Спосіб перетворення доменної установки в установку відновлювального плавлення і установка відновлювального плавлення

1. Способ преобразования доменной установки в установку восстановительной плавки для производства передельного чугуна, в котором окислы железа восстанавливают посредством угля и кислородсодержащего газа, отличающийся тем, что в существующей доменной установке, которая содержит доменную печь, металлическую конструкцию, накопительный бункер для железной руды, накопительный бункер для кокса, литейную со средствами для выпуска жидкого чугуна и шлака, систему выпуска горячего газа со средствами очистки от пыли и систему подачи охлаждающей воды, доменную печь заменяют на металлургическую емкость, пригодную для осуществления восстановительной плавки, которую размещают в пределах металлической конструкции и соединяют с по меньшей мере одним из таких устройств, как накопительный бункер для железной руды, накопительный бункер для кокса, литейная, система выпуска газа и система подачи охлаждающей воды. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутая металлургическая емкость содержит емкость окончательного восстановления и плавильный циклон, установленный непосредственно над емкостью окончательного восстановления в открытой связи с нею. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в пределах металлической конструкции размещают котел для нагревания воды газом, образующимся в процессе плавильного восстановления. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что металлургическая емкость содержит емкость оконча C2 (54) СПОСІБ ПЕРЕТВОРЕННЯ ДОМЕННОЇ УСТАНОВКИ В УСТАНОВКУ ВІДНОВЛЮВАЛЬНОГО ПЛАВЛЕННЯ І УСТАНОВКА ВІДНОВЛЮВАЛЬНОГО ПЛАВЛЕННЯ 39969 восстанавливаются посредством угля и кислородсодержащего газа. Изобретение также относится к установке восстановительной плавки, полученной посредством этого способа. Многие годы передельный чугун производили используя известный процесс доменной плавки в доменной печи, в котором окислы железа в агломерированной форме, например, в спеченном виде или в виде окатышей, восстанавливают, по существу, с помощью кокса и горячего дутья (воздуха). Доменная печь является металлургическим сосудом, образующим часть реальной доменной установки, включающей, например, бункеры для хранения железной руды и кокса, скиповый подъемник для подачи железной руды и кокса в доменную печь, воздухонагреватели, литейную со средствами выпуска чугуна и шлака, газоотводящую систему доменной печи с пылеотделением и водоохлаждающую систему для охлаждения огнеупорной футеровки доменной печи. Кокс готовят на коксовальной установке из угля путем сухой перегонки при температуре приблизительно 1000°С. Она обеспечивает выделение летучих компонентов из угля и производит кокс, который имеет прочную пористую структуру в доменной печи. Производство кокса является дорогостоящим и вредным для окружающей среды. Современная доменная печь обычно имеет диаметр горна от 12 до 14 м, производительность от 3 до 4 миллионов тонн чушкового чугуна в год, и строительство новой печи требует капитальных вложений приблизительно 600 миллионов американских долларов. В течение рабочей кампании доменная печь работает непрерывно, при этом рабочая кампания для доменной печи с современной огнеупорной футеровкой может продолжаться более 10 лет, и ее окончание определяется необходимостью замены огнеупорной футеровки. В конце рабочего периода доменная печь останавливается и ремонтируется (перефутеровывается). В разных местах мира в течение нескольких десятилетий продолжается работа по разработке альтернативных процессов производства передельного чугуна путем восстановительной плавки, при которой окислы восстанавливаются, по существу, углем и кислородом или кислородсодержащим газом. В специальной литературе эти процессы известны под названием (фабричными марками) AISI Direct Ironmaking, CCF, Corex, DIOS и Hismelt. Преимуществом этих процессов является то, что при производстве передельного чугуна нет необходимости в коксе, и в некоторых процессах, а именно, CCF, DIOS и Hismelt исключен процесс подготовки руды агломерацией (скатыванием). Процессы AISI Direct Ironmaking, CCF и DIOS являются так называемыми процессами восстановительной плавки в ванне шлакового расплава, в которых окончательное восстановление железной руды осуществляется в шлаковом слое, плавающем на поверхности жидкого чугуна. Hismelt является так называемым процессом восстановительной плавки в ванне расплава чугуна. На сегодня только Соrех процесс используется в промышленном масштабе. Однако этот процесс имеет высокое потребление угля и в нем образуется много газа. Хотя при разработке других названных процессов были получены многообещающие результаты, на сегодняшний