Спосіб безкоксового одержання металу у шахтній печі

Спосіб безкоксового одержання металу в шахтній печі, що містить в собі відновлювальнотеплову обробку оксидних матеріалів в шахті, перевантаження їх в плавильне горно, довідновлення, плавлення та перегрів розплавів гарячим відновлювальним газом, що генерується в прифурмених газифікаторах горна, який відрізняється тим, що в прифурмені газифікатори подають надлишкову відносно стехіометрично необхідної для отримання відновлювальних газів кількість вугілля, величину якої змінюють в залежності від кількості залишкового кисню оксидів заліза після віднов A (54) СПОСІБ БЕЗКОКСОВОГО ОД ЕРЖАННЯ МЕТАЛУ У ШАХТНІЙ ПЕЧІ 29988 регрів розплавів гарячим відновлювальним газом, що генерується в прифурмених газифікаторах горна, в прифурмені газифікатори подають надлишкову, відносно стехіометрично необхідної для одержання відновлювальних газів, кількість вугілля, яку регулюють залежно від кількості залишкового кисню оксидів заліза після відновлення газом та необхідної зміни вмісту вуглецю в металі по виразу: У Н=СВ-1´[0,75´(Oш-Оі)+10´[С]´Кс-1+ +0,072´И+SСо] кг/т мет., де: У Н - надлишкова кількість вугілля, що подається в газифікатор, кг/т мет.; Ош, Оі - кількість кисню оксидів заліза, відповідно, вихідної шихти та відібраного від оксидів газом в ша хті та горні, кг/т мет.; СВ - вміст вуглецю в вугіллі, кг/кг; [С] - необхідний вміст вуглецю в металі, %; Кс - емпірично встановлюваний коефіцієнт переходу вуглецю в метал (0,0... 1,0); И - кількість флюсу (наприклад, вапняку), що подається в горно, кг/т мет.; 0,072 - коефіцієнт, що враховує склад флюсу та ступінь взаємодії СО2 флюсу з вуглецем; SСо - кількість вуглецю, необхідна для відновлення домішок, що входять до складу чавун у (кремнію, марганцю, фосфору та ін.) з їх оксидів, кг/т мет. Між суттєвими розпізнавальними ознаками винаходу та технічним результатом, що досягається, є наступний причинно-наслідувальний зв'язок. При відновленні оксидів заліза газом в шахті та горні печі, кількість відібраного кисню складає 70-95% в залежності від відновлюваності сировини, кількості і складу газу, його розподілу по перерізу. Довідновлення оксидів заліза в горні після розплавлення потребує витрат твердого вуглецю. Твердий вуглець необхідний також для навуглецювання металу до заданої величини, відновлення вуглекислоти, що створюється при розкладанні флюсу (наприклад вапняку), що подається в горно, до СО, відновлення оксидів домішків, що входять до складу чавун у. Подачу твердого вуглецю в горно пропонується здійснювати через прифурмені газифікатори вугілля, в яких провадиться неповне спалювання вуглецю гарячим, збагаченим киснем, дуттям в стехіометричному відношенні, яке забезпечує одержання оксиду вуглецю, тобто не більше 2-х молей на моль кисню (2С+О2=2СО). Подавання вугілля в газифікатор в кількості, що перевищує вказану, тобто більше 2 молей на моль кисню, дозволяє створити необхідний надлишок твердого вуглецю в горні для: - відновлення оксидів заліза - Соз; - навуглецювання металу – Cм ; - відновлення СО2, що створюється при розкладанні флюсу (вапняку), що подається в горно, до CO - Сфл; - відновлення інших оксидів (кремнію, марганцю, фосфору та ін.) - SСо. Величина Соз визначається по виразу Соз=(Ош-Оі)´12/16=(Ош-Оі)´0,75 кг/т мет. Кількість кисню, відібраного газом від шихти, визначається по складу колошникового газу: Оі=0,5´(СО2+Н2О)´32/22,4´Vг кг/т мет.; де: CO2, Н2 О - об'ємні долі відповідних компонентів газу з коректуванням на СО2 охолождувального газу