Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ПЛАВКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО СЫРЬЯ
СПОСОБ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ПЛАВКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО СЫРЬЯ

СПОСОБ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ПЛАВКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО СЫРЬЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Сущность изобретения касается способа восстановительной плавки в металлургических реакционных сосудах, содержащих ванну расплавленного металла, в которую реагенты подаются ниже и выше поверхности ванны. Газы, выделяющиеся из ванны расплавленного металла, дожигаются в пространстве над расплавом за счет окислительных газов, вдуваемых в газовое пространство, а образующееся тепло передается ванне расплавленного металла. Фракции расплава в виде капель, брызг и крупных частиц расплава движутся по баллистическим траекториям в газовом пространстве металлургического реакционного сосуда, выбрасываемые из расплава в виде фонтана посредством газа, вдуваемого через нижние фурмы. 11 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: 2105069
Класс(ы) патента: C21B13/00
Номер заявки: 93056168/02
Дата подачи заявки: 15.10.1993
Дата публикации: 20.02.1998
Заявитель(и): Текнолоджикал Рисорсез ПТИ Лимитед (AU)
Автор(ы): Грегори Джон Харди[AU]; Пол-Герхард Мантей[DE]; Марк Филип Шварц[AU]
Патентообладатель(и): Текнолоджикал Рисорсез ПТИ Лимитед (AU)
Описание изобретения: Настоящее изобретение касается способа усиления реакций в металлургических реакционных сосудах, содержащих ванну расплавленного металла, в которую реагенты подаются ниже или выше поверхности ванны; газы, выделяющиеся из металлической ванны, дожигаются в пространстве над расплавом с помощью окислительных газов, вдуваемых в это газовое пространство, а выделяющееся при этом тепло повторно передается ванне расплавленного металла.
Создание новых металлургических процессов в последние годы было направлено на повышение производительности и на лучшее использование энергии подаваемых топлив.
Лекция Home Memorial в 1987 г. под названием "Новые концепции и способы для черной металлургии" касается, в первую очередь, предприятий черной металлургии с концепциями плотности передачи энергии и важности процесса дожигания и повторной передачи выделяющегося тепла. В ней приводятся цифры расхода угля для выплавки 1 т скрапа в зависимости от степени дожигания и плотности энергии в МВт/м3 для известных до настоящего времени способов получения предельного чугуна и стали.
Известна попытка дожигать химически активный газ или реакционный газ, в частности CO в CO2, и использовать выделяющуюся теплоту сгорания для повышения мощности плавки, а также такая попытка в охранных документах.
Например, патент ГДР N 101916 касается дожигания CO в электрической дуговой печи и конвертере для получения стали. Отмечается, как существенное для изобретения, что фурмы дожигания имеют примерно горизонтальное установочное положение, а подача кислорода в эти фурмы регулируется в зависимости от кислорода, поступающего в расплав через нижние фурмы. Однако, идеи этого охранного права с 1971 г. не были воплощены в жизнь.
Только со способом в соответствии с патентами Германии N 2755165 стало возможным в крупных масштабах дожигать в среднем порядка 20% CO и повторно передавать выделившееся тепло в расплав при высоком коэффициенте отдачи порядка от 80 до 90%.
Это несомненно увеличивает расход скрапа при получении стали в конверторе комбинированного дутья. Существенным признаком этого способа является подача порядка 20-80% от общего количества кислорода в процесс рафинирования сверху через газовые струи, направленные на поверхность ванны, действующих как свободные струи, вдуваемые в газовое пространство.
Дальнейшее увеличение расхода скрапа при производстве стали может иметь место за счет подачи углеродсодержащих топлив в расплав и термический коэффициент этих топлив также улучшается за счет дожигания реакционных газов, как описано в патенте Германии N 2838983.
При производстве цветных металлов, например, в цветметаллургии были внедрены аналогичные способы, которые использовали тепло, выделяющееся при дожигании реакционных газов.
При газификации угля в ванне расплавленного чугуна подача энергии в процесс газификации может быть также увеличена за счет частичного сгорания получаемого каменноугольного газа.
Эта операция имеет особую важность при газификации сортовых углей с высоким содержанием летучих соединений, которые в противном случае приводят к охлаждению ванны расплавленного чугуна.
