СПОСОБ ВАГРАНОЧНОЙ ПЛАВКИ ЧУГУНА И ОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2010 года по МПК C21C1/08 F27B1/00 

Описание патента на изобретение RU2394106C1

Изобретение относится к литейному производству и производству минераловатных изделий, где применяются шахтные печи малого диаметра одинаковой конструкции и предназначено для плавки шихтовых материалов на тощих углях или антраците.

Известен способ плавки на антраците как заменителе ваграночного кокса (Баринов Н.А. Водоохлаждаемые вагранки / Н.А.Баринов. М.: Машиностроение, 1960, с.123).

Большая высота уровня загрузки и высокая температура куска топлива в кислородной зоне вагранки не позволяют вести технологически устойчиво плавку на антраците, теплотворная способность которого в 1,1-1,2 раза выше, зольность в 1,3-1,5 раза ниже, а стоимость в 4-5 раз меньше соответствующих показателей кокса.

Основной недостаток способа плавки на антраците - низкая термическая стойкость, вследствие чего он при быстром нагреве и большом давлении столба металлической шихты растрескивается на мелкие куски, которые уменьшают свободное сечение вагранки и приводят к нарушению хода плавки. Растрескивание происходит за счет высоких механических и термических напряжений по объему куска топлива в кислородной зоне, где поверхность куска разогревается до 2000-2100°С (См. И.Ф.Селянин, Г.Л.Маркс. Ваграночный процесс с оптимальным распределением дутья по высоте зоны горения. Новокузнецк, 1997, с.50).

Тощий уголь по своим механическим свойствам схож с антрацитом. И все вышеописанное относится и к тощим углям.

Наиболее близким к заявленному является способ ваграночной плавки на антраците, включающий загрузку шихтовых материалов в шахту вагранки и подачу дутья в кислородную зону (см. пат. РФ №2335718). Однако в этом способе плавки в золе наблюдается небольшое количество Fe2O3, что недостаточно для интенсивного процесса горения.

Задачей изобретения является интенсификация процесса горения и предотвращение растрескивания кусков топлива в процессе плавки.

Для этого в способе ваграночной плавки чугуна и оксидных материалов, включающем загрузку углеродсодержащего материала и топлива в шахту вагранки и подачу дутья в кислородную зону, согласно изобретению куски топлива перед загрузкой в печь окунают в водную суспензию выбросов конвертерного производства на основе оксидов железа типа Fe2O3 и СаО и выдерживают 25-35 минут в этой водной суспензии выбросов конвертерного производства на основе оксидов железа типа Fe2O3 и СаО, при этом дутье в кислородную зону подают подогретым до 450-550°С.

Известно, что для интенсификации горения твердых углеродосодержащих материалов в последние добавляют соли металлов FeCl3, CaCl2, FeSO4 и т.п. (О.А.Есин, П.В.Гельд. Физическая химия пирометаллургических процессов. Ч.I. Металлургиздат, 1950, с.197-198). В данной работе указывается на то, что повышение активности горючего введением минеральных примесей, ускоряющих реакцию CO2 с углеродом и аналогичные ей процессы, получило распространение в технике; так, кокс или уголь, пропитанный солями щелочных металлов, используют как в металлургии, так и в производстве других продуктов, например сероуглерода. Известно, что оксиды щелочноземельных металлов, железа, марганца, меди, никеля и других ускоряют восстановление CO2 углем. Наиболее правдоподобным механизмом, ускоряющим влияние примесей, является механизм, описанный О.А.Есиным и П.В.Гельдом в книге «Физическая химия пирометаллургических процессов», ч.I, Металлургиздат, 1950, с.199. Как известно, металлы, входящие в состав активных добавок, способны внедряться в решетку графита и существенно деформировать ее. Подобное внедрение ослабляет связь между базисными плоскостями графита и влияет на скорость взаимодействия СО2 с С.

Выдерживание в суспензии выбросов конвертерного производства на основе оксидов железа типа Fe2O3 и СаО менее 25 минут неэффективно, а более 35 минут приводит к растворению топлива в этой суспензии.

В отходах конвертерного производства содержатся оксиды в основном железа и кальция, то есть Fe2O3 и СаО. Куски топлива перед загрузкой в печь окунают и выдерживают в водной суспензии этих отходов. На поверхности углей образуется слой оксидов Fe2O3 и СаО.

