СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА ИЛИ ЖИДКИХ СТАЛЬНЫХ ПОЛУПРОДУКТОВ Российский патент 2013 года по МПК C21B13/14 

Изобретение относится к способу получения чугуна или жидких стальных полупродуктов в плавильном агрегате, в частности, плавильном газификаторе, причем содержащее железную руду сырье, в частности, рудную мелочь, и, при необходимости, добавки по меньшей мере частично восстанавливают восстановительным газом в по меньшей мере одном восстановительном агрегате.

Далее, изобретение относится к установке для получения чугуна или жидких стальных полупродуктов способом согласно изобретению, содержащей плавильный агрегат, в частности, плавильный газификатор, и по меньшей мере один восстановительный агрегат для восстановления содержащего железную руду сырья и, при необходимости, добавок посредством восстановительного газа, образующегося в плавильном агрегате при подаче углеродных носителей, в частности, угля, и кислородсодержащего газа.

Из уровня техники известно, что чугун или жидкие стальные полупродукты можно получать способом восстановительной плавки. В частности, известно о применении восстановительного газа, который образуется в плавильном агрегате при подаче угля, для восстановления железосодержащей руды.

Для повышения эффективности таких установок из DE 44 21 673 можно позаимствовать, что восстановительный газ, образованный в плавильном газификаторе, может использоваться в подготовленной форме в доменной печи, так что можно использовать газ, отгружаемый потребителям, и повысить эффективность процесса. Недостатком при этом является то, что, отгружаемый газ имеет слишком высокую для доменной печи теплотворную способность, поэтому достигаемая эффективность процесса ограничена. Поэтому задача настоящего изобретения состоит теперь в том, чтобы еще больше повысить эффективность процесса, причем, в частности, снизить количество требуемого угля на тонну чугуна или жидких стальных полупродуктов, чтобы образовывалось меньшее количество диоксида углерода (CO₂).

Эта задача решена способом согласно изобретению по п. 1 и устройством по п. 23 формулы изобретения.

Согласно способу по изобретению, первая фракция по меньшей мере частично восстановленного сырья расплавляется в плавильном агрегате при подаче углеродных носителей, в частности, угля, и кислородсодержащего газа при одновременном образовании восстановительного газа, восстановительный газ проводится на восстановительный агрегат и после прохождения через него отбирается из него как колошниковый газ, причем вторая фракция по меньшей мере частично восстановленного сырья проводится на восстановление и плавку в установку восстановительной плавки. По меньшей мере частично восстановленное сырье называют также Low Reduced Iron (LRI - железо низкого восстановления), причем этот промежуточный продукт служит сырьем для последующих технологических стадий производства чугуна или получения жидких стальных полупродуктов. Этим способом можно также по меньшей мере частично восстановленный исходный материал, Low Reduced Iron (LRI), перерабатывать в дополнительной к плавильному агрегату установке восстановительной плавки, причем в установке восстановительной плавки благодаря уже частично прошедшему восстановлению экономится существенная часть восстановителя, и тем самым сокращается общий баланс на получение чугуна или жидких стальных полупродуктов в отношении требуемых рабочих материалов, в частности, угля. Кроме того, можно одновременно повысить производительность установки восстановительной плавки. Из полного полученного количества по меньшей мере частично восстановленного сырья только первая фракция перерабатывается в плавильном агрегате, таком, например, как плавильный газификатор.

Согласно одному выгодному варианту осуществления способа по изобретению, количество второй фракции по меньшей мере частично восстановленного сырья устанавливается в зависимости от желаемого количества колошникового газа и/или газа, отгружаемого потребителям, и/или от качества отгружаемого газа. Восстановительный газ, отводимый из по меньшей мере одного восстановительного агрегата, называется колошниковым газом. Этот колошниковый газ можно использовать после соответствующей подготовки как энергоноситель, причем подготовленный газ может использоваться как газ, отгружаемый для других процессов, как, например, для выработки энергии.

Качество отгружаемого газа определяется газовым анализом, то есть определяются состав отгружаемого газа и вытекающая из этого теплотворная способность. Состав отгружаемого газа зависит, кроме прочего, от количества LRI, которое перерабатывают, например, в установке восстановительной плавки. Чем больше произведенное количество LRI, тем ниже теплотворная способность и количество отгружаемого газа. Причина этого в том, что при повторном использовании большого количества колошникового газа в восстановительном агрегате доля моноксида углерода (CO) и водорода (H₂) всегда становится ниже, а доля CO₂ в отгружаемом газе повышается. Если количество отгружаемого газа снижается, то доля H₂ падает. Из-за более высокого производства LRI расходуется больше H₂, вследствие чего снова возникает больше воды (H₂O). Ее отделяют в промывателе колошникового газа.

Целенаправленное использование колошникового газа, отведенного и при необходимости подготовленного, в качестве отгружаемого газа предполагает определенный уровень снабжения, так что через количество восстановленного LRI меняют количество колошникового газа и, таким образом, процесс восстановления можно подстроить к требованиям дальнейших процессов обработки колошникового газа.

Согласно следующему выгодному варианту осуществления способа по изобретению, количество второй фракции по меньшей мере частично восстановленного сырья (LRI) составляет от 0 до 1,2-кратного количества чугуна, произведенного в плавильном агрегате. Поэтому вторую фракцию при необходимости можно уменьшить до нуля или же повысить так, чтобы она была больше, чем количество чугуна, получаемого в плавильном агрегате. Из-за того, что восстановительный газ образуется в плавильном агрегате, оказалось технически разумным варьировать количество LRI в заданном диапазоне и тем самым иметь выгодную согласованность между восстановительным агрегатом и плавильным агрегатом.