та вологу ши хти м 3/м 3; Vг - кількість колошникового газу м/т мет. Величина См , необхідна для навуглецювання металу на [С]% при ступені переходу вуглецю в метал Кс визначають з виразу См =[С]´Кс-1´1000/100=10´[С]´Кс-1 кг/т мет. Коефіцієнт Кс залежить від умов відновлення оксидів в розплаві (температура, окисленість та інше) та може змінюватися від 0 до 1. Для конкретних умов він визначається емпірично. Величина Сфл, необхідна для відновлення діоксиду вуглецю (по реакції СО2+С=2СО), утворюваного при розкладанні И кг /т мет. вапняку, що подається в горно, при вмісті СО2 в вапняку 44% та ступені взаємодії твердого вуглецю в горні з СО2 0,6, визначається з виразу Сфл=И´0,44´12/44´0,6=И´0,072 кг/т мет. Величина SСо визначається як сума витрат вуглецю на відновлення домішків, що містяться в чавуні: - кремнію (по реакції SiО2+2С=Si+2СО) при вмісті кремнію в чавуні [Si]% CSі=[Si]´1/28´2´12´1000/100=[Si]´8,57 кг/т мет. - марганцю (по реакції МnО+С=М n+СО) при вмісті марганцю в чавуні [Мn]% CМn=[Mn]´1/55´12´1000/100=[Мn]´2,18 кг/т мет. - фосфору (по реакції Р2О5+5С=2Р+5СО) при вмісті фосфор у в чавуні [Р]% СР=[Р]´1/32´5 ´12´1000/100=[Р]´9,67 кг/т мет. Аналогічно визначається витрата твердого вуглецю для відновлення інших оксидів металів. Загальна необхідна надлишкова витрата вугілля, що подається в газифікатор, при вмісті вуглецю в вугіллі С В кг/кг складе У Н=СВ-1´(Соз+См +Сфл+SСо) або У Н=СВ-1´[0,75´(Ош-Оі)+10´[C]´Кс-1+ +0,072´И+SСо] кг/т мет. Таким чином, суттєві розпізнавальні ознаки запропонованого способу забезпечують досягнення технічного результату, який складається в тому, що забезпечується можливість регульованого вводу твердого вуглецю в горно для прямого відновлення оксидів заліза та домішків в горні та керування навуглецюванням металу. Сутність запропонованого способу складається в тому, що для кожних конкретних шихтових умов визначають кількість кисню оксидів заліза вихідної шихти Ош, кількість завантаженого в горно вапняку (в залежності від основності агломерату), по складу колошникового газу - кількість кисню, віднятого газом від оксидів в шахті та горні Oі, вміст вуглецю у вугіллі С В, задаються значенням вмісту вуглецю [С] в готовому металі. По наведеній залежності визначають кількість вугілля У Н, необхідного для прямого відновлення оксидів заліза та завданого навуглецювання металу, відновлення СО2 флюсу та оксидів інших металів. Визначену таким шляхом кількість вугілля додають до кількості вугілля, необхідної для отримання відновлювального газу, що потребується, та все вугілля подають в прифурмені газифікатори горна. В прифурмених газифікаторах вугілля, не 2 29988 обхідне для отримання гарячого відновлювального ми струменями вноситься в горно, де і виконує газу, газифікується до оксида вуглецю гарячим функції прямого відновлення та навуглецювання. збагаченим дуттям, що подається в стехіометричПриклад реалізації способу ному відношенні (один моль О2 на два моля С), а Шахтна піч безкоксового отримання металу надлишкове вугілля У Н разом з газом потрапляє в працює на офлюсованому агломераті. горно, де і виконує функцію довідновлення оксидів В горно подається вапняк в кількості 10 кг/т мет. та навуглецювання металу, чому сприяє прохоДуття: температура - 1100°С, вміст кисню дження процесів в горні в умовах псевдозріджено50%, вологість - 1%, кількість - 1200 м 3/хв. Вміст го шару. Кількість дуття визначають не на все вувуглецю в робочій масі вугілля - 0,75 кг/кг. гілля, що подається в прифурмений газифікатор, а Склад колошникового газу (%): СО – 34,1; СО2 тільки на вугілля, необхідне для отримання віднов- 28,2 (в т.