину конвертера, используя всю высоту газового пространства конвертера. Полезный верхнепродувочный газ для дожигания реакционных газов в газовом промежутке конвертера, как оказывается, является горячим воздухом, например, предварительно подогретым воздухом, как это обычно используется при процессе в доменной печи. Горячий воздух можно обогатить кислородом для повышения степени дожигания. Концентрации кислорода от атмосферного содержания кислорода в 21% до 50% максимально можно успешно применять в соответствии с настоящим изобретением. Галечный нагреватель по патенту ФРГ N 38 41 708, который работает с превосходным нагревающим к.п.д. и доказал полезность при высоких температурах предварительного подогрева, особенно подходит для производства горячего воздуха. Например, его можно успешно использовать при выполнении изобретенного процесса для горячего воздуха с температурой предварительного подогрева порядка 1400oC и при обогащении кислородом примерно на 25%
Предпочтительное и преимущественное положение арматуры верхнепродувочных средств находится вблизи горловины конвертера при изобретенном процессе. Эти верхнепродувочные средства располагают либо снаружи от горловины конвертера, например, над конвертером, либо в верхнем пространстве конвертера вблизи горловины конвертера. Благоприятное расположение арматуры верхнепродувочных средств, например, фурм, подающих газ труб, трубных отверстий или тщательно спроектированных средств, так как завихрительные фурмы, достигает длинного хода верхнепродувочных окисляющих газов через все газовое пространство конвертера, используя в значительной мере имеющуюся его высоту. Верхнепродувочные средства внутри конвертера можно жестко закрепить с помощью средств, проходящих через огнеупорную облицовку конвертера, или подходящим образом съемных или обжимных для ввода газа труб, включая конструкции, которые вращаются в горловине конвертера сбоку или по завихряющей окружности. Можно использовать известные конструкции или вновь спроектированные выгодные решения, адаптированные для конвертера. Признаки, важные для этого способа, состоят в том, чтобы их подогнать вблизи газового пространства конвертера, по возможности, на полный ход верхнепродувочных струй.
Согласно изобретению, комковатые железосодержащие сырьевые материалы подают через весь газовый промежуток перед тем, как попасть в железную ванну и там расплавиться. Когда они проходят через конвертерное газовое пространство, где реакционные газы дожигаются и присутствует также много железных и шлаковых частиц из пыли и капель на большие фракции выплавки, то железосодержащие сырьевые материалы нагреваются на своей поверхности и погружают железные и шлаковые частицы из конвертерного газового пространства. Комбинированное действие дожигания реакционных газов с нагреванием железосодержащих сырьевых материалов и их захватывание топливной пылью и большими частицами на их пути через конвертерное газовое пространство, вероятно, вносит вклад в удивительно высокий коэффициент полезного действия теплопередачи к плавке железа примерно 90% Железосодержащие сырьевые материалы можно вводить через собственно горловину конвертера или через подходящее подающее окно вблизи с горловиной конвертера. Железосодержащие сырьевые материалы транспортируются к этому месту подачи традиционными транспортирующими средствами, например, с помощью подающего шнека, транспортными лентами или вибрирующими скатами.
В способе по изобретению содержание углерода в диапазоне примерно от 0,2 до 4,2% а предпочтительно от 2,5 до 3,5% поддерживается в выплавке железа в конвертере в течение производственной фазы железа. Содержание углерода для начальной выплавки железа и для выпускаемого из конвертера частичного количества выплавки железа находится приблизительно в том же диапазоне. Желательное содержание углерода регулируется в выплавке железа путем добавления полезноископаемых топлив к ванне с учетом количества кислорода, подаваемого для сжигания этих нагревательных сред. Использование полезноископаемых топлив не ограничивается специальными материалами. В частности, можно использовать различные угольные сорта, без ограничения в выражениях его состава или содержания в нем летучих компонентов. Пригодны различные сорта углей от антрацита до газо-пламенных углей так же, как и остатки после рафинирования, графитовые и углеродные отходы соответствующих производств. Подобным образом можно использовать жидкие и газообразные углеводороды.
