Спосіб безперервного виробництва металу та агрегат для його здійснення

є c 21B13 /14 F 27 В 1/00 СПОСІБ БЕЗПЕРЕРВНОГО ВИРОБНИЦТВА МЕТАЛУ ТА АГРЕГАТ ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ Винахід відноситься до металургії, зокрема до безперервного виробництва металу. Відомий спосіб плавлення і термічної обробки матеріалів що ре, алізований електричним технологічним реактором (патент Росії N 2025054, кл. Н 05 В 7/22, опубл. 15.12. 94.). Відомий спосіб включає запалювання електричної дуги між електро дами за допомогою осцилятора або зведенням електродів, безперервну подачу шихти в реакційну камеру реактора, плавлення шихти електричною дугою, заповнення нижньої частини реактора розплавом і випуск його в прийомну місткість. Суттєвим недоліком відомого способу є те, що увсі тепло- і масообмінні процеси переробки матеріалів відбуваються тільки в об'ємі розплаву, а їхню інтенсифікацію здійснюють за рахунок створення умов для магнітогідродинамічного перемішування, що вимагає наявності спеціального обладнання. При високій витраті електроенергії спосіб обмежений використанням лише дрібнофракційних шихтових матеріалів , що знижує його продуктивність. Відомий електричний технологічний реактор для здійснення плавлення і термічної обробки матеріалів містить реакційну камеру з ді афрагмою, стержньові електроди і охоплюючий камеру електромагніт з обмотками, реакційна камера виконана у вигляді трьохпроменевій зір ки, вздовж кожного з променей якої розміщені по два еквіпотенціаль них електрода, з'єднаних послідовно з обмотками електромагніта \ призначених для підключення до трьохфазного джерела живлення, прі цьому три внутрішніх електрода встановлені під кутом до поздовжній осі реакційної камери, заповненої перероблюваним матеріалом, а діафрагма виконала з регулюємим прохідним перерізом. Відомий пристрій не забезпечує попереднього відновлення оксидних матеріалів, а його робота зв'язана із перевитратою електроенер гії , підвищеною витратою електродів, неможливістю використання крупнофракційних матеріалів, низьким тепло- і масообміном. Відомий спосіб і пристрій для відновної плавки залізної руди (Заявка ЄПВ 0320999, кл.С 21 В 13/14, опубл. 21.06. 89.). У відомому способі залізну руду завантажують в піч підігріву і попереднього відновлення, після чого руду зі ступенем попереднього відновлення менш 30%, вуглецевий матеріал і флюс завантажують в піч відновної плавки і продувають кисень через сопла для здійснення зневуглецювання і наступного згоряння, а через бокові і донні фурми вдувають перемішуваючий газ. Видаток кисня і перемішуваючого газу регулюють так, щоб ступінь окислення відхідних газів печі відновної плавки складав 0,4-0,9. Температура відхідних газів, які вводять у піч попереднього відновлення складає 300-1300°С. Недоліком способу відновної плавки є дискретність його режиму роботи, необхідність створення комбінованого продування окислюваль но-відновними газами з суттєвим ступенем окислення СО до С в об'02 ємі ванни з розплавленим металом і допалювання СО до СОг У підфурменій зоні, що виключає використання хімічного тепла відхідних газів у процесі попереднього відновлення оксидів заліза і створює не раціональний тепловий режим процесу переробки залізовуглецевого ма теріалу. Відомий пристрій містить піч попереднього підігріву і відновлення, піч відновної плавки, верхню кисневу фурму з соплами зневуг лецювання і наступного згоряння, бокові фурми і донні фурми. Конструктивні особливості відомого пристрою із-за необхідност переміщення залізорудного матеріалу з печі підігріву і попередньо? відновлення в піч відновної плавки перешкоджають проведенню віднов лення більш 30%, а також обмежують температуру перероблюваного матеріалу, що погіршує тепло- і масообмінні процеси. З відомих способів і пристроїв найбільш близьким по технічній суттєвості і результату, що досягається є спосіб Екеторп-Баллак і реактор для його здійснення (В.Ф.Князев, А.І.Гиммельфарб, А.М.