СПОСОБ ПЛАВКИ СТАЛЬНОГО ЛОМА И ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ШЛАМОВ И ПЕЧЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C21C1/00 C22B19/00 F27B17/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности, к непрерывной плавке стального лома и железосодержащих материалов в печи с жидкой шлаковой ванной.

Известен способ плавки железорудных материалов в печи в жидкой шлаковой ванне /1/, включающий подачу в шлаковую ванну кислородного дутья, железорудного сырья, восстановителя (угля) и флюса. Одним из видов железорудного сырья согласно данному способу плавки являются осушенные конвертерные и доменные шламы, характеризующиеся значительным (до 3) содержанием окиси цинка. Недостатком описанного способа плавки и печи для его осуществления в случае использования шламов является то, что выделяющиеся из ванны пары цинка окисляются при дожигании окиси углерода и в большом объеме газо-пылевыделений уносятся на газоочистку, где вновь переходят в шлам.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ плавки и печь для его осуществления. Данный способ и печь характеризуются сочетанием плавки в жидкой ванне с расплавлением стального лома в примыкающей шахте за счет тепла отходящих из жидкой ванны газов. Недостатком указанного способа и печи для его осуществления являются трудности, возникающие при плавке в жидкой ванне цинкосодержащих шламов. Выделяющиеся из жидкой ванны в процессе восстановительной плавки пары цинка конденсируются в шахте на стальном ломе, имеющем температуру ниже точки кипения цинка (907 ^oC). В результате на уровне, соответствующем по высоте этой температуре, происходит накопление цинковистых отложений, приводящее к расстройству хода печи. Для предотвращения накопления отложений пары цинка окисляют одновременно с дожиганием окиси углерода подачей воздуха в шахту на уровне, соответствующем температуре, превышающей точку кипения цинка. Однако при этом пылевидная окись цинка уносится отходящими из шахты газами и переходит в шлам на газоочистке.

Цель изобретения состоит в увеличении выхода годного за счет извлечения цинка из газов, отходящих из жидкой ванны.

Поставленная цель достигается тем, что в способе плавки, включающем подачу в шлаковую ванну кислородного дутья, цинкосодержащего шлама, восстановителя и плавление стального лома в примыкающей к печи шахте, из последней отбирают в конденсатор пропорциональную парциальному давлению паров цинка часть отходивших газов при температуре 1000 1050 ^oC и содержании окиси углерода 20 30 Поставленная цель достигается также тем, что в печи для осуществления способа плавки стального лома и цинкосодержащих шламов ломоплавильная шахта снабжена боковым отводом в конденсатор части поступающих из ванны газов, расположенным на высоте, соответствующей температуре газов 1000 1050 ^oC.

Наличие у ломоплавильной шахты бокового отвода, расположенного на высоте, соответствующей температуре газов 1000 1050 ^oC, обеспечивает отбор части печных газов, необходимой для извлечения выносимого шламом цинка путем конденсации его паров, и тем самым достижение цели изобретения. Это позволяет сделать вывод, что предлагаемые объекты связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Предлагаемые отличительные признаки в сопоставлении с прототипом обеспечивают соответствие критерию "новизна". Анализ известных технических решений в исследуемой и смежных областях не выявил признаков, сходных с отличительными, что позволяет признать данные решения соответствующими критерию "изобретательский уровень".

Отвод части печных газов при температуре 1000 1050 ^oC обеспечивает оптимальные условия извлечения из них цинка. При температуре ниже 1000 ^oC имеет место опасность преждевременной конденсации цинка на стенках газопровода, соединяющего шахту с конденсатором. При температуре выше 1050 ^oC неоправданно возрастают затраты на отвод тепла, выделяющегося в конденсаторе. Содержание в отводимых газах 20 30 окиси углерода необходимо для предотвращения окисления паров цинка. При меньшем содержании окиси углерода пары цинка начинают окисляться, при большем отходящие газы имеют теплосодержание, недостаточное для расплавления лома в шахте.

Предлагаемый способ плавки реализуется следующим образом применительно к конкретным условиям на Череповецком меткомбинате.

В жидкую шлаковую ванну печи с площадью пода 15,5 м² подают осушенный шлам, содержащий 2,11 окиси цинка, с интенсивностью загрузки 28 т/ч. Одновременно в ванну подается уголь и кислородное дутье в соотношении, обеспечивающем выделение необходимого количества тепла, протекание реакций восстановления и обеспечения содержания 20 30 CO в отходящих газах. Восстановившийся цинк в виде паров переходит в газовую фазу, барботирующую шлаковую ванну. Образующиеся в процессе плавки газы с температурой около 1600 ^oC в количестве 34000 нм³/ч используются для плавки стального лома в шахте, примыкающей к жидкой ванне.

