СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСПЛАВЛЕННОГО ЧУШКОВОГО ЧУГУНА ИЛИ ПОЛУФАБРИКАТОВ СТАЛИ ИЗ РУДЫ Российский патент 2001 года по МПК C21B13/00 

Изобретение относится к способу получения расплавленного чушкового чугуна или полуфабрикатов стали из руды, восстанавливаемой как минимум в одной зоне восстановления в частично и/или полностью восстановленное губчатое железо, которое плавят в плавильно-газификационной зоне плавильно-газификационного аппарата при подаче углеродсодержащего материала и кислорода, с одновременным образованием восстановительного газа в слое, образованном из твердых носителей углерода, возможно, после предварительного полного восстановления.

Способ этого типа известен, например, из EP-A-0576414. В этом способе губчатое железо, частично или полностью восстанавливаемое из кусковой руды в шахтной печи, из шахтной печи переходит в слой, образованный из твердых носителей углерода в плавильно-газификационном аппарате, посредством разгрузочных шнеков, т.е. с приблизительно равномерным распределением. Восстановительный газ, образующийся в плавильно-газификационной зоне, проходит вверх через слой твердых носителей углерода, который имеет определенную пористость, и плавит губчатое железо, загружаемое в слой. Чтобы быть достаточно эффективным, этот способ требует определенного минимального объема пор слоя твердых носителей углерода.

Способ первоначально описанного типа известен также из EP-A-0594557, где мелкозернистую руду восстанавливают в губчатое железо способом псевдоожиженного слоя. В этом способе частично или полностью восстановленное губчатое железо за счет нагнетания, осуществляемого инжекторами, переходит в слой, образованный из твердых носителей углерода, с приблизительно равномерным распределением. Восстановительный газ, образуемый в плавильно- газификационной зоне, здесь также проходит вверх через слой твердых носителей углерода, имеющий определенную пористость, и плавит губчатое железо, загружаемое в слой. Чтобы быть достаточно эффективным, необходим определенный минимальный объем пор слоя твердых носителей углерода.

При использовании твердых носителей углерода, имеющих широкий диапазон размеров зерна или содержащих мелкие частицы, пористость слоя, необходимая для равномерного распределения газа, ограничивается с самого начала. Если в такой слой твердых носителей углерода губчатое железо загружается равномерно распределенным и если, кроме того, губчатое железо частично имеет довольно мелкозернистую структуру, т.е. включает пылевидную фракцию, пористость слоя твердых носителей углерода снижается и тогда удовлетворительное протекание газа через этот слой не обеспечивается. Внутри слоя могут образовываться локальные проходы, через которые восстановительный газ, образуемый в слое, будет течь вверх, однако в этом случае через обширные участки слоя газ не будет проходить вообще или будет проходить недостаточно.

Изобретение направлено на устранение этих недостатков и трудностей и ставит своей задачей создание способа первоначально описанного типа, в котором эффективное образование восстановительного газа будет обеспечиваться достаточным прохождением газа через весь слой при низкой пористости слоя твердых носителей углерода, и одновременно будет происходить эффективное плавление загружаемого губчатого железа. В соответствии с изобретением эта задача решается тем, что по крайней мере губчатое железо, в отличие от прежней технологии, не загружают в слой твердых носителей углерода в равномерно распределенном виде, а загружают в плавильно-газификационную зону периодически, с образованием областей скопления губчатого железа, внедренных в слой твердых носителей углерода, расположенных друг над другом и отделенных друг от друга твердыми носителями углерода, где каждая из областей скопления губчатого железа размещена по площади поперечного сечения плавильно-газификационной зоны и оставляет в ней свободные участки поперечного сечения, и где восстановительный газ, образующийся в плавильно-газификационной зоне обтекает области скопления губчатого железа при его плавлении вверх через участки поперечного сечения, свободные от губчатого железа и образованные носителями углерода, и проходит через указанные участки.

