Шахтная печь с колошниковым газораспределительным устройством Российский патент 2024 года по МПК C21B13/02 C21B7/18 F27B1/02 

Изобретение относится к области прямого получения железа в шахтных печах, но может быть применено и в других областях техники (при подготовке сырьевых материалов к металлургическому переделу, в доменном производстве), где требуется обрабатывать слой материала газом равномерно по сечению агрегата.

Известны шахтные печи для прямого получения железа по способу Мидрекс, снабженные устройствами для подвода восстановительного газа в рабочее пространство с периферии и периферийными газоотводами для удаления отработанного газа из надслоевого (колошникового) пространства печи [1,2]. Преимущественное распространение газа по периферии слоя, приводящее к получению неоднородного по степени металлизации продукта, является существенным недостатком данной конструкции, ограничивающим возможность увеличения поперечных размеров и единичной мощности слоевого агрегата.

Известны конструктивные решения, связанные с перераспределением газопотоков от периферии к центру печи, с получением «пикообразного» уровня засыпи в слое шихты, за счет обычной системы загрузочных труб [3], либо двухконусного загрузочного аппарата для послойной загрузки шихты [4]. Перепады параметров в газопотоках между периферии и центром печи достаточно велики, что приводит к неоднородности обработки шихты и разнице в качестве металлизованного продукта.

Известна также конструкция шахтной печи для прямого получения железа, принятая за прототип [5], где повышение равномерности газораспределения обеспечивается за счет управляемого отвода газа из верхней части печи через центральный и периферийный газоотводы колошникового газораспределительного устройства (КГУ), при заданном соотношении площадей горизонтального сечения шахты и входного отверстия центрального газоотвода (ЦГ) с его заглублением в слой обрабатываемого материала. Однако возможности управления процессом газораспределения в шахтной печи здесь весьма ограничены и поэтому конструктивные параметры ЦГ следует поменять.

Целью изобретения является увеличение выхода годного продукта путем стабилизации качества обработанного материала (губчатого железа) в шахтной печи.

Поставленная цель достигается тем, что для повышения равномерности газораспределения, улучшая конструкцию КГУ, ЦГ должен быть установлен в колошниковом пространстве шахтной печи (соосно с печью). Входная часть ЦГ должна быть заглублена в слой шихты (как в прототипе [5]), а его выходная часть расположена внутри периферийного газоотвода (ПГ), чтобы площадь сечения ЦГ составляла 0,25 - 0,75 площади сечения ПГ.

Шахтная печь с КГУ оборудована дополнительным трубопроводом - байпасом, соединяющим надслоевое пространство печи с трубопроводом колошникового газа, байпас при этом снабжен дроссельным регулирующим устройством.

В шахтной печи с КГУ, выходная часть ЦГ не должна доходить до места соединения байпаса с трубопроводом колошникового газа. Кроме этого, выходная часть ЦГ должна быть снабжена дроссельным регулирующим устройством.

На фигуре изображена шахтная печь 1 с КГУ, которая состоит из нескольких зон, включая зону восстановления 2, промежуточную зону 3, устройств загрузки шихты (окисленных окатышей) с трубами 4 и выгрузки обработанного материала (губчатого железа) 5, подачи природного газа через фурмы 6 в промежуточную зону 3, газораспределительное устройство технологического (восстановительного) газа 7 на входе в зону термохимической обработки шихты (восстановления) 2, центральный 8 и периферийный 9 газоотводы КГУ, снабженные дроссельными регулирующими устройствами 10 и 11, центральный 8 и периферийный 9 газоотводы соединены с трубопроводом колошникового газа 12.

Шахтная печь с КГУ работает следующим образом.

Холодный железорудный материал (окисленные окатыши) по трубам 4 опускается в печь 1, образуя плотный слой шихты, который движется вниз под действуем гравитационных сил, последовательно проходя все зоны обработки технологическим газом, восстанавливается и выгружается из печи 1. Технологический газ посредством газораспределительных устройств 7 вводится в зону восстановления 2 печи 1, фильтруется через слой железорудного материала, взаимодействует с ним и выводится из печи 1 в трубопровод колошникового газа 12 через центральный 8 и/или периферийный 9 газоотводы. Вследствие того, что с помощью дроссельных регулирующих устройств 10 [КЮИ1] и 11 попеременно изменяются гидравлические сопротивления центрального 8 и периферийного 9 газоотводов, фильтрующийся через слой материала газ периодически меняет направление, устремляясь то к центральной части слоя, то к периферии. При этом повышается равномерность обработки материала и улучшается качество продукции. Это является особенно важным для крупных шахтных печей со значительным поперечным сечением шахты, для которых характерна существенная неравномерность обработки слоя материала при обычном способе отвода газа.

В завершение процесса металлизации в промежуточной зоне 3 печи 1 происходит подача природного газа через фурмы 6 с распадом его углеводородов путем образования водорода и цементита железа (Fe₃C) для науглероживания обработанного материала (губчатого железа) 5.

Изобретение отличается от известных газораспределительных устройств шахтных печей возможностью создания более равномерного распределения газопотоков и их энергетического потенциала в крупных печах повышенной мощности, обеспечив на этом крупномасштабное производство металлизованного продукта для высококачественных сталей.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Гиммельфарб А.И., Неменов А.М., Тарасов Б.Е. Металлизация и электроплавка железорудного сырья. М.: Металлургия, 1981, с. 152.

2. Ровнушкин В.А., Боковиков Б.А., Братчиков С.Г. и др. Бескоксовая переработке титаномагнетитовых руд. М.: Металлургия, 1988, с. 247.

3. Пчелкин С.А., Юртаев А.А. Газовщик шахтной печи металлизации. М.: Металлургия, 1991, с. 127.

4. Тарасов В.П. Газодинамика доменного процесса. М.: Металлургия, 1990, с. 216.

5. Патент №1253147, МПК С21 В 13/02, 1993 (прототип). - Шахтная печь для прямого получения железа. / Боковиков Б.А., Кудрявцев В.С., Привалов С. В. и др.

Изобретение относится к областям техники, где требуется обрабатывать слой материала газом равномерно по сечению агрегата. Шахтная печь с колошниковым газораспределительным устройством содержит шахту, устройства загрузки, разгрузки и подвода технологического газа в слой материала, центральный и периферийный газоотводы, соединенные с трубопроводом колошникового газа. Печь оборудована дополнительным трубопроводом - байпасом, соединяющим надслоевое рабочее пространство печи с трубопроводом колошникового газа, байпас снабжен дроссельным регулирующим устройством, выходная часть центрального газоотвода выполнена внутри периферийного газоотвода, при этом соотношение площадей их проходных сечений составляет 0,25-0,75, а выходная часть центрального газоотвода не доходит до места соединения байпаса с трубопроводом колошникового газа и снабжена дроссельным регулирующим устройством. Технический результат заключается в увеличении выхода годного продукта. 1 ил.

Шахтная печь с колошниковым газораспределительным устройством, содержащая шахту, устройства загрузки, разгрузки и подвода технологического газа в слой материала, центральный и периферийный газоотводы, соединенные с трубопроводом колошникового газа, отличающаяся тем, что печь оборудована дополнительным трубопроводом - байпасом, соединяющим надслоевое рабочее пространство печи с трубопроводом колошникового газа, байпас снабжен дроссельным регулирующим устройством, выходная часть центрального газоотвода выполнена внутри периферийного газоотвода, при этом соотношение площадей их проходных сечений составляет 0,25-0,75, а выходная часть центрального газоотвода не доходит до места соединения байпаса с трубопроводом колошникового газа и снабжена дроссельным регулирующим устройством.