ПЛАВИЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЖИДКОГО ЧУГУНА С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭТОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2000 года по МПК C21B11/00 F27D3/08 F27B1/20 

Предпосылки к созданию изобретения
1. Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к плавильно-восстановительному устройству и способу производства жидкого чугуна с применением этого устройства, в котором жидкий чугун получают с использованием сырой железной руды, железорудного агломерата или окатышей. Более конкретно настоящее изобретение относится к плавильно-восстановительному устройству и способу производства жидкого чугуна с применением этого плавильно-восстановительного устройства, в котором восстановленное железо эффективно выгружают из модуля предварительного восстановления в плавильно-газификационный модуль.

2. Описание существующего уровня техники
Типичный способ описан в патенте США 4978387, согласно которому жидкий чугун получают без предварительной обработки железной руды и угля.

Согласно способу, описанному в патенте США 4978387, происходит непосредственное использование сырой железной руды и некоксующегося угля. Это позволяет, по сравнению с другими процессами производства чугуна, обойтись без процессов предварительной обработки, таких как окускование руды и коксование угля, что в свою очередь способствует упрощению технологического процесса и необходимого для его реализации оборудования.

Как показано на фиг. 1, плавильно-восстановительное устройство, предложенное в упомянутом выше патенте, включает в себя плавильный газификатор 11, предназначенный для газификации угля и плавления железной руды; печь предварительного восстановления 12, предназначенную для непрямого восстановления железной руды восстановительным газом, и прочее вспомогательное оборудование.

Как показано на фиг. 1, плавильно-восстановительное устройство работает следующим образом. Железная руда подвергается предварительному восстановлению в печи предварительного восстановления 12 с использованием для этого отходящего газа, образующегося в плавильном газификаторе 11. Газ, отходящий из плавильного газификатора 11, поступает через напорную трубу 13 и циклон 14 в печь предварительного восстановления 12. Железорудная мелочь, которая скапливается в циклоне 14, подается через рециркуляционное устройство 15 и форсунку 16 в плавильный газификатор 11. Часть отходящего газа, который проходит через циклон 14, пропускается через скруббер с трубками Вентури 17, компрессор 18 и циркуляционную трубу 19 для сжатого газа в напорную трубу 13.

В плавильном газификаторе 11 осуществляется газификация угля таким образом, чтобы получить восстановительный газ, требующийся для непрямого восстановления железной руды. Кроме того, путем использования тепла, выделяющегося в ходе этого процесса, осуществляется плавление железа, полученного путем непрямого восстановления в печи предварительного восстановления 12. В то же время в печи предварительного восстановления 12 происходит непрямое восстановление железной руды восстановительным газом, который получается в плавильном газификаторе. Как показано на фиг. 2, радиально размещаются шесть разгрузочных труб для восстановленного железа, в каждой из которых установлен шнек. Таким образом, разгрузочные шнеки приводятся во вращение, что позволяет непрерывно выгружать восстановленное железо, и это выгруженное восстановленное железо может вдуваться в плавильный газификатор сверху.

Однако при использовании описанного выше способа выгрузки восстановленного железа, в случае неполадок в любом из разгрузочных шнеков, или в случае возникновения по механическим или производственным причинам различий в выгрузке возникает дисбаланс при вдувании железа в восстановительную печь. В случае возникновения дисбаланса становится несимметричным поток восстановительного газа. В результате этого резко понижается эффективность восстановления железной руды и в плавильный газификатор попадает не подвергшаяся восстановлению железная руда, что ведет к отклонениям при контроле температуры в плавильном газификаторе.

Сущность изобретения
Автор настоящего изобретения провел исследования и изыскания с целью решения проблемы обычной техники, и, основываясь на результатах исследований и изысканий, автор настоящего изобретения смог предложить настоящее изобретение.

В связи с этим целью настоящего изобретения является предложение плавильно-восстановительного устройства и способа производства жидкого чугуна с использованием плавильно-восстановительного устройства, в котором жидкий чугун получают с использованием сырой железной руды, железорудного агломерата или окатышей, так что операция выдачи восстановленного железа из печи предварительного восстановления в плавильный газификатор не окажет какого-либо влияния на работу печи предварительного восстановления, т.е. на распределение вдуваемого материала.

