Печь для плавки железорудных материалов в жидкой ванне Советский патент 1993 года по МПК C21B13/00 F27B1/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к извлечению железа из железосодержащих материалов (руды, шламов...) без использования кокса.

Известны процесс и установка для высокотемпературного восстановления железорудного сырья в агрегате с одним рабочим объемом в жидкой ванне.

Наиболее существенный недостаток описанных процессов и агрегата состоит в том, что полностью извлечь железо из шлака невозможно, так как выпускаемый шлак постоянно контактирует с еще не восстановленным рудным расплавом, содержащим большое количество оксидов железа. Следует отметить, что степень извлечения железа из шлака является одним из основных показателей подобных процессов ввиду большого количества шлака по отношению к металлу (1:1).

со

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является агрегат для плавки железорудных материалов в жидкой ванне, состоящая из рабочей камеры (шахты) , двух систем фурм (верхней - выше уровня шлака и нижней - ниже уровня шлака), шлакового отстойника (сифона) с отверстием для выпуска шлака металлического отстойника (сифона) с отверстием для выпуска металла и опирающегося на стены рабочей камеры свода с отверстиями для отвода дымо- iвых газов и загрузки шихты. Работает печь следующим образом. Железорудные материалы, уголь и флюс с помощью загрузочных устройств через отверстие в своде непрерывно подают в рабочую камеру печи на поверхность барботи- руемого шлакового расплава в области первой (нижней) системы йурм. Через эту систему подается кислородсодержащий газ благодаря чему обеспечивается интенсивный барботаж шлака и происходит плавление материалов, восстановление оксидов железа, образование шлака и металла. С помощью (сифонов шлак и металл из рабочей камеры отводятся в шлаковый и металлический отстойники, из которых непрерывно выпускаются в шлаковый и чугу- новозный ковши. Выходящие из барбо- тируемой шлаковой ванны газы, содержащие СО и На, взаимодействуют с кислородсодержащим газом, подаваемым через вторую (верхнюю) систему фурм выше барботируемой шлаковой ванны. Отходящие из печи газы через отверстие в своде выводятся в газоход. Для обеспечения достаточной стойкости стен рабочей камеры они выполнены из охлаждаемых элементов (выше уровня жидкого металла), на которых образуется шлаковый гарнисаж, повышающий стойкость этих элементов и снижающий тепловые потери.

Такая печь обладает существенными преимуществами по сравнению с другими известными процессами высокотемпературного восстановления железорудного сырья:

1.Печь проста по конструкции,

2.Проведение процессов плавления, восстановления и науглероживания образующегося железа в барботи- руемом шлаковом слое обеспечивает хорошую теплопередачу, массоперенос и позволяет практически полностью из0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

влекать железо из железорудного сырья.

3. Наличие шлакового и металлического отстойников, в которые продукты плавки поступают с помощью сифонов, исключают контакт конечного шлака с рудным расплавом и позволяет довести содержание FeO в конечном шлаке до 1%.

Ь. Поскольку продуктом плавки является чугун с содержанием углерода около Ь% не требуется нагревать его до температуры выше Й50-1500°С.

5. В печи можно перерабатывать любое железосодержащее сырье.

Однако, широкому распространению таких печей препятствует высокий расход топлива на процесс. Так, расход угля составляет в настоящее время 1300-1 00 кг/т чугуна, хотя расчеты показывают, что этот расход может быть снижен до 800-900 кг/т. Для этого требуется максимально использовать тепло, выделяющееся при сжигании угля, а именно, максимально дожечь монооксид углерода, выделяющийся из барботируемой ванны и являющийся продуктом реакций восстановления железа из оксидов горения углерода угля. Кроме того, необходимо снизить тепловые потери через охлаждаемые элементы.

На печи известной конструкции это сделать не удается по следующим причинам:

1.Монооксид углерода выделяется равномерно по всей поверхности барботируемой ванны и догорает во всем объеме рабочей камеры. При этом тепло передается ванне главным образом через барботирующий шлак, т.к. шихтовые материалы поступают в рабочую камеру через свод довольно узкой струей в одном месте. Практика работы на опытной печи показала, что в связи с ограниченными возможностями теплопередачи к ванне через шлак, при дожигании более 60-70% выделяющейся из ванны окиси углерода температура отходящих из рабочей камеры дымовых газов превышает 1900°С.

I

2.Вследствие повышения температуры в камере, оплавляется гарниссаж, что ведет к резкому увеличению тепловых потерь. Так .при наличии гарнис- сажа на стеновых и сводовых холодильниках (кессонах) теплопотери составляют 100-160 тыс.ккал/м3час, а при

5

его отсутствии - 250-300 тыс. KKati/м2 хчас. Это влечет за собой увеличение расхода химочищенной воды на охлаждение и снижает стойкость охлаждаемых элементов.

Предлагаемая конструкция печи позволяет устранить указанные недостатки.

Целью изобретения является снижение расхода топлива и повышение стойкости печи.

