Данное изобретение относится к системе производства чугуна для производства расплавленного чугуна с использованием некоксующегося угля и рудной мелочи без дополнительной обработки. В частности, устройство рециркуляции побочного шлама в системе производства чугуна использует железосодержащий влажный шлам, который является побочным продуктом технологической воды, получаемой при очистке отходящего газа в скрубберах во время работы системы производства чугуна, в результате чего шлам можно повторно использовать в самой системе, чтобы снизить конечное количество выбрасываемого шлама и уменьшить затраты на обработку шлама в системе производства чугуна, а также повысить производительность производства чугуна.
Уровень техники
Как правило, доменный процесс, занимающий важное место в системе производства чугуна, в основном зависит от исходного угля в виде переработанного кокса в качестве источника углерода, используемого как топливо и восстановитель, и от агломерированной руды, получаемой в результате процесса агломерации, в камере источника железа. Причина в том, что для обеспечения заданных характеристик реагирования необходим такой исходный материал, который имеет прочность по меньшей мере заданного уровня и размер частиц, который может обеспечить проницаемость в печь.
Для распространенного в настоящее время доменного процесса, использующего упомянутый кокс и спеченную руду, необходимо оборудование предварительной обработки, такое как оборудование для изготовления кокса и оборудование для агломерирования. Они требуют значительных затрат на сооружение и эксплуатацию, а также постоянные работы по техобслуживанию. Также требуется дополнительное оборудование для предотвращения загрязнения окружающей среды с целью соблюдения законодательных положений о промышленном загрязнении окружающей среды. Поэтому доменный процесс становится все менее конкурентоспособным из-за огромных производственных затрат.
Чтобы исключить необходимость оборудования предварительной обработки сырья для изготовления кокса и агломерирования руды, изучается новый процесс производства чугуна, который непосредственно использует некоксующийся уголь в качестве топлива и источника восстановителя, и рудную мелочь, которая представляет по меньшей мере 80% всего производства железной руды, в качестве источника железа для получения жидкого чугуна; подобное техническое решение описано, например, в патенте США 5534046.
Согласно фиг.1 система производства чугуна, описанная в указанном патенте, включает в себя 3 реактора восстановления в псевдоожиженном слое, т.е. реактор 10 предварительного нагрева, реактор 20 предварительного восстановления и реактор 30 окончательного восстановления, а также плавильную камеру-газогенератор 40, имеющие псевдоожиженные слои кокса, в которые рудную мелочь при комнатной температуре непрерывно загружают по загрузочному каналу 12 из самого верхнего реактора (не изображен), потом она последовательно проходит через три реактора 10, 20 и 30 восстановления в псевдоожиженном слое и затем подается в плавильную камеру-газификатор 40.
Рудную мелочь превращают в горячую восстановленную рудную мелочь, которую нагревают и восстанавливают по меньшей мере на 90% при контакте с горячим восстановительным газом, который последовательно проходит через 3 реактора 30, 20 и 10 восстановления в псевдоожиженном слое. Горячую восстановленную рудную мелочь постоянно загружают в плавильную камеру-газификатор 40, имеющий слой полукокса, плавят в слое полукокса и превращают в передельный чугун, который выгружают из плавильной камеры-газификатора 40.
В плавильную камеру-газификатор 40 куски некоксующегося угля постоянно подают через верхнюю часть газификатора 40 для образования определенного уровня слоев полукокса в газификаторе 40. Кислород вдувают в слои полукокса через несколько фурм в нижней части периферической стенки вокруг псевдоожиженных слоев, чтобы сжечь полукокс, находящийся в слоях полукокса.
Дымовые газы, образующиеся при сгорании полукокса, превращают в поток горячего восстановительного газа, при этом он поднимается через слои полукокса. Восстановительный газ выходит из плавильной печи-газификатора 40, при этом некоторую его часть подают в 3 реактора 10, 20 и 30 восстановления в псевдоожиженном слое. Для поддержания давления в плавильной камере-газификаторе 40 на предварительно заданном уровне восстановительный газ выпускают через канал 44 восстановительного газа и газовыпускные каналы 14 реактора 10 предварительного нагрева в скрубберы 60а и 60b, с которыми они сообщаются, и в скрубберах газ очищают от пыли технологической водой.
Окончательно выпускаемый из 3 реакторов 10, 20 и 30 восстановления в псевдоожиженном слое газ поступает по одному из газовыпускных каналов 14 в скруббер 60b, где выпущенный газ контактирует с технологической водой, которую непрерывно подают в скруббер, удаляя пыль из газа; при этом газ из плавильной камеры-газификатора 40 для регулирования давления идет по одному из других газовыпускных каналов 14 в скруббер 60а и контактирует с технологической водой, которую непрерывно подают в скруббер, с удалением пыли из газа. Газ отделяют от технологической воды и затем выпускают, при этом технологическая вода, отделенная от газа, выходит из скрубберов 60а и 60b, проходит по каналам 62а и 62b технологической воды в установку 70 обработки воды, где воду очищают от пыли и затем рециркулируют для повторного использования.
Руду транспортируют через 3 реактора 10, 20 и 30 восстановления в псевдоожиженном слое по каналам 22, 32 и 42 загрузки руды, которые сообщаются друг с другом в верхних и нижних концах реакторов восстановления. В каналах 22, 32 и 42 загрузки руды формируются противоположные потоки горячего восстановительного газа и руды; при этом восстановительный газ идет из нижнего реактора 30 восстановления в псевдоожиженном слое вверх в верхний реактор 10 восстановления в псевдоожиженном слое за счет разности давлений между нижним и верхним концами, а руда поступает из верхнего реактора 10 восстановления в псевдоожиженном слое в нижний реактор 30 восстановления в псевдоожиженном слое под действием силы тяжести.
При этом восстановленная железная мелочь из реактора 30 окончательного восстановления загружается в плавильную камеру-газификатор 40 по следующей методике: часть горячего восстановительного газа из реакторов 10, 20 и 30 восстановления в псевдоожиженном слое используется как газ-носитель для транспортирования и загрузки восстановленной железной мелочи в плавильную камеру-газификатор 40. Восстановленную железную мелочь готовят в виде горячего брикетированного железа (ГБЖ) или агломерированного чугуна в обжимных валках или в устройстве 50 изготовления ГБЖ, которое установлено на последнем канале 42 загрузки руды, после чего приготовленный ГБЖ транспортируют и загружают с помощью дополнительного транспортировочного оборудования в плавильную камеру-газификатор 40. В настоящее время такая плавильная камера-газификатор в основном действует с использованием устройства 50 изготовления ГБЖ.
В процессе производства чугуна с помощью 3 реакторов 10, 20 и 30 восстановления в псевдоожиженном слое необходимо обеспечивать температуру псевдоожиженного слоя (обозначен как Т на фиг.3) на газораспределительных пластинах в реакторах 10, 20 и 30 восстановления на нужных уровнях, в результате чего восстановленная железная мелочь, выходящая из реактора 30 окончательного восстановления, имеет коэффициент восстановления, равный по меньшей мере 85%. В частности, наиболее предпочтительно, чтобы реактор 10 предварительного нагрева был отрегулирован на температуру 680-700° С.
Хорошо известны способы регулирования температуры Т псевдоожиженных слоев в реакторах 10, 20 и 30 восстановления для того, чтобы восстановленная железная мелочь из реактора 30 окончательного восстановления могла иметь высокий уровень восстановления; примеры этих способов раскрыты, например, в выложенной заявке на патент Японии Н8-337806 и Н10-280021.
