СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА ИЛИ ЖИДКИХ СТАЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ ШИХТЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ ЖЕЛЕЗНУЮ РУДУ Российский патент 2005 года по МПК C21B5/00 C21B13/14 

Изобретение относится к способу получения чугуна или жидких стальных продуктов в доменной печи, причем, по меньшей мере, одну часть потока колошникового газа, выходящего из восстановительной шахтной печи, в значительной степени освобождают от СО₂, при необходимости нагревают и подают в доменную печь в качестве восстановительного газа, а также к установке для осуществления этого способа.

Способ этого рода известен из DE 4421673 А1. Здесь колошниковый газ после удаления СО₂ смешивают с горячим азотом или горячим азот- или аргонсодержащим газом и, тем самым, нагревают до температуры свыше 800°С. При этом нагретый и в значительной степени освобожденный от СО₂ колошниковый газ подают в доменную печь по кольцевому воздухопроводу горячего дутья. Нагрев колошникового газа должен происходить при этом предельно быстро во избежание превращения СО по будуаровскому равновесию или во избежание превращения Н₂ по гетерогенной реакции водяного газа, из-за чего возникают значительные технологические и аппаратные затраты.

Способ прямого восстановления железных руд раскрыт в US 3954444 А1. Здесь из шахтной печи отбирают, подготавливают, а затем снова подают в шахтную печь часть восстановительного газа. При этом восстановительный газ в особой форме выполнения может быть введен в качестве восстановительного средства также в доменную печь. Также в этом способе регенерирование газа является сложным делом и требует больших технологических и аппаратных затрат.

С точки зрения уровня техники задачей изобретения является разработка способа и установки для осуществления этого способа, с помощью которых достигалось бы улучшение энергобаланса и проведения процесса.

Поставленная задача решается согласно изобретению в отношении способа признаками ограничительной части пункта 1 формулы, а в отношении установки - признаками ограничительной части пункта 5.

Верхний усеченный конус доменной печи, занимающий приблизительно три пятых ее высоты, специалисты обозначают термином "шахта".

Благодаря признаку согласно изобретению, заключающемуся в подаче нагретого газа в нижнюю зону шахты доменной печи, достигаются значительные преимущества в проведении способа по сравнению с уровнем техники.

Изобретение предусматривает, в частности, полное технологическое дальнейшее использование колошникового газа шахтной печи. При этом колошниковый газ шахтной печи направляют на дальнейшее использование, преимущественно, в отношении его восстановительных свойств. Часть потока колошникового газа в способе согласно изобретению может быть введена в доменную печь, а другая часть потока может быть использована для вырабатывания энергии. Существенно, однако, что колошниковый газ удаляют после прохождения через шахтную печь, а не как в уровне техники ответвляют часть потока в шахтной печи. Благодаря способу согласно изобретению по сравнению с уровнем техники реализуется гораздо более эффективный нагрев шихты в шахтной печи, что является для эксплуатации существенным критерием.

Согласно особенно предпочтительной форме выполнения изобретения в доменную печь подают весь колошниковый газ шахтной печи.

Далее, благодаря реализованной таким образом подаче газа над распаром, последний, а также заплечики, термически разгружаются, что улучшает газопроницаемость этой зоны и дренаж жидкой фазы.

Место подачи колошникового газа в нижней зоне шахты доменной печи определяется при этом, в основном, составом колошникового газа в данном способе.

После того, как любой колошниковый газ будет иметь особый состав, в целом характерный для способа, из которого он происходит, необходимо в известных рамках определить то место подачи газа в шахте доменной печи, которое обеспечивает работу доменной печи в оптимальном режиме.

Можно привести следующие сведения об упомянутом месте в шахте доменной печи, в котором колошниковый газ подают в доменную печь.

Место подачи находится, в целом, при локальном рассмотрении выше когезивной зоны или выше зоны прямого восстановления и, тем самым, в шахте доменной печи. Положение места подачи колошникового газа в шахте доменной печи определяется, с одной стороны, температурой и составом колошникового газа, а с другой стороны, работой доменной печи. Решающим при этом является действие, достигаемое подачей колошникового газа.

Действие колошникового газа, решающее в этом отношении для согласования состава колошникового газа с карбюризатором доменного процесса, состоит, с одной стороны, в повышении доли косвенного восстановления за счет подачи восстановительного газа, причем равным образом уменьшается доля прямого восстановления, которое в доменной печи приводит к нежелательному расходу углерода и сильной энергетической нагрузке процесса, а с другой стороны, в значительно более высокой скорости нагрева и, тем самым, меньшем разрушении руды, а также в связанном с этим большем реакционном объеме внутри завалки доменной печи.

