СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО СЫРЬЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК C21B13/14 

Изобретение относится к металлургии, а именно к технологии переработки металлургического сырья.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ переработки металлургического сырья, включающий загрузку шихты, состоящей из железорудной части, флюса и угольной смеси в коксовые печи, выдержку ее в коксовой печи при температуре в рабочем пространстве до 1100^оС и выгрузку продукта коксования из печей, при отапливании печей технологическими газами (природным, коксовым, доменным и др.). При этом содержание в угольной смеси полуматовых и матовых некоксующихся каменных углей кларен-дюренового и дюренового типа не должно превышать 30% а использование бурых углей исключено. В результате использования такого способа подготовки шихты к плавке образуется твердый кусковой продукт белый железококс. Степень металлизации железа при этом составляет 95-98% Газификация углерода продуктами горения технологических газов исключена, так как отопительные простенки и рабочее пространство печи разделены. Летучие вещества (аммиак, бензол и т. д.) улавливаются в химических отделениях коксохимического цеха [1]
Известный способ переработки металлургического сырья реализуется с помощью устройства, состоящего из коксовых печей с герметичными дверями, загрузочными люками и отопительными простенками с перекидными каналами или парными вертикалями для сжигания технологического газа, механизмов для загрузки шихты в коксовые печи и для выгрузки кокса из печей и установки для тушения (охлаждения) продукта коксования [2]
Недостатком известного способа является то, что получаемый в результате его использования продукт является кусковым материалом, в то время как для высокопроизводительной работы печей жидкофазного восстановления шихта должна иметь минимальную крупность. В этом заключается отличие этих печей от доменных. Другим недостатком является необходимость использования в угольной смеси не менее 70% дорогостоящих и дефицитных коксующихся и жирных углей (блестящих и полублестящих и дюрен-клареновых углей). Поскольку крупные куски белого железококса невозможно подвергнуть дроблению непосредственно после выгрузки из-за высокой температуры, необходимо его охлаждение (тушение), что приводит к потере тепла (энтальпии) железококса и, следовательно, увеличению расхода тепла на процесс. Недостатком способа является также то, что он не предусматривает использования тепла отходящих от печи жидкофазного восстановления газов для коксования, что также повышает суммарный расход тепла на процесс.

Недостатком установки, используемой для реализации известного способа, является то, что конструкция отопительных простенков не позволяет использовать в качестве источника энергии физическое тело отходящих от печи жидкофазного восстановления газов, поскольку эти простенки оборудованы перекидными каналами и парными вертикалями, предназначенными лишь для сжигания технологического газа. Другим недостатком известной установки является то, что она не оборудована устройствами для подачи горячих газов, отходящих от печи жидкофазного восстановления.

Целью изобретения является обеспечение переработки металлургического сырья без использования дорогостоящих и дефицитных коксующихся и жирных блестящих и полублестящих клареновых и дюрен-клареновых каменных углей и без затрат технологического (природного, доменного, коксового и пр.) газа при получении пылеобразного восстановленного (металлизованного) продукта и дальнейшем использовании его физического тепла (энтальпии) в печах жидкофазного восстановления, что позволит снизить расход топлива и восстановителя.

Цель достигается тем, что в способе переработки металлургического сырья, включающем загрузку смеси рудной части шихты, флюса и угольной смеси в коксовые печи, выдержку смеси в коксовой печи при температуре в рабочем пространстве до 1100^оС, отопление коксовых печей осуществляется физическим теплом отходящих от плавильно-восстановительного агрегата газов, а угольная смесь состоит исключительно из полуматовых и матовых некоксующихся каменных углей кларен-дюренового и дюренового типа угля и/или бурых углей. В устройстве для осуществления способа, состоящем из коксовых печей с герметичными дверями, загрузочными люками и отопительными простенками, механизмов для загрузки шихты в коксовые печи и механизмов для выгрузки продукта из печей, отопительные простенки выполнены в виде системы параллельных не соединяющихся между собой вертикальных каналов и соединены с плавильно-восстановительным агрегатом газопроводами, снабженными установками для очистки газа от пыли и капель шлака, а механизмы для выгрузки продукта пиролиза из печи снабжены установкой для его транспортировки к плавильно-восстановительному агрегату.

В заявленном способе отопление коксовых печей может осуществляться физическим теплом газов, отходящих из печей с жидкой ванной.

