СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖИДКОГО ЧУГУНА ИЛИ ЖИДКИХ СТАЛЬНЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ Российский патент 2013 года по МПК C21B11/00 C21B13/14 

Изобретение относится к способу и устройству для изготовления жидкого чугуна или жидких стальных полуфабрикатов из железных руд и образующих добавки загружаемых материалов, причем загружаемые материалы в восстановительной зоне подвергаются значительному восстановлению и затем подаются в зону плавления или в плавильный агрегат, особенно, в плавильный газогенератор, для плавления при добавлении углеродосодержащих исходных материалов и кислородсодержащего газа с формированием стационарного слоя, причем образуется СО- и Н₂-содержащий восстановительный газ, который вводится в восстановительную зону, там преобразуется и выводится как доменный (колошниковый) газ, и причем горячий, насыщенный твердой фазой колошниковый газ, при по меньшей мере частичном осаждении твердой фазы из колошникового газа, подвергается по меньшей мере сухому пылеулавливанию, в особенности, грубому сепарированию, и по меньшей мере части отделенных горячих твердых веществ возвращаются в зону плавления или плавильный агрегат или в восстановительную зону.

Из уровня техники известно, что технологические газы, с одной стороны, используются на различных стадиях технологического процесса или в комбинированных технологических процессах, с другой стороны, отводимые технологические газы должны обрабатываться, чтобы они могли подаваться на дополнительное использование. Известные способы часто применяют для этого способы очистки для отводимых технологических газов, причем газы должны охлаждаться, так что необходимо отводить много энергии, и теплосодержание бесполезно расходуется.

JP 05-078722А описывает восстановительный способ плавления, при котором колошниковый газ, горячий и очищенный от пыли, и пыль вместе с предварительно восстановленным материалом вводится в плавильный агрегат. При этом недостатком является, в частности, то, что циклоны горячего газа реализуют лишь недостаточное пылеулавливание.

Из АТ 406964 В известно использование отходящего тепла колошниковых газов из восстановительного агрегата, причем предварительно осуществляется фильтрация горячего газа. Повторное использование пыли не предусматривается.

Также из WO 2005/054520 известно, что колошниковый газ очищается посредством газоочистителя, и колошниковый газ подается для повторного использования. Недостатком является, однако, большое количество получаемого шлама.

Поэтому задачей изобретения является создание способа и устройства, при котором отводимые технологические газы могут использоваться более эффективно и, тем самым, может повышаться эффективность всего технологического процесса.

В соответствии с изобретением указанная задача соответственно способу решается согласно отличительной части пункта 1 формулы изобретения, а соответственно устройству - согласно отличительной части пункта 12 формулы изобретения.

Соответствующий изобретению способ предусматривает обработку выводимого из зоны восстановления, насыщенного твердой фазой колошникового газа, причем за счет сухого грубого сепарирования твердое вещество отделяется и вновь возвращается в технологический процесс. Отделенное твердое вещество возвращается в зону плавления, например, плавильный агрегат или в зону восстановления. В дополнительной стадии тонкого сепарирования колошниковый газ дополнительно очищается, причем отделенные на стадии тонкого сепарирования твердые вещества могут возвращаться в плавильный газогенератор и/или в зону плавления или выводиться из способа.

Зона плавления и зона восстановления могут выполняться как части доменной печи.

На основе сухого сепарирования не возникает шламов, так что не нужны никакие очистные сооружения для подобных шламов. Кроме того, тепловая энергия насыщенного твердой фазой колошникового газа сокращается лишь незначительно, так что этот колошниковый газ или его тепловая энергия предоставлены в распоряжение для будущего использования. За счет грубого сепарирования можно реализовать значительное отделение твердых веществ из колошникового газа, так что в колошниковом газе остается лишь намного меньшее количество твердого вещества. За счет возврата в плавильный агрегат могут использоваться ценные материалы, содержащиеся в твердом веществе, такие как железо и/или соединения углерода.

Колошниковый газ, после сухого грубого сепарирования, подвергается по меньшей мере одной ступени тонкого сепарирования, при по меньшей мере частичном отделении остающихся в колошниковом газе твердых веществ, причем отделяемое на этой ступени сепарации твердое вещество возвращается в плавильный газогенератор и/или в зону плавления или выводится из способа. За счет дополнительной ступени сепарации, колошниковый газ может, с одной стороны, очищаться и, тем самым, в значительной мере освобождаться от твердых веществ, а с другой стороны, отделенное при этом твердое вещество, независимо от твердого вещества, отделенного на первой ступени, может обрабатываться или применяться. Это позволяет осуществлять разделение на фракции твердых веществ и, тем самым, отдельное применение этих отделенных веществ.