Восстановление оксидов Fe углеродом идет последовательно

Сумма реакций (1-3) дает реакцию (4):

Суммарный отрицательный тепловой эффект реакции восстановления оксида Fe2O3 составляет Q4=-471,080 МДж/моль и превосходит положительный тепловой эффект основной реакции горения углерода в кислородной зоне С+O2→СO2+400,428 МДж/моль, что способствует захолаживанию поверхности куска угля, уменьшает градиенты температур на его поверхности и уменьшает эффект растрескивания, кроме того, процесс горения интенсифицируется, т.к. на одну молекулу Fe2O3 по реакции (4) расходуется три атома углерода. Дожигание 3,33 молекул СО происходит в пространстве между кусками топлива с дополнительным тепловым эффектом

Главное, температура поверхности куска топлива резко снижается с 2000°С до 1500°С.

Оксид кальция СаО, частично содержащийся в конверторных выбросах, идет на образование ваграночного шлака, что приводит к уменьшению расхода известняка на плавку.

Стойкость тощих углей против растрескивания в кислородной зоне повышается при подогреве.

Подогрев дутья в коксовой вагранке интенсифицирует теплообмен в зоне перегрева капель расплава (И.Ф.Селянин, Г.Л.Маркс. Ваграночный процесс с оптимальным распределением дутья по высоте зоны горения. Новокузнецк, 1997, с.80-87).

Плотность и модуль упругости тощих углей выше, чем у кокса. Кусок кокса имеет большое количество пор, которые образуются в куске угля в процессе коксования за счет удаления влаги и летучих. Поры кокса уменьшают его плотность и модуль упругости по сравнению с тощим углем.

Поэтому для уменьшения термических напряжений в кусках тощего угля необходимо резко уменьшить градиенты температуры на его поверхности, что возможно осуществить при подогреве.

Подогрев дутья способствует протеканию реакции

вместо реакции

что уменьшает температуру поверхности угля в кислородной зоне, температурные градиенты и уменьшает вероятность растрескивания угля.

Экспериментальные плавки проводили на вагранке Новокузнецкого предприятия ЗАО «Изолит». Вагранка имела внутренний диаметр 1250 мм и два загрузочных отверстия на высоте 3,5 и 5,5 м от уровня основного ряда фурм. Вагранка предназначена для приготовления оксидного расплава из отвального доменного шлака и горной породы - диабаза для производства минеральной ваты. Вагранка оборудована радиационно-конвективным рекуператором, позволяющим подогревать дутье до 550°С. В качестве топлива применяли тощие угли марки ТПКО ОАО ОФ «Разрез Красногорский» (юг Кузбасса). Куски угля обмакивали в водную суспензию выбросов конвертерного производства, содержащую оксиды железа типа Fe2O3 и СаО, и выдерживали в суспензии 30 минут.

При замене кокса на тощие угли на холодном дутье было установлено, что в конце плавочной кампании над фурмами образуются козырьки, состоящие из шлака и угольной мелочи. Давление дутья и, соответственно, сопротивление столба шихты возрастает с 400 до 1200 мм в начале и в конце кампании. Для исключения этих нежелательных явлений в соответствии с заявленным способом плавки на тощих углях было применено подогретое дутье.

В таблице приведены данные по времени работы вагранки до выбивки в зависимости от температуры подогрева дутья.

Таблица Основные параметры плавочной кампании Температура подогрева дутья, °С Без подогрева 100 200 300 450 550 Время плавочной кампании, сутки 0,3 0,8 1,5 3,0 4,5 5,0

Техническим эффектом является интенсификация процесса горения и предотвращение растрескивания кусков топлива в процессе плавки.