Согласно изобретению, количество второй фракции по меньшей мере частично восстановленного сырья составляет 10-60%, в частности, 20-40%, в расчете на содержание железа во всех носителях железа, которые используются в установке восстановительной плавки. LRI, используемое в установке восстановительной плавки, заменяет железосодержащее сырье. Из-за того, что в установке восстановительной плавки необходимо использовать также восстановители или дополнительные рабочие вещества, оказалось выгодным, если используется максимум до 60% LRI. При этом технически обычные процентные данные рассчитаны на содержание железа во всех носителях железа в установке восстановительной плавки.

Согласно одному особому варианту осуществления способа по изобретению, степень восстановления во второй фракции по меньшей мере частично восстановленного сырья и/или сырья, используемого в плавильном агрегате, устанавливается на уровне 40-95%, в частности, 65-75%. Эта степень восстановления гарантирует, с одной стороны, быструю обработку предварительно восстановленных промежуточных продуктов в дальнейшем плавильном агрегате или в установке восстановительной плавки, так что количество необходимых восстановителей в этих агрегатах можно удерживать низким. Кроме того, через степень восстановления, или количество восстановительного газа, или состав восстановительного газа можно подстраивать процесс восстановления в восстановительном агрегате, так что получается более гибкий процесс, который может устойчиво вестись в широком диапазоне параметров.

Особый вариант осуществления способа по изобретению предусматривает, что по меньшей мере частично восстановление содержащего железную руду сырья проводится в ряду из 2-6, в частности, 3 или 4, соединенных последовательно восстановительных агрегатов, причем восстановительный газ подается в противотоке содержащему железную руду сырью, которое требуется восстановить. Благодаря множеству установленных друг за другом восстановительных агрегатов можно более точно управлять температурным режимом в отдельных восстановительных агрегатах, причем температурный режим можно согласовать с фактическим сырьем или степенью восстановления. Кроме того, некоторые агрегаты можно эксплуатировать как подогревающие агрегаты.

Один возможный вариант осуществления способа по изобретению предусматривает, что восстановление содержащего железную руду сырья и, при необходимости, добавок проводится в по меньшей мере двух включенных параллельно друг другу рядах соединенных последовательно восстановительных агрегатов. Благодаря применению второго или большего числа рядов последовательно соединенных восстановительных агрегатов можно соответствующим образом регулировать или повысить количество восстановленного сырья, причем всегда используется восстановительный газ, образующийся в плавильном агрегате. Следствием этого является то, что по меньшей мере частично восстановленное, содержащее железную руду сырье можно получать в таком количестве, что в результате можно наряду с плавильным агрегатом снабжать также и установку восстановительной плавки.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления способа по изобретению, по меньшей мере частично восстановленное сырье проводится на компактирование, в частности, горячее компактирование, как, например, горячее брикетирование. Тем самым упрощается обращение с восстановленным сырьем, в частности, чтобы избежать повторного окисления и образования пыли при последующей обработке. В результате компактирования снижается пористость и удельная поверхность восстановленного сырье, и по существу ликвидируется доля мелких фракций. Благодаря этому ингибируется окисление во время дальнейшей обработки (транспортировка и хранение), и одновременно улучшается также текучесть компактированного материала. Обычно компактирование проводится с горячим материалом, так что его после обработки не нужно охлаждать в восстановительном агрегате, а можно обрабатывать сразу. Вследствие этого улучшается энергетический баланс, и обработку можно проводить непосредственно при компактировании или позднее в плавильном агрегате или в установке восстановительной плавки. В частности, выгодным оказалось горячее брикетирование.

Согласно одному особому варианту осуществления способа по изобретению, вторая фракция по меньшей мере частично восстановленного сырья используется как носитель железа в установке восстановительной плавки, в частности, вместо агломерата. Недостатком агломерата является то, что его сначала нужно получить из спекаемой железной руды в затратном процессе, причем возникает очень существенное образование вызывающей проблемы эмиссии газов и пылевидных веществ. Благодаря применению вышеназванной второй фракции (LRI) можно заменить значительную часть агломерата. Кроме того, благодаря уже прошедшему восстановлению можно также значительно снизить количество углеродных носителей, в частности, кокса, в установке восстановительной плавки, так что можно достичь существенного преимущества в издержках производства.

Особенно выгодно, согласно изобретению, вводить по меньшей мере частично восстановленное сырье в горячем состоянии в плавильный агрегат и/или в установку восстановительной плавки, при необходимости с добавлением холодного частично восстановленного сырья. В результате горячей загрузки можно, с одной стороны, сэкономить энергию, а с другой стороны, добавлением холодного частично восстановленного сырья корректируется его температура при загрузке или в следующем процессе обработки.

Один особый вариант осуществления способа по изобретению предусматривает, что по меньшей мере частично восстановленное сырье подвергается горячему компактированию и охлаждается для предотвращения процессов окисления, в частности, путем быстрого охлаждения (закалки) в водяной бане. Для случая, когда по меньшей мере частично восстановленное сырье не может или не должно сразу обрабатываться дальше, необходимо для предотвращения процессов окисления охлаждать сырье, чтобы его можно было складировать и без защитной газовой атмосферы. Закалка в водяной бане оказалась оптимальным по затратам вариантом.

Согласно одному особенно выгодному варианту осуществления способа по изобретению, восстановление сырья проводится в восстановительном агрегате с кипящим слоем, в частности, циркулирующими или образующем пузырьки.

Стационарный слой, через который течет поток жидкости или газа, при определенной скорости течения образует псевдоожиженный слой, так называемый кипящий слой. При высоких скоростях течения в кипящем слое происходит образование пузырьков.