Таким образом, загрузка губчатого железа не будет обусловливать уменьшение пористости, и слой твердых носителей углерода будет вполне проницаемым для газа во всех случаях, даже при малом объеме пор и при загрузке пылевидного губчатого железа. Между областями скопления губчатого железа будут оставаться области слоя твердых носителей углерода, вполне проницаемые для газа, что обеспечивает образование достаточного количества восстановительного газа при газификации носителей углерода в любом случае.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, губчатое железо загружают в плавильно-газификационную зону при образовании круглых областей скопления губчатого железа, причем благоприятно, если губчатое железо загружают в плавильно-газификационную зону с образованием одной области скопления губчатого железа на каждом уровне поперечного сечения, где область скопления губчатого железа расположена по центру поперечного сечения и образует участок поперечного сечения в форме кольца, не содержащий губчатого железа.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления, губчатое железо загружается в плавильно-газификационную зону с образованием нескольких областей скопления губчатого железа, которые лежат в горизонтальной плоскости и размещены на некотором расстоянии друг от друга; таким образом, между областями скопления губчатого железа образуются участки поперечного сечения, не содержащие губчатого железа.

Кроме того, можно загружать губчатое железо в плавильно-газификационную зону с образованием области скопления губчатого железа в форме кольца, лежащей в горизонтальной плоскости, при этом губчатое железо предпочтительно загружается в плавильно-газификационную зону с образованием участков поперечного сечения, не содержащих губчатого железа и размещенных снаружи и внутри области скопления губчатого железа, имеющей форму кольца.

Помимо этого, твердые носители углерода также загружаются в плавильно-газификационную зону периодически, т.е. путем уменьшения количества или прерывания загрузки во время загрузки губчатого железа.

Благоприятно, если загрузку твердых носителей углерода при загрузке губчатого железа прекращают, затем на определенный период прекращают загрузку губчатого железа и в течение определенного периода загружают только твердые носители углерода, после чего, в свою очередь, в течение определенного периода загружают только губчатое железо, и т.д.

Чтобы гарантировать удовлетворительную проницаемость слоя твердых носителей углерода для газа в нижней области плавильно- газификационной зоны, области скопления губчатого железа предпочтительно формируют с некоторым наклоном к краям.

Благоприятно, если губчатое железо образуется из мелкозернистой руды способом псевдоожиженного слоя.

В соответствии со следующим вариантом осуществления, губчатое железо образуется из кусковой руды в шахтной печи.

Далее изобретение будет описано более подробно на примере двух иллюстративных вариантов осуществления, где фиг. 1 и 2, соответственно, схематически показывают плавильно-газификационный аппарат в вертикальном разрезе.

В плавильно-газификационном аппарате 1 из углеродсодержащего материала 2, такого как уголь, и кислородсодержащего газа путем газификации угля 2 вырабатывается восстановительный газ, после чего этот восстановительный газ через отводной трубопровод 3 передается в шахтную печь (подробно не показана), в которой кусковая руда восстанавливается в губчатое железо 4, например, по ЕР-А-0576414. Возможна также подача восстановительного газа через отводной трубопровод 3 в реактор с псевдоожиженным слоем (подробно не показан), в котором руда восстанавливается в губчатое железо, например, ЕР-А-0217331, в зоне псевдоожиженного слоя.

Плавильно-газификационный аппарат 1 оснащен питающим трубопроводом 5 для твердых носителей углерода 2, питающим трубопроводом 6 для кислородсодержащих газов, питающим трубопроводом 7 для губчатого железа, а также, возможно, питающими трубопроводами для носителей углерода (например, углеводородов), являющихся жидкими или газообразными при комнатной температуре, и для флюсов. В донной области 8 плавильно-газификационного аппарата 1 собираются расплавленный чушковый чугун 9 и расплавленный шлак 10, которые отводятся через выпускную заслонку 11.

Железная руда, восстановленная в губчатое железо 4 в шахтной печи или в реакторе с псевдоожиженным слоем, возможно, вместе с отработанными флюсами, подается в плавильно-газификационный аппарат 1 при помощи транспортировочных устройств, например, разгрузочных шнеков, или путем нагнетания инжекторами. Питающий трубопровод 6 для твердых носителей углерода 2 и питающий трубопровод 7 для губчатого железа 4, а также отводной трубопровод 3 для восстановительного газа - а именно множество каждого из них - расположены в области купола 12 плавильно-газификационного аппарата 1, приблизительно в радиально симметричных позициях.