Согласно фиг.1 в псевдоожиженный слой в реакторе 10 предварительного нагрева вдувают окислитель, чтобы сжечь часть восстановительного газа, вводимого в псевдоожиженный слой, с целью поддержания температуры в реакторе 10 на заданном уровне или выше него. Для этого реактор 10 предварительного нагрева имеет каналы 16 окислителя, и поэтому тепло сгорания может регулировать температуру псевдоожиженного слоя в реакторе 10 предварительного нагрева.
В описываемой выше системе производства чугуна по причине растрескивания при нагреве некоксующегося угля в плавильной камере-газификаторе 40 и рудной мелочи в реакторах 10, 20 и 30 восстановления в псевдоожиженном слое газ, образующийся в результате работы системы, содержит большое количество пыли. А поскольку эту пыль удаляют в скрубберах 60а и 60b, то установка 70 обработки воды производит большое количество шлама, т.е. влажной пыли как побочного продукта обработки технологической воды, которая собирает пыль в скрубберах 60а и 60b. При суточной производительности системы, равной 2000 т, в качестве побочного продукта получают 200 т шлама в день.
Этот побочный шлам в основном содержит углерод, железо и золу в количествах согласно Табл.1.
До сегодняшнего времени по меньшей мере 90% побочного шлама, получаемого при работе системы производства чугуна, выбрасывали, и это влекло значительные затраты на обработку побочного шлама и также загрязняло окружающую среду. В частности, содержащиеся в шламе в больших количествах углерод и чугун выбрасывались, хотя затраты можно снизить за счет их рециркуляции.
Таким образом, является более предпочтительным рециркулировать тот побочный шлам, который образуется при функционировании системы производства чугуна и который в больших количествах содержит углерод, железо (т.е. общее количество железа) и золу согласно Табл.1, в указанную систему производства чугуна, чем выбрасывать его вместе с другими побочными продуктами, чтобы сэкономить тем самым на стоимости обработки шлама и уменьшить загрязнение окружающей среды.
Следует отметить, что один из известных способов утилизации отходов и остатков и, в частности, шлама, образующегося в процессе производства чугуна, раскрыт в патенте РФ №2101361 С1, который был опубликован 01.10.1998 и который соответствует патенту США №5435832 от 25.07.1995.
В этом известном способе колошниковые восстановительные газы, выходящие из зоны непосредственного восстановления и зоны плавления и газификации, очищают в газоочистительном устройстве, а полученную в нем шламовую воду сгущают с помощью сгустителя, после чего загустевший шлам в гранулирующей установке смешивают с подходящими связующими веществами с образованием гранулированного продукта (гранулята). Гранулят подают в установку для сушки угля, а затем высушенный гранулят загружают в зону плавления и газификации для утилизации в процессе работы системы производства чугуна.
Однако в этом известном способе обработка шлама является очень сложной, поскольку полученный при очистке отходящих газов шлам сначала обрабатывают до гранулированного продукта и лишь затем загружают в зону плавления и газификации. Кроме того, поскольку гранулированный продукт, т.е. шлам, загружают только в зону плавления и газификации, зона загрузки утилизируемого шлама является очень ограниченной.
Таким образом, до настоящего времени неизвестно такое техническое решение, согласно которому полученный при производстве чугуна побочный шлам сначала переводят в порошкообразный вид, и полученный порошковый шлам затем загружают в реакторы восстановления в псевдоожиженном слое, т.е. в реактор предварительного нагрева и реактор окончательного восстановления или в них обоих, и при этом чтобы полученный при производстве чугуна побочный шлам мог бы быть рециркулирован с помощью упрощенного устройства и мог бы подаваться непосредственно в псевдоожиженный слой указанных реакторов.
Сущность изобретения
Соответственно данное изобретение направлено на решение упомянутых выше проблем известного уровня техники. Поэтому цель данного изобретения заключается в обеспечении устройства рециркуляции побочного шлама в системе производства чугуна, причем это устройство выполнено с возможностью измельчения в порошок влажного шлама, являющегося побочным продуктом технологической воды, используемой в скрубберах очистки газа и с возможностью последующей загрузки порошкового шлама в реакторы восстановления. За счет этого увеличивается производительность системы производства чугуна и уменьшается количество выбрасываемого шлама, в результате чего снижаются затраты на последующую обработку. Помимо этого, для сокращения эксплуатационных расходов можно повторно использовать углерод и железо, содержащиеся в шламе в большом количестве.
Для решения указанных задач согласно данному изобретению в систему производства чугуна для производства жидкого чугуна с использованием некоксующегося угля и рудной мелочи, содержащую реакторы восстановления в псевдоожиженном слое для восстановления вводимой рудной мелочи; плавильную камеру-газификатор, соединенную с ними посредством устройства изготовления ГБЖ; скруббер, соединенный с газовыпускными каналами плавильной камеры-газификатора и реактора предварительного нагрева; и установку обработки технологической воды, соединенную со скруббером для обработки технологической воды, вводят устройство рециркуляции побочного шлама, которое содержит: установку приготовления порошкового шлама, соединенную с установкой обработки воды, которая обезвоживает, высушивает и дробит побочный шлам, выходящий из установки обработки воды, с целью приготовления порошкового шлама; установку хранения, соединенную с установкой приготовления порошкового шлама, для хранения порошка шлама, приготовленного в установке приготовления порошкового шлама; установку подачи порошкового шлама для подачи порошкового шлама из установки хранения порошкового шлама по транспортному пневмотрубопроводу в распределитель; и канал порошкового шлама, подсоединенный между распределителем и реактором окончательного восстановления, с несколькими потоками порошкового шлама для повторного вдувания шлама в реактор окончательного восстановления.
Согласно еще одному аспекту данного изобретения для решения указанных выше задач в систему производства чугуна для производства жидкого чугуна с использованием некоксующегося угля и рудной мелочи, содержащую реакторы восстановления в псевдоожиженном слое для восстановления вводимой рудной мелочи, плавильную камеру-газификатор, соединенную с ними через устройство изготовления ГБЖ; скруббер, соединенный с газовыпускными каналами плавильной камеры-газификатора и реактора предварительного нагрева; и установку обработки технологической воды, соединенную со скруббером для обработки технологической воды, вводят устройство рециркуляции побочного шлама, которое содержит: установку приготовления порошкового шлама, соединенную с установкой обработки воды, для обезвоживания, высушивания и дробления побочного шлама, выходящего из установки обработки воды, с целью приготовления порошкового шлама; установку хранения, соединенную с установкой приготовления порошкового шлама, для хранения порошкового шлама, приготовленного в установке приготовления порошкового шлама; установку подачи порошкового шлама для подачи порошкового шлама из установки хранения порошкового шлама по транспортному пневмопроводу в распределитель; и канал порошкового шлама, подсоединенный между распределителем и каналом окислителя, установленным в реакторе предварительного нагрева, с несколькими потоками порошкового шлама для повторного вдувания порошкового шлама в реактор предварительного нагрева.