В зависимости от формы частиц сырья, размеров частиц, а также от плотности, образуется кипящий слой с определенной объемной долей твердого вещества. Скорость течения при этом меньше, чем скорость осаждения частиц. Образуется плотный слой суспензии с поверхностью, возмущаемой лопающимися пузырями. Выгодным является интенсивное перемешивание в вертикальном направлении.

При очень высоких скоростях течения наступает усиленный вынос более мелких частиц из кипящего слоя, причем эти частицы посредством циклона возвращаются на отделение твердых веществ. Преимущества циркулирующего кипящего слоя по сравнению с кипящим слоем, образующим пузыри, заключаются в заметно более высокой скорости течения, что делает более эффективным, например, процесс восстановления благодаря тщательному перемешиванию восстановительного газа и восстанавливаемого сырья.

Тип кипящего слоя выбирается в соответствии с сырьем, в частности, с размером зерен или гранулометрическим распределением. Кипящий слой с образованием пузырей выбирается при размерах зерен восстанавливаемого сырья ≤8 мм и среднем размере зерна d₅₀ примерно от 0,5 до 2,0 мм. Циркулирующий кипящий слой применяется при размерах зерен от 0,1 до 1 мм и среднем размере зерна 0,5 мм.

Согласно альтернативному варианту осуществления способа по изобретению, восстановление сырья проводится в восстановительной шахтной печи, вращающейся трубчатой печи или карусельной печи, причем сырье используется в виде окатышей, и/или как кусковая руда, и/или как агломерат. Таким образом, можно применять разное сырье с использованием различных восстановительных агрегатов.

Следующий альтернативный вариант осуществления способа по изобретению был найден в том, что восстановление сырья проводится в расположенных друг над другом уровнях многоярусной восстановительной печи, причем сырье проводится принудительно с помощью скребка. Благодаря принудительному проведению можно обрабатывать и сырье, которое склонно к агломерации.

Согласно одному частному и выгодному варианту осуществления способа по изобретению, избыточный восстановительный газ обеспыливают, промывают, при необходимости смешивают с колошниковым газом и сжимают как рециркулирующий газ, проводят на установку отделения CO₂ для выделения по меньшей мере части CO₂ из рециркулирующего газа и затем проводят как продуктовый газ в отделитель или напрямую в восстановительный агрегат. Избыточный восстановительный газ, который не проводится сразу на восстановительный агрегат, можно после промывки, которая служит для отделения твердых веществ, после смешения с колошниковым газом и после отделения CO₂ использовать повторно как высококачественный восстановительный газ. При этом можно повысить количество восстановительного газа, а колошниковый газ помимо использования в качестве отгружаемого газа, может проводиться на дальнейшее применение.

Особый вариант осуществления способа по изобретению предусматривает, что давление в плавильном агрегате устанавливается газоочистителем для промывки избыточного восстановительного газа. Типично для промывки избыточного восстановительного газа применяется кольцевой скруббер, так что через изменение аэродинамического сопротивления в газоочистителе, например, изменением кольцевого зазора, можно просто регулировать противодавление и, тем самым, давление в плавильном агрегате.

Согласно изобретению, особенно выгодно, когда продуктовый газ нагревают перед его возвращением в отделитель или сразу в восстановительный агрегат. Благодаря нагреванию можно целенаправленно устанавливать температуру процесса в восстановительном агрегате или избегать нежелательных изменений температуры. Тем самым улучшается энергобаланс процесса.

Согласно одному выгодному варианту осуществления способа по изобретению, колошниковый газ перед смешением с избыточным обеспыленным восстановительным газом охлаждают и промывают, причем тепло, отведенное с колошникового газа, используется для нагревания продуктового газа перед его возвратом в отделитель или в восстановительный агрегат. Теплота колошникового газа используется, чтобы устанавливать температуру продуктового газа, одновременно горячий колошниковый газ охлаждается настолько, что его можно использовать дальше или же проводить на этапы обработки.

Согласно особому варианту способа по изобретению, отделенный CO₂ вместе с колошниковым газом отбирают как отгружаемый газ. Обычно колошниковый газ, отделенный в установке отделения CO₂, выводят как так называемый остаточный газ из установки отделения CO₂, причем, что обусловлено процессом, в большинстве случаев вместе с CO₂ отводятся небольшие количества других газов. В результате смешения с частью колошникового газа можно получить технологический газ, который можно проводить на дальнейшее применение как отгружаемый газ.

Один возможный вариант осуществления способа по изобретению достигается тем, что количество рециркулирующего газа и количество углеродных носителей, в частности, угля, в плавильном агрегате устанавливается в зависимости от количества по меньшей мере частично восстановленного сырья. Через количество угля в плавильном агрегате устанавливаются, с одной стороны, температура в плавильном агрегате, а с другой стороны, также количество восстановительного газа, которое имеется в распоряжении для восстановления. Тем самым, благодаря подгонке технологических веществ, например, угля, способ может работать в широком диапазоне параметров или количеств.

Согласно изобретению, восстановительный газ частично сгорает в восстановительном агрегате при подводе кислорода для установления температуры восстановительного агрегата. Благодаря этому можно целенаправленно устанавливать или менять температуру восстановительного агрегата и, тем самым, температуру процесса в восстановительном агрегате. При применении нескольких восстановительных агрегатов можно проводить частичное сжигание в каждом восстановительном агрегате, чтобы можно было влиять на каждый этап восстановления в отношении его температуры и восстановительной способности восстановительного газа.

