Шахтная печь Советский патент 1992 года по МПК C21B7/00 

со

С

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к получению в шахтной печи горячих восстановительных газов (ГВГ). Фазы в нем и расширение топливной базы путем использования твердого топлива с низкими физическими свойствами. Печь содержит шахту, распор, заплечики горн, устройство для подачи комбинированного дутья и отвода ГВГ, пережим, выполненный в форме усеченного конуса с обращенным вверх основанием, нижняя часть которого переходит в цилиндр. Нижняя часть пережима расположена выше середины распара по расстоянию h tg 6(D - d) ± hp/2, где в - угол естественного откоса шихтовых материалов; D - диаметр распара; d - диаметр нижней части кольцевого пережима; пр - высота распара. Цель достигается снижением скорости истечения газа в газоотводя- щие патрубки и уменьшением давления столба шихты на шихтовые материалы ниже пережима. 2 ил.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, а именно к получению в шахтной печи горячих восстановитепьных газов (ГВГ).

Известна шахтная печь, включающая колошник, шахту, распар, заплечики, горн, устройства подачи комбинированного дутья и отбора восстановительного газа на колошнике .

Недостатки известной шахтной печи заключаются в том,что она не предусматривает использование твердого топлива с низкими термомеханическими свойствами, а восстановительный газ, отбираемый на колошнике, имеет низкую температуру и высокое содержание окислителей.

В качестве прототипа взята шахтная печь, включающая шахту, распар, заплечики, устройства подачи комбинированного дутья и кольцевой пережим сечения печи для отбора ГВГ, выполненный в виде усеченного конуса с обращенным вверх большим основанием и углом конусной поверхности к горизонту, соответствующим углу естественного откоса материалов .

Недостатками известной шахтной печи является то. что:

- конструкция и расположение кольцевого пережима, предназначенного для ГВГ, не позволяет снизить давление вышележащих слоев шихты на нижележащие (диаметр нижней части кольцевого пережима равен

-VI VJ

О

со о ю

диаметру шахты), а также подать шихтовые материалы в самую широкую часть шахтной печи;

- нижняя часть кольцевого пережима выполнена без перехода конусной части в цилиндрическую. Указанные недостатки ограничивают возможность использования топлив с низкими термомеханическими свойствами и снижения содержания в составе ГВГ твердой фазы и окислителей.

Целью настоящего изобретения является улучшение качества ГВГ путем снижения содержания окислителей и твердой фазы в его составе и расширение сырьевой топливной базы путем использования твердого топлива с низкими термомеханическими свойствами.

Поставленная печь достигается тем, что в шахтной печи, включающей шахту, распар, заплечики, горн, устройства подачи комбинированного дутья и кольцевой пережим сечения печи для отбора горячего восстановительного газа, выполненный в виде усеченного конуса с обращенным вверх большим основанием и углом конусной поверхности к горизонту, соответствующим углу естественного откоса материалов, нижняя часть кольцевого пережима выполнена с переходом конуса в цилиндр и расположена на расстоянии от горизонтальной плоскости середины высоты распара:

h tge(D-d)±hp п2

где 9- угол естественного откоса материалов;

D - диаметр распара;

d - диаметр нижней части кольцевого пережима;

hp - высота распара.

Сравнительный анализ известных технических решений и заявляемого не выявил сходных признаков,следовательно,заявляемое техническое решение обладает новиз- ной и существенными отличиями от известных.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематически представлена шахтная печь с кольцевым пережимом в виде конусной перегородки.

Шахтная печь включает шахту 1, распар 2, заплечики 3, горн 4, кольцевую перегородку 5, выполненную в виде усеченного конуса с обращенным вверх большим основанием и углом конусной поверхности к горизонту, соответствующим углу естественного откоса материалов, каналы

для отбора ГВГ из шахты печи 6, цилиндрическую часть кольцевого пережима 7.

Шахтная печь работает следующим образом. Шихтовые материалы, состоящие,

например, из железорудного сырья, твердого топлива и флюса, загружают на колошник. Далее они опускаются в шахту, а затем в нижнюю часть шахтной печи расходящимся под углом естественного откоса потоком

0 через нижнюю часть кольцевого пережима. Комбинированное дутье подают в горн, где оно, взаимодействуя с углородсодержащи- ми материалами, образует фурменный газ, который распределяется следующим обра5 зом. Часть газа идет через нижнюю часть кольцевого пережима на подготовку шихтовых материалов и отводится из шахтной печи через колошник. Вторая часть газа отбирается из кольцевой полосы, образо0 ванной поверхностями кольцевого пережима и стенки печи. Со стороны печи полость ограничивается поверхностью ссыпающихся шихтовых материалов.

Использование предлагаемой шахтной

5 печи позволяет, по сравнению с прототипом, снизить содержание окислителей в ГВГ. По результатам зондирования доменной печи на уровне распара и низа шахты содержание окислителей в газе составляет

0 -4,5% (3% С02 и 1,5% Н20) и 6,5% (5% и 1,5% НаО) при температуре газа 1250°Си 1000°С соответственно. Высокое содержание окислителей обусловлено прохождением реакций непрямого восста5 новления, скорость которых выше скорости реакции + С 2СО при этих температурах. Для снижения содержания окислителей в газе необходимо, чтобы температура газа и шихтовых материалов была более высо0 кой. Так при температуре газа 1400°С содержание составляет 1%, 1- 1,5% .

Применение предлагаемой шахтной печи позволяет снизить давление столба ших5 товых материалов на нижележащие слои и тем самым уменьшить разрушение топлива, что позволит поддерживать более высокую температуру при высокой газопроницаемости в слое и предотвратит каналообразова0 ние (прорыв окислительных газов из фурменной зоны), позволит также расширить сырьевую топливную базу путем использования твердого топлива с низкими термомеханическими свойствами.

