Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСПЛАВЛЕННОГО ЧУШКОВОГО ЧУГУНА ИЛИ ПОЛУПРОДУКТОВ СТАЛИ И УСТАНОВКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭТОГО СПОСОБА
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСПЛАВЛЕННОГО ЧУШКОВОГО ЧУГУНА ИЛИ ПОЛУПРОДУКТОВ СТАЛИ И УСТАНОВКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭТОГО СПОСОБА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСПЛАВЛЕННОГО ЧУШКОВОГО ЧУГУНА ИЛИ ПОЛУПРОДУКТОВ СТАЛИ И УСТАНОВКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭТОГО СПОСОБА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Сущность: способ включает расплавление тонкоизмельченного железосодержащего сырья в плавильно-газификационной зоне плавильно-газификационного аппарата при подаче углеродсодержащего сырья и кислородсодержащего газа с одновременным образованием восстановительного газа в слое, образованном твердыми носителями углерода. Плавильно-газификационный аппарат вблизи отводного трубопровода восстановительного газа оборудован подающим трубопроводом для тонкоизмельченного угля, такого как угольная пыль и/или другие углеродсодержашие вещества, включающие летучую часть, и трубопроводом, подающим кислородсодержащий газ. Тонкоизмельченный уголь и/или другие углеродсодержащие вещества, включающие летучую часть, при введении в плавильно-газификационный аппарат вступают в реакцию с превращением в тонкоизмельченный кокс, который выводят вместе с восстановительным газом, отводимым из плавильно-газификационного аппарата, и отделяют в отделительном устройстве. В плавильно-газификационном аппарате в верхней части купола формируют высокотемпературную зону сгорания и/или газификации за счет подачи отделенного кокса и кислорода, в которую непосредственно вводят тонкоизмельченное железосодержащее сырье. В зоне сгорания и/или газификации железосодержащее сырье подвергается поверхностному оплавлению и агломерации. Реализация изобретения позволит обрабатывать тонкоизмельченную руду в количестве до 100% и при этом надежно предотвратить ее вынос. 23 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: 2135598
Класс(ы) патента: C21B11/00, C21B13/14
Номер заявки: 98102947/02
Дата подачи заявки: 18.07.1996
Дата публикации: 27.08.1999
Заявитель(и): Фоест-Альпине Индустрианлагенбау ГмбХ (AT); Поханг Айрон энд Стил Ко., Лтд. (KR); Ресеч Инститьют оф Индустриал Саенс энд Технолоджи, Инкорпорейтед Фаундэйшен (KR)
Автор(ы): Кепплингер Вернер Леопольд (AT); Валлнер Феликс (AT); Шенк Иоганнес (AT)
Патентообладатель(и): Фоест-Альпине Индустрианлагенбау ГмбХ (AT); Поханг Айрон энд Стил Ко., Лтд. (KR); Ресеч Инститьют оф Индустриал Саенс энд Технолоджи, Инкорпорейтед Фаундэйшен (KR)
Описание изобретения: Изобретение относится к способу получения расплавленного чушкового чугуна или полупродуктов стали из тонкоизмельченного железосодержащего сырья, в частности, восстановленного губчатого железа, в плавильно-газификационной зоне плавильно-газификационного аппарата, в котором при подаче железосодержащего сырья, углеродсодержащего сырья и кислородсодержащего газа, при посредстве первого подающего трубопровода, с одновременным образованием восстановительного газа, который выводят через отводной трубопровод восстановительного газа в слое, образованном твердыми носителями углерода, железосодержащее сырье при прохождении через этот слой плавится, возможно, после предварительного полного восстановления; а также к установке для осуществления этого способа.
Из EP-B - 0 010 627 известен способ получения расплавленного чушкового чугуна или полупродуктов стали из измельченного железосодержащего сырья, в частности, частично восстановленного губчатого железа, а также способ выработки восстановительного газа в плавильно-газификационном аппарате. Этот способ включает образование псевдоожиженного слоя из частиц кокса при добавлении угля и нагнетании кислородсодержащего газа. Кислородсодержащий газ, или чистый кислород, вдувают в нижнюю зону плавильно-газификационного аппарата. Измельченное железосодержащее сырье, в частности, частично восстановленное губчатое железо, и кусковой уголь загружают сверху через загрузочные отверстия, выполненные в колпаке плавильно-газификационного аппарата; падающие частицы задерживаются в псевдоожиженном слое, и при прохождении через псевдоожиженный слой кокса железосодержащие частицы восстанавливаются и плавятся. Расплавленный металл, покрытый шлаком, собирается на дне плавильно-газификационного аппарата. Металл и шлак отводят через отдельные отводные отверстия.
