Спосіб утилізації тепла конвертерних газів з одержанням гарячого та холодного м’якообпаленого вапна

Спосіб утилізації тепла конвертерних газів з одержанням гарячого та холодного м'якообпаленого вапна, що включає подачу як кальцієвмісного матеріалу вапняку величиною більше 8 мм; введення відпаленого вапна в конвертер у нагрітому до температури 700-1200 °С стані; повне допалювання гарячих конвертерних газів, що утворюються при продувці сталі киснем; охолодження гарячих конвертерних газів, утворених після їх повного допалювання, за рахунок змішування з підсмоктуваним повітрям, який подають у кількості, що забезпечує температуру одержуваної газової суміші у межах 1250-1350 °С, охолодження конвертерних газів, утворених після розведення підсмоктуваним повітрям, за рахунок відпалу вапняку; остаточне охолодження конвертерних газів, утворених після відпалу вапняку в теплообмінному пристрої; здійснення підігріву, зневоднювання, нагрівання і декарбонізації вапняку, а також нагрівання свіжовідпаленого вапна; організацію зростання швидкості віднесення знову утвореної в порах відпалюваного матеріалу дрібнозернистої фракції від зони нагрівання свіжовідпаленого вапна, через зони декарбонізації, нагрівання і зневоднювання, до зони підігріву відпалюваного вапняку при русі гарячих конвертерних газів знизу вгору через шар відпале U 2 (11) 1 3 тонкодисперсного пилу. Як кальційвмісний матеріал, що завантажується у видатковий бункер, використовують очищений від дрібнозернистої фракції крупністю не менше 8 мм вапняк. Обпалене вапно в конвертер по ходу продувки вводять у нагрітому до температури 700-1200 °С стані. Гарячі конвертерні гази, що утворюються при продувці сталі киснем, піддають повному допалюванню в каміні й охолоджують у три прийоми: спочатку їх охолоджують до температури не більше 1400 °С, змішуючи з підсмоктуваним у камін надлишковим повітрям, потім в охолоджувачі конвертерних газів пропускають знизу вверх через нерухливий шар вивантаженого з видаткового бункера вапняку, одночасно здійснюючи процес його випалу, а потім залишкове тепло газів утилізують, пропускаючи їх через охолоджуваний водою котел-утилізатор. Підігрів, зневоднювання, нагрівання й декарбонізацію вапняку, а також нагрівання свіжовідпаленого вапна гарячими конвертерними газами, що утворюються при продувці сталі киснем, здійснюють у періодичному режимі зі зростанням швидкості віднесення, що знову утворюється в порах гартованого матеріалу дрібнозернистої фракції крупністю менш 4 мм від зони нагрівання свіжовідпаленого вапна, через зони декарбонізації, нагрівання й зневоднювання, до зони підігріву відпаленого вапняку при русі гарячих газів, що утворюються при продувці сталі киснем, знизу вверх через нерухливий шар обпаленого вапна й гартованого вапняку. Витрати й температуру гарячих конвертерних газів, що утворюються при продувці сталі киснем, регулюють зміною розрідження в зоні підсмоктування повітря, використовуваного для допалювання вихідних конвертерних газів і розведення продуктів допалювання. Дрібнозернисту фракцію, що знову утворюється, крупністю менше 4 мм конвертерних газів. Як охолоджуючий до температури нижче 1400 °С агент використовують вуглецевмісний матеріал у кількості від 33 % до 50 % від маси вихідних конвертерних газів залежно від складу й температури вихідних вуглецевмісного матеріалу й конвертерних газів. У якості вуглецевмісного матеріалу використовують коксовий й/або вугільний пил. Повне допалювання в каміні газів, що утворюються при продувці киснем вихідних конвертерних газів, здійснюють підсмоктуваним киснем. Гарячі конвертерні гази, що утворюються при продувці сталі киснем піддають частковому допалюванню. Операції часткового допалювання, що утворюються при продувці киснем вихідних конвертерних газів і охолодження, що утворюються при допалюванні конвертерних газів за рахунок випалу вапняку проводять одночасно, здійснюючи їх в охолоджувачі конвертерних газів. Для часткового допалення вихідних конвертерних газів, що утворюються при продувці киснем, підсмоктують повітря в кількості від 9,1 % до 42,2 % від маси вихідних конвертерних газів залежно від складу й температури вихідних вапняку й конвертерних газів. Для часткового допалювання вихідних конвертерних газів, що утворюються при продувці киснем, підсмоктують кисень у кількості від 2,0 % до 9,3 % % від маси вихідних конвертерних газів залежно від 66064 4 складу й температури