Как топливоподачу, так и шлакообразующие и офлюсовывающие шлак агенты можно вдувать в железную плавку ниже поверхности железной ванны с газовым носителем, например, азотом. Состав шлака регулируется путем обычным в черной металлургии для связывания веществ, сопутствующих металлическому лому, и рудных пород железных руд. Мелкую известь подают к выплавке, главным образом, в качестве шлакообразующего агента для поддержания основания, определяемого в виде CaO/SiO2 отношения в шлаке, в диапазоне примерно от 1,4 до 1,9. Эти шлаки ведут себя более благоприятно по отношению к обычной облицовке конвертера из кирпичей с окисью магния, чем шлаки с более низкой щелочностью, например, подобные тем, что появляются при восстановлении выплавки. Эта возможность простым образом регулировать нейтральные шлаки в конвертере подобным образом содействует повышению экономичности изобретенного способа.
Краткое вдувание известкового порошка во время производственной фазы железа приводит в результате не только к желаемым щелочным свойствам шлака, но и обеспечивает также очень эффективное удаление серы и дефосфорацию железной выплавки. В частности, использование мягкой негашеной извести с размерами зерен до 0,03 мм очень эффективно на этом этапе металлургического процесса.
Именно в объеме этого изобретения полученный литой чугун в чушках рафинируют в сталь в том же самом конвертере и затем выпускают ванну с окончательно полученной сталью из конвертера. Однако, этот вариант процесса представляет собой особый случай, который может быть полезен, например, в производственном каркасе металлургических работ. Эта возможность показывает высокую приспосабливаемость и гибкость изобретенного способа.
В противоположность этому особому случаю, изобретенное получение стали во втором конвертере имеет существенное значение, так как является надежным и эффективным с точки зрения затрат процессом. В соответствии с первым изобретенным вариантом сдвоенной конвертерной технологии, частичное количество, выпускаемое из конвертера для получения чугуна, подается прямо во второй конвертер или в электродуговую печь, а сталь изготавливают при нагревании известным способом. Второй вариант изобретенного способа состоит в том, чтобы охлаждать чугун, полученный в изготавливающем чугун конвертере и выполнить чугун в твердых чушках в виде слитков или гранулированного материала традиционным способом. Этот чугун в твердых чушках можно затем транспортировать любым желательным способом и укладывать в промежуточный склад до тех пор, пока он окончательно не выполнится в сталь путем желательного и известного способа выполнения стали, например, путем конвертерного процесса или в электродуговой печи. Производство чугуна в твердых чушках имеет практическое значение для производства в том месте, где обнаруживают железную руду, где подходящие полезноископаемые топлива также имеются в наличии. Экономично выполнять чугун в чушках с помощью изобретенного способа в большом масштабе в таких местах и потом транспортировать чугун в твердых чушках к отдаленным сталепроизводящим заводам, поскольку это снижает не только затраты на производство чугуна в твердых чушках, но и расходы на транспортировку. Чугун в твердых чушках можно затем переплавить с помощью изобретенного способа на месте назначения.
