Пристрій для виготовлення розплаву чавуну інжекцією дрібного вугілля у плавильний газогенератор і спосіб застосування цього пристрою

1. Спосіб виготовлення розплаву чавун у, який полягає у: - відновленні сумішей, що містять залізну руду, у відновлювальному реакторі і перетворенні цих сумішей у відновлені матеріали, - приготуванні грудкувати х вуглецевих матеріалів, що містять леткі компоненти як джерело тепла для плавлення відновлених матеріалів, - завантаженні грудкуватих вуглецевих матеріалів у купольну верхню частину плавильного газогенератора і формуванні шару ущільненого - приготуванні дрібних вуглецевих матеріалів, що вугілля, містять леткі компоненти як джерело тепла для плавлення відновлених матеріалів, - інжектуванні кисню і дрібних вуглецевих матеріалів в ущільнений шар вугілля через фурми, встановлені у плавильному газогенераторі, - завантаженні відновлених матеріалів у плавильний газогенератор, приєднаний до відновлювального реактора, і виготовленні розплаву чавун у, і - подачі у відновлювальний реактор відновлювального газу, одержаного у плавильному газогене 2 (19) 1 3 85248 вугілля, а потім виготовляють з цього вугільні брикети. 10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що вугільні брикети виготовляють сушінням дрібного вугілля, додаванням зв'язуючого агента до дрібного вугілля та їх змішуванням і пресуванням дрібного вугілля з домішаним до нього зв'язуючим агентом. 11. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що під час сушіння дрібного вугілля частину дрібного вугілля збирають, переміщують його і інжектують як дрібні вуглецеві матеріали. 12. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що дрібні вуглецеві матеріали одержують подрібненням рядового вугілля, і матеріал з розміром частинок, що не перевищує 3мм, інжектують в ущільнений шар вугілля. 13. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що дрібні вуглецеві матеріали інжектують в ущільнений шар вугілля зі швидкістю потоку дрібних вуглецевих матеріалів, який регулюють у межах від 40м/с до 70м/с. 14. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що кількість дрібних вуглецевих матеріалів, які інжектують у плавильний газогенератор, збільшують, через що рівень окислення відновлювального газу, який подають у відновлювальний реактор, знижується до значень, що не перевищують 11,432 мас.%. 15. Спосіб за п. 14, який відрізняється тим, що кількість газу CH4 у плавильному газогенераторі знижують, через що рівень окислення відновлювального газу знижують. 16. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що кількість (x) дрібних вуглецевих матеріалів, які інжектують, і відновлюючу кількість (y) газу CH4 у плавильному газогенераторі суттєво витримують відповідно до співвідношення у = 0,0001 х, де х виражено в кг/т розплавленого чавуну, а у виражено в мас. %. 17. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що кількість (x) газу СН4 у плавильному газогенераторі та рівень (y) окислення відновлювального газу суттєво витримують у співвідношенні - 3,4718 ≤ 1,6653х – у ≤ 1,3824, де х виражено в об. %, а y виражено в %. 18. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що кількість (x) газу СН4 у плавильному газогенераторі та рівень (y) окислення відновлювального газу суттєво витримують відповідно до співвідношення 1,6653х - у = -1,1472, де х виражено в об. %, а y виражено в %. 19. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що рівень (x) окислення відновлювального газу і ступінь (y) відновлення відновлених матеріалів суттєво витримують відповідно до співвідношення у = -2,10 х + 103,9, де х та y виражено в %. 20. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що кількість дрібних вуглецевих матеріалів, які інжектують в ущільнений шар вугілля, збільшують, через що температур у згоряння у плавильному газогенераторі знижують. 21. Спосіб за п. 20, який відрізняється тим, що кількість дрібних вуглецевих матеріалів збільшується на 50кг на 1т розплаву чавун у, через що те 4 мпературу згоряння у плавильному газогенераторі знижують на 200°С. 22. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що суміші, які містять залізну руду, псевдозріджують у відновлювальному реакторі, який складається з декількох послідовно з'єднаних відновлювальних реакторів, відновлюючи і перетворюючи ці суміші у відновлені матеріали. 