При достижении указанной цели особенностями настоящего изобретения являются следующие. Железная руда подвергается предварительному восстановлению в печи предварительного восстановления отходящим газом, который отводится из плавильного газификатора. Предварительно восстановленное железо подвергается плавлению и восстановлению в плавильном газификаторе. Отходящий газ подается из плавильного газификатора в печь предварительного восстановления по напорному каналу и через циклон. Железорудная мелочь, которая скапливается в циклоне, подается через рециркуляционное устройство и форсунку в плавильный газификатор. Часть отходящего газа, который проходит через циклон, пропускают через скруббер с трубками Вентури, компрессор и циркуляционную трубу для сжатого газа в напорную трубу. В таком устройстве устройство выдачи восстановленного железа установлено между печью предварительного восстановления и плавильным газификатором.

Кроме того, настоящее изобретение предлагает способ производства жидкого чугуна с использованием описанного выше плавильно-восстановительного устройства.

Краткое описание чертежей
Указанная цель и иные преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из подробного описания предпочтительного варианта реализации настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 схематически показано обычное плавильно-восстановительное устройство, предназначенное для производства жидкого чугуна;
на фиг. 2 показано изображение в разрезе критической части обычного плавильно-восстановительного устройства, показанного на фиг. 1;
на фиг. 3 схематически показано плавильно-восстановительное устройство, являющееся предметом настоящего изобретения; и
на фиг. 4 показано изображение в разрезе критической части плавильно-восстановительного устройства, показанного на фиг. 3.

Подробное описание предпочтительного варианта реализации изобретения
На фиг. 3 схематически показано плавильно-восстановительное устройство, являющееся предметом настоящего изобретения.

Как показано на фиг. 3, плавильно-восстановительное устройство 100, являющееся предметом настоящего изобретения, включает в себя: плавильный газификатор 11, предназначенный для газификации угля и плавления восстановленной железной руды; печь предварительного восстановления 12, предназначенную для непрямого восстановления железной руды путем использования отходящего газа, полученного в плавильном газификаторе; циклон 14 для приема отходящего газа из плавильного газификатора 11 через напорный трубопровод 13 с целью улавливания в отходящем газе железной руды и для подачи отходящего газа в печь предварительного восстановления 12 после отделения от отходящего газа железорудной мелочи; форсунку 16, установленную на плавильном газификаторе 11 и предназначенную для вдувания железорудной мелочи, поступающей от рециркуляционного устройства 15, в плавильный газификатор 11; скруббер с трубками Вентури 17, предназначенный для пропускания части отходящего газа от циклона 14 с целью улавливания пыли и охлаждения газа; компрессор 18 для сжатия газа (охлажденного в скруббере с трубками Вентури 17) с целью подачи газа по циркуляционному трубопроводу 19 для сжатого воздуха в напорный трубопровод 13; и устройство выдачи восстановленного железа 21, предназначенное для приема восстановленного железа из печи предварительного восстановления 12 и для его подачи в плавильный газификатор 11.

Печь предварительного восстановления 12 предназначена для предварительного восстановления железной руды, причем предварительно восстановленное железо выдается в устройство выдачи восстановленного железа 21.

Печь предварительного восстановления 12 соединяется с трубопроводом 8 для подачи восстановительного газа, предназначенным для подачи восстановительного газа, полученного в плавильном газификаторе, и соединяется с трубопроводом 2 подачи железной руды, предназначенным для подачи железной руды.

Кроме того, печь предварительного восстановления 12 снабжена впускным отверстием 7 для восстановительного газа, предназначенным для поступления восстановительного газа. Впускное отверстие 7 для восстановительного газа сообщается через первый циркуляционный канал 3a отходящего газа с циклоном 14. Скруббер с трубками Вентери 17 сообщается через второй циркуляционный канал 3b отходящего газа с циклоном 14.