Указанная цель достигается тем, что печь, состоящая из рабочей камеры, двух систем фурм, шлакового и металлического отстойников (сифонов) и свода, снабжена устройством (например торцевой Фурмой), через которое в печь вдуваются шихтовые материалы и кислород для дожигания горючих газов, выделяющихся из расплава. При этом горение будет происходить не во всем объеме рабочей камеры, а главным образом, в объеме факела, образованного потоком частиц шихтовых материалов, газом носителем и кислородом. Свойство струи инжектировать в свой объем газы из среды, в которой движется струя, позволит дожечь горючие газы с максимальной эффективностью в непосредственном контакте с частицами шихтовых материалов. При этом большая часть частиц успеет расплавиться до падения в барботируемую ванну. Благодаря этому повысится про изводительность печи, сократится время процесса плавление-восстановление железорудных материалов и улучшится массоперенос в ванне.

Устройство, через которое вдувают ся шихтовые материалы, устанавливает ся таким образом, что поток расплавленных частиц попадает на холодильники противоположной стены рабочей камеры, постоянно возобновляя шлаковый слЬй на холодильниках и снижая тепловые потери на охлаждаемых элементах. Для защиты холодильников боковых и торцевых стен камеры устройство во время работы совершает колебательное движение, изменяя угол направления Факела относительно продольной оси рабочей камеры, поочередно направляя поток расплавленных частиц на боковые холодильники.

На фиг.1 изображена предлагаемая печь; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Предлагаемая печь состоит из рабочей камеры 1, нижней 2 и верхней 3 систем фурм, шлакового отстойника - (сифона) k с отверстием для выпуска шлака 5, металлического отстойника 6 с отверстием для выпуска металла 7, свода рабочей камеры 8 с отверстием для отвода дымовых газов 9 и

JQ устройства для подачи шихтовых материалов 10. Торцевые 11 и боковые 12 стены рабочей камеры 1 выше уровня металла выполнены из охлаждаемых элементов. Работает печь следующим

15 образом. Железорудные материалы и флюсы вдуваются в рабочую камеру 1 через устройство 10, через которое также подается и кислород, служащий для дочигания горючих газов, выделяю20 щихся из шлакового расплава. Расплавившиеся и не расплавившиеся (особо крупные) частицы шихтовых материалов попадают на торцевую 11 и боковые 12 стены рабочей камеры по которым сте-25 кают затем в барботируемую шлаковую ванну, образуя при этом гарниссажную шлаковую пленку на поверхности охлаждаемых элементов, из которых состоят стены 11 и 12.

30 | Барботаж шлака обеспечивается по- |дачей через нижнюю систему фурм 2, расположенную ниже уровня шлака кислородсодержащего газа, расходующегося на сжигание части угля, поступающего в шлаковый расплав через Фурмы верхнего ряда 3, с образованием при этом газообразных продуктов (СО, С02 и Н2). Остальная часть угля расходуется на науглероживание металла и восстановление оксидов железа. Образующийся при этом чугун собирается на подине рабочей камеры и непрерывно выпускается из печи через выпускное отверстие 7 в металлическом отстойнике 6. Фурмы верхнего ряда 3 предназначены также для подачи топлива в случае недостатка тепла на процесс и подачи кислорода для дополнительного дожигания горючих газов при необходимости. Устройство 10 во время работы поворачивается с целью возобновления шлакового гарниссажа на охлаждаемых элементах и снижения тепловых потерь. Дымовые газы отводятся из печи через отверстие 9 в своде 8.

35

40

45

50

55

Предлагаемая конструкция печи позволяет значительно улучшить ее тепловую работу и снизить расход топлива на процесс. За счет Оакельного дожигания горючих составляющих дымовых газов и снижения тепловых потерь расход топлива (по расчетам) снижается на 200-250 кг/т.

Формула изобретения

1. Печь для плавки железорудных материалов в жидкой ванне, содержащая рабочую камеру, устройство для загрузки шихты, нижнюю и верхнюю системы фурм, шлаковый и металлический отстойники с выпускными отверстиями,

свод рабочей камеры с отверстием для отвода дымовых газов, о т л и ч a rout а я с я тем, что, с целью снижения расхода топлива и повышения стойкости печи, устройство для загрузки шихты снабжено средством вдувания кислорода и размещено в торцевой стенке печи со стороны газохода.

2. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что устройство для загрузки шихты выполнено с возможностью поворота относительно продольной оси печи.

Использование: изобретение относится к металлургии, в частности к извлечению железа из железосодержащих материалов без использования кокса. Целью изобретения является снижение расхода топлива и повышение стойкости печи. Печь состоит из рабочей камеры, нижней и верхней системы фурм, шлакового и металлического отстойников (сисЬонов) с выпускными отверстиями и свода рабочей камеры с отверстием для отвода дымовых газов. В торцевой стенке печи помещается устройство для одновременной подачи шихтовых материалов и кислорода в рабочую камеру печи, причем устройство имеет возможность поворачиваться относительно продольной оси печи. Реализация изобретения позволит снизить расход топлив и повысить стойкость печи. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. 6 00 ю ю ь

8

L

//,

+

k

. ф ц)ф ф ф-

/

го

.1 Л- А