Спосіб і пристрій для виплавки чавуну

Реферат: Винахід стосується способу відновлення матеріалу, який містить оксиди заліза, причому матеріал, який містить оксиди заліза, утворює стаціонарний шар у відновній шахтній печі, і у відновній шахтній печі за допомогою щонайменше одного газу для попереднього відновлення, що вводиться у нерухомий шар під тиском р1, матеріал, що містить оксиди заліза, перетворюється у заздалегідь відновлений матеріал. Щонайменше частина цього заздалегідь відновленого матеріалу, переважно весь заздалегідь відновлений матеріал, з відновної шахтної печі вводиться у плавильний газифікатор, в якому за допомогою відновного газу, що знаходиться під тиском р2, він піддається повному відновленню. При цьому колошниковий газ з тиском р3 виводиться з простору над стаціонарним шаром назовні з відновної шахтної печі, і із стаціонарного шару з відновної шахтної печі виводиться щонайменше один газ під тиском р4, що видуває пил. При цьому дотримуються умови р1>р4 і р1>р3, переважно також р4>р3. Крім того, винахід стосується пристрою для виконання такого способу. UA 113064 C2 (12) UA 113064 C2 UA 113064 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Галузь техніки, до якої належить винахід Винахід стосується способу відновлення матеріалу, який містить оксиди заліза, причому матеріал, що містить оксиди заліза, утворює стаціонарний шар у відновній шахтній печі, і у відновній шахтній печі за допомогою щонайменше одного газу для попереднього відновлення, що вводиться у нерухомий шар під тиском р1, матеріал, який містить оксиди заліза, перетворюється у заздалегідь відновлений матеріал, і щонайменше частина цього заздалегідь відновленого матеріалу, переважно весь заздалегідь відновлений матеріал, з відновної шахтної печі вводиться у плавильний газифікатор, в якому за допомогою відновного газу, що знаходиться під тиском р2, він піддається повному відновленню. Крім того, винахід стосується пристрою для виконання такого способу. Рівень техніки Існують способи відновлення матеріалу, що містить оксиди заліза, в яких стаціонарний шар із матеріалу, що містить оксиди заліза, у відновній шахтній печі піддається дії газу для попереднього відновлення, який протікає крізь нього, і при цьому перетворюється у заздалегідь відновлений матеріал. Потім заздалегідь відновлений матеріал вводиться у плавильний газифікатор, в якому відновний газ здійснює подальше відновлення. Після протікання крізь стаціонарний шар витрачений газ для попереднього відновлення як колошниковий газ виводиться з простору над стаціонарним шаром за межі відновної шахтної печі. На такому способі заснований, наприклад, COREX®-процес. При такому способі виникає проблема в тому, що у відновну шахтну піч поступає пилоподібний матеріал - причому під пилоподібним матеріалом, скорочено званим також пилом, повинні розумітися частинки з діаметром частинок до приблизно 500 мкм - або, відповідно, утворюється у відновній шахтній печі. Надходження може відбуватися, наприклад, разом з газом для попереднього відновлення, з матеріалом, що містить оксиди заліза, або також з шихтовими добавками, які вносяться до відновної шахтної печі і які є необхідними для реакцій попереднього відновлення. Пилоподібний матеріал у відновній шахтній печі може виникати, наприклад, в результаті стирання і процесів руйнування внаслідок фазових перетворень. Частина пилу виноситься потоком газу для попереднього відновлення із стаціонарного шару і захоплюється колошниковим газом назовні з відновної шахтної печі. Інша частина пилу потоком газу для попереднього відновлення осідає в певних областях стаціонарного шару із матеріалу, що містить оксиди заліза, і заздалегідь відновленого матеріалу. Такі відкладення пилу перешкоджають протіканню потоків газу, так що це приводить до утворення зон, які добре продуваються, гірше продуваються і практично не продуваються, у стаціонарному шарі. Чим гірше зона продувається газом для попереднього відновлення, тим менш ефективно в ній можуть протікати процеси відновлення. Згідно