Кроме того, энергия от частичного дожигания получаемого каменноугольного газа в реакторе с ванной расплавленного чугуна может быть также использована для восстановления, например, железной руды. Такой способ описан в патенте Великобритании N 2082624.
В способах восстановительной плавки для железных руд, которые в настоящее время развиваются по всему миру, производительность процессов может быть увеличена за счет соединения плавильного реактора с установками предварительного восстановления, с одной стороны, или за счет увеличения скорости дожигания, с другой.
В частности, полезные варианты этих двух направлений развития описаны в еще неопубликованной патентной заявке Германии N 4206828 и патенте США N 5051127.
Улучшение продуктивности комбинированного процесса для восстановительной плавки железной руды в соответствии с этой патентной заявкой отличается тем, что этот комбинированный процесс содержит, по крайней мере, три технологические установки, а плавильный реактор представляет одну технологическую установку, тогда как частичное восстановление металлических руд производится, по крайней мере, на двух других технологических установках, при этом на всех трех установках получают разный отходящий газ.
Улучшение дожигания в соответствии с патентом США достигается, в частности, за счет вдувания струи или струй окислительных газов на поверхность ванны реакционного сосуда через одну или более фурм с кручением.
В Европейской патентной заявке N 90116979.9, публикация N 0418627 описывается способ работы сосуда для восстановительной плавки, отличающегося тем, что на поверхности ванны должно присутствовать, по крайней мере, 2000 кг/м2 шлака.
Процесс работает с кислородными фурмами верхнего дутья и нижними фурмами, через которые в расплавленный металл ванны подается перемешивающий газ. Дожигание реакционных газов происходит в слое пенистого шлака на ванне расплавленного чугуна.
В соответствии с формулой расчета перемешивающей мощности, приведенной в этой патентной заявке, эта величина должна быть порядка от 1 до 6 КВт/т, как указано в пункте 4 формулы. Скорости потока для количества перемешивающего газа, подаваемого в расплав через нижние фурмы и фурму, должны составлять 70-450 Нм3/ч.
При установленном весе загрузки от 70 до 110 т и четырех нижних фурмах это дает удельную величину от 0,05 до 0,3 Нм3/т·мин.
Если установленные скорости потока для перемешивающего газа, подаваемого ниже поверхности ванны, превышаются, то контакт между кислородом верхнего дутья и расплавом чугуна увеличивается в этом процессе. Это, в свою очередь, приводит к окислению ванны, что снижает дожигание.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ восстановительной плавки металлургического сырья, включающий его подачу в реакционный сосуд, вдувание реагентов сверху и снизу с образованием ванны расплава, дожигание выделяющихся из расплава газов путем вдувания кислодсодержащих газов в газовое пространство над расплавом, разбрызгивание расплава и выброс его в газовое пространство с поглощением образующейся при дожигании выделяющихся из расплава газов энергии и переносом ее в ванну расплава [Заявка Японии N 62-280311].
Эти вышеупомянутые известные способы для повышения производительности и улучшения использования энергии подаваемых топлив при производстве стали, газификации угля в ванне расплавленного чугуна и восстановительной плавке железных руд имеют общим то, что они имеют ограниченное применение на практике и то, что действительно надежно достигается скорость дожигания ниже, чем ожидалось, достигая величин порядка до 30% при одновременно высокой теплопередаче порядка 70% только в исключительных случаях.
Кроме того, повышенный износ огнеупорной футеровки в газовом пространстве реакционного сосуда наблюдается при высокой степени дожигания.
Способы восстановительной плавки с кислородным копьем верхнего дутья и слоем пенистого шлака на ванне расплавленного чугуна в качестве реакционной среды ограничены в отношении их реакций, поскольку скорости вдувания реакционных агентов не могут быть увеличены без того, чтобы не вызвать нежелательное увеличение и корректирование слоя пенистого шлака.
Проблема, на которой настоящее изобретение основывается в создании способа для усиления реакций в металлургических реакционных сосудах без слоя пенистого шлака для производства стали, газификации угля в ванне расплавленного чугуна и восстановительной плавке металлических руд таким образом, чтобы надежно и воспроизводимо получить высокую степень дожигания свыше 30% с одновременно высоким коэффициентом отдачи, порядка свыше 70%, для передачи образующегося тепла ванне расплавленного металла и тем самым обеспечить высокую плотность передачи энергии для процесса с целью усиления реакций в металлургическом реакционном сосуде при поддержании хорошего баланса концентрации в расплаве.
