Спосіб і пристрій для виробництва переробного чавуну або рідких первинних сталевих продуктів з шихтових матеріалів, що містять залізну руду

Винахід відноситься до способу виробництва переробного чавуну або рідкої первинної сталевої продукції з шихтових матеріалів, що містять залізну руду, у доменній печі, у який СО2 практично вилучають з принаймні часткового потоку колошниковий газу, що виходить з шахтної печі з відновною атмосферою, і цей частковий потік, у відповідному разі, підігрівають і подають до доменної печі як відновний газ і до пристрою для здійснення цього процесу. Цей спосіб є відомим з викладеної заявки Німеччини DE4421673A1. У цей спосіб колошниковий газ після того, як СО2 вилучено, змішують з гарячим азотом або гарячим газом, що містить азот, або гарячим газом, що містить аргон, і таким чином нагрівають до більш ніж 800°С. У цей спосіб нагрітий колошниковий газ, з якого практично вилучено СО2, подають до доменної печі через розподільну трубу гарячого повітря. Нагрівання колошникового газу повинно здійснюватися надзвичайно швидко, щоб запобігти реакції газу CO відповідно до рівноваги Будуара і щоб запобігти реакції газу Н2 через гетерогенну реакцію водяного газу, які призводять до значної затримки способу та технології пристрою. Патент США №3954444А1 відноситься до способу прямого відновлення залізних руд. У цей спосіб частину відновного газу вилучають з шахтної печі, обробляють і по тому подають назад до шахтної печі. У цьому разі у конкретному варіанті здійснення відновний газ можна також вводити до шахтної печі як відновний агент. Знов таки, у цей спосіб відновлювання газу є трудомістким і таким, що спричиняє затримку способу та технології пристрою. Зважаючи на недоліки відомих технічних рішень, задача цього винаходу полягає у розробці способу та пристрою для здійснення цього процесу, котрий у порівнянні з відомими технічними рішеннями, призводить до поліпшеного енергетичного балансу та поліпшеного управління процесом. Задача винаходу вирішується через відрізняльну частину пункту 1 щодо запропонованого способу і через відрізняльну частину пункту 5 щодо запропонованого пристрою. Запропонована ознака, а саме: введення нагрітого колошникового газу до нижньої зони шахти доменної печі - призводить до значних переваг в управлінні технологічним процесом у порівнянні з відомими технічними рішеннями. Пропонується, зокрема, повне повторне використання у технологічному процесі колошникового газу з шахтної печі. Колошниковий газ з доменної печі подають для повторного використання, краще з метою використання його відновних властивостей. У запропонований спосіб частковий потік цього колошникового газу можна вводити до доменної печі, а ще один частковий потік можна використовувати, приміром, для виробництва енергії. Важливо, однак, щоб колошниковий газ вилучався після того, як він пройшов через шахтну піч, а не так, щоб, скажімо, частковий потік відгалужується у доменній печі, як у відомих технічних рішеннях. У порівнянні з відомими технічними рішеннями спосіб, що пропонується, забезпечує набагато ефективніше нагрівання шихти у шахтній печі, що є важливим критерієм роботи. У варіанті здійснення винаходу, якому віддається особлива перевага, до доменної печі вводять увесь колошниковий газ з шахтної печі. Далі, подача газу у такий спосіб, котру за цим винаходом здійснюють над розпаром, знижує теплове навантаження на розпар і заплечики та покращує газову проникність цієї зони та злив рідкої фази. Вибір місця, де колошниковий газ слід подавати до нижньої зони шахти доменної печі, залежить, головним чином, від складу колошникового газу у конкретному технологічному процесі. Оскільки кожний колошниковий газ має конкретний склад, який зазвичай є притаманним процесу, з якого його отримують, для визначення цієї точки введення газу до шахти доменної печі, яка забезпечить роботу доменної печі в оптимальній точці роботи, слід користуватися відомими конструктивними рішеннями. Щодо зазначеної точки у шахті доменної печі, де колошниковий газ слід вводити до доменної печі, можна відзначити таке. Точка введення зазвичай розташована з точки зору її положення вище зони когезії або вище зони прямого відновлювання і, отже, у шахті доменної печі. Місце, де колошниковий газ слід подавати до шахти доменної печі, залежить, з одного боку, від температури та складу колошникового газу та, з другого боку, від роботи доменної печі. Найважливішим фактором є ефект, що досягається у результаті введення колошникового газу. Вплив колошникового газу на шихтові матеріали процесу доменної печі, котрий є вирішальним у цьому відношенні для припасування складу колошникового газу, полягає, з одного боку, в підвищенні відносної" частини опосередкованого відновлення через подачу відновного газу, і у такий самий спосіб відносна частина прямого відновлення, яке у доменній печі призводить до небажаного витрачання вуглецю та високого витрачання енергії на процес, зменшується у процесі, і, з другого боку, у