В соответствии с изобретением к отделенному твердому веществу, в частности, для случая, когда оно содержит высокую долю шлакообразующих компонентов, перед вводом в плавильный газогенератор и/или в зону плавления, добавляются железо- и/или углеродосодержащие исходные материалы, в частности, железо- или углеродосодержащие пылевидные компоненты, сухой шлам или рудная мелочь, а именно, так, что твердое вещество вместе с добавками имеет содержание более 30%, в частности, более 50% железа и углерода. Твердые вещества в колошниковом газе могут иметь различные по величине доли ценных веществ, таких как железо- и/или углеродосодержащие исходные материалы и шлакообразующие компоненты, например, кислород. Для случая, когда твердое вещество имеет очень высокое содержание шлакообразующих компонентов, возврат в плавильный агрегат мог бы привести к ухудшению ситуации в расплаве, особенно к нежелательному обогащению шлакообразующими элементами. Чтобы избежать подобной ситуации, добавляется только твердое вещество с минимальным содержанием железа и углерода. Чтобы достичь этих минимальных содержаний, для определенных способов может быть необходимым добавить к отделенному твердому веществу железо- и/или углеродосодержащие исходные материалы и совместно ввести в плавильный агрегат. При этом в соответствии с изобретением могут применяться дополнительные металлургические отходы, такие как пыль или шлам или также рудная мелочь.

Согласно другой предпочтительной форме выполнения соответствующего изобретению способа, выведенное твердое вещество сначала подвергается обогащению содержания железа и углерода, в частности, посредством пылеулавливания, гидроциклонирования, флотации и/или вымывания водорастворимых или легко суспендируемых компонентов и затем вводится в плавильный агрегат или в зону плавления. Тип обогащения может быть согласован с соответственно имеющимися ресурсами, а также с установками, причем тип обогащения может выбираться соответствующим образом из известных технических способов.

Возможное выполнение соответствующего изобретению способа предусматривает, что загрузка отделенного твердого вещества предпочтительно осуществляется посредством агломерационной горелки в верхней части плавильного агрегата, особенно непосредственно выше стационарного слоя. Это обеспечивает возможность немедленного преобразования твердого вещества в плавильном агрегате в зоне над стационарным слоем, причем осуществляется быстрая газификация и сгорание, и горячий газ входит в контакт с поверхностью стационарного слоя, причем он переносит часть своего теплосодержания на стационарный слой. Струя пыли, ввиду высокого нагрева, весьма значительно содействует теплопередаче. Кроме того, теплосодержание агломерированной в струе горелки пыли, которая осаждается на поверхности стационарного слоя, - наряду с его вещественной субстанцией - вводится в стационарный слой. Под агломерационной горелкой специалист понимает устройство, в котором создается нагрев за счет сжигания, например, углеродосодержащих исходных материалов. Пыль с помощью нагрева рабочим газом, таким как азот, транспортируется в потоке рабочего газа и вводится в зону нагрева, причем это приводит к размягчению негорючих компонентов пыли, так что частицы пыли агломерируют, и агломераты вводятся в плавильный агрегат.

В соответствии с изобретением частицы твердого вещества из восстановительного газа перед его вводом в зону восстановления отделяются и они совместно с твердым веществом, отделенным из колошникового газа, вводятся в плавильный агрегат. Твердые вещества в технологических газах чаще всего являются вредными, так что газы сначала освобождаются от твердых веществ. Выработанный в плавильном агрегате восстановительный газ подается в восстановительную зону, причем этот восстановительный газ при выходе из плавильного агрегата чаще всего насыщен твердой фазой. Для этого чаще всего предусматривается сепаратор, который обеспечивает отделение твердого вещества перед его вводом в восстановительную зону, так что восстановительная зона не нагружается твердыми веществами, которые преимущественно состоят из пыли и мелких частиц. Отделенные в этом сепараторе твердые вещества возвращаются в плавильный агрегат. Твердые вещества, которые могут быть отделены от колошникового газа, могут возвращаться в плавильный агрегат только вместе с твердыми веществами, отделенными от восстановительного газа. Смешивание твердых веществ может осуществляться перед и после сепаратора для восстановительного газа.

Другое конкретное выполнение соответствующего изобретению способа предусматривает, что отделенное твердое вещество, при необходимости при добавлении рудной мелочи и/или железо- и/или углеродосодержащих исходных материалов, подается на агломерацию и в виде агломерата, при необходимости вместе с железо- и/или углеродосодержащими исходными материалами, вводятся в плавильный агрегат. Посредством агломерации отделенных твердых веществ не только упрощается обращение с ними, но и также возможно за счет упомянутой добавки целенаправленно влиять на состав и, тем самым, на баланс энергии или эффективность процесса плавления или оказывать влияние на процесс плавления с помощью добавок. При этом могут также использоваться упомянутые железо- и/или углеродосодержащие исходные материалы.

Согласно предпочтительному варианту осуществления соответствующего изобретению способа, дополнительная ступень тонкого сепарирования содержит одну или более ступеней сухого пылеулавливания, в частности, пылеулавливающие фильтры, циклоны или рукавные (мешочные) фильтры. За счет дополнительных ступеней сепарирования, остающееся после грубого сепарирования в колошниковом газе твердое вещество почти полностью отделяется, так что реализуется колошниковый газ с очень незначительным содержанием твердых веществ. С помощью множества процессов сепарирования результат сепарирования может быть соответственно улучшен. Для этого могут быть использованы известные устройства, такие как пылеулавливающие фильтры, циклоны или рукавные фильтры, чтобы достичь желательной очистки. Устройства проектируются в соответствии с требованиями, предъявляемыми к чистоте колошникового газа и в соответствии с количеством устройств.

