СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЖИДКОГО ЧУГУНА ИЗ КУСКОВОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ Российский патент 1998 года по МПК C21B13/14 

При промышленной переработке нефти в больших количествах получается нефтяной кокс, дальнейшее использование которого затруднено из-за высокого содержания серы и связано со значительными затратами.

Аналогично высоких затрат требует и утилизация смеси синтетических материалов, получаемой при переработке отходов. Согласно законодательным положениям они должны быть подготовлены для повторного использования. Однако имеющейся производственной мощности недостаточно для переработки этих отходов, поэтому для их избытка, образующегося в большом количестве, приходится организовывать промежуточное складирование. Таким образом, утилизация отходов синтетических материалов связана с постоянно возрастающими издержками.

Известен способ получения чугуна прямым восстановлением, в соответствии с которым губчатое железо, имеющее высокую температуру и непрерывно выносимое из шахтной печи, подают сверху в плавильный газовый реактор [1]. При этом в реактор также через специальные отверстия загружают уголь, а через радиально расположенные сопла вдувают кислородсодержащий газ. Таким образом, создают псевдоожиженный слой угля, в котором даже относительно крупные частицы губчатого железа существенно замедляются, еще больше нагреваются, доходя до высокотемпературной зоны в нижней части слоя, и, наконец, расплавляются. В описании этого известного способа, впрочем, ничего не говорится о качестве угля, который следует применять как энергоноситель. Тем не менее, изменяя и развивая указанный способ, можно исходить из того, что, если в качестве энергоносителя применяется уголь, то способ окажется эффективным при использовании в ограниченном количестве и углеродсодержащих промышленных отходов, таких как синтетические материалы, т.е. при замене этими отходами части угля. Однако в этом случае возникают определенные трудности. Например, доля вводимого нефтяного кокса ограничена из-за высокого содержания в нем серы, а синтетических материалов - из-за слишком большого содержания летучих компонентов. При температуре более 1000^oС горючие компоненты органических синтетических материалов почти полностью пиролитически разлагаются в реакторе на CO и H₂, т.е. образуется почти исключительно восстановительный газ без кокса или обезгаженных углеродсодержащих продуктов. Поскольку для расплавления губчатого железа крайне необходимо наличие неподвижного слоя из обезгаженного угля, здесь также называемого коксом, то его приходится создавать из соответствующих углеродрсодержащих добавок, т.е. нефтяного кокса, кокса или обезгаженного угля. С другой стороны, высокое содержание серы в нефтяном коксе требует введения увеличенного количества известняка и/или доломита. Так как эти наполнители в свою очередь создают проблемы с температурой в восстановительном реакторе и приводят к слишком большому шлакообразованию, то количество нефтяного кокса должно быть крайне ограниченным.

Как следует из вышеизложенного, учитывая известное состояние технологии и соображения по его дальнейшему развитию, задачей изобретения является создание соответствующего способа, позволяющего преодолеть указанные трудности при использовании в шихте синтетических материалов, с одной стороны, и нефтяного кокса - с другой, а также найти оптимальное решение существующей проблемы утилизации указанных компонентов при снижении затрат на производство чугуна.

При загрузке смеси нефтяного кокса и органических синтетических материалов в соответствии с изобретением указанные выше недостатки частично устраняются, т.е. экономичными энергоносителями из отходов может быть заменена значительно большая часть угля, чем при загрузке синтетических материалов или нефтяного кокса по отдельности. Синтетические материалы не содержат серы и дают очень мало золы, в то время как нефтяной кокс имеет высокое содержание серы, но относительно малолетучих составляющих. Согласно изобретению в зависимости от содержания серы в нефтяном коксе соотношение между двумя указанными компонентами подбирают таким образом, чтобы свойства смеси синтетические материалы - нефтяной кокс относительно летучих составляющих были аналогичны углю с высоким содержанием летучих веществ.

Одновременно смесь подбирают таким образом, чтобы восстановительные газы по меньшей мере частично можно было получать за счет крекинга синтетического материала, а также неполного окисления кокса и чтобы синтетический материал выделял CO и H₂, а обезгаженный уголь - CO.