Неменов "Безкоксова металургія заліза", "Металургія", Москва, 1972, с. 163-164). Відомий спросіб полягає у високотемпературному відновленні тон коподрібненого залізорудного матеріалу з розплаву в рідкій ванні з високим (близько 3,5%) вмістом вуглецю. Спосіб включає безперервну подачу шихти у вигляді тонкоподрібненого залізорудного концентрату в реактор, де напрям потоку концентрата змінюється з горизонтального на вертикальне, нагрівання концентрату протитоком відхідних газів, плавлення концентрату по ходу падіння з одночасним екрануванням стінки реактора від тепловипромінювання високотемпературного паливного факелу, створюваного боковими кисневими фурмами , попадання розплавленого концентрату до металоприймача реактора, де здійснюють його продування відновним газом через сопла занурюваної водо охолоджуаваної фурми, провадячи повне відновлення залізорудногс концентрату з утворенням шлакометалевого розплаву який безупинне , випускають в ківш з окисом вуглецю, що постійно барботує шлакометалевий розплав і який вилучають із допомогою газовідсосу . Суттєвими ознаками відомого способу, співпадаючими з ознакам! винаходу, що заявляється є: 1. Безперервна подача шихти у місткість . 2. Нагрівання шихти протитоком відхідних газів . 3. Плавлення шихти паливним факелом. 4. Продування розплаву. 5. Випуск расплаву в ківш. Однак відомий спосіб не забезпечує високої інтенсифікації теп -4ло- і массообмінних процесів, оскільки джерелами надходження тепла є вуглецеві матеріали, що подаються в об'єм розплаву і кисень, що подається над поверхнею розплаву. Додаткова витрата вуглецевих матеріалів, таких як тонкоподрібнене вугілля, мазут і природний газ, сприяють збільшенню шкідливих домішок у розплаві, а їхнє використання при наявності металізованої шихти додатково потребує введення окислювача у розплав, наприклад кисня, для рафінування розплаву від вуглецю. Відхідні гази мають температуру близько 1500оС, їхнє тепло витрачується на підігрев концентрату, тому тільки 30% тепла, що надходить в ванну вноситься нагрітим газом концентрату. Окислення вуглецю до СО2 в об'ємі ванні металевого розплаву виключає відновлення залізорудного концентрату під час його падіння до ванни, що погіршує тепло- і масообмінний процес його переробки. Відомий реактор постачений водоохолоджуваними фурмами і патруб ком для відсисання газів, у верхній частині реактора розміщений завантажувальний пристрій, виконаний у вигляді живильника із швидкообертовим диском. В реакторі розміщений ряд фурм для подачі кисня а , під реактором розміщений ківш для випуску шлакометалевого розплаву. Суттєвими ознаками відомого пристрою, співпадаючими з ознаками винаходу, що заявляється є; 1. Місткість з продувальними елементами. 2. Ківш, розміщений під місткістю. 3. Завантажувальний пристрій. 4. Патрубок для відсисання газів. 5. Паливні пальники. Відомий пристрій не забезпечує можливості інтенсифікації тепло і масообмінних процесів, його робота зв'язана з великими енергетич ними витратами. Пристрій не забезпечує можливості регулювання пода чі матеріалу в реактор, бо при низькому видатку концентрату можли вий прогар стінок реактору, а при високому видатку відбудеться зни -5 ження рідкотекучості і реакційної спроможності шіакометалевого розплаву в ванні та погіршиться процес відновлення заліза. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення способу безперервного виробництва металу і агрегату для його здійснення в , яких за рахунок зміни технологічних і конструктивних особливостей забезпечується інтенсифікація тепло- и масообмінних процесів, що забезпечить зниження енергетичних витрат . Поставлена задача вирішується тим, що в способі безперервного виробництва металу, що включає безперервну подачу шихти у міст кість, нагрівання шихти протитоком відхідних газів та подальше "її плавлення паливним факелом, продування розплаву і випуск його в ківш, згідно винаходу безперервну подачу шихти ведуть не менше, ніж двома роздільними потоками в електрично незалежні ванни металевого розплаву, в процесі плавлення шихти до місткостей підводять електричний струм і між потоками шихти створюють електричну дугу, а випуск розплаву ведуть в роздільні ковши з одночасним теплозахисток місткостей. Доцільно в якості шихти використати скрап, руду або обкачувачі, причому при використанні руди або обкачувачів до складу шихти вводять вуглецеві матеріали. Доцільно електричну дугу створювати шляхом термічної іонізаці ": простору між роздільними потоками--шихти; Доцільно теплозахист місткостей виробляти потоком розплаву, щ випускається. Агрегат для безперервного виробництва металу, що містить міст кість з продувальними елементами розміщений під