СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСПЛАВА ЖЕЛЕЗА Российский патент 1997 года по МПК C21B13/14 C22B1/24 

Изобретение относится к способу получения расплава железа, согласно которому железную руду восстанавливают в губчатое железо в зоне прямого восстановления металла, губчатое железо плавят в плавильной газифицирующей зоне при подаче углеродсодержащего материала с насыщением углеродсодержащего материала восстановительным газом и образованием шлака; восстановительный газ вводят в зону прямого восстановления металла, где он вступает в реакцию и выводится как доменный газ; восстановительный и/или доменный газ подвергают мокрой очистке, а шламы, отделяющиеся при этой очистке, смешивают со связующим и угольной пылью и затем подвергают агломерации.

Способ этого типа известен из АТ-В-376,241. В этом способе восстановительный газ, от которого отделены твердые вещества, а также доменный газ, выводимый после прямого восстановления металла, подвергают мокрой очистке в циклонах, а отделенные шламы смешивают со связующим, содержащим пыль оксида железа, твердый битумный пек, битум или битуминозный бурый уголь, подвергают горячему брикетированию и подают в плавильную газифицирующую зону, при этом пыль оксида железа поступает из устройства газовой очистки доменной печи.

Твердые вещества, полученные при отделении главным образом угольная пыль повторно попадают в нижнюю часть плавильной газифицирующей зоны почти полностью; небольшая часть угольной пыли смешивается со шламами, уже смешанными со связующим, и брикетируется вместе с ними.

Недостатком такого способа является то, что из-за повышенного количества вводимых оксидов железа восстановление приходится проводить в плавильной печи-газификаторе, чтобы восстановить оксид железа, и поэтому отбирается дополнительное количество энергии, требуемой для плавления, тем самым процесс, происходящий в плавильной газифицирующей зоне, нарушается. Кроме того, горячее брикетирование слишком дорого в плане капитальных вложений и эксплуатационных расходов.

Из DE-A -41 23 626 известна агломерация металлургических остатков с использованием связующих агентов, шлакообразующих элементов и восстанавливающих агентов и введение агломератов в шихту в верхней части плавильного агрегата с подогревом и сушкой агломератов в этой части плавильного агрегата. Шихта проходит через плавильный агрегат по принципу обратного течения, сначала попадая в зону восстановления, образуемого внутри плавильного агрегата, и затем расплавляясь в нижней части плавильного агрегата. Этот известный процесс требует большого количества энергии из-за того, что в плавильном агрегате должны быть высушены и превращены в шлак лишние и/или остаточные вещества, что негативно влияет на основной процесс, происходящий в плавильном агрегате.

В этом случае также приходится проводить восстановление в плавильной печи-газификаторе с учетом введения оксидов железа (т.е. окалины), что дополнительно требует значительного количества энергии. Кроме того, в качестве связующего предлагаемся использовать сульфитный раствор, что приводит к нежелательному введению в процесс серы.

Цель изобретения устранение этих недостатков, и задача заключается в том, чтобы подавать обратно в процесс прямого восстановления металла шламы, участвующие в прямом восстановлении железной руды, в максимально возможном количестве, т. е. около 90% общего количества шламов, не влияя никаким образом на протекание процесса восстановления металла. В частности, не должно быть необходимости в изменении количеств сырья и флюсов.

В соответствии с изобретением, эта цель достигается сочетанием следующих мер:
шламы отделяют во время мокрой очистки и дегидратируют до содержания некоторой остаточной влажности перед дальнейшей обработкой;
после этого к шламам примешивают угольную пыль и, в качестве связующего, быстротвердеющую известь;
далее шламы гранулируют, и
полученный гранулят подают в плавильную газифицирующую зону при увеличении основности шлака до максимума, равного 1,25, предпочтительно до 1,20.

Предпочтительно перед дальнейшей обработкой шламы дегидратируют до остаточной влажности 25-50% наиболее предпочтительно 35-40% Далее, шламы с такой остаточной влажностью могут быть непосредственно загружены в смеситель-гранулятор. Предпочтительный диапазон остаточной влажности способствует количественно оптимальному потреблению быстротвердеющей извести. Без такой дегидратации будет необходимо значительно большее потребление быстротвердеющей извести для получения достаточной прочности гранулята.