Один подходящий вариант осуществления способа по изобретению предусматривает, что сырье смешивается с добавками, в частности, известняком, негашеной известью, гашеной известью, доломитом, обожженным или гашеным доломитом или кварцем, и, перед его использованием в по меньшей мере одном восстановительном агрегате, предпочтительно сушится, причем сырье и добавки имеют примерно одинаковые размеры зерен. Выгодное смешение с вспомогательными веществами делает возможным по существу однородное восстановление, причем размеры зерен должны подбираться так, чтобы можно было обеспечить короткие времена восстановления и равномерное восстановление. Благодаря предшествующей сушке при высоких, критических влагосодержаниях сырья (типичные значения содержания влаги составляют выше 8%) снижается расход энергии в восстановительном агрегате. Оказалось также, что сушка выгодна и при более низких содержаниях влаги (начиная с влажности примерно 4%), так как тем самым гарантируется текучесть сырья в транспортирующих системах и загрузочных резервуарах. При низких содержаниях влаги можно использовать сырье и без предварительной сушки.

С устройством согласно изобретению можно так адаптировать производственную мощность восстановительных агрегатов, чтобы вместе с плавильным агрегатом, который служит также генератором восстановительного газа, получать большее количество восстановленного сырьевого материала. В результате проводимого ниже по схеме горячего компактирования можно получить кусковое, по меньшей мере частично восстановленное, сырье, которое служит высококачественным сырьем для производства чугуна. Благодаря по меньшей мере двум расположенным параллельно рядам соединенных последовательно восстановительных агрегатов установка может эксплуатироваться очень гибко. При этом обычными являются ряды из 3 или 4 восстановительных агрегатов. Например, можно проводить работы по техническому обслуживанию только на одном ряде восстановительных агрегатов, тогда как другой ряд находится в ожидании. Далее, допустимо подгонять количество по меньшей мере частично восстановленного сырья в широком диапазоне, при этом количество углеродных носителей не должно повышаться или может повышаться лишь незначительно.

Один возможный вариант установки согласно изобретению предусматривает, что одно из устройств горячего компактирования соединено с загрузочным резервуаром или восстановительной шахтой, для приема или для дальнейшего восстановления компактированного, по меньшей мере частично восстановленного, сырья, причем оно установлено над плавильным агрегатом, так что возможна загрузка плавильного агрегата. Применением восстановительной шахты для загрузки плавильного агрегата можно предотвратить окисление компактированного и по меньшей мере частично восстановленного сырья, даже и в том случае, когда должна быть задержка загрузки в плавильный агрегат. Очень простое решение получается при применении загрузочного резервуара, причем здесь также можно предусмотреть защитный газ для предотвращения процессов окисления. Загрузка из загрузочного резервуара или из восстановительной шахты может осуществляться с помощью разгрузочного механизма, такого, как шнековый транспортер, скребок или барабанные шлюзовые питатели, под действием силы тяжести или же посредством транспортирующих устройств.

Согласно одному особому варианту установки по изобретению, по меньшей мере одно из устройств горячего компактирования соединено с устройством быстрого охлаждения компактированного, по меньшей мере частично восстановленного сырья. Прямой закалкой и связанным с ней охлаждением можно избежать нежелательных процессов окисления, тем самым можно заметно повысить срок годности по меньшей мере частично восстановленного сырья.

Согласно одному особенно выгодному варианту осуществления установки согласно изобретению, одно из устройств горячего компактирования сопряжено с установкой восстановительной плавки, в частности, доменной печью, низкошахтной электропечью или ванной печью, таким образом, чтобы компактированное, по меньшей мере частично восстановленное сырье можно было ввести в установку восстановительной плавки. Таким образом, плавильный агрегат соединяется с восстановительным агрегатом или агрегатами, с одной стороны, и с дальнейшей установкой восстановительной плавки, так что загрузку плавильного агрегата или установки восстановительной плавки можно произвести гибко. В целом, благодаря сочетанию агрегатов можно достичь производства чугуна при заметно меньшем количестве CO₂. Тип печи можно выбирать по потребности, так что возможна комбинация с несколькими существующими установками, например, добавляя плавильный агрегат и восстановительный агрегат или агрегаты.

Один возможный вариант осуществления установки согласно изобретению достигается тем, что плавильный агрегат по трубопроводу соединен с устройством разделения, в частности, установкой сушки и улавливания пыли, предпочтительно циклоном или восстановительным циклоном, для удаления пыли из восстановительного газа, причем обеспыленныый восстановительный газ по линии восстановительного газа можно провести на ряды восстановительных агрегатов. Благодаря обеспыливанию можно улучшить качество восстановительного газа, так как устраняются мелкие фракции и пыль. Благодаря применению устройства сушки и улавливания пыли охлаждение восстановительного газа можно сохранять слабым, так что его можно направлять в восстановительный агрегат или агрегаты по существу без дополнительного нагревания.

Следующий возможный вариант осуществления установки согласно изобретению достигается тем, что линия восстановительного газа соединена со скруббером для избыточного восстановительного газа таким образом, чтобы восстановительный газ, который не нужен в восстановительных агрегатах, можно было отводить и промывать. В результате можно отвести часть восстановительного газа и обработать отдельно, в частности, промывкой, так что можно по существу устранить твердые вещества. Избыточный и очищенный восстановительный газ можно теперь подавать на дальнейшее применение.

Согласно одной особенно выгодной форме осуществления установки согласно изобретению, газоочиститель через линию рециркулирующего газа соединен с установкой отделения CO₂, в частности, основанной на процессе короткоцикловой адсорбции или на процессе абсорбции, для удаления CO₂ из промытого восстановительного газа, причем образованный при этом продуктовый газ по линии продуктового газа можно подавать на отделитель или восстановительные агрегаты.