Содержание цинка в окиси 80,26 Шламом вносится в шлаковую ванну цинка
28000•0,0211•0,8026 473 кг/ч
Извлечение цинка в газы 65
473•0,65 307 кг/ч
Содержание цинка в шлаковой ванне

Парциальное давление паров цинка в отходящих газах, соответствующее содержание цинка в ванне
900 Па 0,0092 кг/см²
Необходимый и достаточный расход отходящих газов через боковой отбор составит

где 130,8 масса одного кило-моля цинка, кг,
22,4 молярный объем, м³.

Цинк к месту бокового отбора отходящих газов поступает снизу из барботирующей шлаковой ванны и сверху с опускающимся в шахте стальным ломом, на котором он конденсируется из газов на уровне с температурой ниже точки кипения цинка. Таким образом, за счет бокового отбора части газов обеспечивается полное извлечение цинка, перешедшего из шлаковой ванны в газовую фазу.

На фиг. 1 дана печь в продольном разрезе для осуществления предлагаемого способа плавки; на фиг. 2 в поперечном.

Печь имеет футерованную ванну 1 с отстойниками металла 2 и шлака 3, снабженными выпускными отверстиями 4 и 5 и переточным каналом 6. Стены 7 и свод 8 печи выполнены кессонированными с испарительным охлаждением. В стенах установлены продувочные фурмы 9, в своде загрузочное устройство 10. Со стороны, противоположной отстойникам, к рабочему пространству печи примыкает ломоплавильная шахта 11. Нижняя высокотемпературная часть шахты выполнена футерованной и на высоте, соответствующей температуре 1000 1050 ^oC, имеет боковой отвод 12 части отходящих газов в конденсатор 13.

Печь работает следующим образом.

Кампанию начинают с предварительного разогрева футеровки ванны, отстойников и шахты. При этом фурмы 9 работают в режиме горелок, отстойники разогреваются специальными горелками. По достижению внутренними поверхностями кладки температуры 1450 1500 ^oC разогрев завершают, загружают шахту ломом 14 и производят заливку в печь жидкого чугуна 15 до уровня, обеспечивающего перекрытие переточного канала 6. Затем заливают жидкий шлак 16 до уровня порога выпускного отверстия 4. Во время заливки и после нее в продувочные фурмы 9 подается кислородное дутье и при необходимости природный газ, а через загрузочное устройство 10 производится загрузка угля и шлама.

Дутье, поступающее через фурмы 9, барботирует шлаковую ванну и, взаимодействуя с загружаемым углем и шламом, обеспечивает протекание реакций жидкофазного восстановления. Образующиеся чугун и шлак непрерывно выпускаются из соответствующих отстойников 2 и 3. Восстановившийся цинк в виде паров переходит в газовую фазу. Выделяющиеся из расплава газы поступают в шахту 11 и, отдавая свое тепло лому, обеспечивают его нагрев и плавление. Необходимая часть газов при температуре 1000 1050 ^oC и содержании окиси углерода 20 30 отбирается из шахты 11 через боковой отвод 12 в конденсатор 13, где производится извлечение цинка. Физическое и химическое тепло газов, выходящих из конденсатора, а также из шахты может быть использовано для нужд энергетики, например, в котле-утилизаторе.

Использование предлагаемого способа плавки и печи для его осуществления позволяет осуществить эффективный передел вторичного сырья (стального лома и шламов) в чугун в одном агрегате с одновременным получением дефицитного дорогостоящего металла цинка.

Использование: изобретение относится к металлургии, в частности, к непрерывной плавке стального лома и железосодержащих материалов. Сущность: из примыкающей к печи жидкой ванны ломоплавильной шахты, снабженной боковым газоотводом, отбирают необходимую часть газов при температуре 1000-1050 ^oC и содержании окиси углерода 20-30 % с последующей конденсацией паров цинка. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ плавки стального лома и цинксодержащих шламов в печи с жидкой шлаковой ванной, включающий подачу в шлаковую ванну кислородного дутья, цинксодержащего шлама, восстановителя и плавление стального лома в примыкающей к печи шахте за счет физического и химического тепла отходящих из жидкой ванны газов, отличающийся тем, что при плавке из ломплавильной шахты отбирают в конденсатор обратно пропорциональную парциальному давлению паров цинка часть отходящих газов при 1000 1050^oС, поддерживая содержание окиси углерода в пределах 20 30%
2. Печь для плавки лома и цинксодержащих шламов, содержащая футерованную ванну с отстойниками металла и шлака, кессонированными стенами и сводом, продувочными фурмами, примыкающую к ванне ломоплавильную шахту, отличающаяся тем, что она снабжена конденсатором, соединенным с шахтой патрубком бокового отвода части поступающих из ванны газов, расположенным на высоте, соответствующей температуре газов 1000 1050^oС.