В соответствии с изобретением дополнительная ступень тонкого сепарирования имеет одну или более ступеней мокрого пылеулавливания, в частности, газопромывателей. Показано, что в некоторых случаях является предпочтительным, если очистка осуществляется посредством мокрого пылеулавливания, потому что при этом осуществляется охлаждение обрабатываемого газа, и очищенный колошниковый газ для дальнейшего применения требуется при пониженной температуре. Число газопромывателей должно устанавливаться соответственно требуемой чистоте и количеству колошникового газа, который должен очищаться. В зависимости от дальнейшего применения очищенного колошникового газа, применение мокрого пылеулавливания может также показываться на основе необходимости удаления фильтруемых веществ.

Предпочтительное выполнение соответствующего изобретению способа предусматривает, что очищенный колошниковый газ для использования его кинетической энергии подается на турбодетандер. Тем самым можно повысить общий энергетический баланс способа, так как также могут использоваться тепловая и кинетическая энергия колошникового газа.

Согласно другому предпочтительному выполнению соответствующего изобретению способа, колошниковый газ перед и/или после сухого сепарирования охлаждается посредством подачи через сопла воды, пара или охлаждающего газа, причем за счет по меньшей мере частичного испарения воды объем газа увеличивается. Охлаждение колошникового газа, с одной стороны, необходимо, если имеется очень горячий колошниковый газ, так как устройства для сепарирования не могли бы продолжительно выдерживать очень высокую термическую нагрузку или имели бы следствием особенно дорогостоящее оснащение этих устройств. За счет испарения создается дополнительная кинетическая энергия в колошниковом газе, который далее может использоваться на особом этапе процесса. За счет охлаждения колошникового газа также расширяется спектр применяемых устройств для отделения твердых веществ, так как часто температура обрабатываемого газа становится пределом для использования сепараторов.

Согласно предпочтительному выполнению способа, соответствующего изобретению, теплосодержание горячего очищенного колошникового газа отводится через теплообменник, и это тепло используется для нагрева технологических или инертных газов, осушения и/или нагрева загружаемых или оборотных материалов процесса или для парообразования. За счет этого можно повысить эффективность процессов плавки или восстановления и снизить производственные затраты.

Соответствующее изобретению устройство для изготовления жидкого чугуна или жидких стальных полуфабрикатов содержит восстановительный агрегат для восстановления загружаемых материалов, образованных железными рудами и добавками, и плавильный агрегат, в частности, плавильный газогенератор, для плавления восстановленных загружаемых материалов при добавлении углеродосодержащих исходных материалов и кислородсодержащего газа, причем формируется стационарный слой и образуется СО- и Н₂-содержащий восстановительный газ. Плавильный агрегат соединен с восстановительным агрегатом через трубопровод восстановительного газа, для ввода образованного в плавильном агрегате восстановительного газа в восстановительный агрегат и с отводящим трубопроводом для отвода преобразованного в восстановительном агрегате восстановительного газа как насыщенного твердой фазой горячего колошникового газа. Восстановительный агрегат может быть выполнен как восстановительная шахта или как множество восстановительных реакторов или также как часть доменной печи. Плавильный агрегат также может быть частью доменной печи.

Дополнительно предусмотрено по меньшей мере одно устройство сухого пылеотделения, в частности, грубого сепарирования твердых веществ колошникового газа, которое содержит трубопровод подачи, который соединяет устройство для пылеотделения с плавильным агрегатом, так чтобы еще горячее отделенное твердое вещество могло вводиться непосредственно в плавильный агрегат. При сухом сепарировании отсутствует обычное при влажном сепарировании большое количество шлама, который в любом случае приводит к необходимости обогащения и, тем самым, должен обрабатываться при высоких затратах. Сухое сепарирование обеспечивает возможность поддержания в значительной мере температуры колошникового газа, так что это теплосодержание может отводиться для последующего использования.

Устройство для сухого сепарирования представляет собой первый газоотвод или второй газоотвод с по меньшей мере одним устройством тонкого сепарирования твердых веществ, причем оно имеет дополнительный трубопровод подачи, который соединяет устройство для тонкого сепарирования с плавильным агрегатом.

В соответствии с изобретением устройство для грубого сепарирования твердых веществ представляет собой циклон, рукавный фильтр или фильтр горячего газа, в частности, керамический фильтр, или группу параллельно или последовательно включенных блоков этих устройств. Эти устройства имеют преимущество, заключающееся в том, что можно в значительной мере избежать охлаждения колошникового газа, что отсутствует водное/шламовое хозяйство для очистки газа, или с учетом последующей ступени мокрого пылеулавливания оно может проектироваться в меньших масштабах. Устройства могут быть включены последовательно или параллельно. Это осуществляется с учетом требуемой степени улавливания пыли, заданного расхода газа и желательного разделения на фракции пыли.

Согласно предпочтительному выполнению соответствующего изобретению устройства, на плавильном агрегате предусмотрена агломерационная горелка для загрузки отделенных твердых веществ в плавильный агрегат, причем трубопровод подачи соединен с агломерационной горелкой. Посредством агломерационной горелки осуществляется сжигание содержащегося в пыли углерода с кислородом. За счет реакции углерод газифицируется. При этом по меньшей мере часть тепла реакционного газа и остающаяся пыль переносятся на стационарный слой.