Могут применяться установки отделения CO₂, базирующиеся на различных технология или указанных способах, причем наряду с процессами физической абсорбции, как, например, процесс "Ректизол" на основе холодного метанола в качестве растворителя, могут применяться также процессы химической абсорции, как MEA-процесс на основе моноэтаноламинов и DEA-процесс на основе диэтаноламинов, или же процесс Бенфилда на основе карбоната калий с ингибитором. Альтернативно этим известным процессам можно также использовать процессы адсорбции, причем, в частности, используется способы с переменным давлением, в которых используется селективный характер адсорбции молекулярного сита в зависимости от давления. Особенно выгодно при этом, если нижняя ступень давления может осуществляться под вакуумом, как это имеет место в способе вакуумной КЦА.

Согласно одной выгодной форме осуществления установки по изобретению, по меньшей мере один из рядов восстановительных агрегатов через линию отвода колошникового газа соединен с линией рециркулирующего газа, так что колошниковый газ, выводимый из восстановительных агрегатов, можно смешивать с промытым избыточным восстановительным газом и можно проводить через компрессор на установку отделения CO₂. Благодаря привлечению колошникового газа можно освободить избыточный восстановительный газ и колошниковый газ от CO₂ и тем самым получить восстановительный газ, который имеет высокую восстановительную способность. Полученный так продуктовый газ можно как снова использовать полноценный восстановительный газ для восстановления или в восстановительном агрегате или агрегатах, так что можно восстановить большее количество сырья без необходимости использовать большее количество углеродного носителя в плавильном агрегате.

Одна особенно выгодная форма осуществления установки согласно изобретению достигается тем, что линия колошникового газа и линия продуктового газа каждая имеет по меньшей мере один теплообменник для охлаждения колошникового газа, соответственно для нагревания продуктового газа, причем тепло, отведенное от колошникового газа, может передаваться продуктовому газу. Тем самым можно, с одной стороны, отбирать тепло у колошникового газа и при этом соответственно охлаждать очень горячий колошниковый газ и нагревать продуктовый газ перед его вводом в восстановительный газ.

Согласно одному выгодному варианту осуществления установки по изобретению, предусмотрена по меньшей мере одна сушилка оксидов для перемешивания и сушки содержащего железную руду сырья и, при необходимости, добавок, причем она через транспортирующие устройства и загрузочный резервуар соединена с рядами восстановительных агрегатов. Сушкой и перемешиванием достигается однородная смесь, которая позволяет равномерное восстановление в восстановительных агрегатах.

Далее изобретение для иллюстрации описано на одном неограничивающем примере осуществления, соответственно на фигурах.

Фиг.1: технологическая схема способа прямого восстановления и плавки рудной мелочи.

Фиг.2: технологическая схема способа прямого восстановления и плавки рудной мелочи согласно изобретению.

Фиг.3: пример процесса на основе установки по изобретению со способом короткоцикловой адсорбции для удаления CO₂ в сочетании с доменной печью.

Фиг.4: пример процесса на основе установки по изобретению со способом вакуумной короткоцикловой адсорбции для удаления CO₂ в сочетании с доменной печью.

Фиг. 1 показывает схему процесса, соответственно установки прямого восстановления и плавки рудной мелочи. В плавильном агрегате, таком, например, как плавильный газификатор 1 при подаче углеродных носителей, как, например, уголь, расплавляется по меньшей мере частично восстановленная рудная мелочь, при этом образуется восстановительный газ, который вводится в ряд соединенных последовательно восстановительных агрегатов R1-R4. При этом восстановительный газ течет в противотоке восстанавливаемой рудной мелочи и, при необходимости, добавкам, которые перед введением в восстановительный агрегат R4 перемешиваются и сушатся. По меньшей мере частично восстановленная рудная мелочь в устройстве компактирования 12 принимает кусковую форму и чаще всего еще горячей вводится в загрузочный резервуар 21 и в плавильный агрегат 1 для выплавки чугуна RE. Загрузочный резервуар может быть также выполнен как восстановительная шахта. Дальнейшие детали обработки восстановительного газа подробнее поясняются на фиг. 2.

Фиг.2 показывает технологическую схему процесса, соответственно установку согласно изобретению для прямого восстановления и плавки рудной мелочи. Установка имеет два ряда соединенных последовательно восстановительных агрегатов R1-R4, которые расположены и соединены параллельно друг другу, так что, аналогично схеме с фиг.1, восстановительный газ проводится в восстановительных агрегатах в противотоке сырью, которое по меньшей мере частично восстанавливается восстановительным газом. Оба ряда через линии восстановительного газа снабжаются восстановительным газом из плавильного агрегата 1.

Однако способ по изобретению может также работать с установкой согласно фиг. 1, при этом восстановление проводится только в одном ряду соединенных последовательно восстановительных агрегатов.

Восстановительный газ образуется в плавильном агрегате 1 в результате добавления углеродных носителей, как кусковой уголь K, или угольная мелочь FK, угольная пыль KS. При этом угольная мелочь или угольная пыль вдувается в плавильный агрегат. Чугун RE выводится из плавильного агрегата 1 вместе со шлаком.

После очистки восстановительного газа в устройстве сухого разделения, как, например, циклон 2, восстановительный газ подается в восстановительные агрегаты. Твердые вещества, отделенные в отделителе 2, возвращаются в плавильный агрегат 1.

Избыточный восстановительный газ после очистки в отделителе 2 направляется в газоочиститель 3 и очищается дальше. Газоочиститель может быть выполнен, например, как кольцевой скруббер, при этом регулированием кольцевого зазора можно регулировать поток через газоочиститель, так что давление в плавильном агрегате 1 можно регулировать посредством газоочистителя 3.

