МОДУЛЬНАЯ ПЕЧЬ Российский патент 2007 года по МПК C21B13/02 C21B11/00 

Настоящее изобретение относится к устройству для получения расплавленного металла путем самовосстановления агломератов, содержащих окислы металла. Получение расплава металла включает получение расплавленного чугуна, включая передельный чугун и литейный чугун, а также получение сплавов металлов.

Процессы непосредственного самовосстановления, плавки и рафинирования широко применяют с целью производства стали из железной руды или получения продукта, эквивалентного передельному чугуну, выплавленному в доменной печи, предназначенного для использования в известных процессах получения стали или же низкоуглеродистого чугуна как исходного сырья для производства стали с помощью известной технологии. Этот процесс обычно используют с целью замены доменных печей как средств получения расплавленного чугуна для производства стали.

Доменные печи, как правило, содержат цилиндрическую башню, в которую последовательно через верх печи загружают шихту, включающую железную руду, окатыши или агломераты, вместе с коксом и известняком, с образованием в печи непрерывного столба загружаемого материала. В нижней части печи к шихте подводится атмосферный воздух, который может быть предварительно нагретым. Когда материалы загружаемой шихты вступают в контакт с горячими газами, поднимающимися вверх из горна печи, эти газы подогревают кокс так, что при достижении им нижней части печи и контактировании с вводимым в эту часть воздухом инициируется процесс горения. При высоких температурах, устанавливающихся в этом месте печи в результате горения, двуокись углерода является не стабильной и немедленно реагирует с углеродом с образованием одноокиси углерода. Эта реакция является не только основным источником тепла для операции плавления, но, кроме того, в результате реакции образуется восстанавливающий газ (СО), который поднимается вверх через печь, где подогревается, и по мере своего подъема восстанавливает окись железа в шихте.

Производительность доменной печи зависит от ее внутреннего объема или от площади и конструктивных параметров печи при заданной производительности. Поэтому для повышения производительности необходимо увеличивать размер доменной печи и соответственно менять конструктивные параметры.

Настоящее изобретение относится к модульной установке для получения расплавленного металла, например расплавленного чугуна и расплава металлических сплавов путем самовосстановления агломератов окислов металлов, или плавления и рафинирования предварительно восстановленного металла. Установка состоит из большого количества объединенных отсеков (модулей) идентичных размеров и конструкции, образующих тем самым модульную установку. Каждый отсек подсоединен к общему средству подачи агломератов для их самовосстановления или плавления и рафинирования. Конструктивное выполнение каждой камеры восстановления или плавильной камеры обеспечивает возможность получения расплавленного металла одинакового состава путем самовосстановления агломератов при идентичных условиях проведения процесса восстановления или плавления и рафинирования агломератов, загружаемых в каждую восстановительную камеру или плавильную камеру соответственно. Агломераты могут содержать восстановитель или флюс, или и то и другое одновременно.

Идентичные условия восстановления или плавления и рафинирования включают одинаковые температуры и скорости подачи агломератов.

Каждый из отсеков содержит одинаковый участок предварительного нагрева, расположенный над восстановительной камерой или камерой плавления и рафинирования, через который вводят и подогревают агломераты перед их подачей в камеру для самовосстановления или плавления и рафинирования.

Между указанной камерой и участком предварительного нагрева размещены средства для создания направленного потока отходящих газов, полученных при самовосстановлении или плавлении и рафинировании, и их равномерного распределения при прохождении через агломераты на участке предварительного нагрева. Дополнительно вблизи участка подогрева установлены средства сжигания горючих отходящих газов, полученных при самовосстановлении или плавлении и рафинировании. Сжигание этих газов обеспечивает нагрев агломератов на участке предварительного нагрева.