Согласно другому предпочтительному выполнению соответствующего изобретению устройства, трубопровод восстановительного газа перед его входом в восстановительный агрегат имеет сепаратор для сепарирования твердых веществ из восстановительного газа и устройство для подачи этих твердых веществ в плавильный агрегат, причем трубопровод подачи перед сепаратором входит в трубопровод восстановительного газа или в устройство для возврата. Посредством сепаратора восстановительный газ перед его вводом в восстановительный агрегат очищается, и отделенные при этом твердые вещества могут возвращаться в плавильный агрегат. Этот возврат осуществляется вместе с твердым веществом, отделенным из колошникового газа, причем твердое вещество из колошникового газа через трубопровод подачи вводится в сепаратор в трубопроводе восстановительного газа или в устройство для возврата в плавильный агрегат. Тем самым отделенные твердые вещества могут возвращаться через общее устройство в плавильный агрегат.

Согласно возможному выполнению соответствующего устройства устройство для грубого сепарирования твердых веществ через трубопровод подачи соединено с агломерационным устройством для агломерации твердых веществ. Это обеспечивает возможность обогащения отделенных твердых веществ и возвращение в плавильный агрегат. Кроме того, агломераты могут храниться промежуточным образом и подаваться для последующего применения в другом или том же самом процессе.

В соответствии с изобретением плавильный агрегат имеет устройство загрузки для загрузки углеродосодержащих исходных материалов, которое также пригодно для загрузки алгомератов. С помощью этого устройства загрузки могут использоваться твердые вещества различных форм и величины частиц, так что обеспечивается более высокая гибкость при применении устройства загрузки. Таким образом, помимо устройства загрузки для твердых веществ не требуется никаких других устройств загрузки. Кроме того, также возможно, что отделенные твердые вещества вводятся как частицы или как пыль вместе с углеродосодержащими исходными материалами.

Газоотвод устройства для сухого грубого сепарирования может посредством второго газоотвода непосредственно или первого газоотвода косвенно соединяться с по меньшей мере одним устройством для тонкого сепарирования твердых веществ. За счет этого соединения возможно уже предварительно очищенный колошниковый газ дополнительно очищать, то есть уменьшать еще возможные пылевые нагрузки за счет тонкого сепарирования.

Согласно особому выполнению соответствующего изобретению способа, устройство для тонкого сепарирования содержит дополнительный газоотвод для отвода колошникового газа высокой очистки и разгрузочное устройство для шлюзования отделенных твердых веществ. Тем самым в случае очень тонко сепарированных твердых веществ или при наличии твердых веществ, не являющихся непосредственно используемыми, также возможен выпуск, так что твердое вещество обогащается, затем вводится в плавильный агрегат или может подаваться также для других использований.

Согласно предпочтительному выполнению соответствующего изобретению устройства, устройство для тонкого сепарирования представляет собой циклон или группу параллельно или последовательно включенных циклонов, в частности, от 2 до 5 циклонов. Циклоны имеют преимущество, состоящее в том, что они могут работать и при очень высоких температурах газа. За счет согласования скорости газа в циклоне, можно целенаправленно отделять твердые вещества, так как при этом можно использовать различия по плотности и величине отделяемых частиц. Таким образом, можно, посредством применения одного или более циклонов реализовать классифицирование отделяемых твердых веществ. За счет параллельного включения также возможно согласование с обрабатываемым объемом газа. На основе свойства, заключающегося в том, что различные твердые вещества имеют различную плотность и величину или форму частиц, также возможно целенаправленно отделять доли твердых веществ, например, нежелательные шлакообразователи отделять в большой степени посредством разделения на фракции и выводить из процесса или обеспечивать возможность особого применения.

Согласно другому специальному выполнению соответствующего изобретению устройства, устройство для тонкого сепарирования представляет собой фильтр или группу последовательно включенных фильтров, в частности, тканевый фильтр, керамический фильтр или электрофильтр. Подобные фильтры имеют преимущество, состоящее в том, что они обходятся без воды или иных вспомогательных материалов и поэтому в производстве работают экономичным образом. К тому же колошниковый газ при обработке охлаждается лишь незначительно.

Альтернативное выполнение соответствующего изобретению устройства предусматривает, что для тонкого сепарирования предусматривается другое устройство, которое размещено как включенное параллельно к устройству для тонкого сепарирования. Этот вариант обеспечивает то, что другое устройство для тонкого сепарирования, при необходимости, подключается или также эксплуатируется вместо упомянутого устройства для тонкого сепарирования. Таким образом, эта группа, при необходимости может отключаться, применяться дополнительно к устройству для тонкого сепарирования или исключительно для очистки предварительно очищенных колошниковых газов, выведенных из устройства для грубого сепарирования.

Другое возможное выполнение соответствующего изобретению устройства предусматривает, что другое устройство для тонкого сепарирования соединено с первым газоотводом или со вторым газоотводом и через обратную связь, при необходимости через дополнительный компрессор охлаждающего газа, с отводящим трубопроводом. Через обратную связь можно очищенный тонким сепарированием колошниковый газ, при необходимости после сжатия, возвратить в отводящий трубопровод, так что колошниковый газ высокой очистки может использоваться как охлаждающий газ для установки температуры восстановительного газа.