день нет прорыва вперед в промышленном применении, частично в связи с тем, что объемы капитальных вложений в установки для этих процессов не намного меньше, чем для установки доменной печи, а также в связи с тем, что цена передельного чугуна не меньше, чем при получении передельного чугуна в доменной печи. Наиболее близким к изобретению является CCF процесс, описанный в [1]. В первой попытке при прямой плавке железной руды доменную печь трансформировали для проведения испытаний прямого восстановления с использованием угля вместо кокса, но железная руда использовалась в форме агломерата. Для исключения необходимости агломерации железной руды была сконструирована новая печь, известная как циклонная и конвекторная печь (CCF), имеющая реактор полного восстановления, по форме подобный конвертеру, как ее нижнюю часть, и циклонный реактор, установленный непосредственно над ним. Руда предварительно восстанавливается в циклонном реакторе посредством восстановительного технологического газа, образующегося в нижнем реакторе. В нижнем реакторе руда окончательно восстанавливается посредством угля и кислорода. Кислород обеспечивает дожигание газа в нижнем реакторе для получения тепла. Задачей настоящего изобретения является создание способа получения установки, установки и способа производства передельного чугуна посредством восстановительной плавки с более низкими капитальными вложениями и более низкой стоимости передельного чугуна, чем получаемый в доменной печи. Согласно одному аспекту изобретения, предложен способ получения установки для осуществления процесса восстановительной плавки для производства передельного чугуна, в котором окислы железа восстанавливаются посредством угля и кислородсодержащего газа, включающий этапы трансформирования существующей доменной печи в установку для процесса восстановительной плавки путем замены доменной печи в установке доменной печи устройством, включающим по крайней мере один металлургический реактор, пригодный для осуществления процесса восстановительной плавки, в то же время сохраняя, по крайней мере, частично, по крайней мере один из следующих компонентов существующей установки доменной печи: I) бункеры для хранения железной руды, подаваемой в металлургический реактор, II) бункеры для хранения кокса в качестве бункеров для хранения угля, подаваемого в металлургический реактор, III) литейную, имеющую средства для выпуска чугуна и шлака из металлургического реактора, IV) газоотводящую систему для отвода горячего газа из доменной печи, включающую пылеотделительное средство, для регулирования выпуска газа из процесса восстановительной плавки, и V) систему питания охлаждающей водой для металлургического реактора. 2 39969 Любая комбинация двух или более вышеупомянутых компонентов существующей доменной установки печи может быть сохранена в новой установке. Другой аспект настоящего изобретения относится к установке, полученной посредством вышеупомянутого способа изобретения. Изобретение также включает способ производства передельного чугуна, использующий уголь и кислородсодержащий газ, в установке, полученной посредством вышеупомянутого способа изобретения. Предпочтительнее, процесс восстановительной плавки изобретения является типом процесса, включающего процесс предварительного восстановления окислов железа, использующий восстановительный технологический газ, и процесс окончательного восстановления предварительно восстановленных окислов железа, в которых предварительно восстановленные окислы железа восстанавливают окончательно в реакторе окончательного восстановления, главным образом с помощью угля и кислород, в котором образуется восстановительный технологический газ. Более предпочтительно, в реакторе окончательного восстановления, в котором происходит процесс окончательного восстановления, удельная производительность передельного чугуна на единицу площади поперечного сечения реактора окончательного восстановления находится в пределах 40120 т/м2 в сутки. Процессы AISI Direct Ironmaking, CCF, DIOS и Hismelt пригодны для этого. Соrех процесс имеет меньшую удельную производительность. Для этих процессов средняя скорость вертикального потока технологического газа через пустое внутреннее поперечное сечение реактора окончательного восстановления составляет, например, 1-5 м/сек. Предпочтительная удельная производительность передельного чугуна в реакторе окончательного восстановления, который используется вместо доменной печи, по крайней мере равна удельной производительности доменной печи относительно поперечного сечения горна и составляет более 60 т/м2 в сутки. Процессы AISI Direct Ironmaking, CCF и DIOS также пригодны для этого. С точки зрения конструкции реактора окончательного восстановления