Спосіб отримання рідкого чавуну або напівфабрикатів сталі з залізовмісного матеріалу і установка для його здійснення

1 Спосіб отримання рідкого чавуну (9) або напівфабрикатів сталі з залізовмісного матеріалу (4), зокрема відновленого губчастого заліза, в плавильно-газифікаційному апараті, в якому при подачі вуглецевмісного матеріалу (2) і кисню при одночасному утворенні відновного газу залізовмісний матеріал (4) плавлять в шарі (20, 21), утвореному з твердих носив вуглецю (2), можливо, після попереднього повного відновлення, причому дрібнозернистий відновлений матеріал (4) і кисень вводять в цей шар (20, 21) збоку, а над стаціонарним шаром (20), утвореним з твердих носив вуглецю, підтримують псевдозріджений шар з дрібнозернистих твердих носіїв вуглецю (2) і дрібнозернистого залізовмісного відновленого матеріалу (4), який відрізняється тим, що дрібнозернистий відновлений матеріал (4) подають в псевдозріджений шар (21) безпосередньо, в прямому контакті з киснем, переважно у вигляді потоку, що має кільцеподібний поперечний переріз, який оточує кисневий струмінь по периферії і утримує кисень всередині 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що дрібнозернистий відновлений матеріал (4) подають в псевдозріджений шар (21) за допомогою псевдозріджуючого газу, переважно шляхом його нагнітання 3 Спосіб за п 1 або 2, який відрізняється тим, що в центральну область псевдозрідженого шару (21) додатково нагнітають кисень, переважно зверху 4 Спосіб за будь-яким з пп 1-3, який відрізняється тим, що дрібнозернистий відновлений матеріал (4) нагнітають в псевдозріджений шар (21) під тиском за допомогою транспортувального газу таким чином, що біля виходу в псевдозріджений шар (21) утворюється порожнистий простір (32), вільний для дрібнозернистого відновленого матеріалу (4) 5 Спосіб за будь-яким з пп 1 - 4 , який відрізняється тим, що дрібнозернистий відновлений матеріал (4) перед завантаженням в псевдозріджений шар (21) переважно збирають в МІСТКОСТІ (16) з утворенням псевдозрідженого шару (18), а з цього псевдозрідженого шару (18) передають далі в псевдозріджений шар (21 ) за допомогою транспортувального і/або псевдозріджуючого газу 6 Спосіб за п 4 або 5, який відрізняється тим, що транспортувальний газ для дрібнозернистого відновленого матеріалу (4) подають в псевдозріджений шар (18) під тиском, і цей тиск переважно перевищує тиск, переважаючий в псевдозрідженому шарі (21) 7 Установка для здійснення способу за будь-яким з пп 1-6, що включає плавильно-газифікаційний апарат (1) з подавальними і ВІДВІДНИМИ трубопроводами (3, 5, 6, 7) для подачі вуглецевмісного матеріалу (2), залізовмісного відновленого дрібнозернистого матеріалу (4), для відведення виробленого відновного газу і для подачі кисню, де до нижньої частини (8) плавильно-газифікаційного апарата (1), що служить для збору розплавленого чавуну (9) і рідкого шлаку (10), та включає випускну засувку (11) для шлаку і розплаву заліза, прилегла середня частина призначена для розміщення стаціонарного шару (20) твердих носив вуглецю, до якої прилегла верхня частина для розміщення псевдозрідженого шару (21), а вище за ці шари розташована область затихання, яка відрізняється тим, що в боковій СТІНЦІ плавильно газифікаційного апарата (1) на рівні псевдозрідженого шару (21) є принаймні одне гирло транспортувального трубопроводу (7) для дрібнозернистого відновленого матеріалу (4) і що трубопровід подачі кисню (23) входить в транспортувальний трубопровід (7) для дрібнозернистого відновленого матеріалу (4) по центру, утворюючи кільцеподібний транспортувальний простір для дрібнозернистого відновленого матеріалу (4), і потім входить в плавильно-газифікаційний апарат (1) 8 Установка за п 7, яка відрізняється тим, що в О со 44347 10 Установка за будь-яким з пп 7 - 9 , яка відрізтранспортувальний трубопровід (7) для няється тим, що транспортувальний трубопровід дрібнозернистого відновленого матеріалу (4) може для дрібнозернистого відновленого матеріалу певводитися псевдозріджуючий газ реважно з'єднаний з плавильно-газифікаційним 9 Установка за будь-яким з пп 7-8, яка відрізняапаратом через шлюз з псевдозрідженим шаром ється тим, що крім того, в плавильногазифікаційний апарат (1) виступає киснева фурма 11 Установка за п 10, яка відрізняється тим, що (27), в якій випускний отвір (28) для кисню розтатрубопровід (31), що подає транспортувальний газ шований на рівні псевдозрідженого шару (21) і по для дрібнозернистого відновленого матеріалу (4), центру відносно поперечного перерізу входить в шлюз з псевдозрідженим шаром (16) Винахід відноситься до способу отримання рідкого чавуна або напівфабрикатів сталі з дрібнозернистого залізоутримуючого матеріалу, зокрема, відновленого губчастого заліза, в плавильногазифікаційному апараті, в якому при подачі вуглецьутримуючого матеріалу і кисня при одночасному утворенні відновного газу залізоутримуючий матеріал плавиться в шарі, утвореному з твердих носив вуглецю, можливо, після попереднього повного відновлення, причому дрібнозернистий відновлений матеріал і кисень вводять в цей шар збоку, і до установки для здійснення способу У ЕР-В - 0 010 627 описаний спосіб отримання рідкого чавуна або напівфабрикатів сталі з дрібнозернистого залізоутримуючого матеріалу, зокрема, заздалегідь відновленого губчастого заліза, і отримання відновного газу в плавильногазифікаційному апараті, де за рахунок додання вугілля і задування кисеньутримуючого газу з часток коксу утворюється псевдозріджений шар У цьому способі кисеньутримуючий газ або чистий кисень, ВІДПОВІДНО, задувають в нижню частину плавильно-газифікаційного апарату Залізоутримуючий матеріал у вигляді часток, зокрема, заздалегідь відновлене губчасте залізо, і кускове вугілля подають зверху, через завантажувальні отвори, розташовані в куполі плавильно-газифікаційного апарату, падаючі частки сповільнюються в псевдозрідженому шарі, і залізоутримуючі частки відновлюються і плавляться під час падіння через псевдозріджений шар коксу Метал і шлак виводять через окремі ВІДВІДНІ отвори Однак спосіб такого типу не придатний для обробки дрібнозернистого губчастого заліза, оскільки дрібнозернисте губчасте залізо відразу виносилося б з плавильно-газифікаційного апарату ізза явно вираженої в цьому апараті течи газу вгору Такому винесенню дрібнозернистих носив металу також сприяє температура, переважаюча у верхній області плавильно-газифікаційного апарату, тобто в області вище плавильно-газифікаційної зони, ця температура дуже низька, щоб забезпечити плавлення і агломерацію дрібних часток на ДІЛЬНИЦІ завантаження з утворенням більш великих часток, які б, незважаючи на висхідний потік газу, могли б осідати в плавильно-газифікаційну зону З ЕР-А - 0217331 відомий спосіб прямого часткового відновлення дрібнозернистої руди по технологи псевдозрідженого шара, подачі заздалегідь відновленої дрібнозернистої руди в плавильногазифікаційний апарат, повного м відновлення за допомогою плазменого пальника при подачі вуг лецьутримуючого відновного агента і плавлення м У плавильно-газифікаціиному апараті утворюється псевдозріджений шар, а над ним псевдозріджений шар коксу Частково відновлену дрібнозернисту руду або порошок губчастого заліза, ВІДПОВІДНО, подають в плазмений пальник, розташований в нижній частині плавильно-газифікаційного апарату Один з недоліків цього способу складається в тому, що при подачі заздалегідь відновленої дрібнозернистої руди в нижню область плавлення, тобто в область, де збирається розплав, не забезпечується повне відновлення, і ХІМІЧНИЙ склад, необхідний для подальшої обробки чавуна, ніколи не досягається Крім того, неможливе завантаження значних кількостей заздалегідь відновленої дрібнозернистої руди, оскільки псевдозріджений шар або стаціонарний шар, ВІДПОВІДНО, формується з вугілля в нижній частині плавильногазифікаційного апарату, а також неможливе