Конкретное преимущество изобретенного способа состоит в том, чтобы преобразовать восстановленную железную руду со степенью металлизации около 90% обычно после процесса в шахтного или барабанного типа печи, в чугун в твердых чушках на месте добычи, где доступны также недорогие топлива, и чтобы переплавить его во втором конвертере в соответствии с изучением изобретения и рафинировать его в сталь традиционным путем. При небольшом количестве топлива полезных ископаемых, потребного для переплавки чугуна в твердых чушках в виде гранулированного материала или чугуна в чушках, их зольное и/или серное содержание уже более не имеет неблагоприятного действия на получение стали или последующую металлургическую обработку. Таким образом, только от 10 до 20 кг угля на 1 т железа требуется для переплавки этого чугуна в твердых чушках при содержании углерода примерно в 4% с предварительным нагреванием примерно до 800oC. Высокотемпературное нагревание в 800oC относительно легко получить в этом равномерном материале в отношении размерности и состава. Низкая энергия, необходимая для переплавки чугуна в твердых чушках дает в результате дополнительные преимущества. Время, необходимое для этой операции переплавки чугуна в твердых чушках и его металлургическую обработку, сравнимо приблизительно со временем, необходимым для традиционного процесса рафинирования на изготовление стали из литого чугуна в чушках в конвертере на сегодня. Это означает, что после перехода на изобретенный способ конвертерное сталелитейное оборудование может легко поддерживать нормальное время цикла, определяемое, например, непрерывной разливкой. При этой сдвоенной конвертерной технологии процесс согласно изобретению позволяет, таким образом, на первое время восстановить железную руду выгодным образом и с улучшенной экономичностью на месте, где имеется в распоряжении недорогой природный газ, например, изготовить чугун в твердых чушках, как описано, и осуществить изготовление стали без доменного процесса на существующих сталеплавильных конвертерных заводах, с чугуном в твердых чушках в качестве шихтового материала.
Способ в соответствии с настоящим изобретением не связан с определенными железосодержащими сырьевыми материалами. Наоборот, он является гибким в этом отношении и его можно выгодно приспособить к использованию различных железосодержащих сырьевых материалов. Например, железную руду в виде предварительно восстановленной железной руды, железный губчатый металл, железные окатыши, измельченный металлический лом, металлический лом разного сорта и размеров, и, конечно, различные смеси из этих железосодержащих сырьевых материалов можно непрерывно подавать к железной плавке в конвертер через газовое пространство конвертера. Было подтверждено, что преимущества перед другими переплавляющими комплексами, например, для переплавки железного губчатого материала, т. е. высокометаллизированного продукта из устройств для прямого восстановления, получены благодаря изобретенному способу. Этот железосодержащий сырьевой материал, полученный с комплекса непосредственного восстановления, содержит обычно около 90% металлического железа, около 5% окисного железа и около 5% еще других окисных составляющих, получающихся в результате из неценных рудных пород железной руды. Чтобы переплавить этот продукт, требуется около 700 кВт/ч. энергии электродуговой печи, и это значение почти на 30% больше, чем энергия, необходимая для расплава обычного коммерческого металлического лома. Более того, слабая теплопередача оказывает невыгодное действие на эффективность расплава при переплавке железного губчатого материала в электродуговой печи.
Изобретенный способ имеет очевидные преимущества при сравнении. В частности, выгодные значения расходов для переплавки железосодержащих сырьевых материалов в результате получаются, если аппроксимированно регулировать нормы подачи следующих сред. Ниже поверхности ванны следует подавать к расплаву общее количество газа от 10 м3/ч. до 100 м3/ч. в частности, от 20 до 40 м3/ч. в расчете на 1 тонну железа. Количество горячего воздуха с верхней продувкой из горловины конвертера составляет около 500 м3/ч. на тонну железа. Преимущественно низкий расход угля можно получить, если температура горячего воздуха будет как можно выше, а обогащение кислородом низкое. Таким образом, достигнуты значения расхода угля 90 кг для переплавки 1 т железного губчатого материала при температуре горячего воздуха 1400oC и при кислородном обогащении до 25% В дополнение к этой установленной норме расхода угля некоторое количество угля следует ввести для цементации железной выплавки. Для угольных сортов с компонентами высокой улетучиваемости, порядка, например, от 20 до 30% не более, или только с небольшим их количеством, следует проводить инертный газ и кислород вместе с транспортирующим газом ниже поверхности ванны.