Согласно одной предпочтительной форме выполнения изобретения температура колошникового газа перед входом в доменную печь составляет свыше 750°С, преимущественно 750-1100°С, предпочтительным образом 800-920°С и особенно предпочтительно 820-880°С, причем этот газ подают в доменную печь на нижнем конце ее шахты для восстановления силиката железа, включающего свободный оксид FeO.

При этом в месте подачи газа в обычной, соответствующей уровню техники доменной печи во внешних слоях завалки доменной печи достигаются температуры 1100°С и ниже, в предпочтительном выполнении - ниже 1000°С, а в одном особенно предпочтительном выполнении - ниже 900°С.

Согласно одной особенно предпочтительной форме выполнения способ получения чугуна или жидких стальных продуктов содержит плавильный газификатор, который преобразует восстановленные частицы железа в чугун и при этом образует восстановительный газ. Этот восстановительный газ особенно подходит для последующего применения в восстановительной шахтной печи и служит, кроме того, в качестве основы колошникового газа, который согласно изобретению подают в нижнюю зону шахты доменной печи.

Согласно другому признаку изобретения свободный в значительной степени от СО₂ колошниковый газ нагревают за счет частичного сжигания до температуры свыше 800°С.

Тем самым, за счет частичного сжигания устанавливают содержание СО₂/Н₂О в колошниковом газе для того, чтобы соответствующим образом, как уже говорилось, согласовать состав подаваемого в доменную печь колошникового газа и, в частности, уменьшить выделение углерода в доменной печи. Уменьшение выхода такого тонкодиспергированного углерода положительно сказывается на энергобалансе процесса.

Благодаря типичному для определенного способа составу колошникового газа за счет его подачи в доменную печь в нижнюю зону ее шахты сокращается не только расход кокса, но и, кроме того, степень окисления введенного колошникового газа согласуется с данной зоной доменной печи, в которую должен быть введен колошниковый газ, и, таким образом, оптимизируется работа доменного агрегата.

Если до сих пор колошниковый газ подавали в доменную печь по обычному воздухопроводу горячего дутья, и поэтому он должен был иметь особенно низкое содержание СО₂ и Н₂О, то при подаче газа в одном месте заметно выше обычного воздухопровода горячего дутья в шахте доменной печи требуется гораздо более высокое содержание СО₂ и Н₂О.

Благодаря тому, что посредством признака, заключающегося в нагреве в значительной степени свободного от СО₂ колошникового газа за счет его частичного сжигания, заменяется та операция в уровне техники, которая предусматривала нагрев колошникового газа горячим азотом или азот- и аргонсодержащим газом, и используется гораздо более целесообразная форма нагрева колошникового газа. За счет, по меньшей мере, частичного превращения колошникового газа в результате частичного окисления происходит значительное повышение температуры газа. Так, правда, повышается содержание СО₂ и Н₂О в колошниковом газе после предложенного, уже известного в уровне техники удаления СО₂, однако, это происходит в той зоне, которая определяется взаимодействием между составом газа и местом подачи колошникового газа в шахте доменной печи. Увеличение доли СО₂ и Н₂О, кроме того, настолько незначительное, что в отношении операции согласно ближайшему уровню техники невозможно констатировать заметного ухудшения восстановительной плавки.

В качестве преимуществ способа следует обратить внимание на следующее.

Благодаря измененному по сравнению с уровнем техники месту подачи газа в доменную печь можно нагреть колошниковый газ до нужной температуры простым путем частичного сжигания, поскольку доли СО₂ и Н₂О оказывают непринципиальное мешающее действие. Сложный вид нагрева колошникового газа за счет смешивания с горячим азотом или аргоном, как это описано в уровне техники, таким образом предотвращен. Увеличение доли косвенного восстановления в доменном процессе приводит к заметной экономии энергии, благодаря чему доменная печь может эксплуатироваться в отношении энергетического и газового баланса на заметно более высокой рабочей отметке.

Согласно другому признаку изобретения освобожденный от СО₂ колошниковый газ для его частичного сжигания подвергают дополнительному рекуперативному и/или регенеративному подогреву.

При этом рекуперативный и/или регенеративный подогрев, а также частичное сжигание, согласовывают между собой и со всем процессом, благодаря чему создается особенно эффективная и простая возможность регулирования содержания СО₂ и Н₂О.

Если место подачи восстановительного газа в доменную печь определено, то содержание СО₂ и Н₂О в восстановительном газе путем целенаправленного изменения параметров удаления СО₂ и/или подогрева, и/или частичного окисления регулируют соответствующим для работы доменной печи образом.