Из-за высокого содержания твердых частиц и низкого содержания летучих составляющих нефтяной кокс оказывается избыточным при формировании коксового слоя в плавильном газовом^ реакторе. Поэтому нефтяной кокс как составная часть коксового слоя и синтетический материал как источник CO и H очень хорошо дополняют друг друга и взаимно повышают возможную, т.е. технически обоснованную, долю своего содержания в смеси с углем.

При несколько более низком содержании серы в нефтяном коксе 50-60% угля можно заменить этой смесью, т.е. специальной двухкомпонентной системой, состоящей из отходов, что позволяет значительно снизить производственные затраты на получение чугуна указанным здесь способом прямого восстановления.

Загрузка угля с низким содержанием летучих составляющих и серы, а также хорошим сохранением грануляции при высоких температурах дает возможность еще больше увеличить долю синтетических материалов и нефтекокса в смеси. В качестве фактора, лимитирующего долю синтетических материалов в смеси с углем, следует рассматривать сам восстановительный реактор, точнее количество газа, вырабатываемое в плавильном газовом реакторе.

В описанном здесь способе восстановительный реактор с его высокотемпературным промежуточным продуктом, состоящим из губчатого железа, обожженного доломита и известняка, одновременно является и реактором десульфурации. Поскольку восстановительный реактор можно передувать только до определенной границы, при очень высоком содержании синтетических материалов необходимо предусмотреть дополнительный десульфурационный реактор для высокотемпературного пылесодержащего избыточного газа. При непропорционально большой доле нефтяного кокса с высоким содержанием серы требуются очень большие количества наполнителей. Следствием этого является слишком высокое шлакообразование и потребление тепла на кальцинирование наполнителей а соответственно и слишком низкие температуры в восстановительном агрегате.

Сущность: способ прямого получения частиц губчатого железа и жидкого чугуна из кусковой железной руды включает подачу железной руды в реактор прямого восстановления, восстановление высокотемпературными восстановительными газами в губчатое железо и последующее плавление в восстановительной атмосфере, создаваемой введенным углеродсодержащим материалом и вдуваемым кислородсодержащим газом. По меньшей мере часть восстановительного газа после охлаждения до температуры, необходимой для восстановления, вводят в восстановительную зону реактора. В качестве углеродсодержащего материала в значительной части используют смесь угля, синтетического материала, нефтяного кокса и кокса, например, коксовой мелочи. Восстановительные газы по меньшей мере частично получают крекингом синтетических материалов и термической газификацией кокса и нефтяного кокса. 7 з.п. ф-лы.

1. Способ производства жидкого чугуна из кусковой железной руды, включающий ее предварительное восстановление в реакторе прямого восстановления высокотемпературными восстановительными газами с получением губчатого железа, последующее его плавление с образованием восстановительного газа за счет введения в плавильный агрегат углеродсодержащего материала и вдувания кислородсодержащего газа, используемого в дальнейшем после охлаждения для предварительного восстановления железной руды, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего материала используют смесь угля, синтетического материала, нефтяного кокса и кокса, при этом суммарное содержание синтетического материала, нефтяного кокса и кокса в смеси составляет 50 - 60%, а восстановительный газ получают частично крекингом синтетического материала и термической газификацией кокса и нефтяного кокса. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кокс вводят в виде коксовой мелочи. 3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что образующийся восстановительный газ содержит СО и Н₂, полученные из синтетического материала и СО - из нефтяного кокса и кокса, количества которых регулируют. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что содержание синтетического материала и нефтяного кокса заранее выбирают в зависимости от качества угля и содержания серы в нефтяном коксе и угле. 5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что соотношение между синтетическим материалом и нефтяным коксом выбирают в зависимости от содержания серы в нефтяном коксе и летучих составляющих в угле. 6. Способ по любому из пп. 1 - 5, отличающийся тем, что содержание синтетического материала выбирают таким образом, чтобы значительное количество газа, получаемого в плавильном агрегате, можно было провести через реактор прямого восстановления. 7. Способ по любому из пп.1 и 5, отличающийся тем, что содержание нефтяного кокса выбирают в зависимости от содержания в нем серы или от требуемого количества наполнителей, связывающих серу. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в верхней части плавильного агрегата осуществляют подачу газа, содержащего кислород, диоксид углерода и водяной пар, в количестве, достаточном для предотвращения образования сажи при разложении синтетического материала.