Согласно еще одному аспекту данного изобретения для решения указанных выше задач в систему производства чугуна для производства жидкого чугуна с использованием некоксующегося угля и рудной мелочи, содержащую реакторы восстановления в псевдоожиженном слое для восстановления вводимой рудной мелочи, плавильную камеру-газификатор, соединенную с ними через устройство изготовления ГБЖ; скруббер, соединенный с газовыпускными каналами плавильной камеры-газификатора и реактора предварительного нагрева; и установку обработки воды, соединенную со скруббером для обработки технологической воды, вводят устройство рециркуляции побочного шлама, которое содержит: установку приготовления порошкового шлама, соединенную с установкой обработки воды, для обезвоживания, высушивания и дробления побочного шлама, поступающего из установки обработки воды, с целью приготовления порошкового шлама; установку хранения, соединенную с установкой приготовления порошкового шлама, для хранения порошкового шлама, приготовленного в установке приготовления порошкового шлама; установку подачи порошкового шлама для подачи порошкового шлама из установки хранения порошкового шлама по транспортному пневмопроводу в распределитель; и первый канал порошкового шлама, подсоединенный между распределителем и реактором окончательного восстановления, с несколькими потоками порошкового шлама для повторного вдувания порошкового шлама в реактор окончательного восстановления; и второй канал порошкового шлама, подсоединенный между распределителем и каналом окислителя, установленным в реакторе предварительного нагрева, с несколькими потоками порошкового шлама для повторного вдувания порошкового шлама в реактор предварительного нагрева.
Краткое описание чертежей
Указанные выше и прочие задачи, признаки и преимущества данного изобретения будут более понятны из приводимого ниже подробного описания, рассматриваемого в совокупности с прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1 - схематическое изображение процесса производства чугуна с использованием некоксующегося угля и рудной мелочи;
фиг.2 - схематическое изображение процесса производства чугуна с использованием некоксующегося угля и рудной мелочи, а также первого устройства рециркуляции побочного шлама согласно первому предпочтительному варианту осуществления данного изобретения;
фиг.3а и 3b - структура соединения между каналами первого устройства рециркуляции побочного шлама и реактором окончательного восстановления в системе производства чугуна, причем фиг.3а - горизонтальный разрез структуры, а фиг.3b - вертикальный разрез главных ее деталей;
фиг.4 - схематическое изображение процесса производства чугуна с использованием некоксующегося угля и рудной мелочи, а также второго устройства рециркуляции побочного шлама согласно второму варианту осуществления изобретения;
фиг.5 - вертикальный разрез структуры соединения между каналом второго устройства рециркуляции шлама и реактором окончательного восстановления в системе производства чугуна;
фиг.6 - график, иллюстрирующий результаты испытания порошкового шлама на сжигание - в случае применения второго устройства рециркуляции порошкового шлама согласно изобретению,
фиг.7 - схематическое изображение процесса производства чугуна с использованием некоксующегося угля и рудной мелочи, а также третьего устройства рециркуляции побочного шлама согласно третьему варианту осуществления данного изобретения.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения
Приводимое ниже подробное описание излагает предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг.2 изображает систему производства чугуна, содержащую первое устройство 1а рециркуляции побочного шлама согласно данному изобретению, а фиг.3а и 3b изображают структуру соединения между реактором 30 окончательного восстановления и каналами 300 вдувания порошкового шлама в первом устройстве 1а рециркуляции побочного шлама, где одинаковыми ссылочными позициями обозначены те же или аналогичные компоненты в системе производства чугуна, как и в известном уровне техники.
Согласно фиг.2 система производства чугуна по данному изобретению содержит три реактора 10, 20 и 30 восстановления в псевдоожиженном слое: реактор 10 предварительного нагрева для восстановления рудной мелочи, вводимой в него по первому каналу 12 загрузки руды; реактор 20 предварительного восстановления, сообщающийся с реактором 10 предварительного нагрева по второму каналу 22 загрузки руды; и реактор 30 окончательного восстановления, сообщающийся с реактором 20 предварительного восстановления по третьему каналу 32 загрузки руды.
Реактор 30 окончательного восстановления сообщается по четвертому каналу 42 загрузки руды с плавильной камерой-газификатором 40, которая производит жидкий передельный чугун за счет существенного плавления рудной мелочи и в которой на четвертом загрузочном канале 42 установлено устройство 50 приготовления ГБЖ (горячего брикетированного железа).
Реакторы 10, 20 и 30 восстановления и плавильная камера-газификатор 40 сообщаются друг с другом по второму, третьему и четвертому каналам 24, 34 и 44 восстановительного газа. Четвертый канал 44 восстановительного газа соединен посредством газовыпускного канала 14 со скруббером 60а для промывки исходящего газа от пыли, при этом реактор 10 предварительного нагрева соединен через еще один газовыпускной канал 14 со скруббером 60b для промывки исходящего газа от пыли. Скрубберы 60а и 60b вместе соединены с установкой 70 обработки воды, предназначенной для обработки технологической воды, которая подается по каналам 62а и 62b технологической воды из скрубберов 60а и 60b.
Согласно указываемым (стрелками) потокам на фиг.2 рудную мелочь восстанавливают при прохождении через 3 реактора 10, 20 и 30 восстановления в псевдоожиженном слое, агломерируют в устройстве 50 приготовления ГБЖ и затем загружают в плавильную камеру-газификатор 40. Генерируемый в нем восстановительный газ очищают от пыли технологической водой в скрубберах 60 после прохождения по каналам, и содержащая пыль технологическая вода поступает в установку 70 обработки воды. Получающийся таким образом шлам обрабатывают и затем снова вдувают в систему производства чугуна.
Фиг.2 и 3 иллюстрируют первое устройство 1а рециркуляции побочного шлама согласно данному изобретению, которое содержит:
установку 120 приготовления порошкового шлама, установку 160 хранения порошкового шлама, установку 190 подачи порошкового шлама, распределитель 210а, соединенный через транспортный пневмопровод 200а с установкой 190 подачи; и каналы 300 порошкового шлама, подсоединенные между распределителем 210а и реактором 30 окончательного восстановления, который более подробно описывается ниже.
Согласно фиг.2 в случае первого устройства 1а рециркуляции побочного шлама согласно данному изобретению установка 120 приготовления порошкового шлама имеет обезвоживатель 80, соединенный с установкой 70 обработки воды, для отверждения выходящего из нее влажного шлама; высушиватель 90 шлама, соединенный с обезвоживателем 80, для высушивания отвержденного шлама; дробилку 100, соединенную с высушивателем 90, для дробления отвержденного высушенного шлама в мелкозернистый порошковый шлам, и классификатор 110 порошкового шлама, соединенный с дробилкой 100, для разделения по крупности дробленого порошкового шлама.
Согласно схематическому изображению на фиг.2 обезвоживатель 80 имеет центробежный барабан и его привод и соединен с выходным каналом для выпуска технологической воды, содержащейся в побочном шламе. Поскольку влагосодержание на выходе из установки 70 обработки воды составляет 50%, то побочный шлам отверждается после обезвоживания до влагосодержания около 10% с помощью обезвоживателя 80.
Высушиватель 90 установки 120 приготовления порошкового шлама соединен последовательно с обезвоживателем 80 для высушивания отвержденного шлама и снижения его влагосодержания с 10% до 1% или менее. Не изображено на чертежах, но предпочтительно, чтобы исходящий из плавильной камеры-газификатора 40 горячий газ использовался в качестве источника тепла для высушивателя 90.
После снижения влагосодержания до 1% или менее с помощью обезвоживателя 80 и высушивателя 90 шлам дробят в дробилке 100, которая последовательно соединена с высушивателем 90.
Отвержденный высушенный шлам при прохождении через дробилку 100 дробят и измельчают в порошок до зернистости около 1 мм или менее. Эта процедура имеет важное значение, поскольку размер зерен дробленого шлама влияет на доставку порошкового шлама S по транспортному пневмопроводу 200а, который более подробно описывается ниже.
