СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ В ДВУХЗОННОЙ ПЕЧИ Российский патент 2015 года по МПК C22B19/00 

Описание патента на изобретение RU2541239C1

Изобретение относится к области черной и цветной металлургии и может быть использовано в процессах получения жидкого металла из окисленного железосодержащего сырья, техногенных отходов черной и цветной металлургии, в том числе содержащего примеси цветных металлов.

В черной металлургии известен пирометаллургический способ непрерывной переработки окисленного сырья цветных, черных металлов - процесс Ромелт [«Процесс Ромелт» / Под ред. В.А. Роменец, М.: МИСИС, Изд. дом «Руда и металлы», 2005. - 400 с.].

Шлаковая ванна печи Ромелт барботируется дутьем с содержанием кислорода 50-99%. В шлаковой ванне поддерживается температура на уровне 1400-1500°C. На поверхность шлаковой ванны подаются железосодержащие материалы, энергетический уголь, флюсующие добавки.

Уголь, попадающий на шлаковую поверхность, попадает в нижние зоны ванны, где за счет кислорода дутья происходит его горение до СО. Оксиды железа и других металлов восстанавливаются в шлаковой ванне углеродом.

Компенсация дефицита тепла в восстановительной зоне обеспечивается частичным дожиганием отходящих из ванны горючих газов кислородом дутья фурм верхнего ряда. Из практики работы печи Ромелт известно, что устойчивая работа зоны восстановления при степенях дожигания (CO2/(CO2+CO)) выше 0,85 приводит к переокислению расплава, повышению содержания железа в отвальном шлаке и может привести к вскипаниям ванны. При этом повышаются удельные расходы угля и кислорода.

К недостаткам процесса Ромелт следует отнести:

- восстановление высших оксидов железа и других металлов углеродом до CO;

- разложение части влаги шихты с использованием твердого углерода;

- малая степень полезного использования летучих угля;

- перерасход углерода угля на взаимодействие с CO2 карбонатов;

- ограничение по крупности шихтовых материалов;

- ограничение по степени дожигания отходящих из ванны газов.

Наиболее близким по технической сущности, приемам и достигаемому эффекту является «Способ переработки сырья, содержащего цветные металлы и железо», патент RU 2194781 C2, опубликованный 20.12.2002 г. В технической литературе этот процесс получил название «Двухзонного процесса Ванюкова».

В соответствии с патентом, переработка окисленных руд, содержащих цветные металлы и железо, происходит в двухзонной печи. В окислительную зону через фурмы нижнего ряда подают смесь воздуха и технического кислорода. В расплав окислительной зоны загружают руду, уголь и флюсующие добавки. При переработке окисленного сырья в окислительную зону печи подают углеродсодержащий материал и кислород в количествах, необходимых для полного сгорания углерода с максимальным выделением тепла. В окислительной зоне протекают процессы горения угля до СО2, реакции восстановления гематита руды до магнетита.

В окислительной зоне происходит также разложение карбонатов флюса, испарение влаги, нагрев и расплавление шихтовых материалов. Расплав из зоны плавления передается в восстановительную зону. В ту же зону подают уголь. Компенсация дефицита тепла в восстановительной зоне обеспечивается частичным дожиганием отходящих из ванны горючих газов кислородом дутья фурм верхнего ряда.

К недостаткам способа относятся:

- повышенный расход углеродсодержащих материалов и кислорода;

- высокая окисленность железистого расплава зоны плавления;

- недостаточное использование химического тепла отходящих газов.

Перечисленные недостатки приводят к перерасходу энергоносителей и снижают производительность печи.

Техническим результатом изобретения является возможность комплексной переработки железосодержащего сырья и техногенных материалов в двухзонной печи из неподготовленного сырья и отходов с применением рядовых углей.