Согласно изобретению загрузку губчатого железа 4 осуществляют периодически, при этом образуются области 14 скоплений губчатого железа, которые внедряются в слой 13, образованный твердыми носителями углерода 2, так что губчатое железо уже не распределяется равномерно в слое 13 твердых носителей углерода 2, а образует промежуточные слои. Эти области 14 скоплений губчатого железа, которые непрерывно опускаются вниз внутри слоя 13 по мере осуществления процесса газификации твердых носителей углерода 2, могут прийти в состояние покоя в слое 13 твердых носителей углерода 2 в форме кольца, как показано на фиг. 1. При этом области 14 скоплений губчатого железа на каждом уровне поперечного сечения образуют участки поперечного сечения 15, не содержащие губчатого железа, как внутри, так и снаружи этих кольцеобразных областей. Поэтому восстановительный газ, образующийся при газификации угля, может в достаточной мере проходить через пористый слой 13, образованный из твердых носителей углерода 2, обходя области 14 скоплений губчатого железа при их плавлении, как показано стрелками 16.

Таким образом, участки поперечного сечения 15, не содержащие губчатого железа, образуют окна, через которые в достаточной мере может проходить восстановительный газ, что обеспечивает эффективную газификацию угля и, следовательно, образование восстановительного газа в достаточном количестве. Явно выраженное образование восстановительного газа будет также способствовать быстрому нагреву и плавлению губчатого железа 4.

Области 14 скоплений губчатого железа предпочтительно формируются с некоторым наклоном к краям 17, так что во время движения вниз областей скопления 14 диаметр областей скопления 14 уменьшается за счет плавления, и даже в нижней, самой узкой части плавильно-газификационного аппарата 1 обеспечивается адекватное течение газа через слой 13 твердых носителей углерода 2 или, возможно, достигается желаемое увеличение размера свободных участков поперечного сечения 15 для лучшего прохождения газа.

Как видно из фиг. 2, возможно также образование областей 14 скопления губчатого железа таким образом, что они имеют форму круга при виде сверху, что обеспечивает более выраженную краевую газификацию слоя 13 в верхней части плавильно-газификационной зоны 8. В результате будет осуществляться более быстрый нагрев и дегазация слоя 13 твердых носителей углерода 2.

Согласно изобретению области скопления 14 загружаемого губчатого железа могут формироваться в виде кругов или колец, обеспечивая таким образом оптимальную газификацию и плавление. Согласно фиг. 2, области скопления 14 в форме колец образуются в нижней части плавильно-газификационной зоны 8.

Для периодической загрузки губчатого железа 4 и твердых носителей углерода 2 могут применяться различные устройства, например, распределительный экран с клапаном, управляемым внешними сигналами, расположенный в области купола 12 плавильно-газификационного аппарата 1, или полусферическое уплотнение с регулируемым затвором горловины, или вращающийся лоток.

Устройства этого типа известны, например, из доменной технологии (Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie, том 10/Eisen, Фиг. 62A, 62D и 63), хотя нужно заметить, что при использовании доменных загрузочных средств внутри домны можно получить многослойные структуры, но при этом неизменно будут формироваться непрерывные слои из различных материалов, например, из флюсов и из железной руды, которые размещаются по всему поперечному сечению, в то время как по изобретению области 14 скопления губчатого железа не должны размещаться по всему поперечному сечению.