Полезно, если угольную пыль добавляют к дегидратированным шламам в количестве до 30% предпочтительно до 25% от количества дегидратированного шлама. Угольная пыль в указанном количестве положительно влияет на прочность гранулята. Использование угольной пыли из пылеочистительных приспособлений установки сушки угля, которая входит в настоящую концепцию получения расплава железа или передельного чугуна и/или стальных полуфабрикатов, имеет особое преимущество в плане защиты окружающей среды, отсутствия транспортировки и затрат на отвал угольной пыли. Кроме того, добавление угольной пыли к дегидратированному шламу имеет то преимущество, что грануляты, последовательно образуемые в смесителе-грануляторе, имеют значительное содержание углерода, угольная пыль вносит положительный вклад в обеспечение энергией, являясь носителем энергии, после загрузки гранулятов в плавильную газифицирующую зону.

Согласно предпочтительному варианту, грануляты вырабатывают со слоем карбоната благодаря воздействию CO₂-содержащего дымового газа перед подачей в плавильную газифицирующую зону. Такой карбонатный слой увеличивает как прочность гранулята для транспортировки, так и прочность к разрушению в плавильной газафицирующей зоне.

При этом желательно образование карбонатного слоя гранулята осуществлять в устройстве сушки угля.

На чертеже представлена установка для осуществления способа согласно изобретению в схематическом изображении. Кусковые загрузочные материалы 4, содержащие оксид железа, такие как руда, если нужно, вместе с необожженными флюсами 5, загружаются в верхнюю часть устройства для прямого восстановления металла в виде шахтной печи 1 через трубопровод подачи 3, т.е. в зону прямого восстановления. Шахтная печь 1 сообщается с плавильной печью-газификатором 6, в которой вырабатывается восстановительный газ из носителей углерода и кислородсодержащего газа, подаваемый в шахтную печь 1 через трубопровод подачи 7; средства очистки и охлаждения газа 8 выполнены в виде скруббера, смонтированного в питающий трубопровод 7.

Плавильная печь-газификатор 6 содержит трубопровод подачи 9 для твердых кусковых носителей углерода, если нужно, несколько трубопроводов 10 и 11 для подачи кислородсодержащих газов и трубопроводов 12 и 13 для подачи жидких или газообразных носителей углерода при комнатной температуре, таких как углеводороды, а также для обожженных флюсов. В плавильной печи-газификаторе 6, ниже плавильной газифицирующей зоны 15, собираются расплавленный передельный чугун 16 и расплавленный шлак 17 и выводятся через выпускное отверстие 18.

Кусковые загрузочные материалы, восстановленные в губчатое железо в зоне прямого восстановления 2 шахтной печи 1, подаются в плавильную печь-газификатор 6 через один или несколько трубопроводов 20, например, при помощи шнекового питателя. Разгрузочный трубопровод 21 для доменного газа, образующегося в зоне прямого восстановления 2, присоединяется к верхней части шахтной печи 1. Этот доменный газ поступает в средства очистки газа 23, также выполненные в виде скруббера, и затем может быть снова использован путем подачи через отводной газовый трубопровод 24.

Согласно изобретению, отходы, образующиеся при газификации и переплавке, а также при восстановлении, повторно используются в процессе получения железа.

Шламовые воды, оставшиеся в скрубберах 8 и 23, подаются в сгуститель 27 через трубопроводы шламовой воды 25 и 26 и после этого в устройство дегидратации 28, предпочтительно декантатор-центрифугу 28, в котором шламы дегидратируются до содержания остаточной влажности 25-50% предпочтительно 35-40% Дегидратированный шлам подается в устройство грануляции 29, такое как смеситель-гранулятор 29, в количестве 90% предпочтительно до 95% Часть дегидратированного шлама, т. е. 5-10% выводится в отвал. Таким образом, устраняются нежелательные компоненты шлама, такие как, например, соединения тяжелых металлов.

Трубопровод 31, подающий быстротвердеющую известь 30, а также трубопровод 33, подающий отфильтрованную угольную пыль, идущие от устройства сушки угля 32, ведут к устройству грануляции 29. Грануляты, образованные в устройстве грануляции 29, подаются в устройство сушки угля 32 через конвейер 34 и вместе с углем 35, высушенном в устройств сушки угля 32, подаются в плавильную печь-газификатор 6 через подающий трубопровод 9.

