Способ получения жидкого чугуна или продуктов стали и восстановительного газа в плавильном газификаторе Советский патент 1989 года по МПК C21B13/00 

1

Изобретение относится к способу получения жидкого чугуна или продуктов стали и восстановительного газа в плавильном газификаторе, в котором путем добавления угля и вдувания кислородсодержащего газа образуется первая зона псевдоожиженного слоя из частиц кокса с усиленным движением частиц над плоскостью вдувания (первая плоскость вдувания) частиц губчатого железа и/или предварительно восстановленных частиц железной руды со значительной долей частиц размером более 3 мм, при этом используется плавильный реактор для осуществления способа, состоящий из сосуда с огнеупорной футеровкой с отверстиями для подачи угля, железосодержащего материала, а также для выпуска полученного восстановительного газа, далее с отверстиями для выпуска расплава металла и шлаков, а также с трубами и соплами, которые выходят в плавильный реактор над зеркалом ишака, по меньшей мере, на двух разных высотах.

Целью изобретения является повышение производительности плавки.

На чертеже представлен плавильный реактор для реализации способа, разр

В плавильном реакторе стенки 2 с внутренней стороны облицованы огнеупорной футеровкой. Крышка 3 плавильного реактора 1 имеет три сквозных отверстия 4-6. Отверстие 4 служит для засыпки угля или кокса 7 различной зернистости или крупности кусков. Через отверстие 5 добавляется имеющий форму частичек железосодержащий материал 8, предпочтительно губчатое железо со значительной долей частичек

0 величиной более 3 мм. Целесообразным является подвод губчатого железа с температурой около 700 С. Для отвода получающегося восстановительного газа предусмотрен трубопровод 9,

вставленный в отверстие 6. Отведенный восстановительный газ применяется преимущественно для предварительного восстановления или восстановления окисной железной руды.

Плавильный реактор имеет нижнюю часть А, среднюю часть В и- между обеими этими частями промежуточную часть С, далее над средней частью В верхнюю часть П, поперечное сечение которой расширено и которая.служит в качестве успокоительной части. В области дна нижней части А плавильного реактора 1, которая служит для приема расплавленного металла

0 и жидких шлаков, в стенке 2 предусмотрено выпускное отверстие 10 для расплава 11. Несколько выше в нижней

0

5

части А находится отверстие 12 для

выпуска шлаков.

I

В нижней области средней части В

плавильного реактора 1 через отверстие 13 в стенке 2 пропущена сопловая труба 14, по которой подается ки лородсодержащий несущий газ и носитель углерода в первую горизонтальную плоскость 15 вдувания в плавильный реактор 1. Предпочтительно следует иметь много отверстий 13 с сопловыми трубами 14 в этой плоскости плавильного реактора. В средней части В образуется первая зона псев- доожиженного слоя 16 из частиц кокса с сильным движением частиц.

Промежуточная часть С, которая сделана цилиндрической, предусмотрен для приема второй зоны 17 псевдоожи- женного слоя из частичек кокса со слабым или незаметным движением част чек или из неподвижной постели из частичек кокса.

Через стенку промежуточной части С проведены направленные на центральную ось 18 плавильного реактора 1 подающие устройства, в данном случае сопловые трубы 19, для кислородсодержащего газа и носителей углерода, которые выступают во вторую зону 17 из частиц кокса и выход которых находится немного выше слоя шлака 20. На чертеже изображена только одна сопловая труба 19, В зависимости от величины плавильного реактора могут быть предусмотрены 10-40, предпочтительно 20-30, сопловых труб 19, входы которых расположены во второй горизонтальной плоскости 21 вдувания Сопловые трубы 19 установлены с возможностью поворота вертикально по направлению двойной стрелки 22. Сопловые трубы 14, по которым подается несущий газ или дополнительное топливо в первую зону псевдоожиженного слоя 16, выполнены с возможностью поворота вертикально.