Теперь промытый восстановительный газ можно смешать с колошниковым газом, который отбирается из восстановительного агрегата R4, и направить как рециркулирующий газ посредством компрессора 4 на установку 5 отделения CO₂. Отделенные фракции газа, которые содержат преимущественно CO₂, выводятся как остаточный газ по линии 6 остаточного газа, причем линия 6 остаточного газа заканчивается в линии 7 отгружаемого газа, так что избыточный колошниковый газ вместе с остаточным газом можно отводить как отгружаемый газ EG. Очищенный от CO₂ рециркулирующий газ как продуктовый газ по линии 8 продуктового газа проводится либо на отделитель 2, либо сразу в восстановительный агрегат R1.

Колошниковый газ охлаждается в теплообменнике 9, 9a, причем снятое при этом тепло подводится на теплообменник 10 и используется для нагревания продуктового газа. Кроме того, колошниковый газ после охлаждения в теплообменнике может очищаться в газопромывателях 16, 16a.

Восстановительный газ и при необходимости также продуктовый газ подается в восстановительные агрегаты R1. Они текут через восстановительные агрегаты в противотоке сырью E и, при необходимости, добавкам Z. Восстановительный агрегат R4 используется как аппарат подогрева для предварительного нагревания сырья и добавок. Сырье и добавки сначала смешиваются в сушилке оксидов 11 и сушатся и по подходящим устройствам проводятся в восстановительный агрегат R4.

По меньшей мере частично восстановленное сырье и, при необходимости, добавки выгружаются из восстановительных агрегатов R1 обоих рядов и проводятся на два устройства горячего компактирования 12 и 13, чтобы получить кусковой материал, как, например, брикеты.

Их можно подавать на устройство 14 быстрого охлаждения, как, например, закалочный бассейн, и охлаждать, чтобы можно было предотвратить процессы окисления. Образованный при восстановлении кусковой материал из по меньшей мере частично восстановленного сырья, такого, как рудная мелочь, в частности, мелкая железная руда, и, при необходимости, добавки, называется Low Reduced Iron (LRI) и представляет собой высококачественное сырье для процессов восстановительной плавки.

LRI в горячем состоянии может напрямую использоваться в установке восстановительной плавки 15, которая предпочтительно представляет собой доменную печь. Альтернативно в установке восстановительной плавки может применяться холодное LRI или смеси горячего и холодного LRI. По меньшей мере частично восстановленное сырье и, при необходимости, добавки могут вводиться как носитель железа вместо агломерата в установку восстановительной плавки в виде брикетов или в другой кусковой форме, так что можно сэкономить по меньшей мере часть агломерата. Этим можно в процессе агломерации на установке агломерирования сэкономить большое количество агломерата, и/или окатышей, и/или кусковой руды. Особенно выгодна экономия агломерата, так как можно заметно снизить количество образуемых при агломерировании отходящих газов и требуемого для этого кокса. Кроме того, можно также снизить количество кокса, необходимого для доменной печи, так как введение LRI вместо агломератов снижает удельный расход энергии. Одновременно через снижение удельного расхода кокса можно повысить удельную мощность доменной печи. Далее на конкретном примере согласно фиг. 3 для иллюстрации излагаются возможные маршруты процесса.

Установка состоит из одного ряда 19 соединенных последовательно восстановительных агрегатов, которые соединены с плавильным агрегатом, в данном конкретном случае с плавильным газификатором 1. Эта часть установки известна как установка FINEX^® 18. Дополнительно плавильный газификатор 1 соединен с другим рядом 21 соединенных последовательно восстановительных агрегатов. Образующееся в этом ряду по меньшей мере частично восстановленное сырье и добавки обозначаются термином Low Reduced Iron (LRI). Соответственно эта часть 20 установки называется LRI-установкой. LRI-установка также работает на восстановительном газе из плавильного газификатора 1, так что оба ряда восстановительных агрегатов работают по существу параллельно друг другу. LRI имеет обычно степень восстановления от 60 до 70%.

В качестве сырья подходят рудные концентраты 22, в частности, железной руды, причем рудный концентрат получен из руд естественного происхождения при обогащении оксидами железа. Помимо концентратов применяются рудные шламы 23. Это руда, которая обычно добавляется к в агломерационную установку и имеет малые размеры зерен, то есть считается рудной мелочью.

Далее, используются уголь 24 и добавки 25, причем уголь в плавильном газификаторе применяется для создания восстановительного газа и для выплавки чугуна.

В расчете на ежегодные:

4 млн тонн концентрата

1,7 млн тонн рудного агломерата

1,7 млн тонн угля

0,7 млн тонн добавок

130000 нм³/час кислорода из кислородной установки 17

можно получить в год примерно

2 млн тонн чугуна и

2,2 млн тонн LRI,

причем 2,2 млн тонн LRI можно подать на установку восстановительной плавки, как, например, доменная печь, как замену агломерата. Дополнительно образуется отгружаемый газ EG с энергосодержанием примерно 364 МВт, который может направляться на внешние нужды, например, на электростанцию. Таким образом, на основе LRI и агломерата, кокса и добавок можно в одной доменной печи произвести около 4 млн тонн чугуна.

Благодаря использованию LRI в доменной печи можно заменить до 60% агломерата на LRI, причем это значение можно еще больше повысить путем настройки режима работы доменной печи. В результате агломерационную установку можно сделать меньших размеров и соответственно снизить количество отходящих газов при агломерации и количество требующегося для агломерации кокса.

