СПОСОБ ЗАПУСКА ПЛАВИЛЬНОГО ПРОЦЕССА Российский патент 2017 года по МПК C21B13/00 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу запуска процесса для плавки металлоносного материала.

Термин «металлоносный материал» в данном документе понимается таким, что содержит твердый загрузочный материал и расплавленный загрузочный материал. Термин также включает в свой объем частично восстановленный металлоносный материал.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится, в частности, хотя никоим образом не исключительно, к способу запуска плавильного процесса на основе плавильной ванны для производства расплавленного металла из загрузки металлоносного материала в плавильном сосуде, который имеет сильный фонтан ванны/шлака, создаваемый газовыделением в плавильной ванне, причем газовыделение, по меньшей мере, частично является результатом выхода летучих веществ углеродистого материала в плавильной ванне.

В частности, хотя никоим образом не исключительно, настоящее изобретение относится к способу запуска процесса для плавки железосодержащего материала, такого как железная руда, и производства железа.

Настоящее изобретение относится, в частности, хотя никоим образом не исключительно, к способу для запуска плавильного процесса в плавильном сосуде, который содержит основную камеру для плавки металлоносного материала.

Известный плавильный процесс на основе плавильной ванны, обычно называемый процессом HIsmelt, описан в значительном количестве патентов и патентных заявок на имя заявителя.

Другой плавильный процесс на основе плавильной ванны, называемый далее в данном документе процессом HIsarna, описан в международной заявке PCT/AU 99/00884 (WO 00/022176) на имя заявителя.

Процесс HIsmelt и процесс HIsarna связаны в частности с производством расплавленного чугуна из железной руды или другого железосодержащего материала.

Процесс HIsarna выполняется в плавильном устройстве, которое содержит (а) плавильный сосуд, который содержит основную плавильную камеру и трубки для ввода твердых загрузочных материалов и содержащего кислород газа в основную камеру, и приспособлен содержать ванну расплавленного металла и шлака, и (b) плавильный циклон для предварительной обработки металлоносного загрузочного материала, который располагается над плавильным сосудом и сообщается прямо с ним.

Термин «плавильный циклон» в данном документе понимается как обозначающий сосуд, который обычно определяет вертикальную цилиндрическую камеру и сконструирован так, что загрузочные материалы, подаваемые в камеру, перемещаются по пути вокруг вертикальной центральной оси камеры и могут выдерживать высокие рабочие температуры, достаточные для того, чтобы, по меньшей мере, частично плавить металлоносные загрузочные материалы.

В одной форме процесса HIsarna углеродистый загрузочный материал (как правило, уголь) и необязательно флюс (как правило, обожженный известняк) вводятся в плавильную ванну в основной камере плавильного сосуда. Углеродистый материал предоставляется как источник восстановителя и источник энергии. Металлоносный загрузочный материал, такой как железная руда, необязательно смешивается с флюсом, вводится в и нагревается, и частично плавится, и частично восстанавливается в плавильном циклоне. Этот расплавленный, частично восстановленный металлоносный материал течет вниз из плавильного циклона в плавильную ванну в плавильном сосуде и расплавляется в расплавленный металл в ванне. Горячие реакционные газы (как правило, СО, CO₂, Н₂ и Н₂О), произведенные в плавильной ванне, частично сжигаются содержащим кислород газом (как правило, техническим кислородом) в верхней части основной камеры. Тепло, генерируемое дожиганием, передается расплавленным каплям в верхней части, которые падают обратно в плавильную ванну, чтобы поддерживать температуру ванны. Горячие, частично сгоревшие реакционные газы текут вверх из основной камеры и входят в нижнюю часть плавильного циклона. Содержащий кислород газ (как правило, технический кислород) вводится в плавильный циклон через фурмы, которые расположены таким образом, чтобы генерировать циклоническую вихревую структуру в горизонтальной плоскости, т.е. около вертикальной центральной оси камеры плавильного циклона. Это введение содержащего кислород газа ведет к дальнейшему сгоранию газов плавильного сосуда, давая в результате очень горячее (циклоническое) пламя. Хорошо разделенный поступающий металлоносный загрузочный материал вносится пневматически в это пламя через фурмы в плавильном циклоне, что приводит к быстрому нагреванию и частичному расплавлению, сопровождающемуся частичным восстановлением (примерно 10-20% восстановление). Восстановление происходит вследствие как термической декомпозиции гематита, так и восстановительного действия СО/Н₂ в реакционных газах из основной камеры. Горячий, частично расплавленный металлоносный загрузочный материал выбрасывается наружу на стенки плавильного циклона циклоническим вихревым действием и, как описано выше, течет вниз в плавильный сосуд ниже для плавки в основной камере сосуда.