23. Спосіб за п. 22, який відрізняється тим, що відновлені матеріали перед їх завантаженням у плавильний газогенератор ущільнюють. 24. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що відновлення сумішей, що містять залізну руду, здійснюють у відновлювальному реакторі з псевдозрідженим шаром насадки. 25. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що відновлення сумішей, що містять залізну руду, здійснюють у відновлювальному реакторі з ущільненим шаром вугілля. 26. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що під час інжектування кисню і дрібних вуглецеви х матеріалів в ущільнений шар вугілля через фурми, встановлені у плавильному газогенераторі, утворюють факел згоряння довжиною від 0,7м до 1,0м. 27. Пристрій для виготовлення розплаву чавун у, який має: - відновлювальний реактор для відновлення сумішей, що містять залізну руду, і для перетворення цих сумішей у відновлені матеріали, - пристрій подачі вугілля для подачі грудкуватих вуглецевих матеріалів, що містять леткі компоненти як джерело тепла для плавлення відновлених матеріалів, - плавильний газогенератор з купольною верхньою частиною для завантаження відновлених матеріалів, з'єднаний відновлювальним реактором, приєднаним до пристрою подачі вугілля для завантаження в нього грудкуватих вуглецевих матеріалів і пристосованим для інжектування в нього кисню та дрібних вуглецеви х матеріалів, що містять леткі компоненти, через фурми, встановлені у плавильному газогенераторі, - пристрій подачі дрібних вуглецевих матеріалів, і - лінію подачі у відновлювальний реактор відновлювального газу, одержаного у плавильному газогенераторі з летких компонентів, що містяться у грудкувати х вуглецевих матеріалах і дрібних вуглецевих матеріалах. 28. Пристрій за п. 27, який відрізняється тим, що дрібні вуглецеві матеріали містять леткі компоненти у кількості від 8,0 мас. % до 35,0 мас. %, і ці леткі компоненти містять вуглець і водень. 29. Пристрій за п. 28, який відрізняється тим, що індекс вільного спучування дрібних вуглецевих матеріалів не перевищує 6,0. 30. Пристрій за п. 27, який відрізняється тим, що грудкуваті вуглецеві матеріали містять леткі компоненти у кількості від 20,0 мас. % до 35,0 мас. %, і ці леткі компоненти містять вуглець і водень. 31. Пристрій за п. 27, який відрізняється тим, що розмір часток грудкува тих вуглецеви х матеріалів становить від 8мм до 35мм. 32. Пристрій за п. 27, який відрізняється тим, що пристрій подачі дрібних вуглецевих матеріалів включає: 5 85248 6 - бункер зберігання сирого вугілля для зберігання рядового вугілля; - млин для подрібнення рядового вугілля і одержання дрібних вуглецевих матеріалів, приєднаний до бункера зберігання рядового вугілля, - бункер для зберігання дрібних вуглецевих матеріалів, приєднаний до млина, - пристрій для подачі під тиском належної кількості дрібних вуглецевих матеріалів з бункера зберігання дрібних вуглецеви х матеріалів у плавильний газогенератор з балансуванням тиску, - розподільник, встановлений над плавильним газогенератором для контролю подачі належної кількості дрібних вуглецеви х матеріалів, і - лінію для подачі дрібних вуглецевих матеріалів у фурму, з'єднану з пристроєм подачі з балансуванням тиску. 33. Пристрій за п. 32, який відрізняється тим, що має множину розподільників і множину фурм, відповідно приєднаних до розподільників, для подачі однаковою мірою дрібних вуглецевих матеріалів до кожного розподільника, і потім, відповідно, у фурми. 34. Пристрій за п. 27, який відрізняється тим, що додатково має: - змішувальну камеру, встановлену поблизу фурм, - лінію для подачі додаткового газу до змішувальної камери, приєднану до змішувальної камери, і - лінію для інжектування дрібних вуглецевих матеріалів, з'єднану із змішувальною камерою і фурмами, причому змішувальну камеру приєднано до пристрою подачі дрібних вуглецеви х матеріалів для їх інжектування у плавильний газогенератор по лінії інжектування дрібних вуглецеви х матеріалів за допомогою додаткового газу. 35. Пристрій за п. 34, який відрізняється тим, що дрібні вуглецеві матеріали вводять у змішувальну камеру несучим газом. 