Дробилка 100 (на чертеже детально не показана) согласно данному изобретению может целесообразно быть обычной дробилкой, которая сжимает сухой шлам винтовым лезвием в емкости с дроблением шлама до заданного размера зерен.
Классификатор 110 шлама соединен с дробилкой 100, и в нем дробленый порошковый шлам S распределяют по размеру до единообразной зернистости, и затем направляют в резервуар 130 хранения установки 160 хранения порошкового шлама, описание которой следует ниже. Если порошок 160 шлама имеет крупный размер зерна, например, 1 мм или более, то предпочтительно, чтобы он снова загружался в дробилку 110, где его подвергают повторному дроблению, см. фиг.2.
В установке 160 хранения порошкового шлама резервуар 130 хранения соединен с классификатором 110 установки 120 приготовления порошкового шлама и имеет канал 134 подачи инертного газа для обеспечения инертной атмосферы во внутреннем пространстве резервуара 130 хранения, а также имеет пылесборник 132, расположенный на выпускном отверстии для инертного газа во внутреннем пространстве. Компенсатор 140 соединен с нижней частью резервуара 130 хранения, а стопорный клапан 150 установлен на компенсаторе 140 для регулирования подачи порошкового шлама из резервуара 130 хранения.
Резервуар 130 хранения соединен с классификатором 110 для хранения порошкового шлама S, который дробят и разделяют по крупности до размера зерна, равного 1 мм или менее, а также с каналом 134 подачи инертного газа, который подает инертный газ, например, газообразный азот, в резервуар 130 хранения для обеспечения инертной атмосферы во внутреннем пространстве.
Газообразный N2 подают в резервуар 130 хранения по каналу 134 подачи инертного газа, чтобы предотвратить самовозгорание углеродной составляющей порошкового шлама S.
Пылесборник 132 установлен в верхней части резервуара 130 хранения и улавливает и регенерирует порошковый шлам из инертного газа, когда инертный газ выходит из резервуара 130 хранения.
При этом резервуар 130 хранения соединен с компенсатором 140, который имеет стопорный клапан 150 для регулирования потока порошкового шлама S, выходящего из выпускного отверстия 130а резервуара 130 хранения. Согласно схематическому изображению на чертеже стопорный клапан 150 электрически соединен через управляющий блок (не изображен) с переключателями 172 и 174 верхнего и нижнего уровней, установленными в резервуаре 170 подачи установки 190 подачи порошкового шлама, описание которой приводится ниже.
В установке 190 подачи порошкового шлама резервуар 170 подачи соединен со стопорным клапаном 150 и установлен после установки 160 хранения шлама по ходу потока шлама. Резервуар 170 подачи в своих верхней и нижней частях имеет переключатели 172 и 174 верхнего и нижнего уровней для определения уровня хранящегося в нем порошкового шлама, а в нижней его части установлен детектор 176 веса для определения изменения веса порошкового шлама. Резервуар 170 хранения соединен с поворотным дозатором 180, который регулирует скорость поворота в ответ на сигнал от детектора 176 веса для регулирования количества порошкового шлама, подаваемого из резервуара 170 хранения.
То есть когда стопорный клапан 150 установки 160 хранения порошкового шлама открывается, порошковый шлам S, вышедший из выпускного отверстия 130а резервуара 130 хранения, загружается в резервуар 170 подачи порошкового шлама, причем количество вводимого в резервуар 170 подачи порошкового шлама S регулируют переключателями 172 и 174 верхнего и нижнего уровня, находящимися в резервуаре 170 подачи.
Поэтому, если уровень порошкового шлама, вводимого в резервуар 170 подачи, ниже переключателя 174 нижнего уровня, то переключатель 174 нижнего уровня определяет это состояние и затем открывает стопорный клапан 150, который электрически соединен с ним, чтобы дополнительно загружать порошковый шлам S в резервуар 170 подачи. Наоборот, если переключатель 172 верхнего уровня определяет наличие порошкового шлама S, вводимого в резервуар 170 хранения, то стопорный клапан 150 закрывается. Таким образом, количество шлама S, введенного в резервуар 170 подачи, постоянно сохраняется одинаковым.
Также, поскольку детектор 176 веса установлен в нижней части резервуара 170 хранения, то поворотный дозатор 180 избирательно соединяется с резервуаром 170 подачи во взаимодействии и в ответ на сигнал от детектора 176 веса, чтобы выгружать порошковый шлам S в транспортный пневмопровод 200а.
То есть поворотный дозатор 180 регулируется в отношении дозируемого количества с помощью детектора 176 веса, который постоянно определяет изменение веса резервуара 170 подачи. Поворотный дозатор 180 электрически соединен с детектором веса 176 через блок управления (не изображен).
Порошковый шлам S подают посредством поворотного дозатора 180 установки 190 подачи в транспортный пневмопровод 200а, который установлен между поворотным дозатором 180 и распределителем 210, установленным вблизи реактора 30 окончательного восстановления.
Транспортный пневмопровод 200а соединен с каналом 202 инертного газа, в результате чего инертный газ, например газообразный азот, подают при заданном давлении, чтобы принудительно переместить порошковый шлам S, подаваемый в транспортный пневмопровод, в распределитель 210.
Инертный газ, например N2, подают в транспортный пневмопровод 200а, поскольку он может предотвращать самовозгорание углеродной составляющей, содержащейся в большом количестве в порошковом шламе.
Каналы 300 порошкового шлама присутствуют в количестве нескольких штук (множества) между реактором 30 окончательного восстановления и распределителем 210а вблизи него и создают несколько потоков порошкового шлама.
Согласно фиг.2 после выгрузки с помощью поворотного дозатора 180 установки 190 подачи шлама и транспортирования газообразным азотом по транспортному пневмопроводу 200а в дозатор 210а порошковый шлам S вдувают в реактор 30 окончательного восстановления несколькими потоками из дозатора 210а.
Фиг.3а и 3b иллюстрируют структуру соединения каналов 300 порошкового шлама с реактором 30 окончательного восстановления. Согласно фиг.3b псевдоожиженный слой Т образуется над газораспределительной пластиной 30b в нижней части реактора 30 окончательного восстановления, причем газораспределительная пластина 30b имеет сопла для формирования газоструйных слоев в псевдоожиженном слое Т.
Поэтому предпочтительно, чтобы каналы 300 порошкового шлама входили своими концами 300а в псевдоожиженный слой Т в реакторе 30 окончательного восстановления, а не просто соединялись со стенкой 30а реактора 30 окончательного восстановления. При повторном вдувании порошкового шлама S в реактор для улучшения рециркуляции побочного шлама эта структура соединения в более единообразной степени смешивает порошковый шлам S с восстановленным железом (не изображено) во время выпуска порошкового шлама S из концов 300а каналов 300. Ниже приводится подробное описание структуры соединения каналов 300 порошкового шлама с реактором 30 окончательного восстановления.
Согласно подробному изображению на фиг.3b предпочтительно, чтобы каналы 300 порошкового шлама были выполнены с углом А1 ввода, равным 55-65° , и предпочтительно - 60° относительно горизонтальной линии от стенки 30а реактора, чтобы порошковый шлам S из распределителя 210а можно было повторно вдувать несколькими потоками в реактор 30 окончательного восстановления для рециркуляции в нем.