В плавильной зоне происходит горение угля в слое расплава, барботируемого кислородсодержащим дутьем, подаваемым через фурмы нижнего ряда. В отличие от двухзонного процесса Ванюкова, горение углерода ведут с α<1. Присутствие небольших количеств СО в отходящих из расплава зоны плавления газах позволяет избежать переокисления железистого расплава и поддерживать железо в расплаве в двухвалентном состоянии. Так же, как и в двухзонной печи Ванюкова, влага шихтовых материалов испаряется без разложения на Н2 и СО, диоксид углерода карбонатов удаляется из ванны практически без взаимодействия с углеродом угля, восстановление высших оксидов железа до FeO идет косвенным путем.

Преимуществом предлагаемого способа является также возможность переработки железосодержащих материалов и углей крупностью свыше 20 мм, шихтовых материалов повышенной влажности, смерзшихся конгломератов шихтовых материалов. В целом, единственным требованием к шихтовым материалам, поступающим в плавильную зону, является возможность дозирования и подачи в рабочую зону печи.

Подготовленный в зоне плавления железосодержащий расплав через переток передается в зону восстановления. В восстановительную зону печи загружается уголь и, при необходимости, специальные добавки. Дефицит тепла в зоне восстановления компенсируется частичным дожиганием отходящих горючих газов кислородным дутьем фурм верхнего ряда. Отходящие из зоны восстановления газы после дожигания содержат от 10 до 40% СО и от 5 до 20% Н2.

Принципиальным отличием предлагаемого способа от способа Ванюкова является то, что газы, отходящие из зон восстановления и плавления, охлаждаются и очищаются отдельно, при этом очищенные газы плавильной зоны удаляются в вытяжную трубу, а отходящие газы зоны восстановления после охлаждения и очистки компремируются и подаются в фурмы нижнего ряда зоны плавления. На фурмах нижнего ряда зоны плавления происходит окончательное дожигание СО и Н2. Выделяющееся при этом в расплаве тепло позволяет уменьшить расходы угля и кислорода в зоне плавления и существенно улучшает тепловой КПД установки.

При работе двухзонной печи на чистых по вредным примесям рудах и концентратах целесообразно поддерживать перепад давления между зонами плавления и восстановления в пределах 0,5-2,5 атм. Это позволит подавать горячий газ зоны плавления на фурмы нижнего ряда зоны плавления без промежуточного компремирования. В этом случае тепловой КПД установки становится еще выше.

Снижение перепада давления между зонами ниже 0,5 нецелесообразно, т.к. становится невозможной продувка железистого расплава зоны плавления без промежуточного компремирования. При перепадах давления выше 2,5 атм затрудняется переток расплава из зоны плавления в зону восстановления.

Пример.

Для сравнения показателей работы двухзонных печей по предлагаемому способу и по способу Ванюкова в качестве сырья выбрана смесь доменных и кислородно-конвертерных шламов.

Химический состав этих шламов является достаточно стабильным для условий работы крупных металлургических комбинатов (НЛМК, ЧерМК, ММК, ЗСМК). В настоящее время эти шламы практически не перерабатываются из-за повышенного содержания цинка и свинца, а складируются в шламовых отстойниках.

Химический состав шлама:

Feобщ=51,3%; FeO=17%; Fe2O3=54,4%; SiO2=6,7%; CaO=7,9%; ZnO=0,62%; PbO=0,11%; S=0,3%; P2O5=0,11%; С=9,2%; прочие=3,66%. Влажность шлама - 10%.

В качестве энергоносителя принят уголь энергетический, по составу близкий к Анжерскому ОС, СС.

Технический состав угля:

Wp=10%; Ac=10,8%; Vc=14%; Sc=0,4%; Сф=74,8%.

Элементный состав летучих:

С=3,66%; Н=4,3%; О=4,00%; N=2,04%.

Химический состав золы угля:

Fe2O3=10%; SiO2=54%; Al2O3=27,0%; CaO=3,8%; MgO=1,0%; P2O3=0,7%; прочие=3,5%.

Количество перерабатываемого шлама - 40 т/час. Для сравнения площадь печей принята равной 20 м2. Расход дутья на фурмы нижнего ряда принят на уровне 10000 нм3/час, содержание кислорода в дутье - 70%.