36. Пристрій за п. 34, який відрізняється тим, що швидкість потоку дрібних вуглецевих матеріалів, що виходить з лінії інжекування дрібних вуглецевих матеріалів, регулюють у межах від 40м/с до 70м/с. 37. Пристрій за п. 34, який відрізняється тим, що додатковим газом є горючий газ. 38. Пристрій за п. 34, який відрізняється тим, що лінія подачі додаткового газу утворює кут від 30° до 90° з лінією інжектування дрібних вуглецевих матеріалів. 39. Пристрій за п. 27, який відрізняється тим, що пристрій подачі вугілля має пристрій для виготовлення вугільних брикетів пресуванням дрібного вугілля. 40. Пристрій за п. 39, який відрізняється тим, що пристрій для виготовлення вугільних брикетів має: - сушильну камеру для сушіння дрібного вугілля, - пилосепаратор для збирання пилу, що утворюється у сушильній камері, - міксер, приєднаний до сушильної камери і призначений для додавання зв'язуючого агента до висушеного дрібного вугілля і змішування їх, і - пару роликів, приєднаних до міксера і призначених для виготовлення вугільних брикетів пресуванням дрібного вугілля з домішаним до нього зв'язуючим агентом. 41. Пристрій за п. 40, який відрізняється тим, що пилосепаратор з'єднано з пристроєм подачі дрібних вуглецевих матеріалів для подавання в нього зібраного пилу як дрібних вуглецеви х матеріалів. 42. Пристрій за п. 39, який відрізняється тим, що пристрій подачі дрібних вуглецевих матеріалів з'єднано з пристроєм для виготовлення вугільних брикетів. 43. Пристрій за п. 27, який відрізняється тим, що відновлювальний реактор складається з множини послідовно з'єднаних відновлювальних реакторів з псевдозрідженим шаром насадки. 44. Пристрій за п. 43, який відрізняється тим, що додатково має приєднаний до відновлювального реактора і до плавильного газогенератора пристрій виготовлення чавуну з компактним графітом для ущільнення відновлених матеріалів і подавання їх у плавильний газогенератор. 45. Пристрій за п. 27, який відрізняється тим, що відновлювальним реактором є реактор з ущільненим шаром насадки. 46. Пристрій за п. 27, який відрізняється тим, що довжина факела згоряння, утворена перед фурмою, становить від 0,7м до 1,0м. Винахід стосується пристрою для виготовлення розплаву чавун у інжекцією вуглецевих матеріалів у плавильний газогенератор і спосіб виготовлення розплаву чавун у з застосуванням цього пристрою, зокрема, пристрою для виготовлення розплаву чавун у завантаженням вуглецевих матеріалів і носіїв заліза і інжекцією дрібних вуглецевих матеріалів у плавильний газогенератор, а також способу виготовлення розплаву чавуну з застосуванням цього пристрою Чорна металургія є базовою галуззю, яка постачає основні матеріали, необхідні для конструювання і виробництва автомобілів, суден, побутових предметів тощо. Ця індустрія розвивалась з най ранішніх часів людства. Металургійні виробництва, які грають вирішальну роль в чорній металургії, виробляють сталь з розплаву заліза і постачають її споживачам після отримання цього розплаву (тобто, чавуну у стані розплаву) з залізних руд і вугілля як сировини. Зараз приблизно 60% світового виробництва заліза виробляються з застосуванням доменних печей, тобто методом, розробленим ще у 14-му столітті. Згідно з цим методом, кокс, виготовлений з використанням залізної руди і бітумінозного вугілля, після проходження через процес спікання вносять у доменну піч і подають у піч кисень для відновлення залізної руди до заліза, отримуючи 7 85248 розплав заліза. Застосування доменних печей, яке практикують у більшості виробництв розплаву заліза, вимагає, щоб сировина мала щонайменше заздалегідь визначені твердість і розмір гранул, який забезпечує належну вентиляцію у печі з урахуванням реакційних характеристик. Тому кокс, отриманий у процесі обробки спеціального рядового вугілля, є необхідним як джерело карбону, що використовується як паливо і відновлювач. Крім того, потрібно мати джерело заліза, яким є спечена залізна руда, отримана агломерацією. Отже, сучасний доменний процес потребує обладнання для попередньої обробки сировини, наприклад, коксувального обладнання і обладнання для спікання. Крім того, необхідно мати допоміжне обладнання для доменної печі і обладнання для мінімізації забруднення довкілля. Значні інвестиції для забезпечення такого обладнання підвищують вартість виробництва. Для вирішення цих проблем були проведені значні дослідження для розробки процесу відновлювального