Печь 12 предварительного восстановления следует выполнить с широкой верхней частью и узкой нижней частью, разделяющимися впускным отверстием 7 для восстановительного газа. Причина заключается в необходимости образования в процессе опускания загруженного материала какой-либо застойной части. Угол наклона нижней части должен предпочтительно составлять 15 - 30^o.

Как показано на фиг. 4, устройство выдачи восстановленного железа 21 включает в себя: первый трубопровод 221 выдачи восстановленного железа, соединенный с нижней частью печи предварительного восстановления 12 и предназначенный для передачи восстановленного железа; заполняющийся и разгрузочный резервуар 222, соединенный с первым трубопроводом 221 для выдачи восстановленного железа и предназначенный для приемки восстановленного железа из первого трубопровода 221 выдачи восстановленного железа с целью его выдачи; и множество вторых трубопроводов 223 выдачи восстановленного железа, соединенных с плавильным газификатором 11 и с резервуаром 222 для приемки и выдачи восстановленного железа, предназначенных для подачи восстановленного железа из резервуара 222 для приемки и выдачи восстановленного железа в плавильный газификатор 11.

Первый трубопровод 221 выдачи восстановленного железа и вторые трубопроводы 223 выдачи восстановленного железа снабжены соответственно первым шнеком 221a выдачи восстановленного железа и вторым шнеком 223a выдачи восстановленного железа.

Первый трубопровод 221 выдачи восстановленного железа должен быть предпочтительно соединен с центром дна печи предварительного восстановления 12, в то время как вторые трубопроводы 223 выдачи восстановленного железа должны предпочтительно располагаться в радиальной форме в количестве шести.

Скруббер с трубками Вентури 17 сообщается через циркуляционный трубопровод 17a для охлаждающего газа с компрессором 18. Компрессор 18 сообщается через циркуляционный трубопровод 19 для сжатого газа с напорным трубопроводом 13.

Рециркуляционное устройство 15 сообщается через первый трубопровод 14a для возврата железорудной мелочи с циклоном 14 и далее сообщается через второй трубопровод 15a для возврата железорудной мелочи с форсункой 16.

Согласно настоящему изобретению предварительное восстановление железной руды происходит в печи предварительного восстановления 13 путем применения восстановительного газа, который вырабатывается в плавильном газификаторе 11. Предварительно восстановленную железную руду плавят и подвергают окончательному восстановлению в плавильном газификаторе 11. Восстановительный газ, который отводят из плавильного газификатора 11, подают через напорный трубопровод 13 и циклон 14 в печь предварительного восстановления 12. Железорудная мелочь, которая скапливается в циклоне 14, подается через рециркуляционное устройство 15 и форсунку 16 в плавильный газификатор 11. Часть отходящего газа, который проходит через циклон 14, пропускается через скруббер с трубками Вентури 17, компрессор 18 и циркуляционный трубопровод 19 для сжатого газа в напорный трубопровод 13. Это устройство может быть успешно применено для реализации способа производства, являющегося предметом настоящего изобретения.

А именно, восстановленное железо, которое непрямым способом восстановлено в печи предварительного восстановления 12, выдается в трубу выдачи восстановленного железа 222 за счет работы первого шнека выдачи восстановленного железа 221a. Затем восстановленное железо непрерывно подается в плавильный газификатор 11 за счет работы вторых шнеков выдачи восстановленного железа 223a. Здесь восстановленное железо проходит сквозь слой угля в плавильном газификаторе 11, в результате чего получается чугун.

Величина подачи первого шнека выдачи восстановленного железа 221a должна равняться суммарной величине подачи вторых шнеков выдачи восстановленного железа 223a. Количество восстановленного железа, находящегося внутри резервуара 222 для приемки и выдачи восстановленного железа, должно предпочтительно составлять до 80% от общей емкости резервуара для приемки и выдачи восстановленного железа.

Далее настоящее изобретение будет описано в действии и с полученными результатами.