вивантаження достатньої частини продуктів плавлення з високотемпературної зони плазменого пальника Завантаження більш значних кількостей заздалегідь відновленої дрібнозернистої руди відразу привело б до термічних і механічних пошкоджень плазменого пальника З ЕР- В- 0 111 176 відомий спосіб отримання часток губчастого заліза і чавуна з кускового залізняку, де залізна руда відновлюється в агрегаті прямого відновлення, а частки губчастого заліза, що вивантажуються з агрегату прямого відновлення, розділяють на грубозернисту і дрібнозернисту фракції Дрібнозернисту фракцію подають в плавильно-газифікаційний апарат, в якому тепло, необхідне для плавлення губчастого заліза, і відновний газ, що подається в агрегат прямого відновлення, виробляються з вугілля, яке завантажується, і кисеньутримуючого газу, який нагнітається Дрібнозернисту фракцію передають в плавильно-газифікаційний апарат через вертикальну трубу, яка проходить від верху плавильногазифікаційного апарату до ДІЛЬНИЦІ поблизу псевдозрідженого шара вугілля На КІНЦІ вертикальної труби є відбійна пластина, що мінімізує швидкість дрібнозернистої фракції, внаслідок цього вихідна швидкість дрібнозернистої фракції на виході з вертикальної труби значно знижується На ДІЛЬНИЦІ завантаження температура всередині плавильногазифікаційного апарату дуже низька, внаслідок чого негайне плавлення дрібнозернистої фракції, що подається, неможливе Разом з низькою швидкістю на виході з вертикальної труби це приводить до винесення значної частини дрібнозернистої фракції, що подається, з плавильногазифікаційного апарату з відновним газом, який утвориться там же Цей спосіб не допускає завантаження більш значної КІЛЬКОСТІ дрібнозернистої руди або завантаження тільки дрібнозернистої руди У способі по ЕР-А - 0576414 кускові завантажувальні речовини, що містять залізну руду, піддають прямому відновленню у ВІДНОВНІЙ шахтній печі за допомогою відновного газу, що утворюється в плавильно-газифікаційній зоні Отримане таким чином губчасте залізо після цього подають в плавильно-газифікаційну зону Щоб мати можливість додаткового використання дрібнозернистої руди і/або пилу руди, такої як тонкий пил оксиду заліза, що попадає в металургійну установку, в цьому відомому способі дрібнозерниста руда і/або пил руди разом з твердими носіями вуглецю подають в пиловий пальник, направлений в плавильно-газифікаційну зону, де відбувається субстехіометрична реакція горіння Спосіб цього типу дає можливість ефективної переробки дрібнозернистої руди і/або пилу руди, що попадає в металургійну установку, аж до об'єму порядку 20-30 % спільної КІЛЬКОСТІ руди, що завантажується, і, таким чином, забезпечує комбіновану переробку кускової і дрібнозернистої руди Недолік, пов'язаний з цим способом, складається в тому, що в плавильногазифікаційній зоні можуть утворюватися ДІЛЬНИЦІ з лишком металу і ДІЛЬНИЦІ З ЛИШКОМ вуглецю З ЕР-А - 0 493 752 відомий спосіб виділення гарячого пилу з газифікаційного реактора, такого як плавильно-газифікаційний апарат, в циклоні і, з метою подолання перепаду тиску між циклоном і газифікатором, рециркуляції цього пилу через шлюзову систему, наприклад, через пальник Відома шлюзова система має дуже дорогу конструкцію, а крім того, шлюзи з механічним управлінням зазнають значного зносу пилоподібними твердими речовинами Найблизьке рішення відомо з ЕР-А - 0 594 557 де описан спосіб отримання рідкого чушкового чавуна або напівфабрикатів сталі з залізоутримуючого матеріалу, зокрема, відновленого губчастого заліза, в плавильно-газифікаційному апараті і установка для здійснення способу, що включає плавильно-газифікаційний апарат з подаючими і ВІДВІДНИМИ трубопроводами для подачі вуглецьутримуючого матеріалу, залізоутримуючого відновленого дрібнозернистого матеріалу, для відведення виробленого відновного газу і для подачі кисня, де до нижньої частини плавильно-газифікаціиного апарату, що служить для збору розплавленого