Альтернативное выполнение соответствующего изобретению устройства предусматривает, что устройство для тонкого сепарирования представляет собой газопромыватель или группу последовательно включенных газопромывателей. В случае специальных применений может быть предпочтительным, что тонкое сепарирование осуществляется посредством газопромывателя. Это имеет преимущество, состоящее в том, что твердое вещество отделяется в очень высокой степени. Кроме того, осуществляется охлаждение колошникового газа, что может иметь преимущества для определенных других применений.

Специальное выполнение соответствующего изобретению устройства предусматривает, что второй газоотвод для отвода очищенного колошникового газа соединен с устройством для тонкого сепарирования и/или с другим устройством для тонкого сепарирования и с турбодетандером для использования кинетической энергии колошникового газа. За счет этого может осуществляться непосредственное использование кинетической энергии колошникового газа.

Специальное выполнение соответствующего изобретению устройства предусматривает, что в отводе или в газоотводе предусмотрено средство для подачи через насадки воды, пара или охлаждающего газа, так что колошниковый газ охлаждается, причем при по меньшей мере частичном испарении и воды объем газа увеличивается. Охлаждение колошникового газа позволяет, при обусловленных эксплуатацией колебаниях температуры колошникового газа, устанавливать существенно постоянную рабочую температуру для устройств для сепарирования. Тем самым можно избежать высокой термической нагрузки для этих устройств. За счет испарения формируется дополнительный объем газа в колошниковом газе, который затем может использоваться на отдельном этапе процесса. За счет охлаждения колошникового газа расширяется спектр возможных устройств, которые могут применяться для сепарирования твердого вещества, так как часто температура обрабатываемого газа устанавливает предел для использования определенных устройств для сепарирования.

В соответствии с изобретением в первом газоотводе для отвода грубо очищенного колошникового газа размещен теплообменник и/или в другом газоотводе для отвода колошникового газа высокой очистки размещен теплообменник для использования теплосодержания колошникового газа для нагрева газов процесса или инертных газов, сушки или нагрева загружаемых и оборотных материалов или для парообразования. Таким способом можно теплосодержание колошникового газа после выполненного грубого сепарирования - или в зависимости от типа тонкого обеспыливания, включенного после грубого обеспыливания, - также после тонкого обеспыливания использовать, чтобы соответственно нагревать технологические газы. При температурно-чувствительном устройстве для тонкого обеспыливания, его компоненты, вследствие того что колошниковый газ проходит через теплообменник, подвергаются меньшей термической нагрузке. Тем самым можно использовать множество возможных устройств для тонкого сепарирования, не подвергаясь опасности термической перегрузки.

Предпочтительное выполнение соответствующего изобретению устройства предусматривает, что теплообменник связан трубопроводом с устройством для тонкого сепарирования и/или другим устройством для тонкого сепарирования и с турбодетандером для использования кинетической энергии колошникового газа. Охлажденный в теплообменнике колошниковый газ может, с одной стороны, подаваться на дополнительное устройство для тонкого сепарирования или непосредственно на турбодетандер. Необходимость тонкого сепарирования вытекает из твердых веществ, остающихся после грубого сепарирования в колошниковом газе. В случае незначительного содержания твердых веществ после грубого сепарирования, также является возможным, что очищенный колошниковый газ непосредственно подается на турбодетандер. Также возможно, что это осуществляется только после тонкого сепарирования.

Альтернативное выполнение соответствующего изобретению устройства предусматривает, что другое устройство для тонкого сепарирования имеет другой трубопровод подачи, который соединяет устройство для тонкого сепарирования, при необходимости через обогащение, с плавильным агрегатом. Тем самым отделенное твердое вещество может использоваться в плавильном агрегате. Чтобы избежать негативных эффектов в плавильном агрегате, твердое вещество может подаваться на подготовку, например, на стадии классифицирования, сортировки, размельчения, смешивания, обезвоживания и сушки.

Другие преимущества и признаки предложенного изобретения следуют из последующего описания неограничительных примеров выполнения, причем ссылки даются на приложенные чертежи, на которых показано следующее:

Фиг. 1 - возможное выполнение соответствующего изобретению устройства.

Предварительно восстановленный или восстановленный в восстановительном агрегате 1 материал подается на плавильный агрегат 2, например, газогенератор плавления и расплавляется на стационарном слое до чугуна. Сформированный при этом технологический газ выводится как восстановительный газ через трубопровод 3 восстановительного газа. В устройстве 9 сепарирования насыщенный твердой фазой восстановительный газ очищается, причем твердое вещество отделяется посредством устройства 9 сепарирования. Очищенный восстановительный газ подается через трубопровод 3А восстановительного газа в восстановительную шахту 1. В восстановительной шахте посредством СО- и Н₂-содержащего восстановительного газа загруженный материал восстанавливается, и преобразованный восстановленный газ как колошниковый газ отводится через отвод 4 и подается на устройство 5 для грубого сепарирования. Горячий, насыщенный твердой фазой колошниковый газ в значительной степени очищается в устройстве для грубого сепарирования, при этом отделяются твердые вещества.