Если каналы 300 порошкового шлама имеют угол А1 ввода менее 55° , то вдуваемый порошковый шлам S сегрегируется (концентрируется) по центру в верхней части псевдоожиженного слоя Т в реакторе. С другой стороны, если угол А1 ввода превышает 65° , то порошковый шлам S сегрегируется в нижней части псевдоожиженного слоя Т. Потому наиболее предпочтительно, чтобы каналы 300 порошкового шлама имели угол А1 ввода, равный 60° . В результате этого порошковый шлам S может единообразно смешиваться в псевдоожиженном слое Т в реакторе 30 окончательного восстановления в соответствии с углом ввода, и это обстоятельство влияет на скорость рециркуляции побочного шлама.
Согласно фиг.3а и 3b каналы 300 порошкового шлама входят в реактор 30 окончательного восстановления на глубину H1 ввода, которая приблизительно составляет 20-30%, а наиболее предпочтительно - около 25% от боковой стенки 30а реактора 30 окончательного восстановления. Глубина H1 ввода указана в процентной доле от радиуса реактора, поскольку радиус реактора является изменяемым.
Если каналы 300 порошкового шлама имеют глубину H1 ввода менее 20% радиуса реактора, то порошковый шлам S сегрегируется в боковой части псевдоожиженного слоя Т в реакторе 30 окончательного восстановления в соответствии с углом А1 ввода каналов порошкового шлама. С другой стороны, если глубина H1 ввода превышает 30% радиуса реактора, то концы проходят в реактор гораздо дальше, и поэтому порошковый шлам S не может равномерно вдуваться в реактор окончательного восстановления из-за сопротивления газа в газоструйном слое J или частиц в псевдоожиженном слое Т внутри реактора. Поэтому наиболее предпочтительно, чтобы глубина H1 ввода каналов порошкового шлама 300 составляла около 25% радиуса реактора.
Согласно фиг.3b концы 300а каналов 300 порошкового шлама в надлежащей степени отстоят от распределительной пластины 30b в нижней части реактора 30 окончательного восстановления с учетом длины распределения внутренних газоструйных слоев J псевдоожиженного слоя Т в реакторе 30 окончательного восстановления. Концы 300а предпочтительно отстоят от распределительной пластины 30b на высоту L, равную около 400-500 мм, и наиболее предпочтительно - около 450 мм.
Если высота L концов 300а от газораспределительной пластины 30b меньше 400 мм или более 500 мм, то вдуваемый порошковый шлам S не сможет надлежащим образом вводиться в реактор 30 окончательного восстановления из-за сопротивления имеющего высокую скорость газа в газоструйных слоях J над газораспределительной пластиной 30b.
Поэтому согласно фиг.3а и 3b концы каналов 300 порошкового шлама проходят через стенку 30а реактора 30 восстановления на заданную величину глубины Н ввода, заданный угол А1 ввода и на высоту L от распределительной пластины. Цель этого заключается в повышении степени рециркуляции шлама путем вдувания порошкового шлама S в псевдоожиженный слой Т без сегрегирования в реакторе, и также за счет единообразного смешивания шлама в псевдоожиженном слое Т. Вне пределов указанных значений порошковый шлам S сегрегируется в псевдоожиженном слое Т при его вдувании по каналам 300 порошкового шлама. При этом ухудшается качество ГБЖ, производимого установкой 50 изготовления ГБЖ, которая установлена на канале 42 загрузки руды между реактором 30 окончательного восстановления и плавильной камерой-газификатором 40.
Согласно фиг.3а каналы 300 порошкового шлама, расходящиеся от распределителя 310а и соединенные с реактором 30 окончательного восстановления, могут присутствовать в количестве от 3 до 6, хотя их число может быть и другим сообразно размеру реактора 30 окончательного восстановления. Предпочтительно, чтобы каналы 300 порошкового шлама распределялись с одинаковым интервалом в радиальном направлении по реактору 30 окончательного восстановления, чтобы порошковый шлам S можно было вдувать равномерно в псевдоожиженный слой Т и единообразно его смешивать с восстановленной железной мелочью в псевдоожиженном слое Т.
В этом случае предпочтительно, чтобы количество порошкового шлама S, вдуваемого в реактор окончательного восстановления, ограничивалось приблизительным количеством от 4 до 6%, и предпочтительно около 5% от количества рудной мелочи, загружаемой в реактор 10 предварительного нагрева из числа 3 реакторов восстановления в псевдоожиженном слое. Если порошковый шлам S вдувают в реактор 30 окончательного восстановления и затем смешивают в устройстве 50 изготовления ГБЖ, которое установлено на канале 42 загрузки руды между реактором 30 окончательного восстановления и плавильной камерой-газификатором 40, то углеродная составляющая во вдуваемом порошковом шламе S может влиять на качество ГБЖ.
То есть, поскольку порошковый шлам S смешивается с восстановленной железной мелочью и агломерируется в псевдоожиженном слое Т без сгорания углеродной составляющей порошкового шлама, как во втором описываемом ниже устройстве рециркуляции побочного шлама (см. фиг.4), то порошковый шлам S предпочтительно вдувают в реактор 30 окончательного восстановления при 5%-ном отношении к количеству рудной мелочи, загружаемой в реактор 10 предварительного нагрева. Количество порошкового шлама можно регулировать с помощью поворотного дозатора 180.
Таблица 2 приводит результаты экспериментального рециркулирования побочного шлама, согласно которому порошковый шлам S, приготовленный обезвоживанием, высушиванием и дроблением, был смешан с восстановленной железной мелочью в весовом отношении около 5%. Результаты отражают экспериментальные значения, относящиеся к таким качественным показателям ГБЖ, как плотность, предел прочности при сжатии и устойчивость к разрушению при испытании на сопротивление удару. В Таблице 2 также приводится сравнение норм качества ГБЖ, необходимых для стабильного регулирования системы производства чугуна согласно данному изобретению.
Как очевидно следует из данных Таблицы 2 и фиг.2, нормы качества ГБЖ, требуемые для нормального процесса производства чугуна, соблюдаются в случае ГБЖ согласно данному изобретению, который изготавливается устройством 50 изготовления ГБЖ путем вдувания порошкового шлама S в реактор 30 окончательного восстановления и путем смешивания его с восстановленной железной мелочью; причем порошковый шлам S приготавливают в первом устройстве 1а рециркуляции побочного продукта согласно данному изобретению путем обезвоживания, высушивания и дробления побочного шлама, получаемого из установки 70 обработки воды.
Как показано на фиг.2 и 3, согласно первому устройству 1а рециркуляции побочного шлама в соответствии с данным изобретением порошковый шлам S приготавливают из побочного шлама, получаемого при производстве чугуна, повторно вдувают его в псевдоожиженный слой Т в реакторе 30 окончательного восстановления и смешивают с восстановленной железной мелочью в реакторе 30 окончательного восстановления. Смесь шлама и железа выпускают из реактора 30 окончательного восстановления и загружают в устройство 50 изготовления ГБЖ, и затем в виде ГБЖ загружают в плавильную камеру-газификатор 40. В результате процесс изготовления чугуна дает на выходе пониженное количество побочного шлама, благодаря чему снижаются затраты на обработку шлама, а рециркуляция С- и Fe-составляющих шлама снижает потери материала, благодаря чему можно повысить производительность производства чугуна и снизить загрязнение окружающей среды.