чушкового чавуна і рідкого шлаку, та включає випускну засувку для шлаку і розплаву заліза, прилегла середня частина призначена для розміщення стаціонарного шара твердих носив вуглецю, до якої прилегла верхня частина для розміщення псевдозрідженого шара, а вище за ці шари розташована область затихання Недоліком цього способу і установки є засмічення псевдозрідженого шару із за нерівномірного горіння і плавлення дрібнозернистого матеріалу, що приводить до недостатньої циркуляції газу та помітному порушенню процесу плавлення відновленого заліза Крім того, у данній має місто винос 44347 дрібнозернистого матеріалу відновним газом Винахід направлений на усунення цих недоліків і труднощів і ставить своєю задачею створення способу описаного вище типу і установки для здійснення цього способу, які повинні забезпечувати переробку дрібнозернистого залізоутримуючого і принаймні частково відновленого матеріалу без необхідності в брикетуванні, причому, з одного боку, повинне бути надійне усунення винесення дрібних часток, що подаються, відновним газом, що виробляється в плавильно-газифікаційній зоні, і, з іншого боку, процес газифікації не повинен порушуватися процесом завантаження дрібнозернистого відновленого матеріала Це означає, що повинне бути виключено засмічення плавильногазифікаційної зони дрібнозернистим залізоутримуючим відновленим матеріалом навіть в тих випадках, коли в плавильно-газифікаційний апарат завантажується до 100% дрібнозернистого залізоутримуючого відновленого матеріалу ВІДПОВІДНО ДО винаходу ця задача вирішується тим, що над стаціонарним шаром, утвореним з твердих носив вуглецю, підтримують псевдозріджении шар з дрібнозернистих твердих носіїв вуглецю і дрібнозернистого залізоутримуючого відновленого матеріалу, і дрібнозернистий відновлений матеріал завантажують в псевдозріджении шар безпосередньо, в прямому контакті з киснем, переважно у вигляді потоку, що має кільцеподібний поперечний перетин, який оточує кисневий струмінь по периферії і утримує кисень всередині, і що дрібнозернистий відновлений матеріал плавлять в псевдозрідженому шарі Згідно З переважним варіантом здійснення, дрібнозернистий відновлений матеріал завантажують в псевдозріджении шар за допомогою псевдозрідженого газу, переважно шляхом його нагнітання Щоб використати центр псевдозрідженого шара також як зону плавлення, в переважному варіанті в центральну область псевдозрідженого шара (21) додатково нагнітають кисень, переважно зверху Сприятливо, особливо при великих кількостях переробки дрібнозернистого відновленого матеріалу в одиницю часу, дрібнозернистий відновлений матеріал нагнітають в псевдозріджении шар під тиском за допомогою транспортувального газу, таким чином, що біля виходу в псевдозріджении шар утворюється порожнистий простір, вільний для дрібнозернистого відновленого матеріалу Для урівноваження перепаду тиску між дільницею подачі відновленого дрібнозернистого матеріалу і плавильно-газифікаційною зоною, дрібнозернистий відновлений матеріал перед завантаженням в псевдозріджении шар (21) переважно збирають в спеціальній МІСТКОСТІ З утворенням псевдозрідженого шара, а з цього псевдозрідженого шара передають далі в псевдозріджении шар за допомогою транспортувального і/або псевдозрідженого газу При цьому псевдозріджении шар утворює шлюз, який підтримує різницю тиску При цьому транспортувальний газ для дрібнозернистого відновленого матеріалу подають в псевдозріджении шар під тиском, і цей тиск переважно перевершує тиск, переважаючий в псевдо 44347 зрідженому шарі Установка для здійснення способу включає плавильно-газифікаційний апарат з подаючими і ВІДВІДНИМИ трубопроводами для додання вуглецьутримуючого матеріалу, залізоутримуючого відновленого дрібнозернистого матеріалу, для відведення виробленого відновного газу і для подачі кисня, а також включає випускний кран для шлаку і розплаву заліза і відрізняється тим, що нижня частина плавильно-газифікаційного