Пылеунос шихтовых материалов во всех вариантах принят на максимальном уровне - 3%. Выход чугуна по трем вариантам составил около 18,6 т/час. Содержание FeO в отвальном шлаке во всех вариантах - 3%. Показатели работы печей по трем вариантам приведены в табл.1.

Таблица 1. Показатели Способы Двухзонный Ванюкова Предлагаемый по п.1 Предлагаемый по п.2 1. Расход шлама, кг/т чугуна 2090 2094 2099 2. Расход угля, кг/т чугуна 910 (100%) 695 (76,4%) 669 (73,5%) 3. Расход кислорода (95% O2) 1050 (100%) 822 (78,3%) 750 (71,4%)

Из табл.1 видно, что удельные расходы энергоносителей по предлагаемому способу на 24-29% ниже, чем в двухзонной печи по способу Ванюкова.

Следует отметить, что при повышении производительности печи по чугуну до 30 т/час удельные расходы энергоносителей по всем вариантам могут быть снижены на 10-20%. При этом относительная разница между вариантами остается неизменной.

В приведенном расчете в качестве железосодержащего материала принят высокозакисный железорудный материал. Не учитывалась необходимость офлюсования получаемого шлака из-за повышенной основности сталеплавильных шламов. При переработке гематитовых материалов с офлюсованием известняком разница в удельном расходе энергоносителей в предлагаемом способе по сравнению с двухзонным процессом Ванюкова - 35-40%.

Похожие патенты RU2541239C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ 2013
  • Подгородецкий Геннадий Станиславович
  • Горбунов Владислав Борисович
  • Юсфин Юлиан Семенович
  • Боровик Виктор Евгеньевич
  • Краснянская Ирина Алексеевна
  • Дубовкина Наталия Владимировна
RU2542050C1
Способ пирометаллургической переработки оксидных материалов 2016
  • Горбунов Владислав Борисович
  • Подгородецкий Геннадий Станиславович
  • Шаруда Александр Николаевич
  • Агапов Егор Александрович
RU2640110C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО СЫРЬЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2015
  • Шатохин Игорь Михайлович
  • Кузьмин Александр Леонидович
RU2611229C2
Способ переработки марганецсодержащего сырья 2018
  • Дашевский Вениамин Яковлевич
  • Леонтьев Леопольд Игоревич
  • Жучков Владимир Иванович
  • Полулях Лариса Алексеевна
  • Александров Александр Александрович
  • Травянов Андрей Яковлевич
  • Макеев Дмитрий Борисович
  • Торохов Геннадий Валерьевич
  • Петелин Александр Львович
RU2697681C1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОКИСЛЕННЫХ РУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ ЖЕЛЕЗО, НИКЕЛЬ И КОБАЛЬТ 2011
  • Быстров Валентин Петрович
  • Комков Алексей Александрович
  • Федоров Александр Николаевич
  • Дитятовский Леонид Исаакович
RU2463368C2
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ 2007
  • Симонов Михаил Дмитриевич
  • Русаков Михаил Рафаилович
RU2349654C1
СПОСОБ ПРЯМОГО ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛА ИЗ СОДЕРЖАЩИХ ОКСИДЫ ЖЕЛЕЗА МАТЕРИАЛОВ (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2012
  • Голубев Анатолий Анатольевич
  • Гудим Юрий Александрович
RU2548871C2
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНЦОВОГО СЫРЬЯ 2005
  • Быстров Валентин Петрович
  • Дитятовский Леонид Исаакович
  • Комков Алексей Александрович
  • Федоров Александр Николаевич
RU2283359C1
Способ производства чугуна процессом жидкофазного восстановления Ромелт 2015
  • Роменец Владимир Андреевич
  • Валавин Валерий Сергеевич
  • Похвиснев Юрий Валентинович
  • Макеев Сергей Александрович
  • Зайцев Александр Константинович
  • Симакова Наталия Вячеславовна
  • Федорова Алена Александровна
RU2618297C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПЛАВКИ МЕТАЛЛОВ ИЛИ СПЛАВОВ 2005
  • Голубев Анатолий Анатольевич
  • Олейчик Владимир Ильич
  • Белинский Валерий Сергеевич
  • Лукьянов Александр Александрович
  • Смыков Владимир Борисович
RU2299911C1