Совокупный эффект вышеописанной формы процесса HIsarna представляет собой двухэтапный противоточный процесс. Металлоносный загрузочный материал нагревается и частично восстанавливается реакционными газами, выходящими из плавильного сосуда (с добавлением содержащего кислород газа) и течет вниз в плавильный сосуд и расплавляется в расплавленный чугун в плавильном сосуде. В общем смысле противоточное устройство увеличивает продуктивность и энергоэффективность.

Описание выше не следует принимать как признание общеизвестных знаний в Австралии или где-либо еще.

Заявитель предложил, чтобы процесс HIsarna и версия процесса HIsmelt с подачей кислорода запускались в плавильном сосуде путем подачи горячего металла (из внешнего источника) в основную камеру сосуда посредством копильника сосуда, начиная подачу содержащего кислород газа (как правило, технического кислорода) и твердого углеродистого материала (как правило, угля) и генерируя тепло в основной камере. Этот способ горячего запуска генерирует тепло посредством спонтанного воспламенения горючего материала в основной камере. Заявитель предложил, чтобы после этого начального этапа в способе горячего запуска следовало добавление образующих шлак агентов и, позже, - добавление металлоносного загрузочного материала (такого как железистый материал, как, например, железная руда) в основную камеру. Способ горячего запуска описывается в сопутствующей международной заявке под названием «Запуск плавильного процесса», поданной на имя заявителя в тот же день, что и данная международная заявка для настоящего изобретения.

Вышеописанный способ горячего запуска был опробован в опытных производственных испытаниях для процесса HIsarna, которые основывались на техническом кислороде как содержащем кислород газе, угле как твердом углеродистом материала и мелких частицах железной руды как металлоносном материале. Заявитель обнаружил, что имеется окно конечной продолжительности после подачи горячего металла в основную камеру плавильного сосуда, в течение которого возможно надежно начинать подачу холодного кислорода и угля в основную камеру и получать спонтанное воспламенение горючего материала и генерировать тепло в основной камере, которое необходимо, чтобы запускать процесс. Было обнаружено, что это временное окно обычно составляет по длительности около 1-2 часов при условиях опытных производственных испытаний. Было обнаружено, что временное окно является переменным в зависимости от (среди прочих факторов) геометрии плавильного сосуда, температуры загрузочного материала и химического состава металла загрузки. Также было обнаружено, что если этапы начала подачи кислорода и угля в основную камеру не реализовывались в пределах требуемого временного окна, становилось невозможно гарантировать спонтанное воспламенение угля и холодного кислорода внутри основной камеры. Это приводило к тому, что смесь несгоревшего угля и кислорода покидала основную камеру, с возможностью взрыва угольной пыли (и сопутствующих повреждений) в оборудовании ниже по ходу процесса.

Заявитель обнаружил, что механизм, связанный с этим временным окном, относится к образованию слоя шлака сверху расплавленного металла. Когда этот слой шлака достаточно хорошо образован, он охлаждается путем излучения в плавильный сосуд, например, в водяные панели в верхнем пространстве основной камеры, и становится, жестким, эффективно создавая покров на расплавленном металле. Покров действует как термический изолятор, который ограничивает теплопередачу от расплавленного металла под покровом в верхнее пространство основной камеры над покровом, с тем результатом, что тепловые условия в верхнем пространстве являются слишком холодными, чтобы поддерживать спонтанное воспламенение горючего материала в верхнем пространстве. Не желая быть ограниченным следующим комментарием, заявитель полагает, что этот шлак, образованный во время опытных производственных испытаний, в основном состоит из (i) остаточных шлаковых покрытий, оставшихся от предыдущих операций, и (ii) реакций кислорода с компонентами в расплавленном металле (в частности, кремнием, реагирующим, чтобы образовывать двуокись кремния).

Заявитель также обнаружил, что в опытных производственных испытаниях по существу та же проблема возникала, если установка работала нормально, а затем останавливалась (включая остановку при подаче твердых загрузочных материалов в основную камеру) на существенный период времени (например, чтобы выполнять механический ремонт за пределами плавильного сосуда). При этих условиях слой шлака в целом существенно толще по сравнению со слоем шлака при запуске процесса. Горячий металл находится значительно дальше под поверхностью шлака, и поэтому менее способен поддерживать верхнюю поверхность шлака горячей путем проводимости. Поверхностное тепло шлака уходило в плавильный сосуд, например, в панели водяного охлаждения в верхнем пространстве основной камеры, путем излучения, и холодный, жесткий слой образовывался на плавильной ванне быстрее, чем ранее. Когда плавильный сосуд был неактивен в течение более чем примерно 15-30 минут, спонтанное воспламенение угля и холодного кислорода, а следовательно, и генерацию тепла, требующуюся для поддержки запуска процесса в основной камере плавильного сосуда, снова невозможно было гарантировать.