Печь предварительного восстановления 12 содержит железную руду крупностью 8 - 35 мм или окатыши вместе с известняком или доломитом, образуя, таким образом, стационарный слой. Восстановительный газ (CO или H₂), который образуется в плавильно-газификационном модуле, пропускается сквозь слой железной руды, в результате чего восстановительный газ вступает в реакцию с кислородом, содержащимся в железной руде, и реакция протекает по следующей формуле:
Fe₂O₃ + 3CO(3H₂) ---> 2Fe + 3CO₂(3H₂O)
В связи с этим для того, чтобы реакция восстановления железной руды проходила эффективно по всему объему модуля предварительного восстановления, восстановительный газ должен протекать сквозь стационарный слой равномерно и без каких-либо отклонений. Для того чтобы добиться равномерного протекания восстановительного газа, следует равномерно распределить железную руду и вспомогательные материалы.

Однако в обычном устройстве, показанном на фиг. 2, шесть пар шнеков 111a выдачи восстановленного железа располагаются радиально, так, чтобы можно было выдавать восстановленное железо. При этом условии, если шихта на первом этапе распределена неравномерно, или если любой из шнеков окажется неспособен подавать шихту, или если шнеки не демонстрируют равномерной скорости подачи даже при одинаковой скорости вращения, то шихта внутри печи предварительного восстановления оказывается распределенной неравномерно. В результате восстановительный газ смещается к области с большим количеством просветов, а газовый поток в области с меньшим количеством просветов уменьшается, из-за чего в области с недостаточным газовым потоком оказывается невозможно обеспечить должное получение восстановленного железа. Кроме того, в области неравномерной выдачи шихты происходит накопление пыли, поступающей из плавильного газификатора 11, ухудшение поступления восстановленного материала из печи предварительного восстановления 12 и пыли, образующейся при механическом износе. Это вызывает зависание или проскальзывание шихты. Кроме того, если в плавильный газификатор 11 поступает не восстановленная железная руда, требуется большое количество тепла для восстановления этой не восстановленной железной руды, в результате чего внутренняя температура в плавильном газификаторе падает. В результате температура расплавленного железа падает, а потери восстановленного железа и износ огнеупорного материала возрастают из-за высокого содержания в шлаке оксида железа.

В настоящем изобретении, для того чтобы решить эту проблему, первая труба выдачи восстановленного железа 221 с первым шкивом выдачи восстановленного железа 221a соединяется с донной частью печи прямого восстановления 12 так, как показано на фиг. 4. При такой компоновке, даже в случае неравномерного заполнения на первом этапе, в конечном счете поток шихты направляется в центр. Таким образом, по мере поступления шихты вниз обеспечивается ее все более равномерное распределение.

Когда восстановленное железо поступает в плавильный газификатор 11, уголь загружают в центре сверху, а восстановленное железо равномерно подают через расположенные по окружности участки. Таким образом, газовый поток направляется к центру слоя угля в плавильном газификаторе, так что отклонения потока произойти не может. Заполняющийся и разгрузочный резервуар 222 с восстановленным железом, расположенный между плавильным газификатором 11 и печью предварительного восстановления 12, позволяет равномерно подавать восстановленное железо через верхние расположенные по окружности участки плавильного газификатора, не оказывая при этом влияния на газовый поток и на распределение шихты. Таким образом, резервуар 222 выдачи восстановленного железа играет роль амортизатора. Поэтому, даже в случае остановки любого из вторых шнеков выдачи восстановленного железа или при различной производительности соответствующих шнеков выдачи, это не оказывает влияния на характер опускания шихты внутри печи 12 предварительного восстановления, причем в течение всего времени может поддерживаться равномерность газового потока. При этом условии в верхней части резервуара выдачи восстановленного железа необходимо сохранять определенное свободное пространство, и резервуар выдачи восстановленного железа должен быть предпочтительно заполнен на 80% или менее.