місткістю ківш , завантажувальний пристрій, патрубок для відсисання газів і паливн пальники, згідно винаходу містить не менше двох електрично незалеж них місткостей, постачених подовими електродами, завантажувальни пристрій виконаний в вигляді розташованої над кожною місткістю шах ти з розміщеними в ній паливними пальниками, між місткістю і шахтс -6встановлений пристрій для створення електричної дуги, а ківш розміщений під кожною місткістю, причому верхні частини шахт сполучені склепінням. Доцільно пристрій для створення електричної дуги виконувати в вигляді паливного або плазменого пальника. Доцільно у стінках місткостей, ввернутих одна до одної виконувати поріг висотою, меншої висоти стінок місткості. Доцільно у стінках місткостей виконувати отвір з боку проти, лежного порогу. Подача шихти не менше, ніж двома роздільними потоками, як і наявність електрично незалежних ванн металевого розплаву зумовлені необхідністю створення електричної дуги без використання електродії між шахтами, що дозволяє утворити високотемпературну зону між шихтою, що проходить і ваннами металевого розплаву. Створення електричної дуги між потоками шихти сприяє інтенсифі кації тепло- і масообмінних процесів переробки шихтових матеріалі] у металевий розплав, сприяючи їхньому прискоренню, тому, що в ванн1 з розплавом поступає заздалегідь відновлена і частково обплавлен , шихта, що призводить до зменшення витрати електроенергії і підви щення продуктивності агрегату. Раздільний випуск металу в ковши зумовлений необхідністю ізоля ції кожної з ванн металевого розплаву між собою для забезпеченн можливості існування електричної дуги між потоками шихти а такс , для теплозахисту місткостей від впливу високотемпературної зони . Запропонований агрегат для безперервного виробництва металу и , реалізує запропонований спосіб представлений кресленням, поздовжні Агрегат для безперервного виробництва металу містить не менг двох електрично незалежних місткостей 1, що постачені подовиі електродами 2 і продувальними елементами у вигляді фурм 3 для под щає його від вигару, окислення і газонасичення, при цьому підвиті ється температура металу в об'ємі краплі із-за різниці теплопрові; ностей шлаку і металу (теплопровідність шлаку в 3 разу менш, н: металу), а значить система шлак-метал краще зберігає тепло, н. чистий метал. Крім того, гази, що виділяються з розплаву фільтру ються крізь шар відносно холодної шихти, якої вони віддають чима частину фізичного тепла, тобто практично повністю буде відсутнє пз -gловиділення, а також винесення відносно легкоплавких компонентів, бо вони конденсуються у верхніх шарах холодної шихти і повертаютьсі до процесу переділу. У шихті відбувається також екзотермичне доокислювання СО до СОг за рахунок кисня оксидів заліза, що сприяє додатковому підігріву шихти. Шихта попадає у місткість 1 з розплавом, де завершується процеї її відновлення. У місткості 1 дві зони: зона шлакового розплаву 1! і зона металевого розплаву 16. Шлакометалева крапля, потрапляючи зону шлакового розплаву обмивається шлаком Далі крапля метал . опускається крізь шлаковий шар до контакту з металевим розплавом При цьому, поверхня краплі інтенсивно контактує зі шлаковим розпла вом, повністю завершуючи процес рафінування. В процесі наповнення місткості 1 розплавом шлаку і металу чере фурму 3 здійснюють продування газами, наприклад, киснем для оста точного зневуглецювання металевого розплаву 16. Здійснюють випуск шлакового розплаву в чаші 11, забезпечую^ захист місткості 1 потоком шлакового розплаву 15 з боку електричне дуги і випуск металевого розплаву 16 в ковші 10. Використання запропонованого способу безперервного виробницті металу та агрегат для його здійснення забезпечують створення уме для одночасного проходження процесів в твердій рідкій і газов: , фазах, що дозволило знайти новий управляємий фізико-хімічний иехі нізм безперервного виробництва металу, реалізація якого за рахунс виключення з процесу електродів, ефективного використання фізично] і хімічного тепла відхідних газів з одночасним їх доокисленняі дозволяє інтенсифікувати тепло- і масообмінні процеси, що забезп< чить зниження енергетичних витрат і підвищення продуктивності агрі гату. Спосіб безперервного виробництва металу та агрегат для його здійснення. ] Винахідники: П.І.Тіщенко А.П.ТІЩЄНКО.