Установка для одержання розплаву заліза

1. Установка для одержання розплаву заліза, зокрема розплаву сталі, яка включає плавильну піч із джерелами нагрівання, кришку, льотку для зливу металу й шлаку, реактор попереднього відновлення, пов'язаний із плавильною піччю, вузли завантаження й розвантаження, яка відрізняється тим, що плавильна піч і реактор попереднього відновлення виконані з вогнетривкою кладкою й мають спільну бічну стінку, при цьому плавильна піч cпоряджена опозитно встановленими плазмотронами, розміщеними в нижній частині бічних стінок, а у верхній частині печі, нижче установки кришки, розташований відвідний газохід, з'єднаний з вертикальним каналом, виконаним у вогнетривкій C2 2 (19) 1 3 збільшити який при використанні індукційного нагрівання не представляється можливим. Найбільш близькою по технічній сутності й результату, що досягається (прототип), прийнята установка для одержання розплавів заліза, зокрема розплавів сталі, що включає місткість електродугової печі з бічними стінками, кришкою й дном, усередині якої містяться електроди, місткість для переплаву, розташовану за місткістю печі й з'єднану з нею зливом, дно місткості для переплаву нахилено вниз від зливу й переходить у горизонтальну площину у дальнього кінця місткості для переплаву, де розташований відвід для розплаву заліза, причому місткість для переплаву постачена засобом для подачі кисню, місткість для зціджування, розташовану за місткістю печі, що має з нею загальне дно, причому місткість для зціджування має відвід для шлаків, розміщений у її кінця, дальнього від місткості печі, пристрій для подачі рідкого чушкового чавуну, шахту попереднього нагрівання й завантажувальну шахту, причому як шахта попереднього нагрівання, так і завантажувальна шахта розташована над місткістю печі й сполучена з нею, відповідно до винаходу, із шахти попереднього нагрівання подаються тверді залізовмісні матеріали, шахта попереднього нагрівання з'єднана з місткістю печі через її кришку за допомогою газопроникного охолоджуваного ізолюючого пристрою, що відкривається в місткість печі, а пристрій для подачі рідкого чушкового чавуну з'єднано з місткістю електродугової печі, причому шахта попереднього нагрівання розташована по центру над місткістю електродугової печі, кришка якої виконана кільцеподібної форми з можливістю охвату шахти попереднього нагрівання й з'єднання її з бічними стінками місткості печі, у якій розміщені графітові електроди, похило уведені усередину місткості печі через її кришку, а установка додатково постачена соплами й/або фурмами, що відкриваються усередину місткості печі, й приєднаними до пристрою подачі залізовмісних матеріалів [Патент Росії №2147039, кл. 7 С21С5/52, 5/56, F 27 В 3/08, Заявл. 09.04.96, Опубл. Бюл. №9, 2000]. Однак електродугові печі не вирішують у достатньому ступені проблеми переробки в рідку сталь великої кількості збагачених вуглецем носіїв заліза. Крім того, значна частина споживаної енергії шляхом випромінювання передається стінкам і кришці печі й, таким чином, губиться, а при осіданні колони металевого брухту (або його частини) не виключені поломки електродів. В основу винаходу поставлено завдання вдосконалення установки для одержання розплаву заліза за рахунок створення відновлювальної атмосфери на основі газу для металізації оксиду заліза шляхом зміни конструкції відновлювального реактора, розробки схеми верхнього підведення відновлювального газу у верхній простір реактора й за рахунок цього забезпечити передачу істотної кількості тепла відновлювального газу, виробленого в плазмовій плавильній печі в процесі металізації оксиду 81867 4 заліза, і в такий спосіб використовувати його найбільше ефективно, завдяки чому підвищується термічний ККД (теплова віддача) гарячого газу. Поставлене завдання вирішується тим, що в установці для одержання розплаву заліза, зокрема розплаву сталі, яка містить плавильну піч із джерелами нагрівання, кришку, льотку для зливу металу й шлаку, реактор попереднього відновлення, пов'язаний із плавильною піччю, вузли завантаження й розвантаження, відповідно до