ч. з о холоджувального газу - 0,8%); Н2 лювального газу. 6,0; Н2О - 5,0; N 2 - 26,7. Кількість колошникового Спосіб здійснюється слідуючим чином. Шихтогазу - 132 тис. м 3 /год. або 1600 м 3/т мет. ві залізовмістні матеріали, що завантажуються на Склад металу (%): Si - 0,2; Мn - 0,1; S - 0,02; Р колошник, піддаються відновлювально-тепловій - 0,03; С - 4,0. обробці в протитечії гарячого відновлювального Виробка - 2000 т/добу. газу, що вдувається в нижню частину ша хти при Коефіцієнт переходу вуглецю в метал Кс=0,8. температурі, що забезпечує збереження твердоКількість кисню оксидів заліза, що завантажуфазного стану матеріалів, наприклад, для агломеється з агломератом - 400 кг/т мет. Таким чином: рату комбіната "Запоріжсталь" - 900°С. Ош=400 кг/т мет.; И=10 кг/т мет.; За допомогою перевантажувального вузла, наVг=1600 м 3/т мет.; [С]=4,0% приклад шнекового, відновлені матеріали переванОі=0,5´(0,282-0,008+0,05)´32/22,4´1600= тажуються в плавильне горно, де відбувається їх =370,3 кг/т мет. довідновлення, плавлення та перегрів розплава за Соз=(400-370,3)´0,75=22,3 кг/т мет. рахунок гарячих відновлювальних газів, що генеСм =10´4,0 ´ 1/0,8=50,0 кг/т мет. руються в прифурмених газифікаторах вугілля. Сфл=10´0,072=0,72 кг/т мет. Гази з горна спрямовуються через газовідводи CSi=0,2´8,57=1,71 кг/т мет. в колектор, з котрого розводяться по фурмам, розСМn=0,1´2,18=0,22 кг/т мет. ташованим по обводу ша хти. Для підтримання неСР=0,03´9,67=0,29 кг/т мет. обхідної температури газів, що вдуваються в шахSСо=1,71+0,22+0,29=2,22 кг/т мет. ту, наприклад 900°С, до них додають в необхідній Загальна кількість надлишкового вугілля, що кількості охолоджувальний газ, для чого викорисдодається в газифікатори понад стехіометрично товують колошниковий газ, або надлишковий горнеобхідну для отримання гарячого відновлювальновий газ, попередньо охолоджений в рекуператоного газу, складає: рі або скрубері, який (газ) використовується в ре1 циркуляційному режимі. УН = (22,3 + 50,0 + 0,72 + 2,22) = 75,2 кг / т мет. Перевантажувані в горно, відновлені на 700,75 90% залізовмістні матеріали містять залишковий Для визначення необхідних годинних витрат кисень, зв'язаний в оксиди заліза, який частково вугілля, величину У Н множать на поточну годинну перейде в газ по реакції FeO+CO=Fe+СО2, а частпродуктивність печі, яку визначають по кількості ково попаде в розплав, де для активного відновзавантаженого з шихтою заліза та вмісту заліза в лення оксидів заліза необхідний твердий вуглець чавуні. на пряме відновлення: FeO+С=Fe+CO. Діоксид Наприклад: вуглецю, що виділився при розкладанні флюсу в Поточна годинна кількість завантаженого залігорні, також відновлюється твердим вуглецем до за складає 80 т. При вмісті заліза в чавуні CO: CO2+С=2СО. Крім того в горні відновлюються 0,9565 кг/кг годинна продуктивність складе твердим вуглецем оксиди кремнію, марганцю, 80/0,9565=83,6 т/год., а необхідна годинна кільфосфор у та ін. кість надлишкового вугілля складе Необхідну кількість твердого вуглецю та відУ н год.=75,2´83,6´10-3=6,3 т/год. повідну кількість вугілля визначають по наведеним Таким чином, при використанні запропоновавиразам, подають в прифурмений газифікатор як ного способу, вирішується поставлене завдання та надлишкову до вугілля, необхідного для отримандосягається технічний результат. ня відновлювального газу. Цей вуглець фурмени__________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3