з цим пил впливає на продуктивність відновної шахтної печі, і також на ступінь відновлення заздалегідь відновленого матеріалу, яка визначається як відношення видаленого в результаті відновлення кисню до кисню у відновлюваному матеріалі, який може бути видалений відновленням. Особливо в нижній частині - тобто, нижче за кільцевий трубопровід, по якому у відновну шахтну піч подається газ для попереднього відновлення - відновної шахтної печі згідно COREX®-процесу виникають особливо великі відкладення пилу, оскільки, по-перше, через спускові трубопроводи - які служать для введення заздалегідь відновленого матеріалу у плавильний газифікатор - пил з плавильного газифікатора заноситься у відновну шахтну піч газовими потоками, що протікають у напрямку до відновної шахтної печі, і, по-друге, протікаючі через спускові трубопроводи у напрямку до відновної шахтної печі газові потоки заважають пилоподібним матеріалам покидати відновну шахтну піч через спускові трубопроводи у напрямку до плавильного газифікатора. Осаджені в нижній частині пилоподібні матеріали схильні до агломерування. Зокрема, пилоподібні матеріали, які поступають через спускові трубопроводи, внаслідок вмісту в них лугів і, відповідно, низькоплавких шлакових фаз, що містять луги, проявляють сильну тенденцію до агломерування. Пилоподібні матеріали, що вносяться до відновної шахтної печі з шихтовими добавками, а також пилоподібні матеріали, що утворюються в результаті стирання і/або руйнування у відновній шахтній печі, також схильні що обумовлюється стимульованим домінуючими умовами відновлення утворенням найдрібніших кристалів металевого заліза і/або вюститу і їх звалюванням - зокрема, в менш рухомих зонах осадження, до утворення агломератів. Агломерування пилоподібних матеріалів, що знаходяться в проміжках стаціонарного шару, приводить до твердіння стаціонарного шару з формуванням містків з матеріалу. Можуть виникати зцементовані ділянки, які ускладнюють зісковзування матеріалу у бік пристроїв, які виводять заздалегідь відновлений матеріал з відновної шахтної печі. Це перешкоджає стабільній роботі відновної шахтної печі, порушує 1 UA 113064 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 необхідні для стабільної експлуатації умови і вимушує проводити гірничотехнічне очищення. Така робота по очищенню означає зниження продуктивності. Сутність винаходу Технічна задача Задачею даного винаходу є скорочення або запобігання утворенню відкладень пилу у відновній шахтній печі, і тим самим пом'якшення або усунення проблеми агломерування. Технічне рішення Ця задача вирішена за допомогою способу відновлення матеріалу, що містить оксиди заліза, причому матеріал, що містить оксиди заліза, утворює стаціонарний шар у відновній шахтній печі, і у відновній шахтній печі за допомогою щонайменше одного газу для попереднього відновлення, що вводиться у нерухомий шар під тиском р1, матеріал, що містить оксиди заліза, перетворюється у заздалегідь відновлений матеріал, і щонайменше частина цього заздалегідь відновленого матеріалу, переважно весь заздалегідь відновлений матеріал, з відновної шахтної печі вводиться у плавильний газифікатор, в якому за допомогою відновного газу, що знаходиться під тиском р2, він піддається повному відновленню, і причому колошниковий газ з тиском р3 виводиться з простору над стаціонарним шаром назовні з відновної шахтної печі, який відрізняється тим, що із стаціонарного шару з відновної шахтної печі виводиться щонайменше один газ під тиском р4, що видуває пил, і дотримуються умови р1>р4 і р1>р3, переважно також р4>р3. При цьому під поняттям "Заздалегідь відновлювати" слід розуміти ступінь відновлення понад 70 %, переважно більше 80 %, особливо переважно аж до 90 % або більше, найпереважніше до 95 %, причому ці формулювання мають на увазі 90 % і 95 %. При цьому під поняттям "Повністю відновлювати" слід розуміти ступінь відновлення понад 95 %, переважно 98 % або вище, особливо переважно 99 % або вище. В принципі, ступінь відновлення після "попереднього відновлення" завжди