За счет двухступенчатой формы нагрева колошникового газа с рекуперативным и/или регенеративным подогревом и последующим частичным сжиганием предотвращается возникновение пылеобразования из металлических частиц, а также чрезмерное выделение С в доменной печи.

Согласно одной особенно предпочтительной форме выполнения изобретения освобожденный от СО₂ и Н₂О колошниковый газ перед его частичным сжиганием подвергают рекуперативному и/или регенеративному подогреву в интервале температур 300-600°С, преимущественно, 400-500°С.

Благодаря этому признаку возможно особенно благоприятное ведение процесса, которое отличается, в частности, особенно предпочтительным согласованием предварительного подогрева с частичным сжиганием. За счет рекуперативного и/или регенеративного подогрева содержание СО₂ и Н₂О в колошниковом газе почти не повышается или повышается лишь минимально, что может быть предпочтительным при дальнейшем осуществлении способа.

Ниже изобретение поясняется более подробно с помощью не ограниченного описанием примера выполнения изобретения, показанного схематично на чертеже, где:

на чертеже показана установка согласно изобретению и процесс получения чугуна или жидких стальных продуктов из содержащей железную руду шихты.

Позицией 1 обозначено выполненное в виде восстановительной шахтной печи устройство прямого восстановления, в зоне 2 восстановления которого сверху по подающему трубопроводу 3 загружают кусковую, содержащую железную руду шихту, при необходимости, вместе с загруженными по подающему трубопроводу 4 несгоревшими добавками. Шахтная печь 1 связана с плавильным газификатором 5, в котором из карбюризаторов и кислородсодержащего газа получают восстановительный газ, подаваемый в шахтную печь 1 по подающему трубопроводу 6, причем в подающем трубопроводе 6 предусмотрено (предусмотрены) газоочистительное и/или газоохлаждающее устройство 7.

Плавильный газификатор 5 содержит подающий трубопровод 8 для твердых кусковых карбюризаторов, подающий трубопровод 9 для возврата пылей, подающий трубопровод 10 для кислородсодержащих газов и подающие трубопроводы 11, 12 для жидких или газообразных при комнатной температуре карбюризаторов, таких как углеводороды, а также для сгоревших добавок. В плавильном газификаторе 5 под зоной 13 плавильной газификации скапливаются жидкие чугун 14 и шлак 15, выпускаемые через выпускные отверстия 16, 17.

Кусковую руду, восстановленную в шахтной печи 1 в зоне 2 восстановления в губчатое железо, вместе со сгоревшими в зоне 2 восстановления добавками переводят по трубопроводам 18, связывающим шахтную печь 1 с плавильным газификатором 5, в плавильный газификатор, например, с помощью выгружных шнеков (не показаны).

К верхней части шахтной печи 1 примыкает отводящий трубопровод 19 для образующегося в зоне 2 восстановления колошникового газа. Этот колошниковый газ, имеющий температуру 200-400°С, подают через газоочистительное устройство 20 к скрубберу 21 для СО₂, где он имеет, приблизительно, температуру окружающей среды. Химический состав колошникового газа следующий:

 СО₂СОН₂N₂ + остальноеОб.%3540205

После выхода из скруббера для СО₂ в значительной степени свободный от СО₂ колошниковый газ имеет, в основном, следующий химический состав:

 СО₂СОН₂N₂ + остальноеОб.%260308

Колошниковый газ подают далее в рекуператор или регенератор 22, в котором его нагревают до температуры, приблизительно, 450°С. После этого очищенный, в основном, свободный от СО₂ колошниковый газ попадают в реактор 23, в котором его частично сжигают с подачей по трубопроводу 33 кислородсодержащей среды, в частности, чистого кислорода. При этом газ достигает температуры около 850°С. Частично сожженный газ имеет, в основном, следующий состав:

 СО₂СОН₂N₂ + остальноеОб.%558298

Нагретый колошниковый газ подают теперь по трубопроводу 24 кольцевого трубопровода 25 в доменную печь 26 и в нижней зоне шахты доменной печи вводят в нее. В доменную печь, которая может быть произвольной конструкции, сверху по подающему трубопроводу 27 подают оксиды железа вместе с коксом и добавками. Жидкие чугун 28 и шлак 29 отводят обычным образом через выпускные отверстия 30, 31. Горячее дутье подают по подающему воздухопроводу 32.