Сущность: способ заключается в том, что руду восстанавливают как минимум в одной зоне восстановления в частично и/или полностью восстановленное губчатое железо, которое затем плавят в плавильно-газификационной зоне плавильно-газификационного аппарата при подаче углеродсодержащего материала и кислорода и с одновременным образованием восстановительного газа. По крайней мере губчатое железо загружают в плавильно-газификационную зону периодически, с образованием областей скопления губчатого железа, внедренных в слой твердых носителей углерода, расположенных друг над другом и отдельных друг от друга твердыми носителями углерода. Каждая из областей скопления губчатого железа размещена по площади поперечного сечения плавильно-газификационной зоны, оставляя в ней свободные участки поперечного сечения. Восстановительный газ, образуемый в плавильно-газификационной зоне, проходит мимо областей скопления губчатого железа при его плавлении вверх через участки поперечного сечения, свободные от губчатого железа и образованные носителями углерода. Такая загрузка обеспечивает определенную пористость слоя твердых носителей углерода даже при загрузке мелкозернистого губчатого железа и следовательно обеспечивает достаточную проходимость слоя твердых носителей углерода для газа. 10 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения расплавленного чушкового чугуна 9 или полуфабрикатов стали из руды, которую восстанавливают как минимум в одной зоне восстановления в частично и/или полностью восстановленное губчатое железо 4, которое плавят в плавильно-газификационной зоне 8 плавильно-газификационного аппарата 1 при подаче углеродсодержащего материала и кислорода, с одновременным образованием восстановительного газа в слое 13, образованном из твердых носителей углерода 2, возможно, после предварительного полного восстановления, отличающийся тем, что по крайней мере губчатое железо 4 загружают в плавильно-газификационную зону 8 периодически, с образованием областей 14 скопления губчатого железа, внедренных в слой твердых носителей углерода 2, расположенных друг над другом и отделенных друг от друга твердыми носителями углерода 2, где каждая из областей 14 скопления губчатого железа размещена по площади поперечного сечения плавильно-газификационной зоны 8 и оставляет в ней свободные участки поперечного сечения 15 и где восстановительный газ, образующийся в плавильно-газификационной зоне 8 обтекает области 14 скопления губчатого железа при его плавлении вверх через участки поперечного сечения 15, свободные от губчатого железа и образованные носителями углерода, и проходит через указанные участки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что губчатое железо 4 загружают в плавильно-газификационную зону 8 с образованием круглых областей 14 скопления губчатого железа. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что губчатое железо 4 загружают в плавильно-газификационную зону 8 с образованием одной области 14 скопления губчатого железа на каждый уровень поперечного сечения, где область 14 скопления губчатого железа расположена по центру поперечного сечения и образует участок поперечного сечения 15 в форме кольца, который не содержит губчатого железа 4. 4. Способ по одному или нескольким пп.1 - 3, отличающийся тем, что губчатое железо 4 загружают в плавильно-газификационную зону 8 с образованием нескольких областей 14 скопления губчатого железа, которые лежат в горизонтальной плоскости и размещены на некотором расстоянии друг от друга, при этом между областями 14 скопления губчатого железа образуются участки поперечного сечения 15, не содержащие губчатого железа 4. 5. Способ по одному или нескольким пп.1 - 4, отличающийся тем, что губчатое железо 4 загружают в плавильно-газификационную зону 8 с образованием области 14 скопления губчатого железа в форме кольца, лежащей в горизонтальной плоскости. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что губчатое железо 4 загружают в плавильно-газификационную зону 8 с образованием участков поперечного сечения 15, не содержащих губчатого железа 4 и размещенных снаружи и внутри области 14 скопления губчатого железа, имеющей форму круга. 7. Способ по одному или нескольким пп.1 - 6, отличающийся тем, что, кроме того, твердые носители углерода 2 также загружают в плавильно-газификационную зону 8 периодически, а именно путем уменьшения количества или прерывания их загрузки во время загрузки губчатого железа. 8. Способ по одному или нескольким пп.1 - 7, отличающийся тем, что загрузку твердых носителей углерода при загрузке губчатого железа 4 прекращают, затем на определенный период прекращают загрузку губчатого железа и в течение определенного периода загружают только твердые носители углерода 2, после чего, в свою очередь, в течение определенного периода загружают только губчатое железо 4 и т.д. 9. Способ по одному или нескольким пп.1 - 8, отличающийся тем, что области 14 скопления губчатого железа формируют с некоторым наклоном к краям 17. 10. Способ по одному или нескольким пп.1 - 9, отличающийся тем, что губчатое железо образуется из мелкозернистой руды способом псевдоожиженного слоя. 11. Способ по одному или нескольким пп.1 - 9, отличающийся тем, что губчатое железо образуется из кусковой руды в шахтной печи.