В заявленном устройстве в качестве плавильно-восстановительного агрегата может использоваться печь с жидкой ванной.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый способ подготовки шихты к плавке отличается от известного тем, что он не предусматривает использования в угольной смеси коксующихся и жирных углей, представляющих собой блестящие и полублестящие клареновые и дюрен-клареновые каменные угли (Справочник коксохимика/А.М.Мирошниченко, С.И.Панченко, Б.И.Штремберг и др. М. Металлургия, 1964, Справ.изд. Т.I, с.8), в то время как в известном способе эти сорта углей составляют не менее 70% от массы угольной шихты. В заявляемом способе предусматривается использовать в угольной смеси исключительно полуматовые и матовые некоксующиеся каменные угли кларен-дюренового или дюренового типа и/или бурые угли, в то время как в известном способе содержание таких каменных углей не должно превышать 30% от массы угольной смеси, а использование бурых углей исключено. Сопоставительный анализ с прототипом также позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое устройство для осуществления заявляемого способа отличается от прототипа тем, что вместо отопительных простенков с перекидными каналами или парными вертикалями (применяемыми для сжигания доменного, коксового и/или природного газа) применяются отопительные простенки, выполненные в виде параллельных, не соединяющихся между собой вертикальных каналов (предназначенных для пропускания очищенных от капель шлака и пыли отходящих газов плавильно-восстановительного агрегата), соединенных с плавильно-восстановительным агрегатом газопроводами, снабженными установками для очистки газа от капель шлака и пыли, а механизмы для выгрузки продукта пиролиза из печи вместо установки для тушения (охлаждения) продукта коксования снабжены установками для транспортировки продукта коксования в горячем виде в инертной атмосфере к плавильно-восстановительному агрегату. Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемых технических решений критерию "Новизна". Признаки, отличающие заявляемые технические решения от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники, что, следовательно, обеспечивает заявляемым техническим решениям соответствие критерию "Изобретательский уровень".

На фиг. 1 и 2 приведены схемы батарей коксовых печей, поперечный и продольный вертикальные разрезы соответственно.

Коксовая батарея включает в себя расположенные параллельно в пространстве коксовые печи 1, разделенные отопительными простенками, выполненные в виде параллельных вертикальных каналов 2. Вертикальные отопительные каналы 2 располагаются по всей длине каждого отопительного простенка и не соединяются между собой, так как разделены перегородками из футеровки. Сверху над отопительными простенками располагаются распределительные каналы 3, а снизу газоотводы 4. Коксовые печи футерованы огнеупорной футеровкой 5.

Устройство работает следующим образом.

Отходящие газы плавильно-восстановительного агрегата, имеющие температуру 1700-1800^оС, охлаждаются до 1400-1450^оС и поступают в газопроводы, снабженные установками для очистки газа от пыли и капель шлаков. В качестве таких установок могут быть использованы, например, горячие пылеуловители с жидкой шлаковой ванной. По газопроводам отходящие газы, состоящие только из азота и диоксида углерода, вводятся под давлением до 0,5 атм (150 кПа) в верхние распределительные каналы 3, располагающиеся параллельно друг другу вдоль оси коксовой батареи. Из распределительных каналов 3 эти газы направляются в отопительные простенки, выполненные в виде параллельных, не соединяющихся между собой вертикальных каналов 2, а затем отводятся по нижним газоотводам 4.