апарату служить для збору розплавленого чавуна і рідкого шлаку, прилегла середня частина призначена для розміщення стаціонарного шара твердих носив вуглецю, а наступна за нею верхня частина для розміщення псевдозрідженого шара, і що вище за ці шари розташована область затихання, на рівні псевдозрідженого шара в бічній СТІНЦІ плавильногазифікаційного апарату є принаймні одне гирло транспортувального трубопровода для дрібнозернистого відновленого матеріалу і трубопровід подачі кисня входить в транспортувальний трубопровід для дрібнозернистого відновленого матеріалу по центру, утворюючи кільцеподібний транспортувальний простір для дрібнозернистого відновленого матеріалу, і потім входить в плавильно-газифікаційний апарат Переважно, в транспортувальний трубопровід для дрібнозернистого відновленого матеріалу може додаватися псевдозріджений газ Щоб підвищити ефективність плавлення відновленого матеріалу всередині псевдозрідженого шара, крім того, сприятливо, якщо в плавильногазифікаційний апарат виступає киснева фурма, в якій випускний отвір для кисня розташований на рівні псевдозрідженого шара і по центру відносно поперечного перетину Щоб підтримувати різницю тиску між дільницею подачі дрібнозернистого відновленого матеріалу і плавильно-газифікаційним апаратом, транспортувальний трубопровід для дрібнозернистого відновленого матеріалу переважно з'єднаний з плавильно-газифікаційним апаратом через шлюз з псевдозрідженим шаром Сприятливо, якщо трубопровід, що подає транспортувальний газ для дрібнозернистого відновленого матеріалу, входить в шлюз з псевдозрідженим шаром Далі винахід буде описаний більш детально на прикладі двох ілюстративних варіантів здійснення, представлених на малюнках, де кожна з Фіг 1 і 2 схематично показує плавильно-газифікаційний апарат у вертикальному розрізі У плавильно-газифікаційному апараті 1 із вуглецьутримуючого матеріала 2, такого як вугілля, і кисеньутримуючого газу шляхом газифікації вугілля 2 виробляється відновний газ, після чого цей відновний газ через ВІДВІДНИЙ трубопровід 3 передається в реактор з псевдозрідженим шаром (детально не показаний), в якому дрібнозерниста руда відновлюється в губчасте залізо 4 Плавильногазифікаційний апарат 1 оснащений живильним трубопроводом 5 для твердих носив вуглецю 2, живильним трубопроводом 6 для кисеньутримуючих газів, живильним трубопроводом 7 для губчастого заліза, а також, можливо, живильними трубопроводами для носив вуглецю (наприклад, 8 вуглеводнів), що є рідкими або газоподібними при кімнатній температурі, і для флюсів У донній області 8 плавильно-газифікаційного апарату 1 збираються розплавлений чавун 9 і розплавлений шлак 10, які відводяться через випускну засувку 11 Залізна руда, відновлена в губчасте залізо 4 в реакторі з псевдозрідженим шаром, вивантажується з реактора з псевдозрідженим шаром можливо, разом з відпрацьованими флюсами за допомогою транспортувальних пристроїв, наприклад, розвантажувальних шнеків, і подається в плавильногазифікаційний апарат 1 Як живильний трубопровід 5 для твердих носив вуглецю 2, так і ВІДВІДНИЙ трубопровід 3 для відновного газу, а саме множина кожного з них, розташовані в області купола 12 плавильно-газифікаційного апарату 1, приблизно в радіально симетричних позиціях ВІДВІДНИЙ трубопровід 3 відкривається в розділовий пристрій 13, виконаний у вигляді гарячого циклону У цьому гарячому циклоні 13 дрібні частки 14, залучені відновним газом, такі як частки вугілля і губчастого заліза, ВІДДІЛЯЮТЬСЯ І через вертикальну трубу 15 вводяться в шлюз з псевдозрідженим шаром 16 У цей шлюз з псевдозрідженим шаром 16 входить живильний трубопровід 17 для відновленого дрібнозернистого матеріалу, тобто для губчастого заліза 4, яке утворюється з дрібнозернистої руди і яке виводиться з реактора з псевдозрідженим шаром Псевдозріджений шар 18, що утворюється в шлюзі з псевдозрідженим шаром 16 знизу, досягає гарячого циклону, і дрібнозернисте