Железосодержащий материал 8, введенный через отверстие 5 после того, как он провалится через служащую успокоительным пространством верхнюю часть Г плавильного реактора попадает в первую зону псевдоожиженногс слоя 16, в которой он притормажива- ется и нагревается. Мелкие частички расплавляются, просачиваются через зону 17 из частиц кокса и попадают

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

в нижнюю часть А. Е олге крупные частички сначала остаются лежать на второй зоне 17 или удерживаются в верхнем слое ттой -юны до тех пор, пока они под воздействием вьюокой температуры в области первой плоскости 15 вдувания не расплавятся. Во второй зоне просачивающийся вниз металлический расплав перегревается и может быть при необходимости обработан путем реакции с мелкими частицами присадочных веществ, подаваемых по сопловым трубам 19. Выпускаемый из отверстия 10 достаточно горячий металлический расплав 11 может быть подвергнут дальнейшим металлургическим операциям по его обработке. Над расплавом 11 собирается слой жидких шлаков 20, которые отводятся через выпускное отверстие 12.

Частицы угля во время работы плавильного реактора должны быть непрерывно пополняемы ерез отверстие 4, при этом более крупные куски, кот. торые употреблены для построения второй зоны 17, проваливаются сквозь первую зону 16.

Способ осуществляют следующим образом.

Под первой зоной псевдоожиженного слоя из частиц кокса с усиленным движением частиц образуется дальнейшая зона из частиц кокса со слабым или незаметным движением частиц или из газопроницаемой неподвижной постели из частиц кокса. Это происходит таким путем, что под первой плоскостью вдувания для первой зоны псевдоожиженного слоя предусмотрена вторая плоскость вдувания для второй зоны. Подвод газа во вторую плоскость вдувания регулируется частицами ко кса во второй зоне, которые слабо движутся или практически совсем не движутся. В каждом случае эта вторая зона должна быть газопроницаемой для того, чтобы можно было горючие газы, образованные во второй зоне вдувания, отвести вверх. Вторая зона построена из относительно больших частиц кокса. Предпочтительно вторая зона образуется в основном из частиц кокса величиной зерен 2-70 мм, в частности из зерен величиной 10- 30 мм. С этой целью крупнокусковой уголь подается сверху в плавильные реактор, который при прохождении

через первую зону псевдоожиженного слоя не газифицируется полностью и в -форме более крупных частиц кокса собирается во второй зоне. Дополнительно в качестве носителей углерода для построения второй зоны можно также применить кокс - высокотемпературный буроугольный кокс (ВНТ - кусковой кокс). Согласно предлагаемому способу к первой и второй плоскостям вдувания подводятся кислородсодержащие газы (воздух, технически чистый кислород или их смеси), которые путем экзотермических реакций обеспечивают высокий подвод тепла. Вторая зона из спокойных частиц кокса или из слабо движущихся частиц кокса находится между двумя вь соко- температурными зонами, именно между обеими плоскостями вдувания кислородсодержащих газов, и поскольку через нее проходят горячие газы второй нижней плоскости вдувания (даже при плохом качестве угля) зона нагревается сама до температуры, превышающей температуру плавления железосодержащего материала. Предпочтительно, температура во второй зоне под сернистых соединений и к восстанов- ленпю РеО содержащегося в шлаках. Качество продуктов металла поддает- ся воздействию путем ввода носителей углерода и/или присадочных веществ во вторую зону.

Поскольку плоскость расплавления для более крупных частиц губчатого

железа перемещена из шлаковой ванны в верхнюю часть второй зоны и в шлаке вую ванну попадает только расплавленный материал с соответствующей высокой температурой возможно даже при

5 применении низкосортного угля достичь достаточно высокой температуры в шлаковой ванне и в расплаве, при этом после выпуска чугуна или материала стали зона имеет достаточную

0 высокую температуру для того, чтобы провести после этого желаемые металлургические реакции. Более крупные частицы губчатого железа, которые остаются лежать сверху на второй зо5 не, могли бы быть здесь расплавлены, т.е. в первую плоскость вдувания между первой зоной псевдоожиженного слоя и второй зоной подводится кислородсодержащий газ, и в этой области