Однако способ такого типа непригоден для переработки тонкоизмельченного губчатого железа и тонкоизмельченного угля, поскольку тонкоизмельченные твердые частицы сразу же выносятся из плавильно-газификационного аппарата преобладающим там сильным потоком газа. Вынос еще усугубляется за счет температуры, преобладающей в верхней части плавильно-газификационного аппарата, поскольку она слишком низка для того, чтобы плавление губчатого железа началось в районе загрузки.
Из DE-B - 26 60 884 известен способ плавления сырья, содержащего оксид железа, посредством контакта с горячими газообразными продуктами сгорания по мере его падения через шахтную печь, а затем при контакте с подаваемым туда восстановительным агентом сырье превращается в частично восстановленный продукт, который затем полностью восстанавливается и плавится в реакторе, подсоединенном к нижней части шахтной печи.
Из US-A - 5082251 известен способ прямого восстановления железосодержащей тонкоизмельченной руды путем псевдоожижения при помощи восстановительного газа, вырабатываемого из природного газа. Обогащенная железом руда восстанавливается с помощью восстановительного газа при повышенном давлении в системе, включающей реакторы с псевдоожиженным слоем, размещенные последовательно. После этого порошок губчатого железа, полученный таким образом, подвергают горячему или холодному брикетированию. Для дальнейшей переработки порошка губчатого железа требуются отдельные плавильные агрегаты. Обработка тонкоизмельченного угля в данном случае невозможна.
Из EP-B - 0 011 176 известен способ получения частиц губчатого железа и расплавленного чушкового чугуна из кусковой железной руды, в котором железную руду подвергают прямому восстановлению в агрегате прямого восстановления, а частицы губчатого железа, выгружаемые из агрегата прямого восстановления, разделяют на грубозернистую и тонкозернистую фракции. Тонкозернистую фракцию подают в плавильно-газификационный аппарат, в котором из загружаемого угля и из нагнетаемого кислородсодержащего газа вырабатывается тепло, требуемое для плавления губчатого железа, а также восстановительный газ, подаваемый в агрегат прямого восстановления. При таком способе возможна загрузка угля только в кусковой форме; тонкоизмельченный уголь выносился бы из плавильно-газификационного аппарата вместе с потоком восстановительного газа.
В способе по EP-A - 0 576 414 загрузочные вещества, содержащие кусковую железную руду, подвергают прямому восстановлению в восстановительной шахтной печи при помощи восстановительного газа, образующегося в плавильно-газификационной зоне. Полученное таким образом губчатое железо подают затем в плавильно-газификационную зону. В этом известном способе с целью дополнительной утилизации тонкоизмельченную руду и/или пыль руды, такую как мелкая пыль оксида железа, образующуюся в металлургической установке, тонкоизмельченную руду и/или пыль руды вместе с коксовой пылью подают в горелку для пыли, работающую в плавильно-газификационной зоне, где она вступает в реакцию субстехиометрического горения. Такой способ позволяет осуществить эффективную переработку тонкоизмельченной руды и/или пыли руды, образующейся в металлургической установке в количестве 20-30% от общей загрузки, и, следовательно, комбинированную переработку кусковой руды и тонкоизмельченной руды, а также переработку коксовой пыли. Однако использование угольной пыли в данном случае было бы проблематичным, так как под воздействием горячей восстановленной руды началась бы дегазификация и дегтеобразование, а вследствие этого - спекание внутри транспортировочного трубопровода.
Изобретение направлено на устранение этих недостатков и трудностей и ставит своей задачей создание способа ранее описанного типа, а также установки для осуществления этого способа, которые дают возможность переработки тонкоизмельченного угля и тонкоизмельченного железосодержащего сырья. С одной стороны, должен надежно предотвращаться вынос подаваемых на переработку мелких частиц восстановительным газом, вырабатываемым в плавильно-газификационном аппарате, а с другой стороны, должно быть гарантировано наиболее полное восстановление железосодержащего сырья. В частности, изобретение ставит своей задачей создание способа, при котором загрузочная масса, состоящая на 100% из тонкоизмельченного железосодержащего сырья, могла быть переработана в чушковый чугун и/или полупродукт стали при загрузке тонкоизмельченного угля с использованием плавильно-газификационного аппарата.