Во время опытных производственных испытаний заявитель разработал безопасный практичный способ запуска процесса HIsarna при этих условиях. Важной основой способа является распознавание необходимости (до того, как могут вводиться холодный кислород и уголь или другие подходящие содержащий кислород газ и твердый углеродистый материал) создать достаточно большую и стабильную «зону нагрева» для воспламенения кислорода и угля в основной камере плавильного сосуда независимым способом, т.е. независимо от и до подачи холодного кислорода и угля в основную камеру.

Способ запуска плавильного процесса настоящего изобретения применим для запуска (этот термин содержит «перезапуск») любого плавильного процесса на основе плавильной ванны, когда термические условия (температуры) внутри верхнего пространства основной камеры плавильного сосуда являются слишком холодными, чтобы позволить надежное спонтанное воспламенение любых недавно поданных содержащего кислород газа и твердого углеродистого материала в основную камеру. Как описано выше, такие условия, как правило, встречаются, когда жесткий застывший слой шлака имеется на верхней поверхности плавильной ванны в основной камере.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с настоящим изобретением, предоставляется способ запуска процесса на основе плавильной ванны для плавления металлоносного загрузочного материала, чтобы образовывать расплавленный металл в плавильном устройстве, причем устройство содержит плавильный сосуд, который содержит основную камеру, которая содержит ванну расплавленного металла, и не имеется подачи твердых загрузочных материалов в плавильное устройство во время начала способа, и причем способ включает следующие этапы:

(a) вставка внешнего источника воспламенения в основную камеру плавильного сосуда, чтобы образовывать зону нагрева в основной камере,

(b) начало подачи холодного содержащего кислород газа в основную камеру и воспламенение горючего материала в основной камере,

(c) начало подачи углеродистого материала в основную камеру и увеличение температуры в основной камере, и расплавление застывших материалов в основной камере, и

(d) начало подачи металлоносного материала в основную камеру и плавление металлоносного материала и производство расплавленного металла в основной камере.

Термин «холодный» в контексте содержащего кислород газа понимается в данном документе означающим холодный в том смысле, что газ имеет температуру ниже требующейся для спонтанного воспламенения смеси углеродистого материала и содержащего кислород газа (т.е. ниже примерно 700-800°C в случае угле-кислородной смеси).

Термин «застывшие материалы», упоминаемый на этапе (с) выше, включает, в качестве примера, слой шлака, такой как жесткий слой шлака, обнаруженный в опытных промышленных испытаниях.

Способ может включать подачу горючего материала в основную камеру перед вышеуказанным этапом (а). В качестве примера, способ может включать подачу твердого горючего материала (такого как древесина, древесный уголь или другой подходящий твердый материал) в основную камеру путем ручной подачи горючего материала через отверстие (такое как шлаковое отверстие) в основной камере. В качестве дополнительного примера, способ может включать подачу газообразного горючего материала или жидкого горючего материала в основную камеру. Газообразный горючий материал может быть природным газом. Жидкий горючий материал может быть нефтью.

Этот необязательный этап подачи горючего материала в основную камеру перед этапом (а) может не требоваться в ситуациях, когда жесткий слой является тонким и/или не полностью образованным, и в основной камере уже может быть достаточно горючего материала, чтобы поддерживать горение посредством источника воспламенения, когда подача содержащего кислород газа начинается на этапе (b). В некоторых ситуациях, например, когда способ используется после короткого перерыва плавильного процесса, жесткий слой может не быть полностью создан, и в сосуде может быть достаточно остаточного горючего материала, чтобы поддерживать воспламенение, когда подача содержащего кислород газа начинается на этапе (b). В других ситуациях способ может включать подачу горючего материала в основную камеру после этапа (а) вставки внешнего источника воспламенения в основную камеру и перед этапом (b) начала подачи холодного содержащего кислород газа в основную камеру и воспламенения горючего материала в основной камере. Горючий материал может быть твердым или газообразным, или жидким горючим материалом, как описано выше.

В целом, вышеуказанные варианты подачи горючего материала в сосуд перед или после вставки внешнего источника воспламенения в основную камеру могут использоваться в разное время. Если остановка установки относительно короткая (но слишком долгая, чтобы просто начать подачу угля и кислорода или других подходящих углеродистого материала и содержащего кислород газа без предоставления источника воспламенения), то в добавлении горючего материала в основную камеру перед этапом (b) может не быть необходимости. Для более длительных остановок могут требоваться другие варианты, включая подачу горючего материала в основную камеру перед этапом (а) или после него.

Способ может включать (при условиях запуска или, когда ресурс шлака в основной камере низок) начало подачи шлака или образующих шлак материалов в основную камеру, чтобы образовывать шлак на расплавленном металле после этапа (с) и перед этапом (d), описанными выше.