Согласно изобретению подобный способ и подобная установка имеют следующие преимущества:

- особенно эффективное повышение производительности процесса получения железа в уже существующей доменной печи способом прямого восстановления, поскольку в доменной печи, предпочтительно, используют колошниковый газ из способа прямого восстановления, и, таким образом, происходит использование образующегося при осуществлении способа прямого восстановления колошникового газа для дополнительного получения чугуна в существующих доменных печах;

- повышение производительности доменной печи за счет повышения степени восстановления через косвенное восстановление шихты газом и, тем самым, улучшение теплового баланса в зоне заплечиков и лещади доменной печи;

- более эффективное кальцинирование кусковых добавок в случае их непосредственной загрузки в доменную печь.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу и устройству для получения чугуна или жидких стальных продуктов в доменной печи. В способе одну часть потока колошникового газа, выходящего из восстановительной шахтной печи, в значительной степени освобождают от СО₂, при необходимости нагревают за счет частичного сжигания с кислородом и подают в доменную печь в качестве восстановительного газа, причем колошниковый газ подают в нижнюю зону шахты доменной печи. Установка снабжена, по меньшей мере, одним трубопроводом для подачи теплого колошникового газа, соединенным трубопроводом с устройством для удаления газа, а также с шахтой доменной печи для частичного сжигания колошникового газа перед его подачей в шахту. Изобретение позволяет эффективно использовать колошниковый газ для дополнительного получения чугуна, улучшить тепловой баланс в зоне заплечиков и лещади доменной печи, а также более эффективно кальцинировать кусковые добавки в случае их непосредственной загрузки в печь. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения чугуна или жидких стальных полупродуктов в доменной печи, причем, по меньшей мере, одну часть потока колошникового газа, выходящего из восстановительной шахтной печи (1), в значительной степени освобождают от СО₂ при необходимости, нагревают и подают в доменную печь в качестве восстановительного газа, отличающийся тем, что в значительной степени свободный от СО₂ колошниковый газ подают в нижнюю зону шахты доменной печи и в значительной степени свободный от СО₂ колошниковый газ перед его подачей в шахту доменной печи нагревают за счет частичного сжигания.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть содержащей железную руду шихты восстанавливают в восстановительной шахтной печи (1) посредством восстановительного газа, полученные восстановленные частицы железа расплавляют в плавильном газификаторе (5) при подаче угля (8) и кислородсодержащего газа (10) с одновременным образованием восстановительного газа, при этом восстановительный газ подают в зону (2) восстановления восстановительной шахтной печи (1).3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что свободный в значительной степени от СО₂ колошниковый газ нагревают за счет частичного сжигания до температуры свыше 750°С.4. Способ по п.3, отличающийся тем, что освобожденный от СО₂ колошниковый газ перед его частичным сжиганием подвергают рекуперативному и/или регенеративному подогреву до температурного интервала 300-600°С.5. Установка для получения чугуна или жидких стальных полупродуктов, содержащая, по меньшей мере, одну доменную печь, а также, по меньшей мере, одну восстановительную шахтную печь (1) для кусковой железной руды, содержащую, по меньшей мере, один отводящий трубопровод (18) для образованного в ней продукта восстановления, а также, по меньшей мере, один отводящий трубопровод (19) для колошникового газа, причем трубопровод (19) для колошникового газа заканчивается в устройстве (21) для удаления СО₂, причем для подачи теплого, в значительной степени свободного от СО₂ колошникового газа в доменную печь (26) предусмотрен, по меньшей мере, один дополнительный трубопровод (25), отличающаяся тем, что установка снабжена, по меньшей мере, одним трубопроводом (25) для подачи теплого колошникового газа в нижнюю зону шахты доменной печи, а также соединенным трубопроводом с устройством для удаления СО₂, а также с шахтой доменной печи реактором для частичного сжигания колошникового газа перед его подачей в шахту доменной печи.6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что восстановительная шахтная печь (1) содержит, по меньшей мере, один подающий трубопровод (6) для колошникового газа и имеется, по меньшей мере, один плавильный газификатор (5), в котором заканчивается, по меньшей мере, один трубопровод (18), отводящий продукт восстановления из восстановительной шахтной печи (1) и который содержит определенное число подающих трубопроводов (8, 9, 10) для кислородсодержащих газов, при необходимости пыли, и карбюризаторов, а также, по меньшей мере, один заканчивающийся в восстановительной шахтной печи отводящий трубопровод (6) для образовавшегося восстановительного газа.7. Установка по п.5 или 6, отличающаяся тем, что она снабжена, по меньшей мере, одним трубопроводом (33) для подачи кислородсодержащей среды для частичного сжигания колошникового газа преимущественно в нагревательный реактор (23).