Дополнительно к трубопроводу 3А восстановительного газа может быть предусмотрен трубопровод 3В, который соединяет трубопровод 3А восстановительного газа трубопроводом с устройством 20 мокрого обеспыливания. Устройство 20 мокрого обеспыливания может через трубопровод 21 соединяться с компрессором 8 охлаждающего газа, причем отвод 23 компрессора 8 охлаждающего газа соединен с трубопроводом 3 восстановительного газа. Отделенные твердые вещества подаются либо через трубопровод 7 подачи и агломерационную горелку 8 над стационарным слоем или непосредственно через стационарный слой в плавильный агрегат 2. Агломерационная горелка 8 может подсоединяться к линии 29 подачи кислорода для ввода кислородсодержащих газов или смесей газов, которая также снабжает плавильный агрегат этими газами или газовыми смесями.

В качестве альтернативы, отделенные твердые вещества могут также посредством трубопроводов 7А подачи вводиться в трубопровод 3 восстановительного газа устройства 9 сепарирования или посредством трубопровода 7В подачи в устройство для возврата 10 перед устройством 9 сепарирования. Устройство для возврата 10 может соединяться посредством агломерационной горелки 8, которая соединяется через стационарный слой с плавильным агрегатом 2.

Трубопровод 7 подачи может соединяться с устройством 11 агломерации через трубопровод 7С, так что твердые вещества могут подаваться из устройства для грубого сепарирования 5 на устройство 11 агломерации. Кроме того, агломераты, образованные в устройстве 11 агломерации, могут водиться в плавильный агрегат 2. Устройство 11 агломерации может быть выполнено как брикетирование угля, брикетирование оксидов или как прессование или брикетирование губчатого железа. Образованные агломераты могут вводиться как брикеты угля через подающую линию 33 и загрузочное устройство 12 непосредственно в плавильный агрегат 2, как брикеты оксидов через подводящую линию 30 непосредственно в восстановительную шахту 1 или как брикеты губчатого железа сначала в каскад 27 предварительного нагрева и восстановления и затем через подающую линию 34 в плавильный агрегат 2.

В особом, не показанном варианте, предварительно восстановленный или восстановленный во множестве восстановительных реакторов материал через подающую линию 35 подается на устройство 11 агломерации для горячего брикетирования или горячего прессования. Восстановительные реакторы выполняют аналогичным образом функцию восстановительного агрегата. Эти агломераты затем вводятся в плавильный агрегат 2.

Первый газоотвод 6А и второй газоотвод 6В устройства 5 для грубого сепарирования могут прямо или косвенно соединяться с устройством для тонкого сепарирования 13А и/или другим устройством для тонкого сепарирования 13В. В качестве альтернативы теплообменник 17 может устанавливаться в соединительном трубопроводе между устройствами 5 и 13. Он позволяет осуществлять температурное согласование колошникового газа. Кроме того, в отвод 4 или газоотводы 6А, 6В с помощью средства 22 для подачи через насадки может вводиться вода, пар или охлаждающий газ, причем вода может по меньшей мере частично испаряться, и колошниковый газ может охлаждаться.

Через первый газоотвод 6В устройство для грубого сепарирования 5 соединяется с устройством для тонкого сепарирования 13. В этом первом отводе 6А может быть установлен теплообменник 17, который может использоваться для охлаждения колошникового газа с использованием тепловой энергии, например, для нагрева технологических газов. Параллельно устройству для сухого тонкого сепарирования 3А может быть предусмотрено одно или более параллельно включенных устройств 13В мокрого обеспыливания. Они могут эксплуатироваться вместе с устройством для тонкого сепарирования 13А или отдельно. Также возможно, что эти устройства 13В мокрого обеспыливания предусматриваются как резервные устройства, которые могут подключаться только при необходимости.

Устройство для тонкого сепарирования 13 имеет другую подающую линию 15А, 15В, 15С для возврата твердых веществ, отделенных на этих устройствах для тонкого сепарирования. Дополнительно может быть предусмотрено разгрузочное устройство 16, для того чтобы выгружать отделенные твердые вещества, которые не могут возвращаться непосредственно в плавильный агрегат. Между подводящими линиями 15А, 15В могут также предусматриваться подготовка 24 твердых веществ, отделенных в мокром обеспыливании 13В, которая может включать в себя стадии классифицирования, сортировки, размельчения, смешивания, обезвоживания и сушки. Средство подготовки 24 может через подводящую линию 25 соединяться с сухим обеспыливанием 5, так что твердые вещества, отделенные в сухом обеспыливании 5, могут подаваться на средство подготовки 24. Для дальнейшей агломерации средство подготовки 24 может через подающую линию 31 связываться с агломерационным устройством 11. Посредством загрузочного устройства 32 могут вводиться другие пылевидные материалы или добавки.

Предварительно очищенный или очищенный колошниковый газ может подаваться на турбодетандер 19 для использования кинетической энергии колошникового газа. В качестве альтернативы, колошниковый газ может, перед вводом его в турбодетандер 19, охлаждаться в теплообменнике 18. Теплообменник 18 размещается вместо теплообменника 17 после сухого тонкого сепарирования 13А в другом газоотводе 14, если насыщение пылью газа перед сухим тонким сепарированием 13А для продолжительной работы теплообменника слишком высоко. Разреженный после турбодетандера 19 колошниковый газ может подаваться для других использований.

В качестве альтернативы может предусматриваться обратная связь 26, так что колошниковый газ, очищенный посредством мокрого обеспыливания 13В, при необходимости, может через дополнительный компрессор 28А охлаждающего газа возвращаться в отводящую линию 23.