значно вищій швидкості нагрівання і, відтак, меншому розкладенню руди, що пов'язано також з більшим реакційним об'ємом у завантажувальній зоні доменної печі. У варіанті здійснення винаходу, якому віддається перевага, температура колошникового газу перед тим, як його подають до доменної печі, перевищує 750°С, краще, якщо в межах між 750°С та 1100°С, ще краще, якщо між 800°С та 920°С, а ще краще, якщо між 820°С та 880°С, і цей газ вводять до доменної печі у нижньому кінці шахти доменної печі для відновлення вюститу. У цьому процесі у місці, де газ вводять до звичайної відомої доменної печі, у зовнішніх шарах завантажувальної зони доменної печі досягаються температури 1100°С і нижче, у варіанті здійснення винаходу, якому віддається перевага, - нижче за 1000°С, а у варіанті здійснення винаходу, якому віддається особлива перевага, - нижче за 900°С. У варіанті здійснення винаходу, якому віддається особлива перевага, запропонований спосіб виробництва переробного чавуну або рідкої первинної сталевої продукції передбачає використання плавильного газифікатора, що перетворює частинки чавуну на переробний чавун і протягом процесу створює відновний газ. Цей відновний газ є особливо придатним для подальшого використання у відновній шахтній печі та ще служить основою для колошникового газу, котрий для цілей винаходу вводять до нижньої зони шахти доменної печі. За ще однією ознакою винаходу колошниковий газ практично без СО2 нагрівають до температури вище за 800°С шляхом неповного спалення. У такий спосіб неповне спалення призводить до коригування вмісту СО2/Н2О у колошниковому газі, щоб у такий спосіб відповідно припасувати, як описано, склад колошникового газу, що має вводитися до доменної печі, і, зокрема, зменшити осаджування вуглецю у доменної печі. Зменшення присутності розподіленого у дрібних кількостях вуглецю сприятливо впливає на енергетичний баланс процесу. Робота на основі складу колошникового газу, типового для конкретного процесу, призводить не лише до зменшення витрачання коксу через те, що колошниковий газ вводять до доменної печі у нижній зоні шахти доменної печі, а ще й до того, що ступінь окислення колошникового газу, що вводять, припасовується до конкретної зони доменної печі, до якої колошниковий газ має вводитися, і у такий спосіб робота доменної печі оптимізується. Якщо нагрітий колошниковий газ до того ввели до доменної печі через звичайну лінію гарячого повітря і він неминуче мав особливо низький рівень СО2 та Н2О, то введення газу у місці, значно вище за звичайну лінію гарячого повітря на шахті доменної печі, означає, що особливо бажаним є підвищений вміст СО2 та Н2О. Запропонований спосіб нагрівання колошникового газу, який практично не містить СО2, шляхом неповного спалення, замінює відомий спосіб, у який колошниковий газ має нагріватися гарячим азотом або гарячим газом, що містить азот та аргон, що являє собою витратнішу форму нагрівання колошникового газу. Принаймні неповна реакція колошникового газу через неповне окислення призводить до значного підвищення температури цього газу. Отже, дарма що вміст СО2 та Н2О у колошниковому газі знову підвищується після вилучення СО2 вище за потоком, вже відомого з попередніх технічних рішень, це підвищення знаходиться у межах, визначених взаємозалежністю між складом газу та місцем, де колошниковий газ вводять до шахти доменної печі. Далі, підвищення вмісту СО2 та Н2О є досить низьким, що унеможливлює визначення будьякого значного зниження відновлювальної дії у порівнянні з останніми відомими технічними рішеннями. Подальші переваги цього способу є такими: Той факт, що місце, де газ подають до доменної печі, змінено у порівнянні з відомими технічними рішеннями, уможливлює нагрівання колошникового газу у простий спосіб неповного спалення до потрібної температури, оскільки у принципі рівні СО2 та Н2О не спричиняють будь-якого несприятливого впливу. У такий спосіб можна позбавитися трудомісткого способу нагрівання колошникового газу шляхом змішування з гарячим газоподібним азотом або аргоном, як це робиться у відомих технічних рішеннях. Підвищення рівня опосередкованого відновлення у процесі доменної печіпризводить до значної економії енергії, результатом чого є те, що доменну піч можна експлуатувати у значно поліпшеній робочій точці щодо енергетичного та масового балансу. Ще за однією ознакою винаходу колошниковий газ, з якого СО2 вилучено, у додаток до того, що його частково спалюють, рекуперативно та (або) регенеративно попередньо нагрівають. У цьому разі рекуперативне та (або) регенеративне нагрівання та неповне спалювання припасують одне до одного та до усього процесу, уможливлюючи таким чином особливо ефективне та просте встановлення вмісту СО2/Н2О. Після визначення місця, де колошниковий газ має вводитися до доменної печі, вмісту СО2/Н2О у колошниковому газі встановлюють контрольованою зміною параметрів вилучення СО2 та (або) попереднього нагрівання та (або) неповного окислення у спосіб, придатний для роботи