Кроме того, целью настоящего изобретения является повышение производительности изобретенного способа при его использовании с известными реакционными сосудами.
Эта проблема решается изобретенным способом тем, что фракции расплава в виде капель, брызг и крупных частиц расплава движутся по баллистической траектории в газовом пространстве металлургического реакционного сосуда, выбрасываемые из расплава в виде фонтана через количество газа, подаваемого через нижние фурмы. Другие предпочтительные признаки и варианты настоящего изобретения указаны в зависимых пунктах 2-14 формулы изобретения.
Целью настоящего изобретения является способ усиления реакций в металлургических реакционных сосудах, содержащих ванну расплавленного металла, в которую реагенты подаются ниже и выше поверхности ванны, реакционные газы, выделяющиеся из металлической ванны, в большей части дожигаются в газовом пространстве над расплавом, куда попадают капли и брызги, содержащие металл и/или шлак, с помощью окислительных газов, вдуваемых в газовое пространство, а образующее тепло повторно передается ванне расплавленного металла с высокой отдачей.
Целью настоящего изобретения является также использование способа в производстве стали, производстве ферросплавов, газификации угля в ванне расплавленного чугуна и восстановительной плавке металлических руд.
Настоящее изобретение основывается на открытии, что реакции усиливаются за счет впрыскивания большого количества газа в расплав в реакционном сосуде ниже и выше его поверхности.
Настоящее изобретение основывается также на открытии, что реакции в металлургических реакционных сосудах усиливаются, если фракции расплава выбрасываются из расплава в виде фонтана через количество газа, подаваемого через нижние фурмы, и эти фракции расплава движутся в газовом пространстве в виде капель, брызг и крупных частиц расплава по баллистическим траекториям, которые останавливаются только тогда, когда фракции расплава ударяются о стенку сосуда или в сам расплав, соударяются с другими фракциями расплава или втягиваются окислительными газами, вдуваемыми на ванну в виде свободных струй.
Способ настоящего изобретения обеспечивает непредвиденный путь к усилению реакций в металлургических реакционных сосудах при одновременной высокой скорости дожигания свыше 30% и превосходной передаче тепла в расплавленную ванну при коэффициенте отдачи свыше 70%.
Изобретенный способ позволяет использовать подачу газа в количествах от 0,2 Нм3/мин до 30 Нм3/мин на базе 1 т ванны расплавленного металла при минимальной глубине ванны порядка 0,5 м над нижними фурмами, в результате чего выбрасываются фракции расплава в виде капель, брызг и крупных частиц расплава в виде фонтана в газовое пространство, свободное от пенистого шлака в металлургическом реакторе.
В этом газовом пространстве фракции расплава движутся по баллистическим траекториям, способствуя своей большой поверхностной площадью повышенной повторной теплопередаче из газового пространства в расплав. Этот повышенный перенос энергии является важным признаком настоящего изобретения и основной для высокой скорости ввода газов и твердых веществ выше и ниже поверхности ванны и обеспечивает усиление реакций в металлургических реакционных сосудах.
Идея о том, как изобретательский процесс происходит в металлургическом сосуде, может быть изложен в соответствии с существующим уровнем знаний следующим образом.
Газы, вдуваемые или образуемые ниже поверхности ванны, вынуждают фракции расплавленного металла и шлака выбрасываться из расплава или переходной зоны в газовое пространство сосуда в виде фонтана со скоростью перемещения вверх. Эти капли или аналогичной формы частицы расплава движутся по баллистическим траекториям в соответствии с аксиомой Ньютона. Фракции расплава могут ударяться в другие капли и брызги или в расплав и тем самым изменять свою траекторию, пока они в конечном счете не ударятся в огнеупорную футеровку в газовом пространстве сосуда или поясок в расплаве.
В этом газовом пространстве с высокой температурой движения капель определяются, главным образом, их выходной скоростью и влиянием силы тяжести, поскольку им не приходиться преодолевать какого-либо сопротивления потока, а также вокруг нет пенистого шлака или аналогичных преград.
Только в районе дожигания вдуваемые сверху с высокой скоростью газовые струи могут захватывать капли, или их траектория может изменяться в зависимости от размера капель, поскольку скорость газа превышает 50 м/с. Капли могут также разрушаться на мелкие частицы, и это увеличивает удельную поверхностную площадь, которая способствует увеличению переноса тепла и массы.