Изобретение относится к производству жидкого чугуна или жидких стальных полуфабрикатов из железных руд и добавок, загружаемых для восстановления в восстановительный агрегат (1), и затем подаваемых для плавления при добавлении углеродосодержащих исходных материалов и кислородсодержащего газа с формированием стационарного слоя в плавильный агрегат (2), в особенности в плавильный газогенератор. Образуемый CO- и H₂-содержащий восстановительный газ вводят в восстановительную зону, который там преобразуется и выводится как колошниковый газ. Способ и устройство предусматривают, что горячий насыщенный твердой фазой колошниковый газ при осаждении твердой фазы подвергают сухому пылеотделению, в особенности грубому сепарированию, и по меньшей мере части отделенных горячих твердых веществ возвращают в зону плавления или в восстановительную зону, или в плавильный агрегат. Колошниковый газ после сухого грубого сепарирования подвергают по меньшей мере одной дополнительной стадии тонкого сепарирования, при по меньшей мере частичном отделении остающихся в колошниковом газе твердых веществ, которые возвращают в плавильный агрегат и/или в зону плавления. Изобретение позволяет более эффективно использовать отводимые технологические газы. 2 н. и 26 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ производства жидкого чугуна или жидких стальных полуфабрикатов из железных руд и добавок, причем загружаемые материалы подвергают значительному восстановлению в восстановительной зоне и затем подают для плавления при добавлении углеродосодержащих исходных материалов и кислородсодержащего газа с формированием стационарного слоя в зону плавления или в плавильный агрегат, в особенности в плавильный газогенератор, причем образуемый CO- и H₂-содержащий восстановительный газ вводят в восстановительную зону, который там преобразуется и выводится как колошниковый газ, причем как горячий, насыщенный твердой фазой колошниковый газ, при по меньшей мере частичном осаждении твердой фазы из колошникового газа подвергают по меньшей мере сухому пылеотделению, в особенности грубому сепарированию, и по меньшей мере части отделенных горячих твердых веществ возвращают в зону плавления или в восстановительную зону или в плавильный агрегат, отличающийся тем, что колошниковый газ после сухого грубого сепарирования подвергают по меньшей мере одной дополнительной стадии тонкого сепарирования, при по меньшей мере частичном отделении остающихся в колошниковом газе твердых веществ, причем твердое вещество, отделенное на этой стадии сепарирования, возвращают в плавильный агрегат и/или в зону плавления.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что к отделенному твердому веществу, в особенности для случая, когда оно содержит высокую долю шлакообразующих компонентов, перед вводом в плавильный газогенератор или в зону плавления добавляются железо- и/или углеродосодержащие исходные материалы, в частности железо- или углеродосодержащие пылевидные компоненты, сухой шлам или рудная мелочь, таким образом, что твердое вещество вместе с добавками имеет содержание более 30%, в особенности более 50% железа и углерода.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что выведенное твердое вещество сначала подвергают обогащению по содержанию железа и углерода, в особенности посредством пылеулавливания, гидроциклонирования, флотации и/или вымывания водорастворимых или легко суспендируемых компонентов и затем вводят в плавильный агрегат или в зону плавления.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что загрузку отделенного твердого вещества в плавильный агрегат осуществляют предпочтительно посредством агломерационной горелки, в верхнюю часть плавильного агрегата, особенно непосредственно выше стационарного слоя.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что частицы твердого вещества из восстановительного газа перед его вводом в зону восстановления отделяют и они совместно с твердым веществом, отделенным из колошникового газа, вводятся в плавильный агрегат.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что отделенное твердое вещество при необходимости при добавлении рудной мелочи и/или железо- и/или углеродосодержащих исходных материалов подают на агломерацию и в виде агломерата при необходимости вместе с железо- и/или углеродосодержащими исходными материалами вводят в плавильный агрегат или зону плавления.

7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что дополнительная ступень тонкого сепарирования имеет одну или более ступеней сухого пылеулавливания, в частности пылеулавливающие фильтры, циклоны или рукавные фильтры.

8. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что дополнительная ступень тонкой сепарации имеет одну или более ступеней мокрого пылеулавливания, в особенности газопромывателей.

9. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что очищенный колошниковый газ для использования его кинетической энергии подают на турбодетандер.

10. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что колошниковый газ перед и/или после сухого сепарирования посредством подачи через сопла воды, пара или охлаждающего газа охлаждают, причем за счет по меньшей мере частичного испарения воды объем газа увеличивается.

11. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что теплосодержание горячего очищенного колошникового газа отводят через теплообменник, и это тепло используют для нагрева технологических или инертных газов, для сушки и/или нагрева загружаемых или оборотных материалов процесса или для парообразования.