В соответствии с изобретением, данная задача в способе ранее описанного типа решается за счет того, что вблизи отводного трубопровода для восстановительного газа, имеющегося в плавильно-газификационном аппарате, расположен дополнительный подающий трубопровод, не связанный с подачей железосодержащего сырья и служащий для подачи угля, а именно тонкоизмельченного угля, такого как угольная пыль и/или другие углеродсодержащие материалы, включая летучие вещества; и вблизи отводного трубопровода для восстановительного газа, имеющегося в плавильно-газификационном аппарате, расположен дополнительный подающий трубопровод, не связанный с подачей железосодержащего сырья и служащий для подачи кислородсодержащего газа; таким образом, дополнительно подаваемые тонкоизмельченный уголь и/или другие углеродсодержащие материалы, включая летучие вещества, по мере введения в плавильно-газификационный аппарат превращаются в тонкоизмельченный кокс, а полученный таким путем тонкоизмельченный кокс выводится вместе с восстановительным газом, отводимым из плавильно-газификационного аппарата, и затем отделяется. В соответствии с изобретением, тонкоизмельченный уголь превращается в кокс простым способом при использовании эффекта выноса, обусловленного интенсивным потоком восстановительного газа. Этот тонкоизмельченный кокс намного более удобен для дальнейшего использования, поскольку уже не существует опасности дегазификации и дегтеобразования. Другие углеродсодержащие вещества, содержащие летучую часть, могут, например, включать синтетическую крошку или тонкоизмельченный нефтяной кокс.
Тонкоизмельченный кокс предпочтительно подают в плавильно-газификационный аппарат вместе с тонкоизмельченным железосодержащим сырьем, возможно, предварительно подогретым и/или восстановленным при помощи восстановительного газа, при этом, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, в зоне успокоения, образующейся над этим слоем, при прямой подаче кислорода формируется высокотемпературная зона сгорания и/или газификации путем сгорания и/или газификации тонкоизмельченного кокса, подаваемого в плавильно-газификационный аппарат. Непосредственно в эту высокотемпературную зону сгорания и/или газификации вводят тонкоизмельченное железосодержащее сырье, и в ней, за счет тепла, высвобождаемого во время реакции тонкоизмельченного кокса, осуществляется по крайней мере поверхностное плавление железосодержащего сырья и его агломерация.
Образованные таким образом агломераты имеют более высокую степень вертикального падения из-за их повышенной массы. В связи с этим и в связи с их повышенным коэффициентом формы, то есть более благоприятной величиной Cw вследствие тенденции к образованию сфер, предотвращается вынос железосодержащего сырья восстановительным газом из плавильно-газификационного аппарата.
Из EP-A-0217331 известен способ прямого предварительного восстановления тонкоизмельченной руды путем псевдоожижения и затем передачи частично восстановленной тонкоизмельченной руды в плавильно-газификационный аппарат, где руда полностью восстанавливается и плавится с помощью плазменной горелки при подаче углеродсодержащего восстановителя. Внутри плавильно-газификационного аппарата формируется псевдоожиженный слой, а над ним - псевдоожиженный слой кокса. Частично восстановленную тонкоизмельченную руду или порошок губчатого железа соответственно подают в плазменную горелку, расположенную в нижней части плавильно-газификационного аппарата. Недостатком является то, что из-за непосредственной подачи тонкоизмельченной руды в нижнюю часть плавильно-газификационного аппарата, то есть в область, где собирается расплав, не может быть гарантировано полное восстановление, и химический состав, требуемый для дальнейшей переработки чушкового чугуна, не может быть обеспечен в каждом случае. Кроме того, вследствие образования из угля в нижней части плавильно-газификационного аппарата псевдоожиженного слоя и фиксированного слоя соответственно отсутствует возможность введения больших количеств частично восстановленной тонкоизмельченной руды, так как нет возможности в достаточной степени отводить расплавленные продукты из высокотемпературной зоны плазменной горелки. Введение повышенных количеств частично восстановленной тонкоизмельченной руды немедленно привело бы к термическим и механическим повреждениям плазменной горелки.
Чтобы обеспечить смешивание и переработку подаваемых твердых веществ наиболее равномерно и в наиболее полной степени, высокотемпературная зона сгорания и/или газификации по изобретению предпочтительно формируется в центре верхней части плавильно-газификационного аппарата, а подача сырья осуществляется сверху вниз, при этом агломерация частиц ускоряется и интенсифицируется за счет завихрения железосодержащего сырья в высокотемпературной зоне сгорания и/или газификации; кроме того, подачу кислорода в высокотемпературную зону сгорания и/или газификации также осуществляют с завихрением.
В соответствии с предпочтительным вариантом функционирования железосодержащее сырье вводят в высокотемпературную зону сгорания и/или газификации в виде смеси с тонкоизмельченным коксом.
Кроме того, желательно, чтобы скорость ввода железосодержащего сырья в высокотемпературную зону сгорания и/или газификации увеличивалась при помощи нагнетающего газа, такого как азот или технологический газ.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, восстановительный газ, образующийся в плавильно-газификационной зоне, подают в зону предварительного подогрева и/или зону прямого восстановления для предварительной обработки железосодержащего сырья; предварительно подогретое и/или восстановленное железосодержащее сырье подают в высокотемпературную зону сгорания и/или газификации в горячем состоянии. Желательно, чтобы в зону предварительного подогрева и/или зону прямого восстановления дополнительно подавался тонкоизмельченный кокс.