Реагенты, подаваемые ниже поверхности ванны, приводят к тому, что капли и брызги расплава выбрасываются непрерывно в газовое пространство в виде фонтана и создают своего рода диспергированную фазу металлических капель.
Последняя имеет слишком увеличенную поверхностную площадь и может поэтому способствовать повышенному переносу энергии тепла дожигания в металлическую ванну.
Для усиления реакций, в соответствии с настоящим изобретательским способом, это увеличение поверхностной площади за счет большого числа капель в газовом пространстве является желательным, поскольку оно обеспечивает высокий теплообмен между газовым пространством и расплавом, что, в свою очередь, допускает высокие скорости вдувания выше и ниже поверхности ванны.
Примерная оценка количества металлических капель, находящихся в газовом пространстве, позволила получить величину, по крайней мере, 10 кг на т расплава при диаметре капель 0,1 до 25 мм. Однако природа таких оценок предполагает, что эти величины могут меняться в силу целого ряда факторов, зависящих от режимов работы.
Другим полезным признаком этих, относительно высоких скоростей вдувания газа ниже и выше поверхности и возникающие траектории потока в расплаве является то, что поверхность ванны почти свободна от шлака над вдуваемым султаном каждой нижней фурмы, в результате чего капли металла вдуваются, главным образом, в газовое пространство.
Кроме того, зона, свободная от шлака, обеспечивает высокую повторную передачу тепла от дожигания реакционных газов в ванну расплавленного металла. Это, вероятно, также объясняет незначительное влияние количества шлака на работу изобретательского способа. Процесс может осуществляться также без шлака на поверхности ванны без каких-либо видимых недостатков.
Особенно важный признак изобретения заключается в диспергированном распределении капель металла в газовом пространстве реакторного сосуда, поскольку это приводит к значительному увеличению поверхности ванны расплавленного металла, что необходимо для усиления переноса тепла и массы через повышенные скорости вдувания выше и ниже поверхности ванны.
По сравнению с этими выгодными признаками высоких скоростей вдувания газов ниже и выше поверхности ванны в изобретательском способе большие количества перемешивающего газа, подаваемые ниже поверхности ванны в известных процессах, работающих с пенистыми шлаками на металлической ванне, так называемые процессы глубокого шлакования, имеют отрицательное воздействие на способ.
Поскольку, догорание реакционных газов из металлической ванны происходит в слое пенистого шлака, то требуется тщательное перемешивание шлака и ванны расплавленного металла для передачи энергии догорания от слоя пенистого шлака в металлическую ванну. В противном случае происходит сильный перегрев пенистого шлака, влекущий за собой повторное его окисление, что приводит к повышенному износу футеровки конвертера помимо прочих проблем.
Движение капель металла в пенистом шлаке и, тем самым, реакция и тепловой обмен ограничены скоростью турбулентного потока, плотностью шлака и его вязкостью. Идеи способа настоящего изобретения для усиления реакций, включающие дожигание реакционных газов и высокую повторную теплопередачу в ванну расплавленного металла, не могут быть применимы для известных процессов глубокого шлакования.
В соответствии с настоящим изобретение термин "реакционные газы" относится ко всем газам, участвующим в реакциях, происходящих в реакционном сосуде между газами, расплавленным металлом, жидким шлаком и твердыми веществами или выделившимися из твердых веществ при температуре ванны, включая продукты распада, которые они образуют.
Таким образом, обычно они включают все подаваемые газы, за исключением инертно действующих или инертных газов, например азота и аргона, которые используются, главным образом, в качестве транспортирующих газов для твердых веществ.
Группа реакционных газов включает, например, кислород, воздух, обогащенный кислородом воздух, двуокись углерода и углеводороды, как то, метан, природный газ, пропан и бутан. Эти газы могут также подаваться в расплав через нижние фурмы в любых желаемых смесях или могут использоваться существующие получаемые газы или очищенные отходящие газы от заявленного способа или от других металлургических процессов.
Установленные уровни ванны выше нижних фурм основываются на теоретическом допущении, что поверхность ванны спокойная. В рабочем состоянии способа настоящего изобретения поверхность ванны, безусловно, не представляет собой одну плоскость; существует переходная зона, состоящая из смеси расплавленного металла, жидкого шлака и пузырьков газа или больших газовых султанов, и в этой зоне расплавленные металл/шлак фактически растворяются в каплях, брызгах и резко поднимающихся или выбрасываемых фракциях расплава.