плавлення, який дозволяє отримати розплавлене залізо, використовуючи рядове вугілля як паливо і відновлювач і залізні руди, як джерело заліза. Оскільки у плавильному газогенераторі утворюється ущільнений шар вугілля, що складається з вугілля, носії заліза і додатків·розплавляються і шлакуються в ущільненому шарі вугілля і вивантажуються у вигляді розплаву чавун у і шлаку. Кисень входить у плавильний газогенератор через множину фурм, встановлених на зовнішній стінці плавильного газогенератора, і спалює ущільнений шар вугілля Отже, кисень перетворюється у гарячий відновлювальний газ, який подають у реактор з псевдозрідженим шаром. Гарячий відновлювальний газ відновлює і спікає носи заліза і добавки, які завантажуються ззовні. Грудкувате вугілля, завантажене у верхню частин у плавильного газогенератора, змінюється під дією різкого теплового удару при падінні у купольну частину плавильного газогенератора, де підтримується висока температура, приблизно 1000°С. У цьому випадку утворюється багато пилу, що містить велику кількість вуглецевих компонентів. Велика кількість пилу знижує проникність плавильного газогенератора. Для вирішення цієї проблеми встановлюють пилоспалювач у верхній частині плавильного газогенератора і спалюють цей пил, в той час, як кисень подається у плавильний газогенератор пилоспалювачем. Спалювання пилу дозволяє використати тепло згоряння вуглецевих компонентів, що містяться у пилу. Грудкувате вугілля, завантажене у плавильний газогенератор, швидко розігрівається у його купольній частині. Леткі компоненти, що містяться у грудкуватому вугіллі, спочатку піролізуються з утворенням піролізного газу ланцюгової структури CnHm і смоляної фази кільцевої структури. Леткі компоненти спочатку піролізуються і потім репіролізуються у відновлювальний газ, наприклад, CO і Н2. Тепло, яке є необхідним для процесу пролізу поглинається під час цього процесу і тому температура купольної частини знижується. Тому на додаток до кисню, який необхідний для спалюван 8 ня пилу і подається пилоспалювачем або кисневим пальником, подають додатковий кисень, щоб відвернути це зниження температури. Частина відновлювального газу, що утворився у купольній частині плавильного газогенератора, спалюється цим додатковим киснем, і цим відвертається зниження температури. Однак, незважаючи на таке згоряння, частина вугільного піролізного газу або смола не повністю піролізуються у СО2 і Н2. Отже, частина газу, що містить депіролізований вуглеводень, наприклад, СН4, залишається у відновлювальному газі, що виходить з плавильного газогенератора. Як уже відзначалось, коли грудкувате вугілля завантажують у плавильний газогенератор, тепло згоряння вуглецю, що міститься летких компонентах, використовується, головним чином, для пролізу газу, який виділяють леткі компоненти, і підвищує температуру піролізного газу. Вуглецеві матеріали частково вивантажуються з плавильного газогенератора без утворення тепла згоряння. Отже, лише та кількість вуглецевих матеріалів без вуглецю, що міститься у летких компонентах, з усієї кількості вуглецеви х матеріалів, що містяться у гр удкуватому вугілля згоряє у нижній частині плавильного газогенератора. Відповідно, для створення достатнього джерела тепла для виготовлення розплаву чавун у має бути використана кількість вуглецевих матеріалів, більша за фактично необхідну. Депіролізований вугле водний газ, наприклад, CH4, виводиться з плавильного газогенератора частково у складі відновлювального газу. Крім того, відновлювальний газ, що містить СО2 і Н2О виводиться частково, оскільки через пилоспалювач подається надлишок кисню. Отже, існує проблема зниження відновлювальної здатності, тобто, псування відновлювального газу, що подається у відновлювальний реактор. Задачею винаходу є розв'язання зазначених вище проблем, мінімізація витрат палива при виготовленні розплаву чавуну інжекцією дрібних вуглецевих матеріалів у плавильний газогенератор і забезпечення відновлювального газу з поліпшеною відновлювальною здатністю. Крім того, винахід включає пристрій для виготовлення розплаву чавуну з підвищеним коефіцієнтом корисної дії тепла згоряння вугілля інжекцією дрібних вуглецевих матеріалів. Для вирішення цих проблем винахід пропонує спосіб виготовлення розплаву чавуну, який включає