Похожие патенты RU2394106C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ВАГРАНОЧНОЙ ПЛАВКИ ЧУГУНА И ОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ТОЩИХ УГЛЯХ И АНТРАЦИТЕ 2007
  • Пашков Владимир Васильевич
  • Селянин Иван Филиппович
  • Клопов Виктор Иванович
  • Бедарев Сергей Александрович
  • Феоктистов Андрей Владимирович
RU2378388C2
СПОСОБ ВАГРАНОЧНОЙ ПЛАВКИ ЧУГУНА И ОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА АНТРАЦИТЕ 2007
  • Селянин Иван Филиппович
  • Феоктистов Андрей Владимирович
  • Бедарев Сергей Александрович
  • Клопов Виктор Иванович
RU2350659C1
СПОСОБ ВАГРАНОЧНОЙ ПЛАВКИ ЧУГУНА И ОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА АНТРАЦИТЕ 2006
  • Пашков Владимир Васильевич
  • Селянин Иван Филиппович
  • Клопов Виктор Иванович
  • Бедарев Сергей Александрович
RU2335718C2
СПОСОБ ВАГРАНОЧНОЙ ПЛАВКИ НА ТОЩИХ УГЛЯХ 2009
  • Феоктистов Андрей Владимирович
  • Селянин Иван Филиппович
  • Бедарев Сергей Александрович
  • Филинберг Ирина Николаевна
  • Марченко Валентин Александрович
  • Прохоренко Алексей Владимирович
RU2407804C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ 2017
  • Хафизов Руслан Амирович
  • Султангалиев Руслан Фирзанович
  • Буренкова Юлия Владимировна
RU2681172C2
ВАГРАНКА ДЛЯ ПЛАВКИ ЧУГУНА И ОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА АНТРАЦИТЕ 2010
  • Селянин Иван Филиппович
  • Пашков Владимир Васильевич
  • Куценко Андрей Иванович
  • Феоктистов Андрей Владимирович
  • Филинберг Ирина Николаевна
  • Клопов Александр Викторович
  • Марченко Валентин Александрович
  • Бедарев Сергей Александрович
RU2446372C2
СПОСОБ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ 2004
  • Шеремет Владимир Александрович
  • Сокуренко Анатолий Валентинович
  • Кекух Анатолий Владимирович
  • Товаровський Иосиф Григорьевич
  • Лялюк Виталий Павлович
  • Орел Григорий Иванович
  • Костенко Георгий Петрович
RU2262535C1
Способ выплавки чугуна в доменной печи 2020
  • Грачев Владимир Александрович
  • Ишков Александр Гаврилович
RU2734215C1
ВАГРАНКА 1991
  • Селянин И.Ф.
  • Маркс Г.Л.
  • Головко В.Д.
  • Антипин В.П.
RU2009417C1
СПОСОБ ПОДГОТОВКИ НЕСПЕКАЮЩЕГОСЯ УГЛЯ 2013
  • Загайнов Владимир Семенович
  • Шашмурин Павел Иванович
RU2537151C1

Реферат патента 2010 года СПОСОБ ВАГРАНОЧНОЙ ПЛАВКИ ЧУГУНА И ОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к литейному производству и производству минераловатных изделий. Способ включает загрузку материалов в шахту вагранки и подачу дутья в кислородную зону. Для интенсификации процесса горения и предотвращения растрескивания кусков топлива в процессе плавки его перед загрузкой в печь окунают и выдерживают 25-35 минут в водной суспензии выбросов конвертерного производства на основе оксидов железа типа Fe2O3 и СаО, при этом дутье в кислородную зону подают подогретым до 450-550°С. Использование изобретения позволяет интенсифицировать процесс горения и предотвратить растрескивание кусков топлива в процессе плавки. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 394 106 C1

Способ ваграночной плавки чугуна и оксидных материалов на тощих углях или антраците, включающий загрузку углеродсодержащего материала и топлива в шахту вагранки и подачу дутья в кислородную зону, отличающийся тем, что куски топлива перед загрузкой в печь окунают в водную суспензию выбросов конвертерного производства на основе оксидов железа типа Fe2O3 и СаО и выдерживают 25-35 мин в этой водной суспензии выбросов конвертерного производства на основе оксидов железа типа Fe2O3 и СаО, при этом дутье в кислородную зону подают подогретым до 450-550°С.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2394106C1

СПОСОБ ВАГРАНОЧНОЙ ПЛАВКИ ЧУГУНА И ОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА АНТРАЦИТЕ 2006
  • Пашков Владимир Васильевич
  • Селянин Иван Филиппович
  • Клопов Виктор Иванович
  • Бедарев Сергей Александрович
RU2335718C2
Способ плавки чугуна в вагранке 1987
  • Петров Геннадий Борисович
  • Красавин Борислав Сергеевич
  • Травин Борис Васильевич
  • Доценко Виктор Алексеевич
SU1573321A1
Способ управления работой шахтной печи 1984
  • Митрохин Анатолий Константинович
  • Нехлебаев Юрий Петрович
  • Ванжа Анатолий Николаевич
  • Конев Василий Васильевич
  • Терещенко Георгий Григорьевич
  • Соловьев Дмитрий Степанович
SU1218281A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ 2003
  • Шашмурин П.И.
  • Посохов М.Ю.
  • Стуков М.И.
  • Журавлева Д.Д.
  • Загайнов В.С.
  • Стуков Д.В.
  • Кашинский Б.Л.
  • Фоминых А.А.
  • Лысенко А.В.
RU2248332C1
RU 95109586 A1, 10.04.1997.

RU 2 394 106 C1

Авторы

Феоктистов Андрей Владимирович

Селянин Иван Филиппович

Бедарев Сергей Александрович

Филинберг Ирина Николаевна

Марченко Валентин Александрович

Прохоренко Алексей Владимирович

Даты

2010-07-10Публикация

2009-01-11Подача