Согласно изобретению, относительно длинный ход верхнепродувочных струй и использование нагретого воздуха, при обогащении кислородом или без него, представляют собой важное предварительное условие для надежного регулирования высокой степени дожигания в конвертерном газовом пространстве. Более того, следует убедиться, что имеется достаточно высокая скорость горячего воздуха на выходе из верхнепродувочных средств. Желательные скорости потока у выходных окон для горячего воздуха составляют от 300 до 700 м/с. Предпочтительно от 300 до 500 м/с. На практике значение в 400 м/с подтвердило благоприятный результат. Верхнепродувочную струю направляют приблизительно по центру поверхности железной ванны и она ударяет в нее при скорости от 50 до 150 м/с. Эта закономерность применима для свободно падающей струи. Для конвертера с производительностью выплавки около 100 т железа губчатой структуры в час количество горячего воздуха составляет около 50000 м3/ч. Это количество горячего воздуха можно вдувать в конвертер при выходной скорости горячего воздуха 400 м/с из двух верхнепродувочных труб с проходным диаметром около 30 см. Преимущественная ударная скорость и ударная поверхность в конвертере, которая соответствует приблизительно половине расплавленной поверхности ванны достигается при ходе свободно падающей струи на длине примерно 6 м. Для обычных размеров конвертера это означает, что выходные окна для воздуха верхнепродувочных средств следует располагать примерно на 1 м над горловиной конвертера. Вместе с благоприятными жидкостными условиями для свободно падающей струи это устройство верхнепродувочных труб, расположенных так высоко над горловиной конвертера, дает результат без ограничений для вращающегося движения конвертера. Это также упрощает конструкцию верхнепродувочных средств в системе отработавших газов конвертера.
Здесь не имеется фундаментальных ограничений для выбора или конструкции верхнепродувочных средств для горячего воздуха. Можно использовать любую завихренную фурму, как описано в патенте ФРГ N 3903705, либо обычные трубы. Поперечные сечения на выходе могут также иметь любую желаемую форму (с учетом условий установки), будь то круглые, прямоугольные, квадратные, в виде параллелограмма, многогранные или эллиптически. В объеме изобретения предусматривается также необходимость перераспределять продувочное поперечное сечение для выходной производительности по двум или более верхнепродувочным окнам.
Для верхнепродувочных средств, имеющих круглое поперечное сечение выходных окон, можно преимущественно использовать проходные диаметры порядка от 10 до 40 см. В частности, благоприятен диаметр около 20 см.
Когда используется процесс согласно изобретению для переплавления металлического лома, доказано, в частности, что выгодно использовать мелкоразмерный металлический лом, в частности, измельченный металлический лом различного происхождения. Куски металлического лома с размерами до 20 см в направлении их наибольшей протяженности можно просто загружать через горловину конвертера и они попадают через газовое пространство в расплав. Куски измельченного металлического лома, включая их примеси, проявляют себя подходящим образом, если они переплавляются с помощью изобретенного способа благодаря их соотношению веса к поверхности. Кроме того, примеси полностью сгорают, а появляющиеся в результате газы вводятся в реакцию в горячем газовом пространстве конвертера, так что они не обременяют собой окружающую среду. Хотя металлический лом добавляется непрерывно, но не происходит наращивания отработанных газов или дыма, как этого невозможно исключить при обычном шихтовании металлического лома, например, на конвертерных сталелитейных заводах. Таким образом, изобретенный способ и экологически приемлем, в частности.
Для переплавки измельченного металлического лома относительно благоприятные цифры расхода можно получить при тех выгодных условиях, что установлены для выплавки металлического материала с губчатой структурой. Средняя степень дожигания 65% при термическом к.п.д. 90% может быть достигнута при том, что около 100 кг угля достаточно для переплавки 1 тонны железа.
Изобретение далее разъясняется более подробно со ссылками на схематический чертеж и на неограничивающие примеры.
Фиг. 1 схематически показывают продольное сечение конвертера, включая фурмы под ванной и верхнепродувочные средства.