Согласно примеру конструкции, шламовая вода, выходящая из устройства очистки газа 23 и из устройства охлаждения газа 8 с содержанием твердых веществ около 100-200 г/л, в которых в свою очередь, содержится около 30% углерода, около 30% оксидов железа и остальное зональные компоненты, в основном оксиды алюминия и кремния, а также гидроксиды кальция и магния и в незначительном количестве оксиды других металлов, дегидратировалась при помощь декантатора-центрифуги 28. Около 850 кг полученного шлама с содержанием остаточной влажности 38% непосредственно загрузили в смеситель-гранулятор 29. Кроме того, около 200 кг угля и около 200 кг быстротвердеющей извести взвесили для загрузки в смеситель-гранулятор 29.

После смешивания и гранулирования, около 1250 кг гранул с содержанием воды около 20% выгрузили из смесителя-гранулятора 29 и передали в устройство сушки угля 32. Там гранулы высушили до остаточной влажности максимум 5% под действием CO₂-содержащего дымного газа. При этом гранулы получили поверхностный карбонатный слой.

В плавильной печи-газификаторе 6 основность шлака B₄, определяемая по формуле:
,
обычно регулируется до величины 1,15. Таким образом обеспечивается достаточная вязкость и достаточная десульфуризационная способность шлака. При повышении основности шлака B₄ увеличивается склонность к абсорбции серы, а также клейкость шлака. Повышенная клейкость шлака затрудняет его вывод.

При повторной загрузке шламов в плавильную печь-газификатор в виде гранул в количестве около 10% от загружаемого угля основность шлака B₄, согласно изобретению, повышается до максимального значения 1,20. До этой величины не требуется никаких изменений в количестве сырья и флюсов и нет нежелательного влияния на ход процесса. Это означает, что в плавильную печь-газификатор можно загружать до 10% гранулята от количества загружаемого угля без изменения процесса и количеств сырья и флюсов.

Таким образом, 90-95% общего количества шламов в зависимости от содержания в них тяжелых металлов может быть возвращено в основной процесс.

Сущность изобретения: способ получения расплава железа включает восстановление железной руды в губчатое железо в зоне прямого восстановления металла, после чего губчатое железо плавят в плавильно-газифицирующей зоне при подаче углеродсодержащего материала с насыщением углеродсодержащего материала восстановительным газом и образованием шлака. Получаемый при этом восстановительный газ вводят в зону прямого восстановления металла, где он вступает в реакцию и выводится как доменный газ. Восстановительный и/или доменный газ подвергают мокрой очистке, а шламы, отделяющиеся при этой очистке дегидратируют до содержания некоторой остаточной влажности перед дальнейшей обработкой, после этого к ним примешивают угольную пыль и, в качестве связующего, быстротвердеющую известь; подвергают грануляции и полученный гранулят подают в плавильно-газифицирующую зону при увеличении основности шлака до максимума 1,25, предпочтительно до максимум 1,20. Эти мероприятия позволят подавать обратно в зону прямого восстановления шламы, участвующие в прямом восстановлении железной руды в большом количестве, не оказывая никакого влияния на протекание процесса. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения расплава железа, включающий предварительное восстановление железной руды до губчатого железа, окончательное восстановление и расплавление с получением металла и шлака в плавильно-газифицирующей зоне при подаче углеродсодержащего материала, одновременное получение восстановительного газа, используемого в зоне предварительного восстановления, отвод колошникового газа, мокрую очистку восстановительного и/или колошникового газа, улавливание шлама и смешивание его со связующим и углеродсодержащим материалом, окускование и подачу в плавильно-газифицирующую зону, отличающийся тем, что шламы предварительно подвергают обезвоживанию до содержания остаточной влажности, в качестве связующего используют быстротвердеющую известь, а в качестве углеродсодержащего материала угольную пыль, при этом окускование осуществляют методом грануляции, а гранулированный шлам вводят в плавильно-газифицирующую зону в количестве, обеспечивающем увеличение основности шлака до максимум 1,25. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гранулированные шламы подают в плавильно-газифицирующую зону в количестве, обеспечивающем увеличение основности шлака до максимум 1,2. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что обезвоживание осуществляют до остаточной влажности 25 50% предпочтительно 35 40%
4. Способ по одному или нескольким пп.1 3, отличающийся тем, что количество угольной пыли составляет до 30% предпочтительно до 25% количества дегидратированного шлама. 5. Способ по одному или нескольким пп.1 4, отличающийся тем, что перед подачей в плавильно-газифицирующую зону гранулы подвергают воздействию СО₂-содержащего дымного газа с образованием на них карбонатного слоя. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что образование карбонатного слоя гранулята осуществляют в устройстве для сушки угля.