вихідних вапняку й конвертерних газів. Для часткового опалювання вихідних конвертерних газів, що утворюються при продувці киснем, підсмоктують повітря в кількості від 181,5 % до 286,0 % від маси вихідних конвертерних газів залежно від складу й температури вихідних вапняку й конвертерних газів. Охолодження конвертерних газів, що утворюються при допалюванні, здійснюють за рахунок випалу вапняку й за рахунок конверсії вуглекислого газу й водяних парів підсмоктуваних вуглецевмісним матеріалом у кількості від 55,0 % до 68,5 % від маси вихідних конвертерних газів залежно від складу й температури вихідних вуглецевмісного матеріалу й конвертерних газів. Для часткового допалювання вихідних конвертерних газів, що утворюються при продувці киснем, підсмоктують кисень у кількості від 41,7 % до 65,8 % від маси вихідних конвертерних газів залежно від складу й температури вихідних вапняку й конвертерних газів. Конвертерні гази в охолоджувачі конвертерних газів пропускають знизу вверх крізь шар, що рухається протитечією зверху вниз, вивантаженого з видаткового бункера вапняку. Уведення обпаленого вапна в конвертер під час продувки сталі киснем здійснюють безупинно протягом усього часу продувки сталі киснем. Перед продувкою сталі киснем і після неї підігрів, зневоднювання й часткове нагрівання вапняку здійснюють теплом гарячих конвертерних газів, що утворюються перед і після продувки сталі киснем. Недоліками відомого способу виплавки сталі є низька ефективність, і високий ступінь екологічного ризику процесу виплавки сталі. Низька ефективність обумовлена високою собівартістю виплавки сталі через велику тривалість плавки й через велику витрату споживаних при плавці матеріалів у вигляді палива й флюсів. Високий ступінь екологічного ризику обумовлений викидами пилової фракції обпаленого вапна в навколишнє середовище. Відомий також «Спосіб виплавки сталі в конвертерах з використанням гарячого м'якообпаленого вапна» (див., наприклад, заявки №№ u201104478, а201104476 від 12.04.2011 р., МПК С21С5/28). Відомий спосіб включає подачу як кальційвмісного матеріалу вапняку величиною більше 8 мм; введення відпаленого вапна в конвертер у нагрітому до температури 700-1200 °С стані; повне допалювання гарячих конвертерних газів, що утворюються при продувці сталі киснем; охолодження гарячих конвертерних газів, утворених після їх повного допалювання, за рахунок змішування з підсмоктуваним повітрям, охолодження конвертерних газів, утворених після розведення підсмоктуваним повітрям, за рахунок відпалу вапняку; остаточне охолодження конвертерних газів, утворених після відпалу вапняку в теплообмінному пристрої; здійснення підігріву, зневоднювання, нагрівання і декарбонізації вапняку, а також нагрівання свіжовідпаленого вапна; організацію зростання швидкості віднесення знову утвореної в порах відпалюваного матеріалу дрібнозернистої фракції від зони нагрівання свіжовідпаленого вапна, через зони декарбонізації, нагрівання і зневоднювання, до зони підігріву відпалюваного вапняку при русі гарячих конвертерних газів знизу вверх 5 через шар відпаленого вапна і відпалюваного вапняку; регулювання витрати і температури гарячих конвертерних газів, що утворюються при їх допалюванні і розведені підсмоктуваним повітрям, за рахунок зміни розрідження в зоні підсмоктування повітря; а також підігрів, зневоднювання і часткове нагрівання вапняку теплом гарячих конвертерних газів, що утворюються перед і після продувки сталі киснем, при цьому подачу вапняку в зону відпалу здійснюють порціями заданого об'єму протягом усього часу виплавки сталі, а вивантаження утвореного м'якообпаленого вапна з зони відпалу здійснюють порцією/порціями заданого об'єму тільки під час подачі вапна в процес виплавки сталі, подачу вапняку в зону відпалу порціями заданого об'єму протягом усього часу виплавки сталі здійснюють у кількості, необхідній для утворення м'якообпаленого вапна на одну плавку, з урахуванням виносу пилу, повітря, що підсмоктується на змішування для охолодження гарячих конвертерних газів, утворених після їх повного допалювання, подають у кількості, що забезпечує температуру одержуваної газової суміші в межах 1250-1350 °С, регулювання температури гарячих конвертерних газів, що утворюються при їх допалюванні і розведенні підсмоктуваним повітрям, за рахунок зміни розрідження в зоні підсмоктування повітря, здійснюють шляхом використання димососа з частотнорегульованим