Реферат патента 2015 года СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ В ДВУХЗОННОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к способу пирометаллургической переработки железосодержащих материалов, включающий загрузку в плавильную зону двухзонной печи железосодержащих материалов, флюсующих добавок и углеродсодержащих материалов, расплавление их в барботируемом кислородсодержащим дутьем железосодержащем расплаве, дожигание отходящих из расплава горючих газов с последующей подачей расплава в восстановительную зону, в которую загружают углеродсодержащие материалы и другие шихтовые материалы, восстановление железа с образованием железоуглеродистого расплава и шлака, дожигание отходящих из ванны зоны восстановления горючих газов, раздельный выпуск продуктов плавки, при этом газы, отходящие из зон восстановления и плавления, охлаждают и очищают отдельно, причем очищенные газы плавильной зоны удаляют в вытяжную трубу, а отходящие газы зоны восстановления после охлаждения и очистки компремируют и подают в фурмы нижнего ряда зоны плавления. Обеспечивается снижение удельного расхода энергоносителей. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 541 239 C1

Способ переработки железосодержащих материалов в двухзонной печи, включающий загрузку в плавильную зону двухзонной печи железосодержащих материалов, флюсующих добавок и углеродсодержащих материалов, расплавление их в барботируемом через фурмы нижнего ряда кислородсодержащим дутьем железосодержащем расплаве, дожигание отходящих из расплава горючих газов с последующей подачей расплава в восстановительную зону, в которую через фурмы нижнего ряда подают кислородсодержащее дутье, загружают углеродсодержащие материалы и другие шихтовые материалы, осуществление восстановления железа с образованием железоуглеродистого расплава и шлака, частичного дожигания отходящих из ванны зоны восстановления горючих газов, и проведение раздельного выпуска продуктов плавки, отличающийся тем, что газы, отходящие из зон восстановления и плавления, охлаждают и очищают отдельно, при этом очищенные газы плавильной зоны удаляют в вытяжную трубу, а отходящие газы зоны восстановления после охлаждения и очистки компремируют и подают в фурмы нижнего ряда зоны плавления.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2541239C1

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СЫРЬЯ, СОДЕРЖАЩЕГО ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ЖЕЛЕЗО 2000
  • Быстров В.П.
  • Салихов З.Г.
  • Карабасов Ю.С.
  • Гуркалов П.И.
  • Павлов В.В.
  • Шафигин З.К.
  • Комков А.А.
  • Федоров А.Н.
RU2194781C2
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СЫРЬЯ, СОДЕРЖАЩЕГО ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ЖЕЛЕЗО 2006
  • Головлев Юрий Иванович
  • Гнусков Николай Александрович
  • Крыжановский Андрей Петрович
RU2324751C2
СПОСОБ ВЗВЕШЕННОЙ ПЛАВКИ СУЛЬФИДНОГО СЫРЬЯ 1995
  • Пекка Ханниала
  • Ристо Сааринен
  • Эркки Крогерус
  • Илькка Койо
RU2130975C1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОКИСЛЕННЫХ РУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ ЖЕЛЕЗО, НИКЕЛЬ И КОБАЛЬТ 2011
  • Быстров Валентин Петрович
  • Комков Алексей Александрович
  • Федоров Александр Николаевич
  • Дитятовский Леонид Исаакович
RU2463368C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТА- ИЛИ ПАРА-ДИВИНИЛБЕНЗОЛОВ 0
SU276032A1
УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНО- МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ 0
SU168927A1

RU 2 541 239 C1

Авторы

Подгородецкий Геннадий Станиславович

Горбунов Владислав Борисович

Юсфин Юлиан Семенович

Боровик Виктор Евгеньевич

Краснянская Ирина Алексеевна

Дубовкина Наталия Владимировна

Даты

2015-02-10Публикация

2013-07-30Подача