операції відновлення сумішей, що містять залізну руду, у відновлювальному реакторі і перетворення цих сумішей у відновлені матеріали, приготування грудкуватих вуглецевих матеріалів, що містять леткі компоненти як джерело тепла для плавлення відновлених матеріалів, завантаження грудкувати х вуглецевих матеріалів у купольну верхню частину плавильного газогенератора і формування ущільненого шару вугілля, приготування дрібних вуглецеви х матеріалів, що містять леткі компоненти як джерело тепла для плавлення відновлених матеріалів, інжекції кисню і дрібних вуглецевих матеріалів в ущільнений шар вугілля через фурми, встановлені у плавильному газогенераторі, завантаження відновлених матері 9 85248 алів у плавильний газогенератор, приєднаний до відновлювального реактора і виготовлення розплаву чавуну, а також подачу відновлювального газу, отриманого у плавильному газогенераторі з летких компонентів, що містяться у гр удкува тих вуглецевих матеріалах і дрібних вуглецевих матеріалах, у відновлювальний реактор. Дрібні вуглецеві матеріали можуть містити леткі компоненти у кількості від 8,0% до 35,0% (за масою), а леткі компоненти можуть містити вуглець і водень в операції приготування дрібних вуглецевих матеріалів, що містять леткі компоненти як джерело тепла для плавлення відновлених матеріалів. Бажано, щоб індекс вільного спучування дрібних вуглецеви х матеріалів не перевищував 6,0. Грудкуваті вуглецеві матеріали можуть містити леткі компоненти у кількості від 20,0% до 35,0% (за масою), а леткі компоненти можуть містити вуглець і водень в операції приготування грудкува тих вуглецевих матеріалів, що містять леткі компоненти як джерело тепла для плавлення відновлених матеріалів. Бажано, щоб розмір частинок грудкувати х вуглецевих матеріалів становив від 8мм до 35мм. Бажано, щоб операція приготування грудкуватих вуглецевих матеріалів включала операції розділення рядового вугілля на дрібне вугілля і грудкувате вугілля, і приготування грудкуватих вуглецевих матеріалів, в яких грудкува те вугілля контактує з гарячим газом і потім висушується. Спосіб виготовлення розплаву чавун у може додатково включати операцію інжекції розділеного дрібного вугілля як дрібних вуглецеви х матеріалів в ущільнений шар вугілля. Спосіб виготовлення розплаву чавуну може, крім того, включати операцію перенесення дрібного вугілля, яке збирається, коли грудкувате вугілля входить у контакт з гарячим газом, і інжекції дрібного вугілля як дрібних вуглецевих матеріалів. Грудкуваті вуглецеві матеріали можуть включати вугільні брикети, а операція приготування грудкувати х вуглецеви х матеріалів може включати операції розділення рядового вугілля на дрібне вугілля і грудкувате вугілля і пресування дрібного вугілля з подальшим виготовленням вугільних брикетів. Операція виготовлення вугільних брикетів може включати операції сушіння дрібного вугілля, додання зв'язувального агента до дрібного вугілля і змішування їх, і пресування дрібного вугілля з доданим зв'язувальним агентом з подальшим виготовленням вугільних брикетів. Описані вище операції виготовлення вугільних брикетів можуть, крім того, включати операцію переміщення дрібного вугілля, зібраного в операції сушіння дрібного вугілля, і інжекцію дрібного вугілля як дрібних вуглецевих матеріалів. Бажано виготовляти дрібні вуглецеві матеріали подрібненням рядового вугілля, причому розмір частинок подрібнених дрібних вуглецевих матеріалів має не перевищувати 3мм в операції інжекції дрібних вуглецевих матеріалів в ущільнений шар вугілля. 10 Бажано, щоб рівень окиснення відновлювального газу знижувався до меж від 0% до 11,432%, коли кількість введених інжекцією дрібних вуглецевих матеріалів підвищується в операції подачі відновлювального газу у відновлювальний реактор. Бажано, щоб кількість газу CH4 у плавильному газогенераторі знижувався, коли кількість введених інжекцією дрібних вуглецевих матеріалів підвищується, а рівень окиснення відновлювального газу знижувався із зниженням кількості газу CH4. Бажано, щоб суттєво витримувалось співвідношення у=0,0001х, де х - кількість введених інжекцією дрібних вуглецевих матеріалів, а у - відновлююча кількість газу CH4 у плавильному газогенераторі. Одиницею х є кг/т, а одиницею у є %. Бажано, щоб суттєво витримувалось співвідношення -3,4718