Предпочтительно, в плавильно-газификационную зону дополнительно вводят кусковой уголь для образования слоя, состоящего из твердых носителей углерода.
Предпочтительный вариант отличается тем, что железосодержащее сырье в зоне предварительного подогрева и/или прямого восстановления разделяют на мелкозернистую и крупнозернистую фракции, причем последняя предпочтительно содержит частицы размером 0,5-8 мм; в высокотемпературную зону сгорания и/или газификации вводят только мелкозернистую фракцию, а крупнозернистую фракцию вводят непосредственно в плавильно-газификационный аппарат, предпочтительно в его область успокоения. Более крупные частицы восстановленной железной руды могут загружаться под действием одной лишь силы тяжести; если примешивать их в высокотемпературную зону сгорания и/или газификации, они будут только потреблять тепло. В результате это тепло может передаваться мелким частицам для агломерации. Таким образом, горелка, предназначенная для создания высокотемпературной зоны сгорания и/или газификации, может работать более эффективно и, возможно, может иметь меньшие размеры без ухудшения агломерации.
Следующий предпочтительный вариант отличается тем, что восстановительный газ подают в зону предварительного подогрева и/или зону прямого восстановления в неочищенном состоянии. В связи с этим углеродсодержащая пыль может отделяться и выводиться из плавильно-газификационного аппарата в зоне предварительного подогрева и/или зоне прямого восстановления.
Установка для осуществления этого способа, включающая плавильно-газификационный аппарат с подающим и отводным трубопроводами для добавления углеродсодержащего сырья, железосодержащего сырья, для отвода вырабатываемого восстановительного газа и для подачи кислородсодержащего газа, а также включающая, кроме того, отвод для шлака и расплава, нижнюю секцию плавильно-газификационного аппарата, предназначенную для сбора расплавленного чушкового чугуна и/или стального полупродукта и жидкого шлака, расположенную выше центральную секцию, предназначенную для образования слоя твердых носителей углерода, и, наконец, верхнюю секцию, предназначенную для создания области успокоения, отличается тем, что плавильно-газификационный аппарат - в дополнение к подающим трубопроводам для углеродсодержащего сырья, кислородсодержащего газа и железосодержащего сырья - вблизи отверстия отводного трубопровода восстановительного газа содержит горелку для подачи тонкоизмельченного угля и/или других углеродсодержащих веществ, включая летучие вещества - независимо от подающего трубопровода для железосодержащего сырья - и тем, что отводной трубопровод восстановительного газа оснащен отделительным устройством для отделения тонкоизмельченного кокса, отводимого вместе с восстановительным газом, при этом из отделительного устройства в плавильно-газификационный аппарат идет возвратный трубопровод для тонкоизмельченного кокса.
Горелка, подающая кислородсодержащий газ и тонкоизмельченное железосодержащее сырье, и подающее устройство для подачи тонкоизмельченного кокса предпочтительно расположены у верхней кромки области успокоения.
Имеется предпочтительно одна горелка, размещенная в центре, то есть на продольной вертикальной оси плавильно-газификационного аппарата, а ее горловина направлена вдоль поверхности слоя.
Для удобства, подача тонкоизмельченного кокса также осуществляется через горелку, которая предпочтительно выполнена как кислородно-углеродная горелка.
Для обеспечения тщательного смешивания твердых веществ, подаваемых в горелку, друг с другом и с подаваемым кислородсодержащим газом горелка предпочтительно оснащена устройством завихрения для твердых веществ, подаваемых через горелку, а также дополнительным устройством завихрения для кислородсодержащего газа, подаваемого через горелку.
Если в горелку входит трубопровод смешанного сырья для подачи тонкоизмельченного железосодержащего сырья и тонкоизмельченного кокса, то допустимо применение горелки простой конструкции.
В соответствии со следующим предпочтительным вариантом осуществления изобретения, отводной трубопровод восстановительного газа выходит из области успокоения плавильно-газификационного аппарата и входит в устройство для предварительного подогрева и/или прямого восстановления тонкоизмельченного железосодержащего сырья.
Устройство для предварительного подогрева и/или прямого восстановления включает устройство фракционирования для разделения железосодержащего сырья на крупнозернистую и мелкозернистую фракции, причем мелкозернистая фракция через трубопровод передается в горелку, в то время как крупнозернистая фракция непосредственно подается через трубопровод в плавильно-газификационный аппарат.
Для удобства отводной трубопровод восстановительного газа входит непосредственно в устройство для предварительного подогрева и/или прямого восстановления, то есть без промежуточного включения пылеотделительного устройства.
Далее изобретение будет описано более подробно на примере одного из вариантов исполнения; рисунок представляет собой схематическое изображение установки для осуществления способа по изобретению.