Следующее преимущество состоит в том, что соответственно можно сократить количество кокса, требующегося для доменной печи, причем когда LRI составляет 40-50% доли железа во всех носителях железа, можно сэкономить примерно 150-200 кг кокса на каждую тонну чугуна. При работе установки FINEX^® с LRI-установкой и доменной печью из всего количества чугуна 25-40% производится в плавильном агрегате установки FINEX^® и примерно 60-75% в доменной печи. Помимо снижения расхода кокса и в целом углеродных носителей, в способе согласно изобретению получается меньше отгружаемого газа, так что можно гарантировать в целом более эффективный способ при меньшем загрязнении окружающей среды. Тем самым можно достичь значительных преимуществ в издержках производства на тонну произведенного чугуна. Приведенные количественные данные зависят от типа применяемой установки отделения CO₂.

На фиг.4 показан эффект изменения отделителя CO₂. Если вместо процесса с переменным давлением для отделения CO₂ из рециркулирующего газа применяется процесс вакуумной КЦА, то количество LRI, которое может быть получено в установке, можно существенно повысить. При этом путем корректировки количества концентрата, рудного агломерата и добавок удается повысить количество LRI с примерно 2,2 млн до 2,8 млн тонн, причем количество отгружаемого газа можно сократить. При этом потребное количество углеродных носителей остается неизменным. Теплотворная способность отгружаемого газа (EG) снижается при применении процесса вакуумной КЦА. При этом в способе используется еще более эффективное отделение CO₂, которое достигается благодаря снижению минимального давления почти до уровня вакуума.

Список позиций для ссылок 1 плавильный агрегат 2 устройство разделения 3 газоочиститель 4 компрессор 5 установка отделения CO₂ 6 линия остаточного газа 7 линия газа, отгружаемого потребителям 8 линия продуктового газа 9, 9a теплообменник 10 теплообменник 11 сушилка оксидов 12, 13 устройство горячего компактирования 14 устройство быстрого охлаждения 15 установка восстановительной плавки 16, 16a газоочиститель 17 кислородная установка 18 установка FINEX^® 19 ряд соединенных последовательно восстановительных агрегатов (R1, R2, R3, R4) 20 установка LRI 21 следующий ряд соединенных последовательно восстановительных агрегатов (R1, R2, R3, R4) 22 рудные концентраты 23 рудный агломерат 24 уголь 25 добавки 26 загрузочный резервуар

Способ получения чугуна или жидких стальных полупродуктов в плавильном агрегате (1), в частности плавильном газификаторе. Содержащее железную руду сырье, в частности рудную мелочь, и, при необходимости, добавки частично восстанавливают восстановительным газом в восстановительных агрегатах (R1, R2, R3, R4). При этом первую фракцию частично восстановленного сырья расплавляют в плавильном газификаторе при подводе углеродного носителя, в частности угля, и кислородсодержащего газа при одновременном образовании восстановительного газа. Причем восстановительный газ проводят в восстановительный агрегат и после прохождения через него отводят в виде колошникового газа или газа, отгружаемого потребителям. Вторую фракцию частично восстановленного сырья направляют на восстановление и плавку в дополнительную установку восстановительной плавки. Количество второй фракции частично восстановленного сырья составляет 10-60%, в частности 20-40%, в расчете на содержание железа во всех носителях железа, которые вводят в установку восстановительной плавки. 2 н. и 29 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ получения чугуна или жидких стальных полупродуктов, включающий по меньшей мере частичное восстановление восстановительным газом в по меньшей мере одном восстановительном агрегате содержащего железную руду сырья, в частности рудной мелочи, и, при необходимости, добавок, отличающийся тем, что первую фракцию по меньшей мере частично восстановленного сырья расплавляют в плавильном газификаторе при подводе углеродного носителя, в частности угля, и кислородсодержащего газа при одновременном образовании восстановительного газа, причем восстановительный газ проводят в восстановительный агрегат и после прохождения через него отводят в виде колошникового газа или газа, отгружаемого потребителям, при этом вторую фракцию по меньшей мере частично восстановленного сырья направляют на восстановление и плавку в дополнительную установку восстановительной плавки, причем количество второй фракции по меньшей мере частично восстановленного сырья составляет 10-60%, в частности 20-40%, в расчете на содержание железа во всех носителях железа, которые вводят в установку восстановительной плавки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество второй фракции по меньшей мере частично восстановленного сырья устанавливают в зависимости от желаемого количества колошникового газа и/или газа, отгружаемого потребителям, и/или от качества отгружаемого газа.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что количество второй фракции по меньшей мере частично восстановленного сырья (LRI) составляет до 1,2 раз от количества чугуна, получаемого в плавильном агрегате.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что степень восстановления во второй фракции по меньшей мере частично восстановленного сырья и/или сырья, используемого в плавильном агрегате, задают на уровне 40-95%, в частности 65-75%.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере частичное восстановление содержащего железную руду сырья осуществляют в ряде из 2-6, в частности 3 или 4, соединенных последовательно восстановительных агрегатов, причем восстановительный газ подают в противотоке содержащему железную руду сырью, которое требуется восстановить.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановление содержащего железную руду сырья и, при необходимости, добавок проводят по меньшей мере в двух подключенных параллельно друг другу рядах соединенных последовательно восстановительных агрегатов.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере частично восстановленное сырье проводят на компактирование, в частности горячее компактирование, например на горячее брикетирование.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторую фракцию по меньшей мере частично восстановленного сырья используют в установке восстановительной плавки в качестве носителя железа вместо агломерата.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере частично восстановленное сырье вводят в плавильный агрегат и/или в установку восстановительной плавки в горячем состояние, при необходимости с добавлением холодного частично восстановленного сырья.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере частично восстановленное сырье подвергают горячему компактированию и для предотвращения процессов окисления охлаждают, в частности, путем быстрого охлаждения в водяной ванне.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановление сырья проводят в восстановительном агрегате с кипящим слоем, в частности циркулирующим или образующим пузыри.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановление сырья проводят в восстановительной шахтной печи, вращающейся трубчатой печи или в карусельной печи, причем сырье используют в виде окатышей, и/или кусковой руды, и/или агломерата.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановление сырья проводят на расположенных друг над другом уровнях многоярусной восстановительной печи, причем сырье принудительно проводят посредством скребка.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что отобранный из плавильного агрегата восстановительный газ, в частности высушенный, обеспыливают в устройстве разделения, предпочтительно в циклоне или восстановительном циклоне, и проводят в по меньшей мере один восстановительный агрегат.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что избыточный восстановительный газ обеспыливают, промывают, при необходимости, смешивают с колошниковым газом и сжимают как рециркулирующий газ, для отделения по меньшей мере части СО₂ из рециркулирующего газа проводят на установку отделения СО₂ и затем проводят в виде продуктового газа в отделитель или напрямую в восстановительный агрегат.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что давление в плавильном агрегате устанавливают с помощью газоочистителя для промывки избыточного восстановительного газа.