После коксовой батареи газы с температурой 1100-1300^оС по газоотводам 4 поступают в котел-утилизатор или в какой-либо другой агрегат для использования их физического тепла. Шихта, состоящая из рудной части, флюса и угольной смеси (состоящей из полуматовых и матовых некоксующихся каменных углей кларен-дюренового и дюренового типа и/или бурых углей), загружается через загрузочные люки в коксовую печь 1, где подлежит выдержке при температуре до 1100^оС. В течение 14-18 ч из углей выделяются летучие вещества, которые затем в виде коксового газа могут использоваться для нужд химической промышленности и энергетики как в цехах металлургического предприятия, так и вне его. В это же время происходит частичное (при использовании, например, хромитовых или комплексных руд) или практически полностью выделение (при использовании, например, железных или никелевых руд и концентратов). Продуктом высокотемпературной выдержки является порошкообразный продукт, который можно назвать белым (т.е. офлюсованным) металлоуглем. Поскольку в составе угольной смеси использовались исключительно бурые угли и/или полуматовые и матовые каменные некоксующиеся угли кларен-дюренового типа, процесс образования кокса (плавление битумов и последующее формирование кускового коксового пирога) места не имеют. Имеют место лишь процессы восстановления и пиролиза. Кусковой продукт не образуется как вследствие отсутствия коксования, так и потому, что частицы металла не могут свариться в единый монолит, поскольку разобщены слоями частиц угля. После завершения процессов пиролиза и восстановлении (металлизации) продукт пиролиза выгружается из печи с помощью специальных механизмов типа выталкивателя, снабженных установками для транспортировки этого продукта в горячем виде в инертной атмосфере к плавильно-восстановительному агрегату. В качестве таких установок могут быть использованы, например, вибрационные футерованные трубчатые наклонные конвейеры или пневмотранспортные установки, работающие в токе азота.

С помощью заявленного устройства к плавке в печах с жидкой ванной можно подготавливать как железорудные шихты, так и шихты на основе никелевых, хромитовых, полиметаллических и других комплексных руд, получая как белый железоуголь, так и белый никелеуголь, хромоуголь и т.п.

Во всех случаях использование горячей восстановленной (металлизованной) шихты, подготовленной заявленным способом, позволит сократить затраты угля в печи жидкофазного восстановления.

П р и м е р. Печь жидкофазного восстановления типа ПЖВ (для плавки в жидкой ванне) работает на выплавку передельного чугуна. Подобная печь была построена на Новолипецком металлургическом комбинате (объем печи 140 м³, суточная выплавка чугуна до 700 т, удельный расход угля 800 кг/т угля).

Указанный способ подготовки шихты к плавке реализуется на устройстве, созданном в результате реконструкции имеющихся коксовых батарей. Продукт подготовки шихты белый железоуголь.

В коксовую печь загружается шихта, состоящая из следующих компонентов (в расчете на 1 т чугуна, выплавляемого из печи жидкофазного восстановления типа ПЖВ): железная пылеватая (крупностью до 5 мм); гематитовая руда, содержащая 65% железа 1460 кг; известняк (крупностью до 5 мм), содержащий 60% CaO 263 кг; матовый некоксующийся кларен-дюреновый длиннопламенный каменный уголь (60% С нелетучих; 10% золы; 30% летучих) 700 кг.

В ходе пиролиза при температурах до 1100^оС в течение 16 ч происходит удаление летучих угля (370 м³/т угля) и полное восстановление до металлического железа (металлизация) железной руды с выделением 616 м³ монооксида углерода по суммарной реакции Fe₂O₃ + 3 C 2 Fe + 3 CO. Кроме того CO₂, выделяющийся при разложении известняка, взаимодействует с углеpодом угля по реакциям:
CaCO₃ CaO + CO₂^флюса
CO₂^флюса + C 2 CO
На это расходуется 43 кг угля. В результате этого непосредственно в печь жидкофазного восстановления загружается с белым железоуглем 700-346 43 700 -389 311 кг угля. Транспортировка пылевидного железоугля к печи ПЖВ осуществляется с помощью пневмотранспортной установки в горячем виде в токе азота. Для нужд пневмотранспорта используется азот, который до реконструкции коксовых батарей применяли в установках сухого тушения кокса (УСТК).

При работе печи жидкофазного восстановления типа ПЖВ на холодном дутье и холодной окисленной неподготовленной шихте составляет 800 кг/т чугуна (по данным работы печи ПЖВ Новолипецкого металлургического комбината). Загрузка нагретого до 900^оС металлизованного железоугля сводит удельный расход угля (входящего в состав железоугля) в печи ПЖВ до 311 кг. С учетом израсходованных в коксовой печи 389 кг угля общий необходимый расход угля составит:
311 + 389 700 кг/т чугуна, а общая экономия составит:
800 700 800 (346 + 43 + 311) 100 кг угля/т чугуна.

Таким образом применение предлагаемого способа в промышленных условиях технологией плавки в печах ПЖВ позволяет: снизить расход угля на 100 кг/т чугуна; улучшить экологическую обстановку на металлургическом предприятии за счет снижения расхода угля, что позволяет снизить абсолютную величину выбросов CO, CO₂, O_x и O₂ в дымовую трубу; использовать летучие вещества, выделяющиеся при пиролизе угля, в химических отделениях коксохимического производства для извлечения ценных веществ, используемых в химической, лакокрасочной и фармацевтической промышленности, а коксовый газ использовать в энергетике.