Позицией 1 обозначен плавильно-газификационный аппарат, в котором из угля и кислородсодержащего газа вырабатывается восстановительный газ, содержащий CO и H2. Этот восстановительный газ выводится из плавильно-газификационного аппарата через отводной трубопровод восстановительного газа 2, входящий в газоочистительный циклон 3, а из циклона 3 подается в реактор 4 для предварительного подогрева и/или прямого восстановления тонкоизмельченного железосодержащего сырья 5, такого как, например, железосодержащая пыль, в частности пыль руды, пыль губчатого железа и т.д. Часть восстановительного газа выводится через отводной трубопровод восстановительного газа 2' и при посредстве возвратного трубопровода 6 через скруббер 7 и компрессор 8 снова возвращается в отводной трубопровод восстановительного газа 2, чтобы охладить восстановительный газ до температуры, требуемой для использования внутри реактора 4.
Реактор 4 предпочтительно имеет конструкцию шахтной печи. Шахтная печь также может быть заменена печью барабанного типа или поворотной печью. Кроме того, вместо одного реактора 4 может быть установлено несколько реакторов с псевдоожиженным слоем, расположенных последовательно, при этом тонкоизмельченная руда передается из одного реактора с псевдоожиженным слоем в другой через транспортировочные трубопроводы, способом, подобным описанному в патенте США N 5082251.
Тонкоизмельченные частицы, отделенные в циклоне 3, которые в основном состоят из частиц кокса или пыли кокса (как поясняется далее), через накопители 9 посредством возвратного трубопровода 9' подают в горелку 11, расположенную в центре верхнего края, то есть купола 10 или колпака плавильно-газификационного аппарата 1. При помощи горелки тонкоизмельченное железосодержащее сырье 5, подаваемое из реактора 4 через трубопровод 12, вводят в плавильно-газификационный аппарат. Перед введением в плавильно-газификационный аппарат 1 коксовую пыль смешивают с тонкоизмельченным железосодержащим сырьем 5 и подают в горелку 11 через трубопровод смешанного сырья 13; при этом в трубопровод смешанного сырья 13 через инжектор 15 входит нагнетающий трубопровод 14 для увеличения скорости ввода твердых веществ в горелку 11. В качестве нагнетающего газа используют, например, азот. Кроме того, в горелку 11 входит трубопровод 16, подающий кислородсодержащий газ.
Горловина горелки 11' может быть выполнена, например, как описано в EP-A-0481955, с трубопроводом смешанного сырья 13, входящим в центральную внутреннюю трубу горелки 11, которая окружена кольцевым зазором, через который подается кислородсодержащий газ. В принципе кокс может также передаваться в горловину горелки 11' через отдельные фурмы. Твердые вещества, подаваемые в горелку 11, при выходе из горелки предпочтительно завихряются при помощи завихряющего устройства (то есть спиралевидных выходных каналов). Кроме того, в кольцевом зазоре может осуществляться завихрение струи кислорода, что обеспечивает лучшее смешивание.
Тонкоизмельченный кокс или пыль кокса, отводимая из плавильно-газификационного аппарата 1 вместе с восстановительным газом, образуется следующим образом.
Горелка 18 для подачи тонкоизмельченного угля 19 и/или других углеродсодержащих веществ, включающих летучую часть, открывается в плавильно-газификационный аппарат вблизи отверстия 17 или нескольких отверстий 17 отводного трубопровода восстановительного газа 2. Эти углеродсодержащие вещества могут содержать, например, крошку синтетических отходов или тонкоизмельченный нефтяной кокс. Их подают в горелку 18 при помощи нагнетающего газа, такого как азот, который подают через инжектор 20. Кроме того, в горелку 18 входит трубопровод 21 для подачи кислородсодержего газа.
Происходит реакция - частичное сгорание - подаваемого тонкоизмельченного угля 19 до тонкоизмельченного кокса или коксовую пыль 19', после чего последние почти полностью выводятся с восстановительным газом, так как горелка 18 расположена вблизи отверстия 17 отводного трубопровода восстановительного газа 2, и отделяется в циклоне 3.
В куполе 10 плавильно-газификационный аппарат 1 содержит подающий трубопровод 22 для кусковых носителей углерода, таких как уголь, подающие трубопроводы 23, размещенные гораздо ниже, для кислородсодержащих газов; кроме этого, возможно, подающие трубопроводы для жидких или газообразных при комнатной температуре носителей углерода, таких как углеводороды, а также для обожженных флюсов.
Расплавленный чушковый чугун 24 и/или расплавленный полупродукт стали и расплавленный шлак 25 собираются в нижней секции I плавильно-газификационного аппарата 1 и отводятся через отвод 26.