Объединенные друг с другом отсеки образуют установку, предназначенную для самовосстановления или для плавления и рафинирования, модульной или блочной конструкции. Соответственно, установка, разделенная на модули или единичные блоки, где каждый из таких модулей или блоков представляет собой отдельный целый аппарат, допускает совершенствование, проектирование и конструирование новых печей в масштабе "один к одному" и, кроме того, позволяет проводить опробирование различного сырья с целью изменения производительности печи в модульном исполнении.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 схематично изображает вид сверху установки, состоящей из объединенных отдельных модулей;

фиг.2 - поперечный разрез установки, воплощающей данное изобретение;

фиг.3 - вид в перспективе верхней части установки, демонстрирующий газоотводящие каналы, которые направляют и выводят газы сверху и создают условия для прохода газов через шихту;

фиг.4 - поперечный разрез печи в соответствии с настоящим изобретением, отображающий горелки, установленные над шихтой;

фиг.5 - в перспективе сочленение между верхней и нижней шахтами, снабженное фурмами подачи вторичного воздуха.

Установка, согласно настоящему изобретению, показанная на фиг.1 и 2, относится к шахтной печи, выполненной из модульных секций, которая может производить передельный и литейный чугун или любой другой легированный металл, полученный из самовосстаналивающих агломератов или шихты, содержащей металлический материал. Эти одинаковые секции выполнены такими, чтобы их можно было соединить с образованием печи, имеющей верхнюю шахту 1, прямоугольной или пирамидальной формы с прямоугольным сечением, которая снабжена в своей верхней части устройствами для подачи газа или каналами 2 и газоотводящими устройствами или каналами 3, обеспечивающими отвод газов в систему 4 газоочистки и затем к тепловым регенераторам подогрева воздуха дутья. Внутри верхней шахты 1 имеется также газоотводящий канал 5, проходящий по высоте печи (фиг.3), выполненный из огнеупорного материала (литейный чугун или сталь или любой другой сплав) или из охлаждаемых панелей, в зависимости от расстояния между газоотводящим каналом 5 и верхним уровнем шихты. В зависимости от условий эксплуатации газоотводящий канал может быть расположен выше уровня шихты или частично заполняться шихтой. Газоотводящий канал 5 служит для создания направленного течения газов в верхней шахте так, чтобы газы проходили через слой шихты с максимальной эффективностью их теплообмена с шихтой.

В верхней шахте 1, кроме того, установлен один или более чем один ряд фурм 6 для вдувания подогретого или не подогретого воздуха, обогащенного или не обогащенного кислородом, для вторичного сжигания горючих газов, поступающих в верхнюю шахту. Это обеспечивает дополнительное количество тепла для осуществления переработки шихты.

Установка в соответствии с данным изобретением, кроме того, может содержать один или более чем один ряд горелок 7 (фиг.4), установленных внутри верхней шахты 1 между боковой стенкой печи и внешней стенкой газоотводящего канала 5 с каждой стороны печи и выше уровня расположения шихты. С помощью горелок 7 производится сжигание газа, выходящего из печи, после чего он проходит через систему газоочистки, а также сжигание любого другого газа или смеси газов. Это обеспечивает подвод к шихте дополнительного количество тепла, что еще больше повышает тепловую эффективность печи.

Помимо того, печь содержит нижнюю шахту 8, прямоугольной или пирамидальной формы, с прямоугольным поперечным сечением, при этом длина сторон в ее верхней части превышает длину сторон верхней шахты 1, и достаточна для размещения в этой верхней части устройств подачи в шихту кокса или угля или другого твердого топлива. По контуру нижней шахты 8 на уровне, который достаточно превышает уровень расположения основания верхней шахты 1, находится, как показано на фиг.2, участок 11 непрерывной подачи твердого топлива. К этому участку 11 топливо подводится через клапаны 9.

Нижняя шахта 8 содержит один или более ряд первичных фурм 10 для вдувания подогретого или не подогретого воздуха, который может быть обогащен кислородом. Эти фурмы могут инжектировать жидкое, газообразное или порошкообразное твердое топливо для его полного или частичного сжигания с целью получения тепловой энергии, необходимой для восстановления и/или плавления шихты. В конструкции верхней шахты 1 и нижней шахты 8 могут быть использованы монолитный огнеупорный материал и охлаждающие элементы (могут и не использоваться). В качестве альтернативного выполнения участок, соединяющий нижнюю шахту 8 и верхнюю шахту 1 (фиг.5), может быть изготовлен в виде единой металлической детали, в которую встроены фурмы 6 вторичного дутья. Охлаждение этого участка осуществляется воздухом вторичного дутья, который нагревается и возвращается в печь, что позволяет сэкономить тепловую энергию, которая в случае ее не использования для этой цели была бы потеряна.