винаходу, плавильна піч і реактор попереднього відновлення виконані з вогнетривкою кладкою й мають спільну бічну стінку, при цьому плавильна піч постачена опозитно встановленими плазмотронами, розміщеними в нижній частині бічних стінок, а у верхній частині печі, нижче установки кришки, розташований відвідний газохід, з'єднаний з вертикальним каналом, виконаним у вогнетривкій кладці реактора з боку спільної стінки, а в іншій стінці реактора виконані вертикальні канали, кожний з яких постачений плазмотроном, установленим у торці нижньої частини каналу і являє собою плазмохімічний газогенератор, при цьому в кожному вертикальному каналі встановлені форсунки для подачі повітря, пари й природного газу, а у верхній частині реактора розташована камера змішання потоків відновлювальних газів, що виходять із каналів, яка обмежена торцевими поверхнями внутрішнього ряду кладки, розташованими із зазором щодо верхньої кришки реактора, причому в нижній частині реактора встановлена колосникова решітка з можливістю нахилу в момент розвантаження металізованої шихти, нижче границі нахилу якої розташований трубопровід відхідного газу із реактора, а плазмотрони постачені патрубками підведення природного газу, повітря (кисню) і води, при цьому у внутрішній порожнині реактора, у верхній і нижній його частині, а також у вертикальних каналах, установлені термопари, причому в реакторі, у камері змішання відновлювальних газів і в трубопроводі відхідного газу установлені патрубки газоаналізатора. Запропонований винахід заснований на з'єднанні відомих технологій попереднього відновлення оксидів заліза й виробництва продуктів у вигляді рідкої (розплавленої) сталі на основі природного газу із застосуванням, як джерела нагрівання, плазмотронів непрямої дії. Плазмова плавильна піч примикає до реактора попереднього відновлення, має з ним спільну бічну стінку, у верхній частині печі, нижче установки кришки, є відвідний газохід, а у вогнетривкій кладці відновлювального реактора виконані вертикальні канали, один із яких пов'язаний з відвідним газоходом плавильної печі, а інші - постачені плазмотроном, установленим у торці нижньої частини кожного каналу, що в сукупності являють собою плазмохімічні газогенератори. Між кришкою реактора й торцевою поверхнею вогнетривкої кладки (з вихідними каналами) розташована камера змішання газів, у якій 5 відхідний газ із плазмової плавильної печі перемішують у неочищеному вигляді з відновлювальним газом, отриманим у результаті конверсії природного газу в плазмохімічних газогенераторах. Отже, розроблена конструкція реактора попереднього відновлення з верхнім підведенням відновлювального газу, що дає можливість перемістити високотемпературну зону з нижньої частини реактора у верхню, а відвід відхідного газу розташувати нижче колосникової решітки. Позитивний ефект подачі відновлювального газу зверху за даною схемою збільшується за рахунок того, що теплова енергія газу сприймається збільшеною поверхнею шихти. Це дає можливість збільшити ресурс роботи колосникової решітки, оскільки решітка стала працювати при температурі t»200°С, а при нижній подачі газу решітка працювала при t»1000-1100°С, а також спрощується процес ліквідації спеків у високотемпературній зоні реактора, тому що ця високотемпературна зона перемістилася у верхню частину реактора і над нею немає стовпа гарячої шихти висотою 3-5 м. Контроль температури газу здійснюється за допомогою термопар, склад газу газоаналізатором. Корекція температури й відновлювального потенціалу газу здійснюється подачею повітря, природного газу й водяної пари через форсунки, установлені в плазмохімічних газогенераторах, а також у каналі, з'єднаному з відвідним газоходом плавильної печі. Таким чином, в установці забезпечена можливість зниження кількості енергії, що вимагається для одержання кінцевого продукту, підвищується ефективність використання відновлювального газу і, отже, продуктивність установки. Сутність винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг.1 представлений вертикальний розріз установки; на фіг.2 - установка, вид зверху (без кришок реактора і