В секции II плавильно-газификационного аппарата 1, расположенной над его нижней секцией I, из загружаемых твердых носителей углерода образуется фиксированный и/или псевдоожиженный слой 27. В эту секцию II открывается подающий трубопровод 23 для кислородсодержащих газов. Верхняя секция III, расположенная над центральной секцией II, функционирует как область успокоения для восстановительного газа, вырабатываемого в плавильно-газификационном аппарате 1, а также для твердых частиц, втягиваемых потоком газа. В верхней секции III имеется отверстие 17 отводного трубопровода восстановительного газа 2, и там же введена горелка 18, подающая тонкоизмельченный уголь 19.
У горловины горелки 11' формируется высокотемпературная зона сгорания и/или газификации 28, в которой тонкоизмельченные частицы железосодержащего сырья 5 плавятся полностью или по крайней мере поверхностно с образованием капель, что вызывает агломерацию тонкоизмельченных частиц. Этим эффективно предотвращается вынос тонкоизмельченного железосодержащего сырья 5 с восстановительным газом, выходящим из плавильно-газификационного аппарата 1.
Образующиеся агломераты капель имеют увеличенные гидравлические диаметры и/или более высокую плотность, и следовательно, повышенные скорости падения по сравнению с мелкими частицами. Скорость падения еще больше повышается за счет увеличения коэффициента формы, то есть величины Cw образующихся агломератов капель.
Расположение горелки 11 на центральном участке купола 10 плавильно-газификационного аппарата 1 дает возможность равномерного смешивания частиц подаваемых твердых веществ и, следовательно, полной агломерации. В результате носители железа равномерно распределяются в фиксированном и/или псевдоожиженном слое 27, образующемся в плавильно-газификационном аппарате 1 из твердых носителей углерода. Таким образом, появляется возможность наладить плавильно-восстановительный процесс с использованием 100% тонкоизмельченной руды и предотвратить вынос носителей железа из плавильно-газификационного аппарата 1 в твердом состоянии.
Размер зерна тонкоизмельченного угля, пригодного для использования в технологическом процессе по изобретению, предпочтительно лежит в диапазоне от 1 до 0 см, а тонкоизмельченного железосодержащего сырья - от 8 до 0 см.
Пыль, рециркулирующая через циклон 3, показанный на чертеже, может быть просто восстановлена, но этот этап может и отсутствовать, так как пыль, подаваемая в реактор 4 через трубопровод 2', показанный пунктирной линией (трубопровод 2 между циклоном 3 и реактором 4 в этом случае может отсутствовать), снова отводится из реактора 4 и подается в горелку 11 вместе с предварительно подогретыми и, возможно, частично восстановленными твердыми веществами и затем может быть термически использована в высокотемпературной зоне 28. В этом случае циклон 3 может отсутствовать или работать только для рециркуляции восстановительного газа.
Реактор 4 предпочтительно может быть оснащен устройством фракционирования, при этом крупнозернистая фракция (частицы размерами от 0,5 до 8 мм) вводят непосредственно в плавильно-газификационный аппарат 1, например, посредством гравитационной загрузки через трубопровод 12', а мелкозернистые частицы подают в высокотемпературную зону сгорания и/или газификации 28 через трубопровод 12.
Это облегчает работу горелки 11 таким образом, что ее тепло теперь может быть использовано исключительно для самых мелких частиц, которые в любом случае нужно превратить в агломераты, чтобы избежать их выноса. Размеры зерна частиц крупнозернистой фракции должны быть такими, чтобы скорость падения этих частиц была несколько выше, чем скорость их парения в зоне III плавильно-газификационного аппарата 1. Тогда предотвращается вынос этих частиц.
Пример.
1020 кг угля на тонну ЧЧ (чушкового чугуна), отсюда 340 кг тонкоизмельченного угля на тонну ЧЧ 19 и баланс в виде кускового угля (22), а также 1460 кг тонкоизмельченного железосодержащего сырья 5 на тонну ЧЧ загрузили для получения 40 тонн чушкового чугуна в час при помощи установки в соответствии с чертежом.
Уголь:
Химический анализ угля (тонкоизмельченный уголь 19 и кусковой уголь, весовых частей, сухая основа)
C - 77,2%
H - 4,6%
N - 1,8%
О - 6,8%
S - 0,5%
зола - 9,0%
C-fix - 63,0%
Распределение размеров зерна тонкоизмельченного угля 19
- 500 мкм - 100%
- 250 мкм - 85%
- 100 мкм - 51%
- 63 мкм - 66%
- 25 мкм - 21%
Тонкоизмельченное железосодержащее сырье:
Химический анализ (весовые части)
Feобщ - 66,3%
Fe0 - 4,5%
Fe2O3 - 94,5%
Потери на сгорание - 6,8%
Влага - 1,0%
Распределение размеров зерна
- 4000 мкм - 100 %
- 1000 мкм - 97%
- 500 мкм - 89%
- 250 мкм - 66%
- 125 мкм - 25%
Флюсы
Химический анализ (весовые части)
CaO - 34,2%
MgO - 9,9%
SiO2 - 14,1%
Al2O3 - 0,3%
Fe2O3 - 1,1%
MnO - 0,5%
Потери на сгорание - 39,1%
321 Нм3 O2 на тонну ЧЧ ввели в слой 27 через подающие трубопроводы 23, выполненные в виде фурм, для газификации угля, при этом потребление горелки 11 составило 255 Нм3 O2 на тонну ЧЧ, а потребление горелки 18 составило 75 Нм3 O2 на тонну ЧЧ.