На чертеже показан конвертер с внешней листовой стальной рубашкой 1 и с внутренней огнеупорной облицовкой 2. Этот конвертер содержит железную плавку 3 со слоем 4 шлака. Среда и грунт, твердо шихтующие материалы подаются к плавке через донные фурмы 5. Они представляют собой ОВМ (кислородно-продувочные для расплава) фурмы, содержащие две концентричные трубы, из которых центральная предназначена для транспортировки сред, в то время как газообразные или жидкие углеводороды протекают по кольцевому зазору, защищая фурмы от преждевременного выгорания.
Предварительно подогретые окисляющие газы, содержащие не более 50% кислорода, продуваются верхнепродувочными средствами 6 через конвертерное газовое пространство 7 на поверхность расплава в ванне. Окно 8 вблизи горловины 10 конвертера предназначено для подачи комковатых железосодержащих сырьевых материалов 11, которые доходят до впускного патрубка с окном 8 с помощью транспортирующих средств 9.
Как описано выше, существует значительная свобода для проектирования верхнепродувочных средств 6 в отношении количества, геометрической формы и устройства. Чертеж показывает два верхнепродувочных средства с разными углами наклона, которые бьют в центр поверхности ванны с центральными конусами своих верхнепродувающих струй, покрывая поверхность, приблизительно соответствующую, по меньшей мере, половине площади поперечного сечения в свету конвертера. Количество верхнепродувочного газа можно, конечно, также распределять по более, чем двум, например, по четырем, верхнепродувочным средствам. Последние можно расположить, например, на кольцевом сегменте горловины 10 конвертера и установить с промежутком от края горловины. Для конвертера с выпускным весом, например, 60 т, четыре верхнепродувочных средства имеют диаметр в свету 15 см и расположены равномерно по кольцевому сегменту с промежутком 30 см от края горловины конвертера и на 40 см с промежутком один от другого.
Верхнепродувающие струи горячего воздуха из верхнепродувочных средств 6 действуют в газовом пространстве 7 конвертера. Железосодержащие сырьевые материалы 11 падают через эти верхнепродувочные струйные султаны, а здесь имеются, кроме того, всплески плавки, показанные точками 12, в газовом пространстве конвертера. Комбинированное действие различных технических приемов подачи твердых включений и сред согласно изобретению с явлениями всплесков газового потока в конвертерном газовом пространстве приводят в конечном результате к устойчиво высокой степени дожигания в 65% в среднем к высокой степени теплопередачи к плавке порядка 90% Вследствие благоприятной, в частности, степени теплопередачи здесь имеется только незначительное повышение температуры отработавших газов, которые покидают газовое пространство конвертера через конвертерную горловину 10 и проходят в газоочистительное устройство через вытяжную трубу 13. Повышение температуры отработавших газов составляет порядка 100oC и не влечет за собой преждевременного износа конвертерной облицовки 2 в газовом пространстве или в верхнем контуре реторты.
Когда используется изобретенный способ для переплавки малоразмерного металлического лома, например, измельченного металлического лома, вес начальной железной плавки составляет 20 т, и этот вес увеличивается во время производственной фазы до 80 т, от которой частичное количество затем, порядка 60 т, выпускается из конвертера после производственной фазы. Надо подавать 6 т угля в час к железной плавке через две донные фурмы 5 с внутренним диаметром центральной трубы 18 см. Количество верхнепродувочного горячего воздуха составляет 40000 м3/ч. Диаметр верхнепродувочных средств в свету составляет 35 см. Суммарную площадь поперечного сечения можно также перераспределять по отдельным средствам подачи горячего воздуха, как описывалось выше. Горячий воздух имеет среднюю температуру порядка 1300oC, которая колеблется приблизительно от 1200 до 1400oC.