плавильної печі); на фіг.3 - розріз А-А фіг.2. Установка включає плавильну піч 1 і реактор 2 попереднього відновлення з вогнетривкою кладкою 3. Плавильна піч 1 постачена опозитно встановленими в нижній частині бічних стінок плазмотронами 4 непрямі дії, вузлом завантаження 5, розташованим у кришці 6 і льоткою 7 для зливу металу й шлаку. У верхній частині печі 1, нижче розташування кришки 6, міститься відвідний газохід 8. Плавильна піч 1 примикає до реактора 2 і має з ним спільну стінку. У вогнетривкій кладці реактора виконані вертикальні канали. Канал 9 розташований у бічній стінці й пов'язаний з відвідним газоходом 8, а канали 10 виконані в іншій стінці реактора 2. У нижній торцевій частині кожного каналу 10 установлений плазмотрон 11 непрямої дії, постачений патрубками 12, 13 і 14 підведення відповідно, природного газу, повітря (кисню) і води. Канали 10 із плазмотронами 11 являють собою плазмохімічні газогенератори. Крім того, у 81867 6 каналах 9 і 10 установлені форсунки 15 для подачі повітря, форсунки 16 - пари, і форсунки 17 природного газу, призначені для регулювання температури й складу відновлювального газу. У верхній частині реактора 2 розташована камера змішання потоків відновлювальних газів, що виходять із каналів 9 і 10, яка обмежена торцевими поверхнями внутрішнього ряду кладки 3 і верхньої кришки 18 реактора 2. У нижній частині реактора 2 установлена з можливістю нахилу в момент розвантаження металізованої шихти колосникова решітка 19, нижче границі нахилу якої розташований трубопровід 20 відхідного газу із реактора. По довжині кожного каналу, а також у внутрішній порожнині реактора в камері змішання відновлювальних газів і в зоні відводу трубопроводу 20 відхідного газу з реактора, установлені термопари 21. У реакторі 2, у камері змішання відновлювальних газів і в трубопроводі 20 відхідного газу установлені патрубки 22 газоаналізатора. У кришці 18 реактора виконаний завантажувальний пристрій 23. Установка працює в такий спосіб. Перед завантаженням шихти в плавильну піч 1 і реактор 2 попереднього відновлення здійснюють їхній прогрів до робочих температур 600-1000°С. По досягненні заданої температури плавильна піч 1 і реактор 2 завантажують залізорудним матеріалом (окатишами) і проводять запуск плазмотронів 4 і плазмотронів 11. Підбором сумішей плазмоутворюючих газів створюють відновлювальне середовище плазмового струменя. У якості плазмоутворюючого газу використовують продукти конверсії природного газу (С+H2). Відновлювальний газ, вироблений плазмотронами 4, установленими в плавильній печі 1, по відвідному газоходу 8 і каналу 9 надходить у верхню частину реактора 2 попереднього відновлення, де змішується з відновлювальним газом, отриманим у плазмохімічних газогенераторах, що представляють собою вертикальні канали 10, виконані в стінці реактора у вогнетривкій кладці 3, у нижній частині яких установлені плазмотрони 11. Крім того, у канали 9 і 10 подається необхідна кількість повітря, пари й природного газу через форсунки 15, 16 і 17 із установленими витратами відповідно до розроблених алгоритмів і програм. Контроль температури газу здійснюється термопарами 21 у каналах 9 і 10, у камері змішання й у зоні відводу трубопроводу 20, а складу газу - газоаналізатором у місцях розташування патрубків. Система із двома плазмохімічними газогенераторами, а також каналом прямої подачі газу, що відходить із плавильної печі, і додатково встановленими форсунками подачі повітря, природного газу й пари, дозволяє регулювати склад і температуру змішаного відновлювального газу в реакторі попереднього відновлення. Описана конструкція випробувана на дослідному зразку установки. Одноразове завантаження печі становить 2 тони металізованих окатишів, а реактора попереднього відновлення - 6 тон. Піч постачена 7 чотирма плазмотронами, а реактор - двома, зі споживаною потужністю по 0,5 МВт кожний. Установка дозволяє за 4 години роботи одержати металізовані окатиші із заданим ступенем вмісту чистого заліза й виплавити сталь, що по своїх характеристиках відповідає кордовій сталі або хімічно чистому залізу. 81867 8