Источник воспламенения для этапа (а) вставки внешнего источника воспламенения в основную камеру может быть приспособлен работать в течение по меньшей мере 3 минут, как правило, по меньшей мере 5 минут.

Источник воспламенения для этапа (а) может выбираться на основе того, что он не требует газообразного кислорода в основной камере, чтобы оставаться зажженным.

Источник воспламенения для этапа (а) может нести свой собственный «бортовой» кислород (например, в форме оксида железа), так что он горит независимо от того, находится ли он в воздухе, кислороде или азоте. Что касается ссылки на азот, отмечается, что обычно используется продувка азотом (или каким-либо другим инертным газом) трубок ввода твердых веществ, так что, в этой части способа, внутри основной камеры может быть доступно мало газообразного кислорода, если вообще доступно.

Источник воспламенения для этапа (а) может представлять собой факел на магниевой основе.

Способ может включать проверку того, что внешний источник воспламенения зажжен в основной камере после вставки внешнего источника воспламенения в основную камеру на этапе (а).

Этап проверки того, что внешний источник воспламенения зажжен в основной камере, может осуществляться посредством прямого обзора или посредством камеры, установленной в подходящем отверстии, таком как шлаковое отверстие, в плавильном сосуде.

Этап (b) начала подачи холодного содержащего кислород газа и воспламенения горючего материала в основной камере может включать начало подачи кислорода в основную камеру и воспламенение горючего материала в основной камере.

Этап (b) начала подачи холодного содержащего кислород газа и воспламенения горючего материала в основной камере может включать начало подачи технического кислорода при температуре подачи ниже 800°C в основную камеру и воспламенение горючего материала в основной камере.

Этап (b) начала подачи холодного содержащего кислород газа и воспламенения горючего материала в основной камере может включать начало подачи небольшого количества холодного кислорода (как правило, 10-30% обычного кислородного потока для процесса) в основную камеру. В такой ситуации горючий материал, имеющийся в основной камере (такой как остаточный углеродистый материал от более ранней работы и/или древесина в качестве необязательного горючего материала, подаваемого в основную камеру перед этапом (а)), должен воспламеняться и гореть.

Способ может включать проверку воспламенения горючего материала после этапа (b) воспламенения горючего материала в основной камере.

Этап проверки воспламенения может осуществляться посредством прямого обозрения или посредством подходящей камеры, что материал горит в основной камере. Использование древесины в качестве необязательного горючего материала, подаваемого в основную камеру перед этапом (а), является особенно преимущественным, поскольку она горит несколько минут ярким, легкоузнаваемым пламенем.

Этап (с) начала подачи углеродистого материала в основную камеру может включать подачу углеродистого материала при температуре загрузки ниже 150°C. Углеродистый материал может быть твердым материалом (таким как уголь) или газообразным материалом (таким как природный газ), или жидким материалом (таким как нефть).

Этап (с) может включать проверку того, что генерация двуокиси углерода в основной камере происходит, посредством оперативной системы анализа газа.

Этап (d) может включать наращивание подачи содержащего кислород газа и углеродистого материала, подаваемых на более ранних этапах способа, или подачу увеличивающихся объемов других содержащего кислород газа и углеродистого материала в основную камеру. В качестве примера, может быть предпочтительно использован газообразный углеродистый материал на этапе (с) способа и переключаться на подачу твердого углеродистого материала, когда металлоносный материал подается в основную камеру на этапе (d).

Этап (d) может включать наращивание подачи металлоносного материала в основную камеру.

Устройство может включать (i) вышеописанный плавильный сосуд, который приспособлен содержать ванну расплавленного металла, и (ii) плавильный циклон, который расположен над и сообщается с плавильным сосудом. В таком случае, этап (d) может включать начало подачи металлоносного загрузочного материала и содержащего кислород газа в плавильный циклон и генерирование горизонтально вращающегося потока материала в циклоне, и сжигание горючего газа, текущего вверх в циклон из сосуда, и частично восстановление и плавление металлоносного загрузочного материала в циклоне, посредством чего частично восстановленный расплавленный металлоносный загрузочный материал течет вниз из циклона в расплавленную ванну металла и шлака в основной камере плавильного сосуда и плавится в расплавленный металл в ванне.

Способ настоящего изобретения применим к плавильному устройству на основе, плавильной ванны, которое содержит (а) плавильный сосуд, который имеет основную камеру, которая приспособлена содержать ванну расплавленного металла и шлака, (b) трубки или другие подходящие средства для подачи углеродистого материала в ванну, (с) трубки или другие подходящие средства для подачи содержащего кислород газа в ванну, (d) трубки или другие подходящие средства для подачи металлоносного материала в ванну, или прямо, или посредством плавильного циклона, (е) такое устройство как копильник для удаление металла и шлака из основной камеры, и (f) по меньшей мере 40%, обычно по меньшей мере 50%, области стенки плавильного сосуда над ванной покрываются панелями водяного охлаждения со слоями застывшего шлака.