губчасте залізо 4, що подається, підтримується в ньому за допомогою псевдозріджуючого газу, що подається в шлюз з псевдозрідженим шаром 16 через фурмене дно 19 З шлюзу з псевдозрідженим шаром 16 в плавильно-газифікаційний апарат 1 веде живильний трубопровід 7 для губчастого заліза 4 на рівні псевдозрідженого шара 21, що утворюється в плавил ьно-газифікаційному апараті 1 над стаціонарним шаром 20 вуглецьутримуючого матеріалу Цей псевдозріджений шар 21 утворюється з дрібнозернистого вуглецьутримуючого матеріалу 2 і губчастого заліза 4 Газ-носій для підтримки псевдозрідженого шара 21 утворює відновний газ, який виходить з стаціонарного шара 20 і виробляється шляхом газифікації вуглецьутримуючого матеріалу 2 У живильний трубопровід 7, виконаний як транспортувальний трубопровід для губчастого заліза 4, принаймні в його випускній області 22, подається псевдозріджений газ, який транспортує губчасте залізо 4 в плавильно-газифікаційний апарат 1 По центру всередині транспортувального трубопровода 7 і СПІВВІСЬНО з ним розташований живильний трубопровід для кисня 23, випускний отвір якого 24 входить в плавильно-газифікаційний апарат 1, виступаючи за межі кільцеподібного випускного отвору 25 транспортувального трубопровода 7 Кисневий струмінь, що впорскується через живильний трубопровід для кисня 23, по периферії оточено губчастим залізом 4, що подається Внаслідок цього плавлення губчастого заліза 4 відбувається безпосередньо в псевдозрідженому шарі 44347 10 21 завдяки високій регульованій температурі Переважно, навколо плавильно-газифікаційного апарату 1 розподілено декілька шлюзів з псевдозрідженим шаром 16, за рахунок чого здійснюється радіально симетрична і рівномірна подача губчастого заліза 4 по всьому поперечному перетину плавильно-газифікаційного апарату 1 Між випускними отворами 25 транспортувальних трубопроводів для губчастого заліза 7 в плавильногазифікаційний апарат можуть входити додаткові живильні трубопроводи для кисня 26, які підвищують ефективність операції плавлення Щоб використати в якості зони плавлення також і центр псевдозрідженого шара 21, є киснева фурма 27, розміщена таким чином, що її вихідний отвір 28 розташований в псевдозрідженому шарі 21 близько до стаціонарного шара 20 Сприятливе таке розташування кисневої фурми 27, коли вона входить в плавильно-газифікаційний апарат зверху по його центру Загальна висота 29 стаціонарного шара 20 і псевдозрідженого шара 21 регулюється таким чином, щоб в області затихання ЗО, розташованій над псевдозрідженим шаром 21, підтримувалася температура відновного газу біля 1050°С Розташування поверхні стаціонарного шара залежить від вибору розміру зерна вугілля, що подається, і/або від розподілу спільної КІЛЬКОСТІ КИСНЯ МІЖ стаціонарним шаром 20 і псевдозрідженим шаром 21 ВІДПОВІДНО ДО варіанту, представленого на Фіг 2, завантаження здійснюється у верхню частину шлюзу з псевдозрідженим шаром 16 через трубопровід 31 за допомогою транспортувального газу, що утворюється, наприклад, з охолодженого відновного газу, в такій КІЛЬКОСТІ, ЩО у випускного отвору 25 внаслідок імпульсу вхідного газу в псевдозрідженому шарі утворюється порожнистий простір 32 Винахід не обмежується варіантами, представленими на малюнках, і може бути модифікованим в різних відносинах Наприклад, трубопровід подачі кисня 23 не обов'язково повинен розташовуватися СПІВВІСЬНО всередині живильного трубопровода 7 Важливо, щоб відразу після входження губчастого заліза в плавильно-газифікаційний апарат 1 був забезпечений його контакт з киснем, так, щоб в псевдозрідженому шарі 21 міг повністю здійснитися процес плавлення губчастого заліза 4 З цією метою живильний трубопровід 7 і трубопровід подачі кисня 23 можна розмістити поруч один з одним, хоч найкращий результат досягається в тому випадку, якщо губчасте залізо 4 оточує струмінь кисня принаймні в області випускного отвору 25 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90