доменної печі. Двоступеневе нагрівання колошникового газу, а саме: рекуперативне та (або) регенеративне попереднє нагрівання та наступне неповне спалювання дозволяє запобігти наявності металевого пилу та надмірного осадження вуглецю у доменної печі. У варіанті здійснення винаходу, якому віддається особлива перевага, колошниковий газ, з якого СО2 та Н2О вилучено, перед його частковим спалюванням рекуперативно або регенеративно попередньо нагрівають до температури у межах між 300-600°С, краще між 400-500°С. Таке рішення забезпечує особливо раціональну конфігурацію технологічного процесу, яка відрізняється, зокрема, особливо кращим припасуванням попереднього нагрівання до часткового спалення. Рекуперативний та (або) регенеративний характер попереднього нагрівання означає, що вміст СО2/Н2О у колошниковому газі вряд чи або лише мінімально підвищується, що може статися на користь у продовженні процесу. Необмежувальний приклад варіанту здійснення винаходу детальніше пояснюється нижче з посиланням на схематичне креслення, на якому: Фіг. схематично показує запропонований пристрій і схематичну послідовність способу виробництва переробного чавуну або рідкої первинної сталевої продукції з шихтових матеріалів, що містять залізну руду. Пристрій для прямого відновлення, призначений як відновна шахтна піч, позначено позицією 1. Її відновна зона 2 завантажується згори через живильну лінію 3 грудкуватими завантажувальними матеріалами, що містіть окис заліза, разом, якщо застосовано, з добавками, що не згоріли, через живильну лінію 4. Шахтна піч 1 з'єднана з плавильним газифікатором 5, у якому з носіїв вуглецю та газу, що містить кисень, виробляють відновний газ. Відновний газ подають до шахтної печі 1 через живильну лінію б, газоочисний та (або) газоохолоджувальний пристрій 7, передбачений у живильній лінії 6. Плавильний газифікатор 5 має подачу 8 для твердих грудкуватих носіїв вуглецю, живильну лінію 9 для повернення пилу та живильну лінію 10 для газів, що містять кисень, та живильні лінії 11, 12 для носіїв вуглецю, рідких або газоподібних при кімнатній температурі, приміром, вуглеводів, і добавок, що згоріли. У плавильному газифікаторі 5 розплавлений переробний чавун 14 та розплавлений шлак 15 збирають під зоною розплавлення/газифікації 13 та випускають через льотки 16, 17. Грудкувату руду, яку вже відновлено з отриманням губчастого чавуну у шахтній печі 1 у відновній зоні 2, передають разом з добавками, що вже спалені у відновній зоні 2, через лінії 18, що з'єднують доменну піч 1 з плавильним газифікатором 5, до плавильного газифікатора, приміром, за допомогою вивантажувальних шнеків (не показані). До верхньої частини шахтної печі 1 приєднують лінію 19 для випуску колошникового газу, який створюють у відновній зоні 2. Цей колошниковий газ, що має температуру приблизно 200-400°С, подають до скрубера СО2 21 через газоочисний пристрій 20, і на вході до цього скрубера газ температура приблизно дорівнює навколишній температурі. Хімічний склад колошникового газу є практично таким: Об'ємна частка, % СО2 CO 35 40 Н2 20 N2+залишок 5 Після того, як він вийшов зі скрубера СО2, колошниковий газ, що тепер практично не містить СО2, має практично такий склад: Об'ємна частка, % СО2 CO 2 60 Н2 30 N2+залишок 8 По тому колошниковий газ подають до рекуператора або регенератора 22, де його нагрівають до температури приблизно 450°С. Далі очищений колошниковий газ, що практично не містить СО2, подають до реактора 23, де його частково спалюють у середовищі, що містить кисень, зокрема, у чистому кисні, що подають через лінію 33. У цьому процесі температура газу досягає приблизно 850 °С. Частково спалений має практично такий склад: Об'ємна частка, % СО2 СО 5 58 Н2 29 N2+залишок 8 По тому нагрітий колошниковий газ подають через лінію 24 до кільцевого трубопроводу 25 доменної печі 26 та вводять до доменної печі у нижній зоні шахти доменної печі. Окисли заліза разом із коксом і добавками подають до доменної печі, що може бути будь-якої звичайної конструкції, зверху через живильну лінію 27. Розплавлений переробний чавун 28 та розплавлений шлак 29 випускають у звичайний спосіб через льотки 30, 31. Гаряче повітря подають через живильну лінію 32. Запропоновані спосіб і пристрій забезпечують такі переваги: - Суттєве ефективне підвищення продуктивності при виробництві чавуну в існуючій доменній печі через процес прямого відновлення, оскільки колошниковий газ, що виходить з процесу прямого відновлення, використовується з вигодою у доменної печі, і у такий спосіб колошниковий газ, що виробляють підчас процесу прямого відновлення, використовують для додаткового виробництва переробного чавуну в існуючих доменних печах. - Підвищення продуктивності доменної печі завдяки підвищенню ступеня відновлення через опосередковане відновлення газом шихти і, відтак, поліпшення теплового балансу в заплечиках і поді доменної печі. - Ефективніший випал грудкуватих добавок, якщо їх використовують безпосередньо у доменної печі.