При обычных рабочих условиях плавильный процесс на основе плавильной ванны включает этапы:

(a) подачи углеродистого материала и металлоносного материала (который может быть твердым или расплавленным) в плавильную ванну, и генерации реакционного газа, и плавления металлоносного материала, и производство расплавленного металла в ванне,

(b) подачи содержащего кислород газа в основную камеру для сжигания над ванной горючего газа, выпущенного из ванны, и генерации тепла для плавильных реакций в ванне, причем содержащий кислород газ обычно является техническим кислородом, который является «холодным» в том смысле, что имеет температуру существенно ниже, чем требуется для надежного воспламенения угольно-кислородной смеси (т.е. ниже примерно 700-800°C); и

(c) создания существенного восходящего перемещения расплавленного материала из ванны посредством восхождения газа, чтобы создавать несущие тепло капли и брызги расплавленного материала, которые нагреваются, когда выбрасываются в область сгорания в верхнем пространстве основной камеры, а после этого падают обратно в ванну, посредством чего капли и брызги несут тепло вниз в ванну, где оно используется для плавления металлоносного материала.

Содержащий кислород газ может представлять собой воздух, кислород или обогащенный кислородом воздух.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Один вариант осуществления способа запуска плавильного процесса в плавильном сосуде в соответствии с настоящим изобретением описывается со ссылкой на сопутствующие графические материалы, на которых:

фиг. 1 представляет собой схематическое изображение устройства HIsarna для плавки металлоносного материала и производства расплавленного металла в соответствии с одним вариантом осуществления процесса HIsarna;

фиг. 2 представляет собой увеличенное изображение в поперечном сечении плавильного сосуда, представленного на фиг. 1, которое иллюстрирует состояние плавильного сосуда, когда сосуд был «неактивным» в течение более чем 15-30 минут, либо во время запуска процесса, либо во время перезапуска процесса после прерывания процесса на более чем 15-30 минут, и в сосуде присутствует жесткий слой на расплавленном металле и слои расплавленного шлака.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА (-ОВ) ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Процесс HIsarna плавит металлоносный загрузочный материал и производит производственный выход расплавленного металла, расплавленного шлака и отходящего газа. Следующее описание процесса HIsarna дается в контексте плавления металлоносного материала в форме железной руды. Настоящее изобретение не ограничивается этим типом металлоносного материала.

Устройство HIsarna, представленное на фиг. 1, содержит плавильный циклон 2 и плавильный сосуд 4 на основе плавильной ванны, имеющий основную камеру 19, расположенную прямо под плавильным циклоном 2, с прямым сообщением между камерами плавильного циклона 2 и плавильного сосуда 4.

Со ссылкой на фиг. 1, во время установившейся работы плавильного процесса, смесь руды на основе магнетита (или другая железная руда) с наибольшим размером 6 мм и флюсом, таким как например известняк 1, подается, через сушилку для руды, и с пневматическим транспортным газом 1а, в плавильный циклон 2. Известняк составляет примерно 8-10 вес.% общего потока руды и известняка. Кислород 8 нагнетается в плавильный циклон 2 через фурмы, чтобы предварительно нагревать и частично плавить, и частично восстанавливать руду. Кислород 8 также сжигает горючий газ, текущий вверх в плавильный циклон 2 из плавильного сосуда 4. Частично расплавленная и частично восстановленная руда течет вниз из плавильного циклона 2 в плавильную ванну 25 металла и шлака в основной камере 19 в плавильном сосуде 4. Частично расплавленная и частично восстановленная руда плавится, чтобы образовывать расплавленный чугун в плавильной ванне 25. Уголь 3 подается, через отдельную сушилку, в основную камеру 19 плавильного сосуда 4. Уголь 3 и транспортный газ 2а вводятся через трубки 35 в плавильную ванну 25 металла и шлака в основной камере 19. Уголь обеспечивает источник восстановителя и источник энергии. Фиг. 1 и 2 показывают, что плавильная ванна 25 содержит два слоя, из которых слой 25а является слоем расплавленного металла, а слой 25b - слоем расплавленного шлака. Фигуры представляют слои как имеющие одинаковую глубину. Это сделано лишь в целях наглядности и не является точным представлением того, что представляет собой сильно взболтанная и хорошо перемешанная ванна в работе процесса HIsarna. Перемешивание плавильной ванны 25 происходит вследствие удаления летучих веществ из угля в ванне, что генерирует газ, такой как СО и H₂, и приводит к восходящему перемещению газа и увлеченного материала из плавильной ванны в верхнее пространство основной камеры 19, которое находится выше плавильной ванны 25. Кислород 7 нагнетается в основную камеру 19 через трубки 37, чтобы дожигать некоторые из этих газов, как правило, СО и H₂, сгенерированные и выпущенные из плавильной ванны 25 в верхнем пространстве основной камеры 19, и обеспечивать необходимое тепло для плавильного процесса в ванне.