Фиг.4-6 изображают систему производства чугуна, содержащую второе устройство 1b рециркуляции побочного шлама согласно еще одному варианту осуществления изобретения, в котором те же или аналогичные узлы, как и в первом устройстве 1а рециркуляции побочного шлама, обозначены теми же ссылочными позициями без какого-либо подробного описания. Ниже приводится подробное описание второго устройства 1 рециркуляции побочного шлама согласно данному изобретению.
Согласно фиг.1 и приводимому выше описанию, хорошо известен способ регулирования температуры псевдоожиженного слоя Т в реакторах 10, 20 и 30 восстановления в псевдоожиженном слое, и примеры такого способа раскрыты в выложенной заявке на патент Японии №Н8-337806 и Н10-280021. Согласно этим документам реактор 10 предварительного нагрева имеет каналы 16 окислителя для вдувания окислителя в псевдоожиженный слой Т (см. фиг.5), сформированный в реакторе 10 предварительного нагрева, для частичного сжигания восстановительного газа, вводимого в псевдоожиженный слой Т, с тем чтобы обеспечить поддержание температуры в реакторе 10 предварительного нагрева на заданном или более высоком уровне.
Согласно фиг.4 и 5 второе устройство 1b рециркуляции побочного шлама согласно данному изобретению отличается тем, что каналы 400 порошкового шлама для вдувания порошкового шлама S соединены с каналами окислителя для обеспечения рециркулирования побочного шлама из системы производства чугуна.
Во втором устройстве 1b рециркуляции побочного шлама в соответствии с данным изобретением, изображенным на фиг.4, как и в первом устройстве 1а рециркуляции шлама, установка 120 приготовления порошкового шлама обезвоживает, высушивает и дробит влажный шлам, выводимый из установки 70 обработки воды, и производит порошковый шлам S, имеющий размер зерен около 1 мм. Производимый таким образом порошковый шлам S транспортируют через установку 160 хранения, установку 190 подачи и транспортный пневмопровод 200b в распределитель 210b, расположенный вблизи реактора 10 предварительного нагрева, причем транспортный пневмопровод 200b по своей конструкции отличается от первого устройства 1а рециркуляции шлама. Каналы 400 порошкового шлама подсоединены между распределителем 210b и каналами 16 окислителя, в результате чего порошковый шлам S вдувают по каналам 400 порошкового шлама и затем по каналам 16 окислителя в реактор 10 предварительного нагрева, чтобы осуществить рециркуляцию побочного шлама.
Поэтому согласно фиг.5 порошковый шлам S вдувают в псевдоожиженный слой Т вместе с окислителем, который подают по каналам 16 окислителя в псевдоожиженный слой Т в реакторе 10 предварительного нагрева. Вдуваемый порошковый шлам S сгорает в зоне сгорания, сформированной в псевдоожиженном слое Т перед каналами 16 окислителя, и таким образом расплавляют и сгущают его с тем, чтобы рециркулировать порошковый шлам S, который получают за счет обработки побочного шлама, сопутствующего процессу производства чугуна.
Согласно фиг.5, предпочтительно, чтобы каналы 400 порошкового шлама проходили в каналы 16 окислителя под углом А2 заданных значений и на глубину Н2 ввода для обеспечения равномерной подачи порошкового шлама S.
То есть каналы 400 порошкового шлама соединены с каналами 16 окислителя под углом А2 ввода, приблизительно равным 60-75° , и предпочтительно около 67° . Этот угол А2 ввода получен из того расчета, что угол наклона, означающий минимальный допустимый угол свободного течения порошкового шлама S, составляет 60° , а порошковый шлам S может свободно диспергироваться в потоке окислителя без сегрегирования в каналах 16 окислителя при максимальном значении угла 75° .
Концы 400а каналов 400 порошкового шлама проходят в каналы 16 окислителя на должную глубину Н2 проникновения. Глубина Н2 приблизительно составляет от 30 до 60%, предпочтительно - около 45% от диаметра каналов 16 окислителя. Если глубина Н2 составляет менее 30% или свыше 60% диаметра D каналов 16 окислителя, тогда порошковый шлам S сегрегируется, а не равномерно смешивается со входящим потоком окислителя, который подают в реактор предварительного нагревания по каналам 16 окислителя. Поэтому необходимо, чтобы каналы 400 порошкового шлама проходили в каналы 16 окислителя в пределах указанных выше значений.
При подаче порошкового шлама S вместе с окислителем в зону сгорания в псевдоожиженном слое Т в реакторе 10 предварительного нагрева по каналам 16 окислителя углеродная составляющая в порошковом шламе S газифицируется вместе с кислородной составляющей в окислителе в потоке восстановительного газа, который подают из реактора 20 предварительного восстановления по каналу 24 восстановительного газа и через газораспределительную пластину 10b и который вдувают из нижней части в верхнюю часть реактора 10 предварительного нагрева. С- и О2- составляющие газифицируются согласно Уравнению 1:
С+λ O2→(2-2λ )СО+(2λ -1)СO2 (Уравнение 1),
где “λ ” в Уравнении 1 означает мольное отношение кислорода в окислителе, расходуемом для сгорания С-составляющей порошкового шлама S. Согласно результатам испытания порошкового шлама S, приводимым на фиг.6, оптимальное сгорание происходит при мольном отношении λ O2/C около 0,6-0,7.
Так же, как можно видеть в Таблице 1, С-составляющая в шламе достигает около 38 мас.%, поэтому число киломолей углерода в 1 кг шлама равно 1× 0,01× 38/12=0,032, где 12 - молекулярная масса С.
Поэтому, поскольку согласно фиг.6 оптимальное сгорание обеспечивается при мольном отношении λ О2/С от 0,6 до 0,7, то из этого следует, что оптимальное число киломолей О2 составляет от 0,6× 0,032 до 0,7× 0,032=0,0192 до 0,0224. Оптимальный объем кислорода в Нм3 (м3 при нормальных условиях) составляет
0,0192× 22,4 до 0,0224× 22,4=0,43 до 0,50, где 22,4 - значение, вычисленное исходя из того, что 1 киломоль 02=22,4 Нм3.
Согласно фиг.5, очевидно, что при сгорании порошкового шлама S, вдуваемого по каналам 400 порошкового шлама, необходимое количество кислорода составляет от 0,43 до 0,50 Нм3 на килограмм порошкового шлама. Поэтому количество окислителя, вдуваемого по каналам 16 окислителя, нужно увеличить на необходимую для сгорания порошкового шлама S величину по сравнению с количеством окислителя, расходуемым для регулирования температуры в псевдоожиженном слое Т реактора 10 предварительного нагрева.
Поэтому предпочтительно, чтобы количество окислителя, вдуваемого в каналы 16 окислителя реактора 10 предварительного нагрева, было бы увеличено приблизительно на 0,43-0,50 Нм3 на 1 кг порошкового шлама S, который вдувают по каналам 400 порошкового шлама, чтобы повысить интенсивность горения в зоне сгорания реактора.
В порошковом шламе, который вдувают в зону сгорания псевдоожиженного слоя в реакторе 10 предварительного нагрева по фиг.5, содержатся также прочие составляющие, такие как железо и зола. Железо и зола расплавляются и сгущаются в зоне сгорания, увеличиваются до зернистости, достаточной для того, чтобы не “выплескиваться” вверх из псевдоожиженного слоя Т реактора 10 предварительного нагрева, а затем смешиваются с рудной мелочью (не показана) в псевдоожиженном слое Т, при этом диспергируясь в нем. Смесь подают через первый реактор 20 восстановления, соединенный с реактором 10 предварительного нагрева посредством второго канала 24, и через реактор 30 окончательного восстановления в устройство 50 изготовления ГБЖ, где смесь агломерируется и загружается в плавильную камеру-газификатор 40 для рециркуляции.