Изобретение относится к способу получения жидкого чугуна или продуктов стали и восстановительного газа в плавильном газификаторе. Цель - повышение производительности плавки. В плавильном реакторе 1 путем подачи угля 7 и посредством вдувания кислородосодержащего газа образуется первая зона 16 псевдоожиженного слоя из частиц кокса с сильным движением частиц над плоскостью вдувания /первая плоскость 15 вдувания/. В первую зону псевдоожиженного слоя сверху подаются частицы губчатого железа и/или предварительно восстановленные частицы железосодержащего материала 8 с преимущественной долей частиц величиной более 3 мм. При применении в основном железосодержащего материала с величиной частичек более 3 мм и/или при применении угля низкого качества, а также для повышения температуры металлического расплава 11 настолько, чтобы были облегчены металлургические реакции с полученным жидким чугуном или предварительным материалом стали, для уменьшения высоты плавильного реактора ниже первой плоскости 15 вдувания и выше зеркала шлаковой ванны лежит вторая плоскость 21 вдувания кислородосодержащего газа. Здесь подвод газа регулируется так, что между обеими плоскостями 21, 15 вдувания образуется вторая зона 17 псевдоожиженного слоя из частиц кокса со слабым или незаметным движением частиц или газопроницаемого слоя постели из твердого вещества (из частиц кокса). Температура во второй зоне 17 поддерживается выше температуры плавления железосодержащего материала 8. 5 з.п.ф-лы, 1 ил.

держивается на JOO-300 С выше темпера- 30 достигается протекание экзотермичестуры плавления жидкого металла и шлаков. Благодаря относительно компактной постели из частиц кокса во второй зоне процесс расплавления более крупных частиц губчатого железа перено- сится из шлаковой ванны наверх, поскольку заторможенные и нагретые в первой зоне псевдоожиженного слоя более крупные частицы губчатого железа не могут непрсредственно попасть до самой шлаковой ванны, а остаются лежать на или в верхних слоях второй зоны и расплавляются в районе первой зоны вдувания.

Расплавленный материал просачивает ся через нижнюю вторую зону и достигает при этом температуры примерно 1400-1500°С. В области этих температур при реакции углерода с кислоро- дом через СО получается исключительно окись углерода, в этой восстанавливающей атмоссЬере полученный чугун не может быть снова окислен после восстановления. Во второй зоне воз- можные такие металлургические реакции как науглероживание, восстановление кремния и марганца. Это относится, в частности, также к очистке от

кои реакции.

Положение газопроницаемой постели из зернистых твердых веществ зависит принципиально от величины зерен и плотности твердого материала, а также от скорости струящегося газа. Потеря давления газа в зависимости от высоты постели возрастает сростом скорости газа до тех пор, пока не будет достигнута точка разрыхления nor стели из твердого вещества, в которой постель переходит в состояние псевдоожиженного слоя.

Если вторая зона построена из крупнокускового слоя кокса, тогда газ может проходить через нее с относительно высокой скоростью без того, чтобы появилось разрыхление этого слоя.

Если вторая зона образована из частиц кокса с примерно одинаковой величиной зерен, как и в первой зоне псевдоожиженного слоя, т.е. из частиц диаметром 0,5-10 мм, предпочтительно 1-3 мм, газы во вторую зону должны быть введены с соответственно более низкой скоростью, -чем в первую зону псевдоожиженного слоя

7147

Выгодной является высота второй зоны 1,0-3,0 м, предпочтительно около 2 м.

Подача энергии во вторую тону происходит путем сжигания частиц кокса с помощью подведенного кислорода. Для дальнейшего регулирования температуры или для того, чтобы уменьшить скорость горения кокса во второй зоне в ней вводится часть полученных восстанавливающих газов, жидкие углеводороды и/или угольная мелочь дополнительно в качестве, носителей углерода.

Кислородсодержащий газ и при необходимости носители углерода, и/или присадочные вещества могут быть введены во вторую зону в любом месте. Предпочтительно они вводятся сбоку в нижнюю часть -этой зоны.

Кислородсодержащий газ и/или носители углерода, и/или присадочные

вещее-11 вводится во вторук. зону из

i

частиц кокса в разных плоскостях.

Целесообразно кислородсодержащие газы и/кли носители углерода вводить во вторую зону из частиц кокса в предварительно нагретом виде.

регулирования температуры вто- 30 h интеРвале между

дном плавильного ре исходя из мощности поперечного сечения вильного реактора г мер, высота нижней п при производительно Т

рой зоны содержащий С0а газ, например колошниковый газ, включенный в процесс восстановительной шахты, может быть обратно введен в горячую вторую зону. При этом в эндотермическом восстановлении СО, превращается в СО. Отсюда получается снова полезный восстанавливающий газ, который дополнительно поступает в процесс. Вместо колоиникового газа ис- пользуются углеводсфоды в жидком или газообразном виде.