Что касается этого описания изобретения, то оно показывает, что процесс характеризуется высокой гибкостью и приспосабливаемостью. Способ надежен и его хорошая воспроизводимость делает его пригодным для осуществления с компьютерным регулированием. Изобретенный конвертерный способ получения железа представил возможность получать чугун в твердых чушках очень выгодно и экономично, в конкретном подходящем месте, и получать сталь из этого твердого чугуна в чушках с низкими затратами на существующем известном сталелитейном оборудовании. Именно в объеме изобретения процесс изготовления чугуна и стали благоприятно адаптируется к условиям на различных заводах на основе его существенных признаков.
Формула изобретения: 1. Способ получения железа из железосодержащих сырьевых материалов в конвертере, включающий формирование начальной массы расплава железа, загрузку железосодержащих сырьевых материалов и введение в расплав снизу в течение производственной фазы топлив, кислородосодержащих газов и необходимых добавок, дожигание полученных реакционных газов путем вдувания кислородосодержащих газов в газовое пространство над расплавом с переносом полученного тепла расплаву, выпуск части расплава после производственной фазы и использование оставшейся части расплава в качестве начальной массы, отличающийся тем, что массу оставшейся в конвертере части расплава поддерживают равной 10 60% от массы расплава, имеющегося в конвертере после окончания производственной фазы, при этом загрузку железосодержащего сырьевого материала и вдувание кислородосодержащего газа для дожигания осуществляют сверху на поверхность расплава непрерывно через газовое пространство в течение производственной фазы, причем содержание кислорода в кислородосодержащем газе поддерживают на уровне не более 50%
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что степень дожигания реакционных газов поддерживают в пределах 50 75% а КПД теплопередачи к расплаву около 90%
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что степень дожигания реакционных газов в течение производственной фазы поддерживают в пределах 60 70% в среднем 65%
4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что для дожигания реакционных газов используют горячий воздух, обогащенный или необогащенный кислородом.
5. Способ по любому из пп.1 4, отличающийся тем, что в качестве газа, используемого для дожигания реакционных газов, используют нагретый до 1400oС воздух, обогащенный до содержания в нем 25% О2, при этом воздух подают на поверхность расплава через горловину конвертера.
6. Способ по любому из пп.1 5, отличающийся тем, что в конвертер загружают железосодержащие сырьевые материалы в виде кусков, которые перед попаданием в расплав проходят через газовое пространство.
7. Способ по любому из пп.1 6, отличающийся тем, что ввод кислородосодержащих газов для дожигания реакционных газов осуществляют посредством продувочных средств, расположенных изнутри вблизи горловины конвертера и/или снаружи через горловину конвертера.
8. Способ по любому из пп.1 7, отличающийся тем, что расплав выпускают порциями, а железоуглеродистый сплав, получаемый в конвертере, имеет содержание углерода 0,2 4,2% предпочтительно 2,5 3,5%
9. Способ по любому из пп.1 8, отличающийся тем, что в качестве добавок в конвертер вводят шлакообразующие реагенты, в качестве которых используют преимущественно известковый порошок, который вдувают в расплав ниже поверхности ванны с несущим газом.
10. Способ по любому из пп.1 9, отличающийся тем, что разлитый в чушки сплав либо подвергают обработке с промежуточным охлаждением для получения твердого чугуна, либо направляют в другой конвертер, нагретый до такой же степени, для получения стали.
11. Способ по любому из пп.1 10, отличающийся тем, что в качестве железосодержащего сырьевого материала используют железную руду, восстановленную железную руду, губчатое железо, железорудные окатыши, металлический лом разного размера и качества, которые загружаются в конвертер либо в смеси либо по отдельности.
12. Способ по любому из пп.1 11, отличающийся тем, что расход газа, подаваемого ниже поверхности расплава регулируют в диапазоне 10 100 м3/ч, предпочтительно 20 40 м3/ч на 1 т железа.
13. Способ по любому из пп.1 12, отличающийся тем, что вдувание кислородосодержащих газов сверху осуществляют со скоростью 300 700 м/с, предпочтительно 300 500 м/с, обеспечивающей их скорость в момент удара о поверхность расплава в центральной части верхней обдувающей струи 50 150 м/с.