Таблица 3 приводит результаты оценки конденсации плавлением железа и золы, содержащихся в порошке шлама, при его испытании на сгорание: при оптимальных условиях сгорания С-составляющей, содержащейся в порошковом шламе, агломерация плавлением железа и золы происходит при наименьшем приблизительном отношении 80% и при размере зерен, составляющем по меньшей мере 1 мм, т.е. при размере, при котором агломерированные частицы не могут “выплескиваться” из псевдоожиженного слоя Т в реакторе 10 предварительного нагрева. Из представленных в Таблице 3 результатов очевидно следует, что порошковый шлам можно рециркулировать приблизительно на 90% с помощью второго устройства 1b рециркуляции шлама.
Во втором устройстве 1b рециркуляции побочного шлама согласно данному изобретению порошковый шлам с размером зерен 1 мм или менее приготавливают из побочного шлама, получаемого в виде побочного продукта изготовления чугуна, и вдувают его вместе с окислителем по каналам 16 окислителя в реактор 10 предварительного нагрева с тем, чтобы регулировать температуру псевдоожиженного слоя Т в реакторе восстановления с псевдоожиженным слоем. Затем С-составляющая в порошковом шламе газифицируется вместе с окислителем посредством реакции сгорания в зоне сгорания в псевдоожиженном слое. Такие прочие составляющие, как железо и зола, расплавляются и агломерируются под воздействием тепла сгорания в псевдоожиженном слое и смешиваются с рудной мелочью. Указанную смесь загружают через реакторы 20 и 30 предварительного и окончательного восстановления в агломерированном (в устройстве 50 изготовления ГБЖ) виде в плавильную камеру-газификатор 40. За счет этого уменьшается количество побочного шлама в процессе производства чугуна, в результате чего снижаются затраты на обработку шлама. Помимо этого, рециркуляция С- и Fe-составляющих шлама уменьшает потери сырья, и поэтому повышает производительность процесса изготовления чугуна, и также уменьшает загрязнение окружающей среды.
Фиг.7 изображает третье устройство 1с рециркуляции побочного шлама согласно третьему варианту осуществления данного изобретения, в котором одинаковые или аналогичные узлы, так же как в первом и втором устройствах 1а и 1b рециркуляции побочного продукта, обозначены теми же ссылочными позициями и подробно описываться не будут. Далее приводится подробное описание третьего устройства 1с рециркуляции побочного шлама согласно данному изобретению.
С точки зрения технических признаков третье устройство 1с рециркуляции побочного шлама имеет и каналы 300, и каналы 400 порошкового шлама первого и второго устройств 1а и 1b рециркуляции побочного шлама в систему производства чугуна.
Согласно фиг.7 третье устройство 1с рециркуляции побочного шлама, аналогично первому и второму устройствам 1а и 1b рециркуляции побочного шлама, обезвоживает, высушивает и дробит влажный шлам, поступающий из установки 70 обработки технологической воды, чтобы приготовить порошковый шлам S с размером зерен 1 мм. Приготовленный таким образом порошковый шлам S транспортируют через установку 160а хранения, установку 190а подачи и, отчасти, первый транспортный пневмопровод 200а в первый распределитель 210а, расположенный вблизи реактора 30 окончательного восстановления. Другую часть приготовленного порошкового шлама S транспортируют из установки 190а подачи по транспортному пневмопроводу 200b во второй распределитель 210b, который расположен вблизи реактора 10 предварительного нагрева.
Первую часть порошкового шлама вдувают из первого распределителя 210а через первые каналы 300 порошкового шлама в реактор 30 окончательного восстановления, и при этом вторую часть порошкового шлама вдувают из второго распределителя 210а через вторые каналы 400 порошкового шлама и далее по каналам 16 окислителя в реактор 10 предварительного нагрева. Такой порядок обработки обеспечивает возможность рециркуляции побочного шлама.
В соответствии с фиг.7с установка 160а хранения порошкового шлама третьего устройства 1с рециркуляции побочного шлама согласно данному изобретению имеет резервуар 130 хранения, имеющий двойные выпускные отверстия 130а и 130b, с которыми соответственно соединены пары компенсаторов 140а и 140b и стопорные клапаны 150а и 150b.
Стопорный клапан 150а соединен с резервуаром 170а подачи шлама, который имеет переключатели 172а и 174b верхнего и нижнего уровня и детектор 176а веса для определения изменения веса загруженного порошкового шлама в нижней части резервуара 170а подачи. Стопорный клапан 150b соединен с резервуаром 170b подачи шлама, который имеет переключатели 172b и 174b верхнего и нижнего уровня, и детектор 17 6b веса для определения изменения веса загруженного порошкового шлама в нижней части резервуара 170b подачи. Каждый из резервуаров 170а и 170b подачи также имеет поворотный дозатор 180а или 180b для регулирования скорости поворота в ответ на сигнал от детектора 176а или 176b веса для регулирования количества порошкового шлама S, подаваемого через них.
Предпочтительно, чтобы поворотные дозаторы 180а и 180b были электрически соединены во взаимодействии с блоком управления (не изображен) для регулирования количества порошкового шлама S вдуваемого в каналы 16 окислителя и в реактор 30 окончательного восстановления.
Поворотный дозатор 180а соединен с первым транспортным пневмопроводом 200а для подачи порошкового шлама S по нему и через первый распределитель 210а в первые каналы 300 порошкового шлама. Поворотный дозатор 180b также соединен со вторым транспортным пневмопроводом 200b для подачи порошкового шлама S по нему и через второй распределитель 210b во вторые каналы 400 порошкового шлама.
Согласно фиг.7 порошковый шлам S, вдуваемый в реактор 30 окончательного восстановления, диспергируется в псевдоожиженном слое Т и затем выводится в смеси с восстановленной железной мелочью в устройство 50 изготовления ГБЖ, где смесь порошкового шлама и восстановленной железной мелочи агломерируется, и после этого агломерированную смесь загружают в плавильную камеру-газификатор 40. При этом порошковый шлам S вдувают в реактор 10 предварительного нагрева вместе с окислителем, который подают по каналам 16 окислителя в псевдоожиженный слой Т реактора 10 предварительного нагрева, и затем сжигают в зоне сгорания в псевдоожиженном слое Т, в результате чего С-составляющая в порошковом шламе S сгорает и газифицируется, a Fe- и золовая составляющие расплавляются и агломерируются, смешиваясь с восстановленной железной мелочью. Смесь Fe- и золовой составляющих и восстановленной железной мелочи загружают через реакторы восстановления в агломерированном (в устройстве 50 изготовления ГБЖ) виде в плавильную камеру-газификатор 40. Таким образом побочный шлам можно рециркулировать.
Согласно фиг.3, 5 и 7 первые каналы 300 порошкового шлама соединены с реактором 30 окончательного восстановления, имея глубину H1 ввода в диапазоне от 20 до 30% радиуса реактора 30 окончательного восстановления и угол А1 соединения в диапазоне от 55 до 65° относительно стенки 30а реактора; при этом их концы 300а имеют глубину L ввода 400-500 мм от газораспределительной пластины 30b внутри реактора 30 окончательного восстановления. Эти числовые значения определены с тем же обоснованием, что и в отношении первого устройства 1а рециркуляции шлама.