Hismelt процесс наименее пригоден для использования вместо доменной печи. Предпочтительнее, процесс предварительного восстановления окислов железа осуществляют в плавильном циклоне, в котором при подаче кислорода поддерживается сжигание в восстановительном технологическом газе (CCF процесс). CCFпроцеее особенно пригоден вследствие компактности предварительного восстановления. Процессы DIOS и AISI Direct Ironmaking менее пригодны вследствие размеров и сложности их процесса предварительного восстановления, которые, возможно, являются менее простыми для того, чтобы приспособить их к установке доменной печи. Авторы пришли к удивительному выводу, что с точки зрения удельной производительности доменный процесс и процесс восстановительной правки в некоторой степени схожи, и что могут быть получены значительные преимущества посредством трансформирования установки домен ной печи в установку восстановительной плавки. Трансформирование можно осуществить в конце рабочего периода доменной печи или раньше. При близкой эквивалентной удельной производительности объемы потребления железной руды и угля или кокса, а также узлы установки для их хранения и загрузки также являются сходными. Узлы для выпуска передельного чугуна, шлака и технологического газа также совместимы. При использовании настоящего изобретения можно получить чугун, цена которого значительно более низкая, приблизительно на 30 американских долларов за тонну, чем в доменном процессе, без применения кокса и с использованием некоторых процессов восстановительной плавки без окатышей, при более низких капитальных вложениях, размер которых сравним с затратами на ремонт печи. Предпочтительнее, давление в реакторе окончательного восстановления поддерживают в пределах 1-5 атмосфер. Это давление выбирают в зависимости от необходимой удельной производительности. Таким образом, в некоторых случаях удельная производительность процесса плавки может быть получена фактически такой же, как и для доменной печи, так что оба процесса и установки фактически полностью совместимы. Предпочтительнее, действительную удельную производительность передельного чугуна поддерживают более низкой, чем удельная производительность чушкового чугуна, имеющая минимально возможное потребление угля на тонну передельного чугуна, производимого в используемой установке, а фактическая производительность восстановительного технологического газа увеличивается в сравнении его производительность, соответствующей этой удельной производительности передепьного чугуна, имеющей минимально возможное потребление угля. Следовательно, фактическая удельная производительность передельного чугуна может быть ниже, чем удельная производительность передельного чугуна, имеющая минимально возможное потребление угля, на 0-30%, и фактическая скорость образования восстановительного технологического газа может быть выше, чем скорость его образования, соответствующая удельной производительности, имеющей минимально возможное потребление угля, на 0-30%. Для доменной печи задачей является достижение всеми возможными средствами как, например, пылеугольное инжектирование, минимально возможного потребления кокса, поскольку кокс является дорогостоящим сырьем. Однако минимальное количество, необходимое для доменного процесса, составляет 300 кг кокса на тонну чушкового чугуна. Для процесса восстановительной плавки и, в частности, для CCF-процесса, имеется возможность увеличить потребление угля, соответственно, до минимального потребления угля порядка 500-640 кг/т (газификация угля). Это снижает удельную производительность и увеличивает количество и энергосодержание технологического газа, выходящего из установки восстановительной плавки, при этом этот технологический газ может быть использован для генерирования энергии. 3 39969 Как указано выше, металлургический реактор, который заменяет доменную печь, предпочтительно, содержит реактор окончательного восстановления и плавильный циклон непосредственно над реактором восстановительной плавки с открытым сообщением между ними. Когда доменная установка включает стальные конструкции вокруг доменнойпечи, металлургический реактор, предпочтительнее, устанавливают внутри стальных конструкций, которые сохраняются. Если устройство для осуществления восстановительной плавки включает котел, в котором вода нагревается газом, выпускаемым из процесса восстановительной плавки, котел также может быть установлен внутри стальных конструкций. Металлургический реактор, следовательно, может содержать реактор окончательного восстановления, имеющий определяющий наибольший диаметр, который не больше определяющего диаметра упомянутой доменной печи, которую он заменяет. Таким образом, работы по трансформированию доменной установки