Выбранный в качестве прототипа способ подготовки шихты к плавке в печах жидкофазного восстановления и доменных печах в настоящее время нигде не применяется, поскольку требует для своего осуществления применения коксующихся и жирных углей, которые дефицитны и дорогостоящи, в то же время не обеспечивает высокой прочности продукта, необходимой для использования доменных печей. По сравнению с прототипом полезный эффект от использования заявленного способа вместо прототипа будет заключаться в следующем: полная замена в угольной смеси блестящих и полублестящих клареновых и дюрен-клареновых каменных углей (коксующихся и жирных) более дешевыми и менее дефицитными некоксующимися матовыми и полуматовыми каменными углями кларен-дюренового типа и/или бурыми углями; полный отказ от использования для работы коксовых печей технологических газов (природного, доменного, коксового и пр. ) и утилизация физического тепла (энтальпии) отходящих газов печей жидкофазного восстановления; снижение расхода топлива в печах жидкофазного восстановления за счет использования в них физического тепла металлоугля, подаваемого в эти печи горячим.

Использование: относится к металлургии, точнее к технологии переработки металлургического сырья. Сущность: способ переработки металлургического сырья включает загрузку шихты, состоящей из рудной части, флюса и угольной смеси в коксовые печи, выдержку ее в коксовой печи при температуре в рабочем пространстве до 1100°С, выгрузку готового продукта и подачу его в плавильно-восстановительный агрегат. Отопление коксовых печей осуществляют физическим теплом газов, отходящих от плавильно-восстановительного агрегата, а угольная смесь состоит исключительно из полуматовых и матовых некоксующихся каменных углей кларен-дюренового и дюренового типа и/или бурых углей. Отопление коксовых печей может осуществляться физическим теплом газов, отходящих из печей с жидкой ванной. Устройство для осуществления способа переработки металлургического сырья содержит коксовую батарею, включающую коксовые печи, разделенные между собой отопительными простенками, герметичные двери, загрузочные люки, механизм выгрузки готового продукта и плавильно-восстановительный агрегат. Устройство снабжено средствами, обеспечивающими транспортировку готового продукта в горячем виде в плавильно-восстановительный агрегат в инертной атмосфере, и газопроводами, оборудованными узлами для очистки газа от пыли и капель шлака и соединенными с отопительными простенками коксовых печей, которые выполнены в виде системы параллельных автономных вертикальных каналов. В качестве плавильно-восстановительного агрегата может использоваться печь с жидкой ванной. Реализация изобретения позволит исключить из шихты дорогостоящие и дефицитные коксующиеся и жирные блестящие и полублестящие клареновые и дюрен-клареновые каменные угли. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ переработки металлургического сырья, включающий загрузку шихты, состоящей из рудной части, флюса и угольной смеси, в коксовые печи, выдержку ее в коксовой печи при температуре в рабочем пространстве до 1100^oС, выгрузку готового продукта и подачу его в восстановительно-плавильный агрегат, отличающийся тем, что отопление коксовых печей осуществляют физическим теплом газов, отходящих от восстановительно-плавильного агрегата, а угольная смесь состоит исключительно из полуматовых и матовых некоксующихся каменных углей кларен-дюренового и дюренового типа и/или бурых углей. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отопление коксовых печей осуществляют физическим теплом газов, отходящих из печей с жидкой ванной. 3. Устройство для переработки металлургического сырья, содержащее коксовую батарею, включающую коксовые печи, разделенные между собой отопительными простенками, герметичные двери, загрузочные люки, механизм выгрузки готового продукта и восстановительно-плавильный агрегат, отличающееся тем, что устройство снабжено средствами, обеспечивающими транспортировку готового продукта в горячем виде в восстановительно-плавильный агрегат в инертной атмосфере, и газопроводами, оборудованными узлами для очистки газа от пыли и капель шлака и соединенными с отопительными простенками коксовых печей, которые выполнены в виде системы параллельных автономных вертикальных каналов. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве восстановительно-плавильного агрегата используют печь с жидкой ванной.