17. Способ по п.15, отличающийся тем, что продуктовый газ перед его возвратом в отделитель или напрямую в восстановительный агрегат нагревают.

18. Способ по п.15, отличающийся тем, что колошниковый газ перед смешением с избыточным обеспыленным восстановительным газом охлаждают и промывают, причем отведенное из колошникового газа тепло используют для нагревания продуктового газа перед его возвратом в отделитель или в восстановительный агрегат.

19. Способ по п.15, отличающийся тем, что отделенный СО₂ отводят вместе с колошниковым газом как отгружаемый газ.

20. Способ по п.15, отличающийся тем, что количество рециркулирующего газа и количество углеродного носителя, в частности угля, в плавильном агрегате устанавливают в зависимости от количества по меньшей мере частично восстановленного сырья.

21. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановительный газ частично сжигают в восстановительном агрегате при подводе кислорода для установки температуры восстановительного агрегата.

22. Способ по п.1, отличающийся тем, что сырье смешивают с добавками, в частности известняком, негашеной известью, гашеной известью, доломитом, обожженным или гашеным доломитом или кварцем, и перед его введением в по меньшей мере один восстановительный агрегат предпочтительно сушат, причем сырье и добавки имеют примерно одинаковые размеры зерна.

23. Установка для получения чугуна или жидких стальных полупродуктов, содержащая плавильный газификатор (1) и по меньшей мере два ряда из 2-6, в частности 3 или 4, соединенных последовательно восстановительных агрегатов (R1, R2, R3, R4) для восстановления содержащего железную руду сырья и, при необходимости, добавок восстановительным газом, образующимся в плавильном газификаторе (1) при подаче углеродных носителей, в частности угля, и кислородсодержащего газа, причем за каждым рядом установлено устройство горячего компактирования (12, 13), в частности горячего брикетирования, при этом одно из устройств горячего компактирования (12, 13) сопряжено с установкой восстановительной плавки (15), в частности доменной печью, низкошахтной электропечью или ванной печью для обеспечения ввода в установку восстановительной плавки (15) компактированного, по меньшей мере частично восстановленного сырья.

24. Установка по п.23, отличающаяся тем, что одно из устройств горячего компактирования (12, 13) соединено с загрузочным резервуаром (26) или восстановительной шахтой для приема, соответственно для дальнейшего восстановления компактированного, по меньшей мере частично восстановленного сырья, причем оно расположено над плавильным газификатором (1), так что возможна загрузка в плавильный газификатор (1).

25. Установка по п.23, отличающаяся тем, что одно из устройств горячего компактирования (12, 13) соединено с устройством быстрого охлаждения (14) компактированного, по меньшей мере частично восстановленного сырья.

26. Установка по п.23, отличающаяся тем, что плавильный газификатор (1) соединен по трубопроводу с отделителем (2), в частности устройством сухого пылеулавливания, предпочтительно циклоном или восстановительным циклоном, для отделения пыли из восстановительного газа с возможностью проведения обеспыленного восстановительного газа по линии восстановительного газа на ряды восстановительных агрегатов (19, 21).

27. Установка по п.23, отличающаяся тем, что линия подвода восстановительного газа соединена с газоочистителем (3) избыточного восстановительного газа с возможностью отвода и промывки восстановительного газа, который не используется в восстановительном агрегате.

28. Установка по п.27, отличающаяся тем, что газоочиститель (3) по линии рециркулирующего газа соединен с установкой отделения СО₂ (5), основанной, в частности, на процессе короткоцикловой адсорбции или процессе хемосорбции, для удаления СО₂ из промытого восстановительного газа, причем образуемый при этом продуктовый газ по линии продуктового газа можно проводить на отделитель (2) или на восстановительные агрегаты (R1, R2, R3, R4).

29. Установка по п.28, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из рядов восстановительных агрегатов (19, 21) через линию отвода колошникового газа соединен с линией рециркулирующего газа с возможностью смешивания отведенного из восстановительных агрегатов (R1, R2, R3, R4) колошникового газа с промытым избыточным восстановительным газом и подачи через компрессор (4) на установку отделения СО₂ (5).

30. Установка по п.29, отличающаяся тем, что линия колошникового газа и линия продуктового газа каждая содержит по меньшей мере один теплообменник (9, 9а) для охлаждения колошникового газа, соответственно для нагревания продуктового газа с возможностью подвода теплоты, отведенной от колошникового газа, к продуктовому газу.

31. Установка по п.23, отличающаяся тем, что предусмотрена по меньшей мере одна сушилка оксидов (11) для перемешивания и сушки содержащего железную руду сырья и, при необходимости, добавок, причем она через транспортирующие устройства и загрузочный резервуар соединена с рядами восстановительных агрегатов (19, 21).