Способ выплавки чугуна в доменной печи Российский патент 2020 года по МПК C21B5/00 

Область техники

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству чугуна путем плавления шахты, состоящей из руды и топлива, в доменных печах с использованием в качестве топлива древесного угля.

Уровень техники

Известно, что древесный уголь обладает существенно меньшей механической прочностью в сравнении с коксом, а также повышенными показателями прочности при восстановлении. Поэтому доменные печи, работающие на древесном угле, имеют меньшую высоту и больший диаметр в сравнении с доменными печами, работающими на коксе.

Недостатком работы таких печей является низкая топливная удельная мощность из-за чего, собственно, и приходится изменить объем печи (меньшая высота и больший диаметр).

Чтобы применять древесный уголь в существующих доменных печах необходимо изменить тепловые характеристики угля, а именно повысить при том же объеме его теплотворную способность.

Известен способ получения чугуна и оксидных материалов на антраците, включающий загрузку материалов в шахту и подачу дутья в кислородную зону, позволяющий заменить кокс на антрацит (патент RU 2335718. МПК F27B 1/00, С21С 1/08, опубл. 10.10.2008). Основной недостаток способа плавки на антраците - низкая термическая стойкость, вследствие чего он при быстром нагреве выше 800°С и большом давлении столба металлической шихты растрескивается на мелкие куски, которые уменьшают свободное сечение шахты и приводят к нарушению хода плавки, и даже превращаются в пыль, забивают кислородные каналы вследствие чего может произойти погасание огня и застывание расплава.

Известен способ выплавки чугуна в доменной печи, включающий загрузку в доменную печь кокса, железорудного материала, флюсующей добавки, вдувание дутья и топлива, и загрузку твердой топливной добавки в периферийную кольцевую зону колошника шириной 0,1-0,5 радиуса печи. Количество добавки обеспечивает поступление в печь 0,5-55% всего углерода, поступающего в печь с коксом, твердой топливной добавкой и вдуваемым топливом. В воздушные фурмы вдувают дополнительно мелкодисперсные минеральные материалы в количестве, обеспечивающем поступление с ними в печь 1,0-50% всего железа и 0,01-40% всего СаО, поступающих в печь. В качестве твердой топливной добавки используют мелкофракционный кокс, и/или фракционированный, или брикетированный каменный уголь, и/или торфяные или торфорудные брикеты, а в качестве мелкодисперсных минеральных материалов - железную руду, и/или концентрат, и/или известь, и/или промышленные отходы. Способ направлен на снижение расходов на выплавку чугуна металлургического кокса и подготовленных железорудных материалов, а также на утилизацию отходов металлургического производства (патент RU 2207381, МПК C21B 5/00, опубл. 27.06.2003).

Недостатком указанного способа является то, что при сгорании кокса образуется двуокись углерода (CO₂), являющаяся парниковым газом, который влияет на глобальное изменение климата.

Известно пылеугольное топливо для доменной плавки из углеродсодержащего материала. Изобретение описывает пылеугольное топливо для доменной плавки из углеродсодержащего материала, при этом углеродсодержащий материал включает 50-55 мас.% низкозольного и низкосернистого тонкоразмолотого угля с низким выходом летучих веществ, 40-45 мас.% мелкодисперсного полукокса, полученного при температуре 600-650°C из низкозольных и низкосернистых бурых углей, и 5-10 мас.% пылевидных отходов процесса сухого тушения металлургического кокса. Использование материалов с низким выходом летучих веществ позволяет улучшить экологические показатели процесса выплавки чугуна в доменных печах. Повышенное интенсивное тепловыделение при окислении, обусловленное высокой химической активностью буроугольного полукокса, позволяет обеспечить достижение необходимой величины коэффициента замены кокса при меньшем расходе пылеугольного топлива, а также более рационально утилизировать высокоуглеродистые отходы процесса сухого тушения металлургического кокса (патент RU 2565672, МПК C10L 5/00, опубл. 20.10.2015).

Недостатком указанного изобретения является выделение парниковых газов.

Известно пылеугольное топливо для доменной плавки из углеродсодержащего тонкомолотого исходного материала, представляющего собой продукт с выходом летучих веществ до 25% в количестве (3-100) масс.%, полученный путем замедленного полукоксования тяжелых нефтяных остатков, топливо содержит десульфуратор, при этом соотношение углеродсодержащего тонкомолотого исходного материала и десульфуратора составляет: углеродсодержащий тонкомолотый материал - (90-99), масс.%; десульфуратор - (10-1), масс.%. Использование пылеугольного топлива в энергетической области и области черной металлургии, а именно в процессе доменного производства чугуна позволяет повысить экономичность доменного производства и улучшить экологичность доменного производства. Также позволяет расширить сырьевую базу, используемую в качестве пылеугольного топлива, связанную с доменным производством (патент RU 2490316, МПК C10L 5/00, опубл. 20.08.2013).

Недостатком указанного изобретения является также выделение парниковых газов, источником которых является уже не кокс, а нефть, которая также как и кокс является невозобновляемым источником энергии.