Может также происходить перекрывание волнообразным или резким движениями расплава. Эта смешивающая или переходная зона возникает как переходный слой между ванной расплавленных металла/шлака над нижними фурмами и действительным газовым пространством над смешивающей зоной.
Существенным признаком настоящего изобретения является увеличение скоростей газового потока через нижние фурмы до таких величин, что расплав закручивается в виде фонтана в газовое пространство.
Это изобретательское состояние движения в расплаве в смешивающей зоне и газовом пространстве над ней достигается с помощью количества газа, вводимого в расплав через нижние фурмы. Скорости потока от 0,2 Нм3/мин до 30 Нм3/мин на т ванны расплавленного металла оказались предпочтительными.
Однако, изобретательский способ благоприятно работает в расплавах чугуна со скоростью порядка от 0,5 Нм3/мин·т до 10 Нм3/мин·т ванны расплавленного металла. Нижний предел скоростей потока газа является результатом недостаточного движения ванны расплава, при котором невозможны сильные реакции, включающие высокую плотность передачи энергии.
Максимальная скорость потока реакционного газа, в основном, ограничена в том плане, что так называемые продувки должны быть предотвращены в способе настоящего изобретения.
"Продувки", имеющие отношение к рабочему состоянию, в котором газ и/или твердые вещества, подаваемые в расплав через нижние фурмы, покидают снова ванну, полностью не вступив в реакцию. Эти продувки можно избежать за счет максимального уровня ванны и меньших диаметров сопл.
В соответствии с настоящим изобретением, было достаточно доказано, что, если глубина ванны над фурами, разделенная внутренним диаметром нижних фурм, тем самым глубина ванны и диаметр конечно имеют одинаковый размер, например, (м), то достигаемые величины равны или больше 20.
Из этой связи следует, что при одинаковом уровне ванны большее число фурм с меньшим диаметром приводит к меньшим продувкам, чем меньшее число фурм большего диаметра.
В соответствии с настоящим изобретением, целесообразно поддерживать минимальный уровень ванны порядка 5 м над нижними фурмами, чтобы регулировать при ранее определенных высоких скоростях продувки описанное рабочее состояние расплава со смешивающей зоной и частичными количествами, выступающими из него в виде фонтана в металлургическом реакционном сосуде.
В соответствии с настоящим изобретением газовая фракция, химически связанная в твердых веществах, которая высвобождается при температуре расплава, должна учитываться при регулировании общего количества реакционного газа, подаваемого в ванну расплавленного металла ниже поверхности ванны. Очень различные количества газа могут присутствовать в твердых веществах, вдуваемых ниже поверхности ванны, так, например, с используемыми сортовыми углями в качестве анализа показаны газопламенный уголь и антрацит.
Содержание кислорода в руде, подаваемой ниже поверхности ванны, должны быть также включено в количество реакционного газа.
Другим положительным признаком изобретательского способа является его высокая перемешивающая мощность по сравнению с известными процессами. Эта перемешивающая мощность определяется, по существу, скоростями потока реакционного газа.
Высокая перемешивающая и смешивающая мощность является дополнительным предусловием для усиления реакций в этом процессе. Смешивающая мощность E (Вт) рассчитывается по формуле, выведенной на базе той, что приведена в Европейской патентной заявке N 0418627.
E = Q·R·T1/(P1·q·hB)(P2) - (Bт),
где Q - скорость газового потока Нм3/с;
R - газовая постоянная;
T1 - температура ванны, oC;
Р1 - плотность расплава, кг/Нм3;
q - ускорение, обусловленное силой тяжести, м/с2;
hB - глубина ванны, м;
Р2 - давление на поверхности ванны, Па.
Для процесса настоящего изобретения перемешивающая мощность, определяемая этой формулой и основанная на тонне расплавленного металла, должна превышать 6 КВт/т. В общем, перемешивающая мощность для заявляемого способа составляет порядка от 6 до 40 КВт/т, а предпочтительно, от 10 до 25 КВт/т.
Когда заявляемый способ используется в современных металлургических реакционных сосудах, например в конвертерах для получения стали, снабженных фурмами для подачи кислорода, установленными внизу, и средствами вдувания сверху кислорода и с подачей твердых веществ через нижние фурмы, реакции усиливаются по сравнению с известными способами.