5Кроме того, использование предлагаемого изобретения позволяет снизить вынос твердой фазы в составе ГВГ за счет снижения скорости газа. Поданным исследований количество уноса твердой фазы в составе ГВГ обратно пропорционально поверхности шихтовых материалов, ссыпающихся в виде конуса из нижней части кольцевого пережима. Согласно закону Бернулли скорость газа будет наименьшей в самой широкой части газовой полости, по которой будет проходить граница осаждения твердой фазы. Наибольшее снижение уноса твердой фазы в составе ГВГ будет при подаче шихтовых материалов из нижней части кольцевого пережима в самую широкую часть шахтной печи - распар. Этим обеспечивается наибольшая поверхность ссыпающихся под углом естественного откоса шихтовых материалов из нижней части кольцевого пережима и соответственно наименьшую скорость газового потока. В этом случае нижняя часть кольцевого пережима должна находиться на высоте:

ig0(D -d)±hp П2

где в- угол естественного откоса шихтовых материалов;

D - диаметр распара;

d - диаметр нижней части кольцевого пережима;

hp - высота распара,

а каналы устройства для отбора ГВГ размещены под кольцевым пережимом на расстоянии Hi от его верха, устанавливаемом из выражения:

Hi

tg0(D d)

+ Ьк

где пкп высота кольцевого пережима.

Снизить вынос твердой фазы в составе ГВГ позволяет также оборудование нижней части кольцевого пережима цилиндрической частью для увеличения расстояния от каналов отбора ГВГ до поверхности ссыпающихся шихтовых материалов, от величины которого в обратной зависимости находится вынос твердой фазы в составе ГВГ, а увеличение объема полости при этом приводит к получению более стабильного газа по химсоставу за счет его усреднения в полости.

При использовании данного технического решения реализуется возможность получения чугуна и ГВГ в необходимых пропорциях. В частном случае, при исключении из шахты железорудных материалов, предлагаемая шахтная печь может служить толькодляпроизводстваГВГ, предназначенного, например, для вдувания в другие доменные печи с целью экономии кокса. По экспериментальным исследованиям ВТИ удовлетворительное качество газа-восстановителя, характеризующееся содержанием С02 в нем - 1-3%, обеспечивается уже при величине 0,018 (Нс 1 м,Р 0,4 МПа, др 22МВт/м2) комплекса

Н Р

- (где Нс - высота слоя топлива, м; Р

-давление процесса, МПа; qp-теплонапря- жениесечения реактора по потенциальному

теплутоплива, которого прямо пропорционально зависит степень завершенности химико-физических процессов газификации топлива. В данном техническом решении величина этого комплекса будет в несколько раз больше, т.к. величины, входящие в комплекс, для доменных печей составят: Нс 3,5 м, Р 0,2 - 0,4 МПа, qp 12 МВт/м . Заметим также, что температурный уровень в слое шихты в доменном производстве составляет более высокие значения, чем в опорных опытах ВТИ (температура в зоне горения - около 2000°С, а на выходе из зоны газификации - 1000 - 1200°С, в то время как в опытах ВТИ эти

температуры составляли соответственно 1700-1800°С и 800-850°С). Этим обеспечивается большой резерв по степени завершенности химико-физических процессов в слое шихты и качеству ГВГ в заявленной

шахтной печи по сравнению с опорными опытами ВТИ.

Применение заявляемой шахтной печи позволяет эффективнее использовать получаемый ГВГ при вдувании его в доменные

печи с целью замены кокса. Снижение содержания окислителя в газе с 5% (по данным зондирования доменной печи на горизонтах низа и распара) до 3% (коэффи циент замены кокса растет в среднем на 0,1

кг/м ГВГ на каждые 10% уменьшения содержания окислителя ) позволяет сэкономить кокса, при вдувании 1000 м /т чугуна в доменную печь с производством 1 млн. т чугуна в год, в количестве

1 -1000 -2 д 1 20 млн , т/год .

При стоимости кокса 60 руб/т экономиче- ский эффект составит:

20 млн.т/год- 60 руб./т 1200 млн. руб. /год .

Применение твердого топлива с низкими термомеханическими свойствами (низкопрочный кокс из плохоспекающихся углей, некоксующийся низкопрочный уголь.

например тощий) позволяет заменить более прочный, например антрацит. Например, при производительности 15 т/ч (для процесса Лурги ), замена антрацита менее прочным тощим рядовым углем даст экономию

128,5 млн т/год- (20-10) 1285 млн. руб./год.

где 20 и 10 - цена 1 т антрацита и тощего рядового угля соответственно, руб/т.

Формула изобретения

Шахтная печь, содержащая шахту, распар, заплечики, горн, устройства подачи комбинированною дутья и .отвода горячего восстановительного газа, кольцевой пережим сечения печи, выполненный в виде усе- ченного конуса с обращенным вверх большим основанием и угол образующей конуса, соответствующий углу естественно0

го откоса шихтовых материалов, отличающаяся тем, что. с целью улучшения качества горячего восстановительного паза путем снижения содержания окислителей и твердой фазы в его составе и расширения сырьевой топливной базы путем обеспечения использования твердого топлива с низкими термомеханическими свойствами, нижняя часть кольцевого пережима выполнена с переходом конуса в цилиндр и расположена на расстоянии от горизонтальной плоскости середины высоты распара, определяемом по зависимости

15

h Ц0(°

d)±hp

где в- угол естественного откоса шихтовых материалов;

D - диаметр распара

d - диаметр нижней части кольцевого пережима;

hp - высота распара.

фцг.1