Известен способ выплавки чугуна, принятый за прототип, включающий периодическую загрузку шихты, содержащей железорудное сырье, флюсующие добавки и кусковое твердое топливо, подачу через фурменные приборы высоконагретого обогащенного кислородом дутья совместно с пылеугольным и газообразным топливом, накопление жидких продуктов плавки в металлоприемнике и их периодический выпуск, отличающийся тем, что кусковое твердое топливо и железорудное сырье с флюсующими добавками совместно с высоконагретым обогащенным кислородом дутьем с пылеугольным и газообразным топливом подают в самостоятельные рабочие пространства, связанные металлоприемником, при этом кусковое твердое топливо загружают в рабочее пространство, ограниченное шахтой, в количестве, обеспечивающем процессы регенерации CO₂, H₂O для прямого восстановления элементов чугуна и науглероживание металла в металлоприемнике, железорудное сырье используют тонкоизмельченным и вдувают его в рабочее пространство, ограниченное куполообразным реактором, совместно с высоконагретым обогащенным кислородом дутьем с пылеугольным и газообразным топливом, организуя газовый поток в реакторе сверху вниз, в металлоприемнике - горизонтально, а в шахте - снизу вверх, при этом соотношение C-CH₄-Fe-O₂ в дутье поддерживают в количестве, обеспечивающем температуру горения в купольной части реактора - 1800-2000°С, а в средней его части - 2000-2200°С. В качестве твердого топлива используют кокс, антрацит или формованный энергетический уголь. В качестве пылеугольного и газообразного топлива используют энергетический уголь и природный газ соответственно. Также заявлен металлургический агрегат для выплавки чугуна, включающий указанный способ. Изобретение направлено на создание способа выплавки чугуна с разделением в двух рабочих пространствах механических, теплофизических, окислительно-восстановительных, газодинамических процессов, а также процессов плавления и науглероживания металла. Также заявленная группа изобретений позволяет уменьшить высоту металлургического агрегата, снизить требования к загружаемому топливу и железорудному сырью (патент RU 2151197, МПК C10L 5/00, опубл. 20.06.2000).

Недостатком указанного изобретения является выделение парниковых газов от снижения не возобновляемого источника энергии - каменного угля, из которого делают кокс для осуществления этого способа выплавки чугуна.

Раскрытие изобретения

Задачей заявленного способа является решение проблемы выброса парниковых газов за счет использования в качестве топлива древесного угля, который с целью использования способа в обычных доменных печах насыщают метаном за счет адсорбции природного газа.

Техническим результатом является снижение выбросов парниковых газов при выплавке чугуна, так как древесный уголь является возобновляемым источником энергии.

Заявленный технический результат достигается тем, что в качестве топлива используют древесный уголь, насыщенный метаном за счет адсорбции на угле природного газа.

Способ выплавки чугуна в доменной печи включает завалку железорудного сырья и топлива в доменную печь, где в качестве топлива используют древесный уголь, насыщенный метаном в виде адсорбированного природного газа.

От прототипа заявляемый способ отличается тем, что в качестве топлива используют возобновляемый источник энергии - древесный уголь, который с целью использования способа в стандартных доменных печах, которые ранее работали на коксе. Чтобы реализовать новый способ в тех же доменных печах, в которых выплавляли чугун на коксе, древесный уголь насыщают метаном за счет адсорбции природного газа. Из уровня техники известно использование древесного угля в качестве топлива, но в этом случае доменная печь должна иметь меньшую высоту и больший диаметр, то есть в стандартных, а не специально построенных доменных печах применять древесный уголь невозможно.

Осуществление изобретения

При использовании в качестве топлива для доменной печи вместо кокса древесный уголь, насыщенный метаном, наблюдается снижение выбросов парникового газа в атмосферу до нуля, так как выброс от возобновляемого источника не влияет на глобальное потепление климата.

Сущность заявленного изобретения состоит в том, что древесный уголь перед загрузкой в доменную печь насыщают адсорбированным природным газом, который десорбируется в верхних слоях шахты и сгорает, нагревая ее, что в целом увеличивает тепловую мощность печи. Объёмы адсорбированного метана могут варьироваться в широком диапазоне в зависимости от конкретного производства.

Таким образом, разработан способ выплавки чугуна, за счет которого снижаются вредные выбросы углекислого газа в атмосферу при производстве чугуна, а также повышается тепловая способность угля.

Предложенное изобретение является эффективным и может быть использовано в промышленных масштабах в металлургии.

Изобретение относится к способу производства чугуна в доменной печи. Способ включает завалку железорудного сырья и древесного угля в качестве топлива в доменную печь, при этом древесный уголь перед завалкой насыщают метаном путем адсорбции из природного газа с обеспечением десорбции метана в верхних слоях шахты при плавке. Обеспечивается снижение выбросов парниковых газов при выплавке чугуна, повышение тепловой способности угля и тепловой мощности печи.

Способ выплавки чугуна в доменной печи, включающий завалку в доменную печь железорудного сырья и завалку древесного угля в качестве топлива и плавку, отличающийся тем, что перед завалкой в доменную печь древесный уголь насыщают метаном путем адсорбции его из природного газа, при этом обеспечивают десорбцию метана в верхних слоях шахты при плавке.