Скорости потока для реакционных газов составляют от 1 до 8 Нм3/мин·т предельного чугуна. В расплав чугуна через нижние фурмы конвертера подаются, главным образом, кислород в качестве реакционного газа, природный газ в качестве защитной среды для фурм и газы, химически связанные в загружаемом антраците, в частности, O2 и H2.
Газы, выделяющиеся из расплава, через переходную зону, главным образом, CO и H2, дожигаются в CO2 и H2O с помощью кислорода верхнего дутья в газовом пространстве конвертера. Скорости дожигания составляют порядка 32%, т.е. явно выше, чем примерно 20%, получаемые в известных процессах рафинирования стали.
Коэффициент отдачи для повторной передачи тепла, получаемого в процессе дожигания, в расплаве составляет 85%, чему в значительной степени способствовали очень турбулентная переходная зона и брызги и различных размеров фракции расплава, извергающиеся как фонтан из этой переходной зоны.
Изобретательский способ стремится к турбулентной, разлетающей брызгами смешивающей и переходной зоне, отличающейся фракциями расплава, извергающимися как фонтан, в противоположность надувающейся и пенящейся ванне в известных процессах.
Если имеются какие-либо признаки вспененного шлака, образующегося в сталеплавильном конвертере, то этот нежелательный вспененный шлак может быть немедленно устранен путем добавления мелкозернистых углеродосодержащих твердых топлив и/или шлакообразующих агентов, например, угля и CaO, через нижние фурмы.
В другом предпочтительном применении способа настоящего изобретения для производства стали и получения ферросплавов горячий воздух при температуре 1300oC использовался для дожигания реакционного газа в газовом пространстве конвертера.
В этом случае достигались высокие степени дожигания порядка 50%, а свыше 60% были получены при использовании специально созданных фурм верхнего дутья, как описано, например, в патенте Германии N 3903705.
Эти высокие уровни дожигания могут регулироваться надежно и воспроизводимо, а хорошая повторная передача тепла в ванну расплавленного металла, по крайней мере 80%, открывает новые возможности для экономичного производства стали и ферросплавов.
Так, например, скрап различного качества и крупности, предварительно восстановленные руды с низкой степенью металлизации, порядка 30% или, в частности, с высокой степенью металлизации от 90 до 100% и твердый предельный чугун различного состава могут недорого плавиться с низким использованием внешней энергии, например углеродосодержащих топлив. Могут быть получены расходные величины порядка 100 кг на тонну шихты в зависимости от качества используемых углей.
Материалы шихты могут загружаться в конвертер частями, как обычно, или же они могут подаваться непрерывно в ванну расплавленного металла ниже и/или выше ее поверхности.
Так, например, гранулированный твердый предельный чугун может непрерывно подаваться ниже поверхности, а скрап соответствующего размера, например дробленный лом, может подаваться в расплав в конвертере сверху с помощью соответствующих подающих средств.
Особенно выгодное применение способа настоящего изобретения в восстановительной плавке металлических руд, в частности железных руд и железистых руд для получения предельного чугуна и ферросплавов. Например, горизонтальный цилиндрический реакционный сосуд имеет доказанную выгоду для такого применения.
Благодаря такой форме сосуда некоторые важные признаки способа настоящего изобретения могут быть реализованы наиболее благоприятно. Требуемая сильная турбулентность переходной и смешивающей зоны, а также брызги и фракции расплава, выбрасываемые как фонтан и движущиеся в газовом пространстве по баллистическим траекториям, могут быть получены за счет многочисленных вдуваемых султанов, образуемых свободными вдуваемыми струями выше горловины фурм.
Такое рабочее состояние может быть достигнуто с помощью многочисленных фурм небольшого диаметра и относительно небольшой глубины ванны, но большей чем 0,5 м над фурмами. Высота сосуда порядка 1,5 м в этом сосуде восстановительной плавки также приводит к желаемой геометрии сосуда, благоприятной для способа настоящего изобретения.
В этом реакционном сосуде скорости потока реакционных газов от 1 до 10 Нм3/мин·т ванны расплавленного металла регулировались без каких-либо затруднений. В ванну расплавленного металла подавались, главным образом, кислород в качестве реакционного газа, метан - в качестве среды защищающей фурмы и химически связанные газы в железной руде и подаваемом угле с высоким содержанием летучих веществ.