Расплавленный металл и шлак отводятся из печи в ее нижней части через предназначенные для этой цели отверстия (не показаны).

Предлагаемая установка может быть выполнена из единичных секций, имеющих размеры сторон, одна из которых соответствует определенной части общей длины печи, а другая - половине общей ширины печи, как показано на фиг.1 и 2. Каждая секция содержит одинаковые количество, размеры и диаметр фурм 10 первичного дутья и фурм 6 вторичного дутья на единицу длины всей установки. Следовательно, каждая отдельная секция представляет собой печь и может быть использована в качестве контрольной печи для определения, в реальном масштабе размеров, ее рабочих параметров, что позволяет избежать необходимости использовать безразмерные параметры, численное моделирование или любой другой известный метод определения окончательных размеров конструкции установки такого типа. Эти известные методы, основанные на теоретических характеристиках, не могут быть достаточно точными, что обуславливает большую погрешность при определении размеров конструкции, что не имеет место при использовании концепции секционного выполнения, соответствующей данному изобретению.

Модульная секционная конструкция установки согласно изобретению, кроме того, обеспечивает для эксплуатируемых установок такого типа возможность увеличить их производительность путем простого добавления новых секций к уже имеющимся в количестве, соответствующем любому необходимому повышению производительности.

Модульная установка для получения расплавленного металла путем самовосстановления агломератов из окисла металла или предварительно восстановленного металла, например железа. Установка содержит множество объединенных секций одинакового размера и конструкции, подсоединенных к источнику топлива и к средствам подачи в камеру каждой секции металлической шихты, включающей самовосстанавливающиеся агломераты и/или предварительно восстановленный металл. Секции выполнены с возможностью объединения для образования печи, и каждая из них имеет верхнюю шахту с расположенными в своей верхней части, по меньшей мере, одним устройством для подачи газа и, по меньшей мере, одним газоотводящим устройством, и нижнюю шахту. Верхняя и нижняя шахты выполнены с прямоугольным сечением, стороны которого в верхней части нижней шахты больше, чем стороны верхней шахты. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Модульная установка для получения расплавленного металла, содержащая множество объединенных секций одинакового размера и конструкции, при этом каждая секция из указанного множества подсоединена к источнику топлива и к средствам подачи в камеру каждой секции металлической шихты, включающей самовосстанавливающиеся агломераты и/или предварительно восстановленный металл, причем указанные секции выполнены с возможностью объединения для образования печи, и каждая из них имеет верхнюю шахту с расположенными в своей верхней части, по меньшей мере, одним устройством для подачи газа и, по меньшей мере, одним газоотводящим устройством, и нижнюю шахту, при этом верхняя и нижняя шахты выполнены с прямоугольным сечением, стороны которого в верхней части нижней шахты больше, чем стороны верхней шахты.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что каждая верхняя шахта в каждой из секций содержит идентичный участок подогрева и восстановления, расположенный над нижней шахтой, через который вводят предварительно нагретую и/или восстановленную металлическую шихту перед ее поступлением в нижнюю шахту.3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что между нижней и верхней шахтами смонтированы средства для направления и равномерного распределения газа из нижней шахты в верхнюю шахту через металлическую шихту.4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что вблизи верхней шахты смонтированы средства для сжигания отходящих из нижней шахты газов для получения энергии для нагрева и/или восстановления металлической шихты в верхней шахте.5. Установка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что металлическая шихта включает самовосстанавливающиеся агломераты окислов металла, а камеры представляют собой камеры восстановления, плавки и рафинирования.6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью получения расплавленного железа, при этом самовосстанавливающиеся агломераты содержат оксид железа.7. Установка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что металлическая шихта содержит предварительно восстановленный металл, а камеры представляют собой камеры плавки и рафинирования.8. Установка по п.7, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью получения расплавленного железа, при этом металлическая шихта содержит предварительно восстановленное железо.