Для того, чтобы получить равномерное проникновение газа и но возможности сильный нагрев второй зоны, газы во второй плоскости вдувания вдуваются со скоростью, л еж ante и ниже скорости разрыхления постели из твердого вещества.

Расстояние поверхности сопел от дна плавильных реакторов может быть вычислено по следупщим формулам:

Ь|.П( , (1)

где h - высота нижней (второй) плоскости вдувания, м; С, - константа от 0,20 до 0,30м (безопасное значение, что8

бы препятствовать эллт ке сопел жидким шлаком);

константа 2,98 --j (при допущении плотности расплава, t

равной 7,6

гО

п

15

г..

20

5

4

производительность плавлеТния -;

интервал между выпусками,

h;

диаметр плавильного реактора, м;

высота верхней (первой) плоскости вдувания, м; константа материала топлива , м,

i; r

г

+ 0,5 С

0 h интеРвале между

(-)

Высота нижней зоны вдувания над

дном плавильного реактора получается исходя из мощности (объем)выпуска и поперечного сечения основания плавильного реактора газификации. Например, высота нижней плоскости вдувания при производительности плавления в 40 Т

вытгсками 2h и

5

о

диаметре в свету в основании пллвилъ- ного реактора в 3 м составляет 3,18 - 3,28 м. Значение для С. варьируется от 1 до 5 м в зависимости от качества примененного топлива. Если применяется мелкокусковое топливо с большой теплотворной, способностью и с хорошей реактивностью, значение для Сг приближается к 1 м, что соответствует расстоянию плоскостей вдувания между собой около 0,5 м. Если газификации подвергается крупнокусковой материал с низкой теплотой сгорания и/или низкой реактивностью, это значение 5 для С2 повышается до 5 м; и отсюда получается расстояние между обеими плоскостями вдувания по отношению друг к другу около 2,5 м.

Газы во вторую плоскость вдуваются с периодически изменяющейся (пульсирующей) скоростью. Таким образом, можно надежно избежать завихрений в этой зоне, возможные в постели неподвижного кокса максимумы давления могут быть снижены, т.е. местные скопления излишнего кислородсодержащего газа или восстановительного газа лучше распределяются в неподвижной постели.

0

5

914

Предпочтительно во второй плоскости вдувания газа пульсирующие вдуваются с продолжительностью периодичности от 10 с до 2 мин, при этом пиковые значения периодически меняющейся скорости кратковременно превышают скорости разрыхления, соответствующие образованию в неподвижной постели сквозных скоростей.

Если предусмотрено несколько со- .пел для введения газа во вторую зону, они могут быть попеременно нагружаемы большим или меньшим количеством газа, при этом продолжительность периода в зависимости от дия- метра и от высоты второй зоны точно

также могутбыть установлены между 10 с и 2 мин. Поскольку потеря давления газа в постели кокса при превышении скорости разрыхления проходит через максимум при описанном пульсирующем вводе газа, во вторую зону могут быть введены большие массы газа. Величина начального давления, подлежащего установлению, на выходе из газоподводящего устройства получается в основном путем суммирования потери давления в первой зоне коксового псевдоожиженного слоя и потери давления во второй зоне.

Форм ула изобретения

0

006

10

восстановленного железа с размером частиц 3 мм, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности плавки, для образования промежуточного слоя из частиц кокса дополнительно вдувают кислородсодержащий газ ниже первой плоскости вдувания кислородсодержащего газа, но выше плоскости плавления губчатого железа и/или предварительно восстановленного железа, при этом температуру в промежуточном слое поддерживают на 100-300 Г. выше температуры плавления

содержащего железо материала изменением подачи кислорода.

10 с до 2 мин, при этом максимальное значение скорости вдувания поддерживают выше скорости разрыхления частиц кокса в промежуточном слое в течение 1-30 с.

части промежуточного слоя вводят добавки.

6.Способ по п.5, отличающийся тем, что кислородсодержащий газ и/или носители углерода предварительно нагревают.