Процесс восстановительной плавки начинался без слоя шлака на ванне расплавленного металла; с течением времени жидкий шлак образовывался, щелочность которого в этом случае составила 1,4 из-за добавления извести через нижние фурмы.
Способ настоящего изобретения может быть успешно использован в сосудах восстановительной плавки созданных процессов, зарегистрированных недавно и еще неопубликованных, в соответствии с DE 4206828, а также в способах этой области, описанных в патентах Германии N 3607774 и 3607776.
В этих процессах восстановительной плавки способ настоящего изобретения приводит к дальнейшему усилению реакции и тем самым к более высоким скоростям вдувания ниже и выше поверхности ванны, что находит отражение в дальнейшем увеличении производительности этих способов.
Такие положительные явления также имеют место в аналогических способах восстановительной плавки, которые не были приведены здесь, работающие без вспененного шлака в газовом пространстве, и это также предусматривается настоящим изобретением, что его идеи используются для улучшения известных способов и, если требуется, то приспосабливались.
В частности, оказалось, что способ настоящего изобретения может быть успешно применен для усиления реакций и тем самым увеличения производительности с любой стадией предварительного восстановления металлических руд, использующихся для восстановительной плавки, до полностью металлизированных руд, например губчатое железо или железные окатыши.
Так, например, можно использовать металлические руды без предварительного восстановления или с небольшим предварительным восстановлением примерно до состояния (Wuestile) для железных руды или металлических руд с повышенной металлизацией, примерно, от 30 до 50% и более и до высокометаллизированных изделий с металлизацией от 90 до 100%.
Рассмотрим теперь более подробно настоящее изобретение со ссылками на чертеж и пример.
На чертеже дан вид в продольном сечении реакционного сосуда барабанного типа для восстановительной плавки железных руд и железистых руд для получения предельного чугуна и ферросплавов.
Цилиндрический реакционный сосуд содержит металлическую рубашку 1, облицованную огнеупорной футеровкой 2.
В этой огнеупорной футеровке 2 имеется сменная нижняя часть 3, соединенная с реакционным сосудом с помощью фланцев 4. Нижняя часть 3 содержит нижние фурмы 5 с их подающими соединениями 6. Реакционный сосуд содержит ванну 7 расплавленного металла со слоем 8 шлака. Выше горловин фурм 5 можно заметить вдуваемые султаны 9.
Расплав над фурами растворяется в переходную/смешиваемую зону 10 и газовое пространство 11 над ним, в которое расплав попадает в виде фонтана 12 из капель и брызг 13. Фурмы 15 горячего воздуха питаются через трубу 14 горячего дутья подогретым воздухом при температуре 1100-1500oC, а факел дожигания 16 сжигает газы, выделяющиеся из расплава CO и H2 в CO2 и H2O.
Образующееся тепло повторно передается в расплав 7 с помощью частей расплава 12, выбрасывается в виде фонтана и брызг и капель 13. Отработавшие газы дожигания, содержащие пыль, покидают реакционный сосуд через отверстие 17 для отходящих газов, как показано стрелками 18.
На чертеже показано также отверстие 19, через которое горячая, предварительно восстановленная руда поступает в реакционный сосуд. Выпускное отверстие 20 предназначено для выпуска металла и шлака из сосуда восстановительной плавки. Стрелка 21 указывает смачивание поверхности огнеупорной стенки расплавом.
С помощью неограничивающего примера способа усиления реакций в металлургических реакционных сосудах будет рассмотрен более подробно для восстановительной плавки железной руды в горизонтальном, барабанного типа конвертере, аналогичном тому, что показан на чертеже.
Управляющий конвертер, аналогичный представленному на чертеже, содержит расплав чугуна весом 8 т и содержанием углерода 3%.
В соответствии с процессом настоящего изобретения, с высокой интенсивностью реакций, около 38 кг/мин рудной мелочи Гамерслей, 46 кг/мин кокса из бурого угля и порядка 60 Нм3/ч метана для защиты фурм вдувалось через нижние фурмы в расплав. Эти величины дают скорость вдуваемого реакционного газа порядка 8 Нм3/мин на т ванны расплавленного металла.