Вторые каналы 400 порошкового шлама соединены с каналами 16 окислителя, имея глубину Н2 ввода в диапазоне от 30 до 60% диаметра D каналов 16 окислителя и угол А2 соединения, равный 60-75° . Эти числовые значения определены с тем же обоснованием, что и в отношении второго устройства 1b рециркуляции шлама.
Согласно фиг.7, предпочтительно, чтобы количество порошкового шлама S, подаваемого в реактор 30 окончательного восстановления по первым каналам 300 порошкового шлама, составляло приблизительно от 4 до 6%, и предпочтительно около 5% количества рудной мелочи, вдуваемой в реактор 10 предварительного нагрева. Эти числовые значения определены с тем же обоснованием, что и в отношении первого устройства 1а рециркуляции шлама.
Следовательно, после того, как количество порошкового шлама для вдувания в реактор 30 окончательного восстановления по первым каналам 300 порошкового шлама будет установлено в соответствии с количеством восстановленной железной мелочи, загружаемой в реактор 10 предварительного нагрева, остаток от общего количества подаваемого порошкового шлама вдувают через вторые каналы 400 порошкового шлама в каналы 16 окислителя.
Также согласно фиг.5 и 7 количество окислителя, вдуваемого по каналам 16 окислителя, регулируют в соответствии с количеством порошкового шлама, вдуваемого во вторые каналы 400 порошкового шлама, т.е. с примерным увеличением на 0,43-0,50 Нм3 при увеличении количества порошкового шлама на 1 кг и с тем же обоснованием, что и в отношении второго устройства 1 рециркуляции шлама.
Третье устройство 1с рециркуляции побочного шлама согласно данному изобретению более сложное по сравнению с устройствами 1а и 1b рециркуляции побочного шлама, поскольку третье устройство 1с рециркуляции содержит и первые каналы 300, и вторые каналы 400 порошкового шлама. Тем не менее, если в каких-либо каналах из числа первых и вторых каналов 300 и 400 порошкового шлама, и в первом и втором распределителях 210а и 210b первого и второго устройств 1а и 1b рециркуляции побочного шлама возникнут неполадки, то рециркуляцию побочного шлама все же можно будет осуществлять по другим нормальным каналам порошкового шлама. Поэтому данное решение будет более целесообразным с точки зрения бесперебойной работы всей системы производства чугуна.
В первом, втором и третьем устройствах с 1а по 1с рециркуляции побочного шлама, изображаемых на фиг.2, 4 и 7, каналы 202 инертного газа соответственно соединены с транспортными пневмопроводами 200а и 200b, в результате чего порошковый шлам S можно более равномерно доставлять из поворотных дозаторов 180, 180а и 180b установки 190 и 190а подачи порошкового шлама в распределители 210а и 210b, расположенные сбоку от реактора 30 окончательного восстановления и реактора 10 предварительного нагрева.
Разумеется, хотя это не изображено на фиг.2, 4 и 7, в каждом из транспортных пневмопроводов 200а и 200b, каналов 300 и 400 порошкового шлама, каналов 12, 22, 32 и 42 руды, каналов 44, 34 и 24 восстановительного газа, в газовыпускном канале 14 и каналах 62а и 62b технологической воды между установкой 70 обработки воды и скрубберами 60а и 60b имеется стопорный клапан для регулирования потока проходящей по ним текучей среды, т.е. потока порошкового шлама, руды, восстановительного газа, выходящего газа и технологической воды.
Помимо этого, хотя это не показано на фиг.2, 4 и 7, блок управления электрически соединяет переключатели 172, 174, 172а, 174а, 172, 174b нижнего и верхнего уровней установок 190а и 190b подачи во взаимодействии со стопорными клапанами 150, 150а и 150b установок 160 и 160а хранения, детекторы 176, 176а и 176b веса и поворотные дозаторы 180, 180а и 180b во взаимодействии с ними, в результате чего эти узлы работают во взаимодействии. В частности, в третьем устройстве 1с рециркуляции побочного шлама поворотные дозаторы обязательно работают во взаимодействии с блоком управления, чтобы подавать порошок шлама в первый и второй каналы 300 и 400 порошкового шлама в надлежащих количествах.
Промышленная применимость
С помощью первого и второго устройств 1а и 1b рециркуляции побочного шлама согласно описываемому выше изобретению побочный шлам, получаемый в процессе производства чугуна, превращают в порошок, повторно вдувают в псевдоожиженные слои Т в реакторе 30 окончательного восстановления и реакторе 10 предварительного нагрева, смешивают с восстановленной железной мелочью и затем агломерируют в виде ГБЖ, который загружают в плавильную камеру-газификатор 40. Благодаря использованию такого процесса производства чугуна формирование побочного шлама сокращается и поэтому также сокращаются расходы на обработку шлама. Рециркулирование С- и Fe-составляющих шлама уменьшает потери сырья и обеспечивает повышение производительности процесса производства чугуна и уменьшает загрязнение окружающей среды.
Помимо этого, кроме эффектов, обеспечиваемых первым и вторым устройствами 1а и 1b рециркуляции порошкового шлама, третье устройство 1с рециркуляции порошкового шлама согласно данному изобретению имеет и каналы 300, и каналы 400 порошкового шлама, соответствующие первому и второму устройствам 1а и 1b рециркуляции побочного шлама. Даже если в каком-либо из распределителей и каналов порошкового шлама возникнет неисправность, то рециркуляцию порошкового шлама можно непрерывно выполнять с помощью нормально функционирующей линии, что обеспечивает хорошую работоспособность системы.
Несмотря на то что данное изобретение было иллюстрировано и описано со ссылкой на определенные варианты его осуществления, специалистам в данной области техники будут очевидны различные изменения, которые возможно реализовать в нем в рамках объема и сущности изобретения, определяемых прилагаемой формулой изобретения.
Изобретение относится к рециркуляции побочного шлама в системе производства чугуна для производства жидкого чугуна с использованием некоксующегося угля и рудной мелочи без дополнительной обработки. Устройство рециркуляции побочного шлама использует железосодержащий влажный шлам, являющийся побочным продуктом технологической воды, получаемой при очистке отходящего газа в скрубберах во время работы системы производства чугуна. Устройство включает установку приготовления порошкового шлама, соединенную с установкой обработки технологической воды и предназначенную для обезвоживания, высушивания и дробления побочного шлама, поступающего из установки обработки технологической воды, с целью приготовления порошкового шлама, установку хранения, соединенную с установкой приготовления порошкового шлама и предназначенную для хранения порошкового шлама, приготовленного в установке приготовления порошкового шлама, установку подачи порошкового шлама и канал порошкового шлама для повторного вдувания порошкового шлама в реактор окончательного восстановления или в реактор предварительного нагрева или два канала порошкового шлама для повторного вдувания порошкового шлама и в реактор окончательного восстановления и в реактор предварительного нагрева. Изобретение позволит шлам повторно использовать в системе, чтобы снизить конечное количество выбрасываемого шлама и уменьшить затраты на обработку шлама в системе производства чугуна, а также повысить производительность производства чугуна. 3 с. и 14 з.п. ф-лы, 3 табл., 7 ил.
| СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЖИДКОГО ЧУГУНА ИЛИ СТАЛЬНОГО ПОЛУПРОДУКТА | 1994 |
|
RU2101361C1 |
| US 4673432 А, 16.06.1987 | |||
| US 4978387 А, 18.12.1990. | |||