12. Устройство для производства жидкого чугуна или жидких стальных полуфабрикатов, содержащее восстановительный агрегат (1) для восстановления загружаемых материалов, образованных железными рудами и добавками, и плавильный агрегат (2), в особенности плавильный газогенератор, для плавления восстановленных загружаемых материалов при добавлении углеродосодержащих исходных материалов и кислородсодержащего газа, при формировании стационарного слоя и CO- и H₂-содержащего восстановительного газа, причем плавильный агрегат соединен с восстановительным агрегатом через трубопровод (3) восстановительного газа для ввода образованного в плавильном агрегате восстановительного газа в восстановительный агрегат и с отводящим трубопроводом (4) для отвода преобразованного в восстановительном агрегате восстановительного газа как насыщенного твердой фазой горячего колошникового газа, и по меньшей мере одно устройство сухого пылеулавливания (5), в особенности грубого сепарирования твердых веществ колошникового газа, которое содержит газоотвод (6) для отвода грубо очищенного колошникового газа и трубопровод (7) подачи, который соединяет устройство для пылеулавливания (5) с плавильным агрегатом (2), так, чтобы еще горячее отделенное твердое вещество могло вводиться непосредственно в плавильный агрегат (2), отличающееся тем, что устройство для сухого грубого сепарирования (5) через первый газоотвод (6А) или второй газоотвод (6В) соединено с по меньшей мере одним устройством для тонкого сепарирования твердых веществ (13А), причем оно имеет дополнительный трубопровод подачи (15С), который соединяет устройство для тонкого сепарирования (13А) с плавильным агрегатом (2).

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что устройство для грубого сепарирования (5) твердых веществ представляет собой циклон, рукавный фильтр или фильтр горячего газа, в особенности керамический фильтр, или группу параллельно или последовательно включенных блоков этих устройств.

14. Устройство по п.12 или 13, отличающееся тем, что на плавильном агрегате предусмотрена агломерационная горелка (8) для загрузки отделенных твердых веществ в плавильный агрегат, причем трубопровод (7В) подачи соединен с агломерационной горелкой (8).

15. Устройство по п.12 или 13, отличающееся тем, что трубопровод (3) восстановительного газа перед его входом в восстановительный агрегат имеет сепаратор (9) для сепарирования твердых веществ из восстановительного газа и устройство для возврата (10) этих твердых веществ в плавильный агрегат (2), причем трубопровод (7А) подачи перед сепаратором (9) входит в трубопровод (3) восстановительного газа.

16. Устройство по п.12 или 13, отличающееся тем, что устройство для грубого сепарирования (5) твердых веществ через трубопровод (7С) подачи соединено с агломерационным устройством (11) для агломерации твердых веществ.

17. Устройство по п.12 или 13, отличающееся тем, что плавильный агрегат (2) имеет устройство (12) загрузки для загрузки углеродосодержащих исходных материалов, которое также пригодно для загрузки агломератов.

18. Устройство по п.12 или 13, отличающееся тем, что устройство для тонкого сепарирования (13А) содержит дополнительный газоотвод (14) для отвода колошникового газа высокой очистки и разгрузочное устройство (16) для шлюзования отделенных твердых веществ.

19. Устройство по п.12 или 13, отличающееся тем, что устройство для тонкого сепарирования (13А) представляет собой циклон или группу параллельно или последовательно включенных циклонов, в частности от 2 до 5 циклонов.

20. Устройство по п.12 или 13, отличающееся тем, что устройство для тонкого сепарирования (13А) представляет собой фильтр или группу последовательно включенных фильтров, в частности тканевый фильтр, керамический фильтр или электрофильтр.

21. Устройство по п.12, отличающееся тем, что предусмотрено другое устройство для тонкого сепарирования (13В), которое размещено как включенное параллельно к устройству для тонкого сепарирования (13А).

22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что другое устройство для тонкого сепарирования (13В) соединено с первым газоотводом (6А) или со вторым газоотводом (6В) и через обратную связь (26), при необходимости через дополнительный компрессор (28А) охлаждающего газа, с отводящим трубопроводом (23).

23. Устройство по п.21 или 22, отличающееся тем, что устройство для тонкого сепарирования (13В) представляет собой газопромыватель или группу последовательно включенных газопромывателей.

24. Устройство по п.12 или 13, отличающееся тем, что второй газоотвод (6В) для отвода очищенного колошникового газа соединен с устройством для тонкого сепарирования (13А) и/или с другим устройством для тонкого сепарирования (13В) и с турбодетандером (19) для использования кинетической энергии колошникового газа.

25. Устройство по п.12 или 13, отличающееся тем, что в отводящей линии (4) или в газоотводе (6) предусмотрено средство (22) для подачи через насадки воды, пара или охлаждающего газа, так что колошниковый газ охлаждается, причем при по меньшей мере частичном испарении воды объем газа увеличивается.

26. Устройство по п.18, отличающееся тем, что в первом газоотводе (6А) для отвода грубо очищенного колошникового газа размещен теплообменник (17) и/или в другом газоотводе (14) для отвода колошникового газа высокой очистки размещен теплообменник (18) для использования теплосодержания колошникового газа для нагрева газов процесса или инертных газов, сушки или нагрева загружаемых и оборотных материалов или для парообразования.

27. Устройство по п.21, отличающееся тем, что теплообменник (17) связан трубопроводом с устройством для тонкого сепарирования (13А) и/или другим устройством для тонкого сепарирования (13В) и с турбодетандером (19) для использования кинетической энергии колошникового газа.

28. Устройство по п.12 или 13, отличающееся тем, что другое устройство для тонкого сепарирования (13В) содержит другой трубопровод подачи (15А) и (15В), который соединяет устройство для тонкого сепарирования (13В), при необходимости через подготовку (24), с плавильным агрегатом (2).