осуществляются не очень дорого, и объемы капиталовложений могут сохраняться низкими. В зависимости от определенного процесса восстановительной плавки, используемого в изобретении, кислородсодержащим газом может быть воздух, обогащенный кислородом воздух или кислород. Для CCF процесса требуется кислород, который может быть получен посредством добавления кислородной установки в процессе трансформирования установки доменной печи. Кислород используется в производстве стали, так что заводы по производству чугуна и стали уже имеют мощности для производства кислорода, но строгие требования низкого содержания азота в кислороде для производства стали не применимы для производства чушкового чугуна посредством CCF процесса. Поэтому к установке доменной печи, трансформируемой в соответствии с настоящим изобретением, может быть добавлена кислородная установка для кислорода более низкого качества. Следовательно, когда кислородсодержащим газом является кислород и металлургический реактор содержит реактор окончательного восстановления и плавильный циклон, в который подается кислород, способ трансформирования может включать добавление кислородсодержащей установки к существующей установке доменной печи. Далее будет описан один из вариантов настоящего изобретения посредством неограничивающего примера со ссылкой на приложенный чертеж, который является схематическим изображением вида сбоку установки для производства передельного чугуна, воплощающей настоящее изобретение. На чертеже схематически изображена ситуация после трансформации существующей доменной установки, в которой для производства передельного чугуна процесс доменной плавки заменен CCF процессом восстановительной плавки. Однако изобретение не ограничивается этим процессом восстановительной плавки, как, например, описанные выше процессы. Пунктирной линией на чертеже показаны те части существующей доменной установки, которые не нужны для последующей трансформации и удаляются. Новые узлы и агрегаты, добавленные при трансформировании, показаны жирной линией. В существующей доменной установке печь 1 питается посредством скипового подъемника 2 и транспортера 3 железной рудой в спеченном виде или в форме окатышей из бункеров для хранения сырья 4 и коксом из бункеров для хранения кокса 5. Горячее дутье (воздух) подается из воздухонагревателей 6 и через магистраль горячего дутья 7. При трансформировании доменная печь 1 заменяется металлургическим реактором 8 для восстановительной плавки соединений железа. На чертеже показано, что этот реактор для восстановительной плавки является реактором типа CCF (циклонно-конвертерная печь), имеющим циклонный реактор 9, в котором происходит предварительное восстановление и плавление окислов железа, и реактор окончательного восстановления 10, в котором находится расплав чугуна 11 и плавающий на его поверхности шлаковый слой 12. Циклонный реактор 9 находится непосредственно над реактором окончательного восстановления 10 с образованием единого блока, и оба они находятся в прямом открытом сообщении друг с другом. Окислы железа подаются из бункера для хранения 4 посредством питающей системы 13 в циклонный реактор 9 CCF реактора 8. Эти окислы железа могут содержать и конгломерат железной руды, и колошниковую или конвертерную пыль. В случае CCF-процееса железная руда может подаваться в неагломерированном виде. Уголь подается из бункеров для хранения 5 посредством питающей системы 14 в реактор окончательного восстановления 10. Кислород подается посредством питающего трубопровода 15 в циклонный реактор 9 и посредством питающего трубопровода 16 в реактор окончательного восстановления 10, при этом оба трубопровода выходят из новой кислородной установки 17. Большие преимущества настоящего изобретения в стоимости капитальных вложений достигаются за счет того, что после трансформирования продолжают использоваться множество узлов существующей доменной установки, которые могут не требовать адаптации. От существующей доменной установки в данном случае сохраняются литейная 18 со средствами для выпуска передельного чугуна 19 и шлака 20 и система подачи охлаждающей воды 25, которая теперь приспособлена для охлаждения циклона 9 и реактора окончательного восстановления 10, так же, как и бункеры для хранения материалов 4 и 5. Кроме того, циклон 9 и реактор окончательного восстановления 10 устанавливаются внутри стальных конструкций 21 исходной доменной печи 1. Технологический газ, образующийся в процессе прямого восстановления, выпускается из циклона с температурой от 1400 до 1800°С через новый водонагревательный котел 22 и газоотводящую систему 23 со средствами обеспыливания 24 существующей доменной печи. 4 39969 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5