Сущность : устройство содержит печь предварительного восстановления, плавильный газификатор, напорный трубопровод для подачи отходящего газа из плавильного газификатора в качестве восстановительного газа в печь предварительного восстановления через циклон и рециркуляционный трубопровод для железорудной мелочи, отделенной в указанном циклоне и предназначенной для подачи через форсунку в плавильный газификатор. Часть отходящего газа, который проходит через указанный циклон, пропускается через скруббер с трубками Вентури, компрессор и циркуляционную трубу для сжатого газа в напорную трубу. В устройстве предусмотрено также устройство выдачи восстановленного железа с резервуаром для приема восстановительного железа, установленное между печью предварительного восстановления и плавильным газификатором, резервуар в нижней части имеет множество трубопроводов со шнеками для выдачи восстановленного материала в плавильный газификатор. Предварительно восстановленный материал выгружают при помощи шнека в резервуар и заполняют его на 80% от его емкости. Производительность шнека равна суммарной производительности шнеков выдачи восстановленного железа из резервуара в плавильный газификатор. Технический результат заключается в создании оборудования, позволяющего получить жидкий чугун с использованием сырой железной руды с выдачей предварительно восстановленного продукта в плавильный газификатор без оказания какого-либо влияния на работу печи предварительного восстановления. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Плавильно-восстановительное устройство, содержащее предназначенный для газификации угля и плавления восстановленной железной руды плавильный газификатор, оборудованный горелкой для вдувания железорудной мелочи, циклоном для улавливания пыли из отходящего газа и его охлаждения, а также рециркуляционным устройством для возврата железорудной мелочи, соединенным с горелкой для вдувания железорудной мелочи, печь предварительного восстановления, предназначенную для непрямого восстановления железной руды путем использования отходящего газа, полученного в плавильном газификаторе, напорный трубопровод для подачи отходящего газа от плавильного газификатора газа в циклон и после отделения от него железорудной мелочи в печь предварительного восстановления, скруббер с трубками Вентури, предназначенный для пропускания части отходящего от циклона газа, его охлаждения и улавливания содержащейся в нем пыли, компрессор для сжатия охлажденного в скруббере газа, соединенный посредством циркуляционного трубопровода для сжатого газа с напорным трубопроводом, и устройство выдачи восстановленного железа, установленное между печью предварительного восстановления и плавильным газификатором и включающее первый трубопровод выдачи восстановленного железа, соединенный с печью предварительного восстановления и предназначенный для перемещения восстановленного железа, и множество вторых трубопроводов со шнеками, предназначенных для выдачи восстановленного железа в плавильный газификатор, отличающееся тем, что устройство выдачи восстановленного железа снабжено резервуаром, предназначенным для приема восстановленного железа, соединенным с первым трубопроводом выдачи восстановленного железа с одной стороны и со множеством вторых трубопроводов выдачи восстановленного железа с другой стороны. 2. Плавильно-восстановительное устройство по п.1, отличающееся тем, что печь предварительного восстановления выполнена с широкой верхней и узкой нижней частями, на границе раздела которых расположено впускное отверстие для восстановительного газа из плавильного газификатора. 3. Плавильно-восстановительное устройство по п.2, отличающееся тем, что указанная нижняя часть выполнена с наклоном стенок 15 - 30^o. 4. Плавильно-восстановительное устройство по одному из пп.1 - 3, отличающееся тем, что первый трубопровод для выдачи восстановленного железа соединен с центром донной части печи предварительного восстановления, а указанные вторые трубопроводы со шнеками расположены радиально в количестве шести штук. 5. Способ производства жидкого чугуна, включающий предварительное восстановлены руды в печи предварительного восстановления, выгрузку предварительно восстановленного железа с помощью трубопровода со шнеком для выдачи восстановленного железа, непрерывную подачу предварительно восстановленного железа в плавильный газификатор при помощи трубопроводов со шнеками для выдачи восстановленного железа и его дальнейшее восстановление и плавление при прохождении сквозь слой угля в указанном плавильном газификаторе, отличающийся тем, что выгрузку предварительно восстановленного железа из печи предварительного восстановления при помощи шнека выдачи восстановленного железа осуществляют в резервуар и заполняют его на 80% от его емкости. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что указанный шнек выдачи восстановленного продукта в резервуар выполнен с производительностью, равной суммарной производительности шнеков выдачи восстановленного железа из резервуара в плавильный газификатор.