є меншою, ніж після "повного відновлення", причому, отже, мають місце дві стадії відновлення. Під колошниковим газом повинен розумітися газ для попереднього відновлення, витрачений після протікання через стаціонарний шар, який виводиться з простору вище стаціонарного шару з відновної шахтної печі. Переважні результати винаходу В умовах відповідного винаходу способу пил виноситься назовні з відновної шахтної печі не лише за допомогою колошникового газу, але також за допомогою газу, який видуває пил і який виводиться із стаціонарного шару. Завдяки цьому скорочується кількість пилу, що осаджується і викликає агломерування. Регулюванням співвідношення тисків р3 і р4 можна регулювати співвідношення між кількостями газу, що виводяться як колошниковий газ і як газ, що видуває пил. Виведення газу, що видуває пил, може бути виконане за допомогою спеціально для цього передбачених пристроїв, незалежно від надходження заздалегідь відновленого матеріалу у напрямку до плавильного газифікатора. Згідноз одним переважним варіантом виконання відповідного винаходу способу щонайменше впродовж однієї частини шляху, який проходить заздалегідь відновлений матеріал при введенні у плавильний газифікатор між відновною шахтною піччю і плавильним газифікатором, разом з цим заздалегідь відновленим матеріалом у напрямку до плавильного газифікатора вводиться щонайменше частина щонайменше одного газу, що видуває пил. Коли газ, що видуває пил, разом із заздалегідь відновленим матеріалом поступає у напрямку до плавильного газифікатора, пил разом із заздалегідь відновленим матеріалом безпосередньо або побічно подається у плавильний газифікатор, де він, щонайменше частково, переробляється у чавун і шлак як кінцеві продукти. В іншому випадку пил, що видувається повинен був би знову направлений у плавильний газифікатор за допомогою спеціального пристрою, або ж використаний по-іншому. Згідно з одним переважним варіантом виконання відповідного винаходу способу, дотримується умова р4>р2. Особливо тоді, коли газ, що видуває пил, разом із заздалегідь відновленим матеріалом пропускається у напрямку до плавильного газифікатора, завдяки цьому запобігається надходження пилу з плавильного газифікатора у відновну шахтну піч за допомогою відновного газу, що знаходиться під тиском р2. Згідно з іншим переважним варіантом виконання відповідного винаходу способу згідно з пунктом 2 патентної формули дотримується умова р2>р4, і заздалегідь відновлений матеріал в 2 UA 113064 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 одному або більше етапах уводиться при проміжному тиску pZ газу перед тим або під час того, як заздалегідь відновлений матеріал поступає у плавильний газифікатор, причому дотримується умова pZ≥р2. Як правило, при введенні заздалегідь відновленого матеріалу в плавильний газифікатор pZ=р2. Коли при цьому додатково застосовується газ для продування, значення pZ є на декілька мбар вище, ніж р2. Наприклад, при цьому в ході виконання способу проміжний тиск pZ газу підвищується від pZ≤р4 до pZ≥р2. Завдяки цьому можна запобігти надходженню пилу з плавильного газифікатора у відновну шахтну піч за допомогою відновного газу, що знаходиться під тиском р2, коли р2>р4. Це обумовлюється тим, що пригнічується протікання відновного газу через спускові трубопроводи у напрямку до відновної шахтної печі. При цьому переважно той заздалегідь відновлений матеріал з відновної шахтної печі, який вводиться у плавильний газифікатор, перед веденням проміжно накопичується у проміжному резервуарі, причому у проміжному резервуарі між верхнім краєм утвореного при проміжному накопиченні буферного шару матеріалу - тобто, стороною буферного шару матеріалу, яка звернена до натікаючого заздалегідь відновленого матеріалу - і нижнім краєм цього буферного шару матеріалу - тобто, краєм буферного шару матеріалу, від якого заздалегідь відновлений матеріал виводиться у напрямку до плавильного газифікатора 4 - є різниця ΔpZW тисків. З проміжного резервуару витягується газ, який виносить пил і який має тиск р5 газу, що виносить пил, причому дотримуються умови р5р4 і р1>р3, переважно також р4>р3, і що щонайменше впродовж однієї частини шляху, який проходить заздалегідь відновлений матеріал при введенні у плавильний газифікатор між відновною шахтною піччю і плавильним газифікатором разом з цим заздалегідь відновленим матеріалом у напрямку до плавильного газифікатора вводять щонайменше частину щонайменше одного газу, що видуває пил. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що дотримується умова р4>р2. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що дотримується умова р2>р4, і заздалегідь відновлений матеріал вводять в одному або більше етапах при проміжному тиску pZ газу перед тим або під час того, як заздалегідь відновлений матеріал надходить у плавильний газифікатор, причому дотримується умова pZ≥p2. 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що той заздалегідь відновлений матеріал з відновної шахтної печі, який вводять у плавильний газифікатор, перед веденням проміжно накопичують у проміжному резервуарі, причому у проміжному резервуарі між верхнім краєм утвореного при проміжному накопиченні буферного шару матеріалу і нижнім краєм цього буферного шару матеріалу переважає різниця Δp zw тисків, і причому з проміжного резервуара витягують газ, що 7 UA 113064 C2 5 10 15 20 25 30 виносить пил, який має тиск р5 газу, що виносить пил, причому дотримується умова Δp zw≤(p2p5). 5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що газ, який виносить пил, містить газ, який видуває пил, і р4=р5. 6. Спосіб за одним з пп. 3-5, якийвідрізняється тим, що заздалегідь відновлений матеріал вводять при проміжному тиску pZ газу, для чого заздалегідь відновлений матеріал подають у проміжний резервуар за допомогою шлюзового пристрою або по черзі у чисельні проміжні резервуари із шлюзовими пристроями. 7. Спосіб за одним з пп. 1-6, який відрізняється тим, що дотримується умова р1>р2. 8. Спосіб за одним з пп. 1-7, який відрізняється тим, що у стаціонарний шар вводять два або більше гази для попереднього відновлення, які знаходяться під тисками, що розрізняються між собою, причому, якщо дивитися у горизонтальному напрямі, для двох суміжних по вертикалі газів, що вводять безпосередньо, для попереднього відновлення передбачається, що газ, який у кожному випадку вводять нижче, для попереднього відновлення має вищий тиск, ніж газ для попереднього відновлення, який подають вище. 9. Пристрій для виконання способу за одним з пп. 1-8, який містить відновну шахтну піч, щонайменше один трубопровід, підведений до відновної шахтної печі, виконаний з можливістю подання газу для попереднього відновлення, випускний трубопровід, що виходить з відновної шахтної печі, для колошникового газу, плавильний газифікатор, систему подачі для введення заздалегідь відновленого у відновній шахтній печі матеріалу у плавильний газифікатор, випускний трубопровід, який виходить з відновної шахтної печі, для газу, що видуває пил, причому система подачі для введення заздалегідь відновленого у відновній шахтній печі матеріалу у плавильний газифікатор також містить щонайменше частину випускного трубопроводу для газу, що видуває пил. 10. Пристрій за п. 9, який відрізняється тим, що система подачі для введення заздалегідь відновленого у відновній шахтній печі матеріалу у плавильний газифікатор містить один або багато трубопроводів з одним або багатьма проміжними резервуарами, і, при необхідності, одним або багатьма шлюзовими пристроями. 11. Пристрій за п. 10, який відрізняється тим, що щонайменше один проміжний резервуар оснащений випускним трубопроводом для газу, що виносить пил. 12. Пристрій за одним з пп. 9-11, який відрізняється тим, що він має два або більше впускних трубопроводи для подачі газу для попереднього відновлення, які підведені до відновної шахтної печі на різних рівнях по висоті. 8 UA 113064 C2 9 UA 113064 C2 10 UA 113064 C2 11 UA 113064 C2 12 UA 113064 C2 Комп’ютерна верстка Т. Вахричева Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 13