Чушковый чугун 24:
C - 4,3%
Si - 0,4%
Mn - 0,09%
P - 0,1%
S - 0,05%
Fe - 95,0%
Экспортный газ:
Количество: - 1720 Нм3 O2 на тонну ЧЧ
Анализ (объемные части):
СО - 38,7%
CO2 - 37,2%
H - 16,4%
H2O - 2%
N2+Ar - 4,6%
CH4 - 1,1%
Величина нагрева: 7060 кДж/Нм3з
Формула изобретения: 1. Способ получения расплавленного чушкового чугуна (24) или полупродукта стали из тонкоизмельченного железосодержащего сырья (5), в частности восстановленного губчатого железа, в плавильно-газификационной зоне плавильно-газификационного аппарата (1), в котором при подаче железосодержащего сырья, углеродсодержащего сырья и кислородсодержащего газа при посредстве первого подающего трубопровода с одновременным образованием восстановительного газа, который выводится через отводной трубопровод восстановительного газа (2, 17), в слое (27), образованном твердыми носителями углерода, железосодержащее сырье при прохождении через этот слой (27) плавится возможно после предварительного полного восстановления, отличающийся тем, что вблизи отводного трубопровода для восстановительного газа (2,17) плавильно-газификационного аппарата (1) расположен дополнительный подающий трубопровод (18), не связанный с подачей железосодержащего сырья (5) и служащий для подачи угля, а именно тонкоизмельченного угля (19), такого как угольная пыль и/или другие углеродсодержащие материалы, включая летучие вещества, и вблизи отводного трубопровода для восстановительного газа (2, 17) плавильно-газификационного аппарата (1) расположен еще один дополнительный подающий трубопровод (21), не связанный с подачей железосодержащего сырья (5) и служащий для подачи кислородсодержащего газа, таким образом дополнительно подаваемые тонкоизмельченный уголь (19) и/или другие углеродсодержащие материалы, включая летучие вещества, по мере введения в плавильно-газификационный аппарат (1) превращаются в тонкоизмельченный кокс (19'), а полученный таким путем тонкоизмельченный кокс (19') вводят вместе с восстановительным газом, отводимым из плавильно-газификационного аппарата (1), и затем отделяют.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что тонкоизмельченный кокс (19') подают в плавильно-газификационный аппарат (1) вместе с тонкоизмельченным железосодержащим сырьем (5), возможно предварительно подогретым и/или восстановительным при помощи восстановительного газа.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в области успокоения (III), образующейся над слоем (27), при прямой подаче кислорода формируется высокотемпературная зона сгорания и/или газификации (28), путем сгорания и/или газификации тонкоизмельченного кокса (19'), подаваемого в плавильно-газификационный аппарат (1), в эту высокотемпературную зону сгорания и/или газификации непосредственно вводят тонкоизмельченное железосодержащее сырье (5), в которой за счет тепла, высвобождаемого во время реакции тонкоизмельченного кокса (19'), осуществляют по крайней мере поверхностное плавление железосодержащего сырья (5) и его агломерацию.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что высокотемпературная зона сгорания и/или газификации (28) формируется в центре купола (10) плавильно-газификационного аппарата (1), а подачу сырья осуществляют сверху вниз.
5. Способ по п. 3 или 4, отличающийся тем, что агломерацию ускоряют и интенсифицируют за счет завихрения железосодержащего сырья (5) в высокотемпературной зоне сгорания и/или газификации (28).
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что подачу кислорода в высокотемпературную зону сгорания и/или газификации (28) также осуществляют с завихрением.
7. Способ по одному или нескольким пп.3 - 6, отличающийся тем, что железосодержащее сырье (5) вводят в высокотемпературную зону сгорания и/или газификации (28) в виде смеси с тонкоизмельченным коксом (19').
8. Способ по одному из нескольких пп.3 - 7, отличающийся тем, что скорость ввода железосодержащего сырья (5) и тонкоизмельченного кокса (19') в высокотемпературную зону сгорания и/или газификации (28) увеличивают при помощи нагнетающего газа, такого как азот или технологический газ.
9. Способ по одному или нескольким пп.3 - 8, отличающийся тем, что восстановительный газ, образующийся в плавильно-газификационной зоне, подают в зону предварительного подогрева и/или зону прямого восстановления для предварительной обработки железосодержащего сырья (5), предварительно подогретое и/или восстановительное железосодержащее сырье подают в высокотемпературную зону сгорания и/или газификации в горячем состоянии.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что в зону предварительного подогрева и прямого восстановления дополнительно подают тонкоизмельченный кокс.