Обычная работа процесса HIsarna во время плавильного процесса включает (а) введение угля через трубки 35 и введение холодного кислорода через трубки 37 в основную камеру 19 плавильного сосуда 4 и (b) введение 7 руды и введение 8 дополнительного кислорода в плавильный циклон 2.

Рабочие условия, включая, но без ограничения, скорости подачи угля и кислорода в основную камеру 19 плавильного сосуда 4 и скорости подачи руды и кислорода в плавильный циклон 2, и потери тепла из основной камеры 19 выбираются так, что отходящий газ, покидающий плавильный циклон 2 через выходной канал 9 для отходящего газа, имеет степень дожигания по меньшей мере 90%.

Отходящий газ из плавильного циклона 2 проходит через канал 9 для отходящего газа в сжигательную печь 10 для отходящего газа, где вводится дополнительный кислород 11, чтобы сжигать остаточные СО/Н₂ и обеспечивать степень свободного кислорода (как правило, 1-2%) в полностью сожженном отработавшем газе.

Полностью сожженный отходящий газ затем проходит через участок 12 восстановления отходящего тепла, где газ охлаждается и генерируется пар. Отработавший газ затем проходит через влажный очиститель 13, где проводятся охлаждение и пылеудаление. Получающийся в результате шлам 14 доступен для переработки в плавильной печи через поток 1 подачи руды.

Холодный отработавший газ, покидающий очиститель 13, подается в устройство 15 удаления серы из отработавшего газа.

Чистый отработавший газ затем отводится через вытяжную трубу 16. Этот газ состоит в основном из СО₂ и, если необходимо, его можно сжимать и изолировать в земле (с надлежащим удалением остаточных неконденсируемых компонентов газа).

Конкретно обращаясь к увеличенному изображению плавильного сосуда 4 в поперечном сечении, представленному на фиг. 2, сосуд 4 содержит топку 33 с огнеупорной обкладкой и боковые стенки 41, определенные преимущественно панелями водяного охлаждения, которые образуют основную камеру 19. Плавильный сосуд 4 также содержит копильник 21, который соединяется с основной камерой 19 через соединение 23 копильника. В ходе плавильной работы процесса HIsarna расплавленный металл, произведенный в основной камере 19, выгружается из основной камеры 19 через соединение 23 копильника и копильник 21.

И далее обращаясь к фиг. 2, когда процесс HIsarna прерывается по какой бы то ни было причине, и процесс не работает в течение более чем 15-30 минут (т.е., за этот период времени не было ввода твердых загрузочных материалов в плавильный циклон 2 и плавильный сосуд 4), согласно пробным производственным испытаниям, упомянутым выше, жесткий слой 29 образуется на поверхности шлака в основной камере 19. Образование жесткого слоя 29 указывает, что невозможно гарантировать надежное спонтанное воспламенение угля и холодного кислорода, подаваемых в основную камеру, чтобы запустить процесс HIsarna, и, кроме того, подача угля и холодного кислорода в основную камеру при таких условиях может привести к выходу смеси несгоревших угля и кислорода из основной камеры, с возможностью взрыва угольной пыли (и связанных повреждений) в оборудовании ниже по ходу процесса.

В соответствии с одним вариантом осуществления способа настоящего изобретения, чтобы надежно запустить процесс HIsarna в этом «неактивном» состоянии, выполняются следующие этапы:

1. Шлаковое отверстие 6 открывается, и горючий материал в форме 10-20 длинных тонких древесных планок (каждая примерно от одной третьей до половины диаметра основной камеры 19 плавильного сосуда 4 в длину и такого размера, чтобы легко проходить через шлаковое отверстие 6) вручную вталкиваются в основную камеру 19.

2. Факел такого типа, который является обычным для кислородно-конвертерного сталеварения (например, BekoVuurwerk BV, HoogovenFakkel Item No 4490) вбрасывается в основную камеру 19 через шлаковое отверстие 6, и прямое визуальное наблюдение используется, чтобы подтвердить, что факел горит внутри основной камеры 19. Факел образует зону нагрева в основной камере 19.

3. Холодный кислород подается в основную камеру 19 через трубки 37 со скоростью потока примерно 10-30% обычного для процесса потока, т.е. нормального потока процесса, когда процесс HIsarna работает на номинальном производстве металла для процесса в плавильном устройстве.

4. Когда было проверено (например, путем прямого наблюдения), что внутри основной камеры 19 имеется основанное на кислороде пламя вследствие воспламенения зоной нагрева, уголь подается в основную камеру 19 через трубки 35 со скоростью примерно 5-20% от обычного для процесса потока.