В начале восстановительной плавки шлака нет на ванне расплавленного чугуна. Ввиду наличия кислой каменноугольной золы, известь подается в расплав также через нижние фурмы со скоростью вдувания порядка 3,5 кг/мин для улучшения щелочности шлака, тем самым регулируя ее примерно до 1,4.
Уровень ванны hв выше горловины фурм составил 0,47 м при спокойной поверхности ванны, а высота h сосуда, замеренная от той же плоскости, составила 1,4 м.
Внутренний диаметр нижних фурм составляет 12 мм, и пять из них размещаются в этом управляющем конвертере.
Перемешивающая мощность ванны расплава была рассчитана равной 23 КВт/т. Через фурму верхнего дутья выше зоны нижней фурмы вдувается горячий воздух при температуре 1200oC с закручиванием на расплав в количестве 6000 Нм3/ч плюс 1200 Нм3/ч обогащенного O2 для дожигания реакционных газов из расплава.
Получаемая степень дожигания составила 58% с высокой повторной передачей тепла ванне расплавленного металла при коэффициенте отдачи 85%.
После двух часов работы этот конвертер для восстановительной плавки 7,2 т предельного чугуна с содержанием углерода 3% и при температуре 1450oC сливался. Последующее слитое количество шлака составило 1600 кг.
Способ в соответствии с настоящим изобретением доказал свою ценность в изготовлении стали и производстве ферросплавов в конвертере комбинированного кислородного дутья, газификации угля в ванне расплавленного чугуна и восстановительной плавке железистых руд, а также для получения и рафинирования цветных металлов, в частности, для получения меди и свинца.
Формула изобретения: 1. Способ восстановительной плавки металлургического сырья, включающий его подачу в реакционный сосуд, вдувание реагентов сверху и снизу с образованием ванны расплава, дожигание выделяющихся из расплава газов путем вдувания кислородсодержащих газов в газовое пространство над расплавом, разбрызгивание расплава и выброс его в газовое пространство с поглощением образующейся при дожигании выделяющихся из расплава газов энергии и переносом ее в ванну расплава, отличающийся тем, что разбрызгивание и выброс расплава в газовое пространство над расплавом осуществляют путем вдувания газов снизу через донные погружные фурмы с интенсивностью, обеспечивающей образование разбрызгиваемых частиц в дисперсной форме и их движение по баллистической траектории.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что через донные фурмы вдувают реакционные и/или инертные газы.
3. Способ по одному или нескольким пп.1 2, отличающийся тем, что газ вдувают через нижние фурмы независимо от наличия и количества шлака, образующегося на ванне расплавленного металла.
4. Способ по одному или нескольким пп.1 3, отличающийся тем, что осуществляют вдувание мелкозернистых шлакообразующих агентов и/или твердого углеродсодержащего топлива ниже поверхности ванны и предотвращают образование вспененного шлака.
5. Способ по одному или нескольким пп.1 4, отличающийся тем, что вдувание газа снизу через донные фурмы осуществляют со скоростью 0,2 30 Нм3/мин, предпочтительно 0,5 10 Нм3/мин, на базе It ванны расплава.
6. Способ по одному или нескольким пп.1 5, отличающийся тем, что скорость газа, вдуваемого снизу через донные фурмы, регулируют в зависимости от высоты ванны расплава.
7. Способ по одному или нескольким пп.1 6, отличающийся тем, что скорость газа, вдуваемого через донные фурмы, увеличивают при увеличении высоты ванны расплава.
8. Способ по одному или нескольким пп.1 7, отличающийся тем, что вдувание через донные фурмы газа осуществляют со скоростью, обеспечивающей перемешивающую мощность в пределах 6 -40 КВт/т.
9. Способ по одному или нескольким пп.1 8, отличающийся тем, что вдувание газа через донные фурмы осуществляют со скоростью, обеспечивающей перемешивающую мощность в пределах 10 25 КВт/т.
10. Способ по одному или нескольким пп.1 7, отличающийся тем, что отношение высоты ванны расплава к диаметру донных фурм поддерживают > 20.
11. Способ по одному или нескольким пп.1 10, отличающийся тем, что подачу реагентов выше или ниже расплава осуществляют частями и/или непрерывно.
12. Способ по одному или нескольким пп.1 11, отличающийся тем, что в качестве металлургического сырья в реакционный сосуд вводят металлическую шихту, металлический лом, предварительно восстановленную руду, имеющую высокую степень металлизации и/или полностью металлизованную.