11. Способ по одному или нескольким пп.1 - 10, отличающийся тем, что в плавильно-газификационную зону дополнительно вводят кусковой уголь.
12. Способ по одному или нескольким пп.9 - 11, отличающийся тем, что железосодержащее сырье в зоне предварительного подогрева и/или прямого восстановления разделяют на мелкозернистую и крупнозернистую фракции, причем последняя предпочтительно содержит частицы размером 0,5 - 8 мм, в высокотемпературную зону сгорания и/или газификации (28) вводят только мелкозернистую фракцию, а крупнозернистую фракцию вводят непосредственно в плавильно-газификационный аппарат, предпочтительно в его область успокоения (III).
13. Способ по одному или нескольким пп.9 - 12, отличающийся тем, что восстановительный газ подают в зону предварительного подогрева и/или зону прямого восстановления в неочищенном состоянии.
14. Установка для осуществления способа по одному или нескольким пп.1 - 13, включающая плавильно-газификационный аппарат (I) с подающим и отводным трубопроводами (2, 13, 18, 23) для добавления углеродсодержащего сырья (19, 19'), железосодержащего сырья (5), для отвода вырабатываемого восстановительного газа и для подачи кислородсодержащего газа, а также включающая, кроме того, отвод для шлака и расплава (26), нижнюю секцию (I) плавильно-газификационного аппарата (I), предназначенную для сбора расплавленного чушкового чугуна (24) и/или стального полуфабриката и жидкого шлака (25), расположенную выше центральную секцию (II), предназначенную для образования слоя (27) твердых носителей углерода, и, наконец, верхнюю секцию (III), предназначенную для создания области успокоения, отличающаяся тем, что плавильно-газификационный аппарат (I) вблизи отверстия (17) отводного трубопровода восстановительного газа (2) содержит горелку (18) для подачи тонкоизмельченного угля (19) и/или других углеродсодержащих веществ, включая летучие вещества, и тем, что отводной трубопровод восстановительного газа (2) оснащен отделительным устройством (3) для отделения тонкоизмельченного кокса (19'), отводимого вместе с восстановительным газом.
15. Установка по п.14, отличающаяся тем, что из отделительного устройства (3) в плавильно-газификационный аппарат (I) идет возвратный трубопровод для тонкоизмельченного кокса (19').
16. Установка по п.15, отличающаяся тем, что как минимум одна горелка (II), подающая кислородсодержащий газ и тонкоизмельченное железосодержащее сырье (5), и подающее устройство для подачи тонкоизмельченного кокса (19') предпочтительно расположены у верхней кромки области успокоения (III).
17. Установка по п.16, отличающаяся тем, что предусмотрена одна горелка (II), размещенная в центре, то есть на продольной вертикальной оси плавильно-газификационного аппарата (I), а ее горловина (II') направлена вдоль поверхности слоя (27).
18. Установка по п. 16 или 17, отличающаяся тем, что горелка (II) выполнена как кислородно-углеродная горелка, то есть также служит для подачи тонкоизмельченного кокса (19').
19. Установка по одному или нескольким пп.16 - 18, отличающаяся тем, что горелка (II) оснащена устройством завихрения для твердых веществ (5, 19'), подаваемых через горелку (II).
20. Установка по одному или нескольким пп.16 - 19, отличающаяся тем, что горелка (II) оснащена устройством завихрения для кислородсодержащего газа, подаваемого через горелку (II).
21. Установка по одному или нескольким пп.16 - 20, отличающаяся тем, что в горелку введен трубопровод смешанного сырья (13) для подачи тонкоизмельченного железосодержащего сырья (5) и тонкоизмельченного кокса (19').
22. Установка по одному или нескольким пп.14 - 20, отличающаяся тем, что отводной трубопровод восстановительного газа (2) выходит из области успокоения (III) плавильно-газификационного аппарата (I) и входит в устройство (4) для предварительного подогрева и/или прямого восстановления тонкоизмельченного железосодержащего сырья (5).
23. Установка по п.22, отличающаяся тем, что устройство (4) для предварительного подогрева и/или прямого восстановления включает устройство фракционирования для разделения железосодержащего сырья на крупнозернистую и мелкозернистую фракции, причем мелкозернистая фракция через трубопровод (12) передается в горелку (II), в то время как крупнозернистая фракция непосредственно подается через трубопровод (12') в плавильно-газификационный аппарат (I).
24. Установка по п.22 или 23, отличающаяся тем, что отводной трубопровод восстановительного газа (2) входит непосредственно в устройство (4) для предварительного подогрева и/или прямого восстановления, то есть без промежуточного включения пылеотделительного устройства (3).