5. Когда воспламенение угля было подтверждено, например, прямым наблюдением, шлаковое отверстие 6 закрывается, и композиция отходящего газа из основной камеры 19 отслеживается посредством обычной оперативной системы анализа газа, чтобы гарантировать постоянную генерацию диоксида углерода.

6. Уголь и кислород наращиваются как для обычной практики запуска, и нагревающая фаза (подаются только уголь и кислород) выполняется в течение некоторого периода, чтобы переплавить шлак в основной камере и создать подходящие условия для подачи руды. Длительность нагревающей фазы меняется в соответствии с тем, насколько долго установка была неактивной, и обычно находится в диапазоне 0,5-2 часа.

7. Когда нагревающая фаза завершается, руда и кислород подаются в плавильный циклон 2, и руда плавится и частично восстанавливается и течет вниз в основную камеру 19, и производство железа начинается в основной камере - как описано выше в отношении фиг. 1.

Приведенное выше описание фокусируется на запуске процесса HIsarna после того, как имело место прерывание процесса по меньшей мере на 15-30 минут, во время которых жесткий слой 29 шлака образуется на плавильной ванне в основной камере 19. Те же этапы 1-7 способа для запуска процесса HIsarna, изложенные выше, могут использоваться во время начального запуска процесса для процесса HIsarna в ситуации, когда жесткий слой 29 образуется во время хода этого процесса запуска.

Многие модификации могут быть внесены в вариант осуществления процесса настоящего изобретения, описанный выше, без отступления от идеи и объема изобретения.

В качестве примера, этап 1 не ограничивается использованием твердого горючего материала, и также могут использоваться газообразные или жидкие горючие материалы.

В качестве еще одного примера, настоящее изобретение не ограничивается добавлением горючего материала перед вставкой источника воспламенения в плавильный сосуд 4. А именно, могут иметь место ситуации, когда предпочтительно добавлять горючий материал после вставки источника воспламенения в сосуд и до начала подачи холодного кислорода (или другого подходящего содержащего кислород газа). В некоторых ситуациях добавление горючего материала может не требоваться вовсе, а воспламенение может быть получено на основе остаточного горючего материала в плавильном сосуде 4.

В качестве еще одного примера, визуальное (или другое) наблюдение того, что источник воспламенения зажжен, на этапе 2 может не требоваться в ситуациях, когда источник воспламенения имеет свой собственный источник кислорода.

В качестве еще одного примера, настоящее изобретение не ограничивается длительностью времени, равным по меньшей мере 15-30 минут, во время которых не имеется подачи твердых загрузочных материалов в плавильный циклон 2 и плавильный сосуд 4. Период времени может меняться в зависимости от ряда факторов, включая тип металлоносного материала и характеристики плавильного сосуда, такие как скорость теплоотдачи от шлака к сосуду. В любой данной ситуации период времени является периодом времени, требующимся для образования жесткого шлака на плавильной ванне до степени, которая является проблематичной для начала подачи холодного кислорода и угля в основную камеру 19 плавильного сосуда 4.

Приведенное выше описание фокусируется на угле как углеродистом материале и техническом кислороде для содержащего кислород газа. Настоящее изобретение не настолько ограничено и охватывает любой подходящий содержащий кислород газ и любые подходящие твердые углеродистые материалы.

Вышеописанный вариант осуществления фокусируется на процессе HIsarna. Настоящее изобретение не ограничивается процессом HIsarna и охватывает любой основанный на плавильной ванне процесс в плавильном сосуде. В качестве примера, настоящее изобретение охватывает версию процесса HIsmelt с подачей кислорода. Как указано выше, процесс HIsmelt описан в значительном количестве патентов и патентных заявок на имя заявителя. В качестве примера, процесс HIsmelt описан в международной заявке PCT/AU 96/00197 на имя заявителя. Раскрытие патентного описания, находящегося в этой международной заявке, включается в данный документ посредством перекрестной ссылки.

Изобретение относится к способу запуска или перезапуска процесса плавки металлосодержащего материала для образования расплавленного металла в плавильном устройстве. Плавильное устройство содержит плавильный сосуд, содержащий основную камеру, которая содержит ванну шлака и расплавленного металла с застывшим слоем шлака. При этом способ включает этапы: (a) вставки внешнего источника воспламенения в основную камеру плавильного сосуда для образования зоны нагрева в основной камере, (b) начала подачи холодного содержащего кислород газа в основную камеру и воспламенения горючего материала в основной камере, (c) начала подачи углеродистого материала в основную камеру и увеличения температуры в основной камере, и расплавления застывшего слоя шлака в основной камере, и (d) начала подачи металлосодержащего материала в основную камеру и плавления металлосодержащего материала и производства расплавленного металла в основной камере. Изобретение направлено на распознавание необходимости создания существенно большой и стабильной «зоны нагрева» для воспламенения кислорода и угля в основной камере плавильного сосуда независимыми средствами, т.е. независимо от и до подачи холодного кислорода и угля в основную камеру. 20 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ запуска или перезапуска процесса на основе плавильной ванны для плавки металлосодержащего загрузочного материала для образования расплавленного металла в плавильном устройстве, причем плавильное устройство содержит плавильный сосуд, содержащий основную камеру, которая содержит ванну шлака и расплавленного металла с застывшим слоем шлака, и при этом способ включает этапы:

(a) вставки внешнего источника воспламенения в основную камеру плавильного сосуда для образования зоны нагрева в основной камере,

(b) начала подачи холодного содержащего кислород газа в основную камеру и воспламенения горючего материала в основной камере,

(c) начала подачи углеродистого материала в основную камеру и увеличения температуры в основной камере, и расплавления застывшего слоя шлака в основной камере, и

(d) начала подачи металлосодержащего материала в основную камеру и плавления металлосодержащего материала и производства расплавленного металла в основной камере.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он включает подачу горючего материала в основную камеру перед этапом (а) вставки внешнего источника воспламенения в основную камеру.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что он включает подачу горючего материала в основную камеру путем ручной вставки горючего материала через отверстие в основной камере.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он включает подачу горючего материала в основную камеру после этапа (а) вставки внешнего источника воспламенения в основную камеру и перед этапом (b) начала подачи холодного содержащего кислород газа в основную камеру и воспламенения горючего материала в основной камере.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он включает начало подачи шлака или образующих шлак материалов в основную камеру и образование шлака на расплавленном металле после этапа (с) и перед этапом (d).

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что источник воспламенения приспособлен работать в течение периода времени, равного по меньшей мере 3 минутам.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что источник воспламенения выбирают на том основании, что он не требует газообразного кислорода в основной камере, чтобы оставаться зажженным.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что источник воспламенения для этапа (а) содержит свой собственный, бортовой, кислород, так что он горит независимо от того, находится ли он в воздухе, кислороде или азоте.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что источник воспламенения для этапа (а) представляет собой факел на магниевой основе.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он включает проверку того, что внешний источник воспламенения зажжен в основной камере после вставки внешнего источника воспламенения в основную камеру на этапе (а).

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что этап проверки того, что источник воспламенения зажжен в основной камере, осуществляют путем прямого обзора или посредством камеры, установленной в подходящем отверстии в плавильном сосуде.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап (b) начала подачи холодного содержащего кислород газа и воспламенения горючего материала в основной камере включает начало подачи кислорода в основную камеру и воспламенение горючего материала в основной камере.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что этап (b) начала подачи холодного содержащего кислород газа и воспламенения горючего материала в основной камере включает начало подачи технического кислорода при температуре подачи ниже 800°С в основную камеру и воспламенение горючего материала в основной камере.

14. Способ по п. 12, отличающийся тем, что количество холодного содержащего кислород газа составляет 10-30% от обычного кислородного потока для плавильного процесса на основе плавильной ванны.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что он включает проверку воспламенения горючего материала после этапа (b) воспламенения горючего материала в основной камере.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что этап проверки воспламенения осуществляют путем прямого обозрения или посредством подходящей камеры, что материал горит в основной камере.

17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап (с) начала подачи углеродистого материала включает подачу углеродистого материала в основную камеру при температуре загрузки ниже 150°С.

18. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап (с) включает проверку того, что генерирование двуокиси углерода в основной камере происходит посредством оперативной системы анализа газа.

19. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап (d) включает наращивание подачи содержащего кислород газа и углеродистого материала, поданных на ранних этапах, или подачу увеличивающихся объемов другого содержащего кислород газа и углеродистого материала в основную камеру.

20. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап (d) включает наращивание подачи металлосодержащего материала в основную камеру.

21. Способ по п. 1, отличающийся тем, что плавильный процесс на основе плавильной ванны включает этапы:

(a) подачи твердого углеродистого материала и металлосодержащего материала в плавильную ванну и генерирования реакционного газа, и плавления металлосодержащего материала, и производства расплавленного металла в ванне,

(b) подачи содержащего кислород газа в основную камеру для сжигания над ванной реакционного газа для генерирования тепла для плавильных реакций в ванне; и

(c) создания существенного восходящего перемещения расплавленного материала из ванны посредством восхождения газа для создания несущих тепло капель и брызг расплавленного материала, которые нагреваются, при выбросе в область сгорания в верхнем пространстве основной камеры, а после этого падают обратно в ванну, благодаря чему капли и брызги несут тепло вниз в ванну, в которой его используют для плавления металлосодержащего материала.