числом обертів електродвигуна. Даний спосіб виплавки сталі в конверторах з використанням гарячого м'якообпаленого вапна є найбільш близьким до заявлюваного технічного рішення по технічній суті й по ефекту, що досягається, і вибраний як прототип. Недоліком даного способу утилізації тепла конвертерних газів з одержанням гарячого та холодного м'якообпаленого вапна є його низька ефективність. Низька ефективність способу обумовлена малим ступенем охолодження конвертерних газів. Сукупними ознаками найближчого аналога (прототипу) й технічного рішення, що заявляється, є: - подача як кальційвмісного матеріалу вапняку величиною більше 8 мм; - введення відпаленого вапна в конвертер у нагрітому до температури 700-1200 °С стані; - повне допалювання гарячих конвертерних газів, що утворюються при продувці сталі киснем; - охолодження гарячих конвертерних газів, утворених після їх повного допалювання, за рахунок змішування з підсмоктуваним повітрям, який подають у кількості, що забезпечує температуру одержуваної газової суміші в межах 1250-1350 °С; - охолодження конвертерних газів, утворених після розведення підсмоктуваним повітрям, за рахунок відпалу вапняку; - остаточне охолодження конвертерних газів, утворених після відпалу вапняку в теплообмінному пристрої; - здійснення підігріву, зневоднювання, нагрівання й декарбонізації вапняку, а також нагрівання свіжовідпаленого вапна; - організацію зростання швидкості віднесення знову утвореної в порах відпалюваного матеріалу 66064 6 дрібнозернистої фракції від зони нагрівання свіжовідпаленого вапна, через зони декарбонізації, нагрівання й зневоднювання, до зони підігріву відпалюваного вапняку при русі гарячих конвертерних газів знизу вверх через шар відпаленого вапна й відпалюваного вапняку; - регулювання витрати й температури гарячих конвертерних газів, що утворюються при їх допалюванні й розведені підсмоктуваним повітрям, за рахунок зміни розрідження в зоні підсмоктування повітря шляхом використання димососа з частотно-регульованим числом обертів електродвигуна, - підігрів, зневоднювання й часткове нагрівання вапняку теплом гарячих конвертерних газів, що утворюються перед і після продувки сталі киснем, - подача вапняку в зону відпалу порціями заданого об'єму протягом усього часу виплавки сталі, - вивантаження утвореного м'якообпаленого вапна з зони відпалу порцією/порціями заданого об'єму тільки під час подачі вапна в процес виплавки сталі. В основу технічного рішення, що заявляється, поставлено задачу удосконалення способу утилізації тепла конвертерних газів з одержанням гарячого та холодного м'якообпаленого вапна шляхом підвищення ступеня охолодження конвертерних газів, що дозволить одержати гаряче м'якообпалене вапно для потреб сталеплавильного виробництва і холодне м'якообпалене вапно для реалізації на сторону. Очікуваним технічним результатом технічного рішення, що заявляється (способу утилізації тепла конвертерних газів з одержанням гарячого та холодного м'якообпаленого вапна), є підвищення ефективності процесу виплавки сталі шляхом зниження її собівартості за рахунок одержання гарячого м'якообпаленого вапна для потреб сталеплавильного виробництва й холодного м'якообпаленого вапна для реалізації на сторону. Зазначений технічний результат досягається тим, що в способі утилізації тепла конвертерних газів з одержанням гарячого та холодного м'якообпаленого вапна, що включає подачу в якості кальційвмісного матеріалу вапняку величиною більш 8 мм; введення відпаленого вапна в конвертер у нагрітому до температури 700-1200 °С стані; повне допалювання гарячих конвертерних газів, що утворюються при продувці сталі киснем; охолодження гарячих конвертерних газів," утворених після їх повного допалювання, за рахунок змішування з підсмоктуваним повітрям, який подають в кількості, що забезпечує температуру одержуваної газової суміші в межах 1250-1350 °С; охолодження конвертерних газів, утворених після розведення підсмоктуваним повітрям, за рахунок відпалу вапняку; остаточне охолодження конвертерних газів, утворених після відпалу вапняку в теплообмінному пристрої; здійснення підігріву, зневоднювання, нагрівання і декарбонізації вапняку, а також нагрівання свіжовідпаленого вапна; організацію зростання швидкості віднесення знову утвореної в порах відпалюваного матеріалу дрібнозернистої фракції від зони нагрівання свіжовідпаленого вапна, через зони декарбонізації, нагрівання і зневод 7 нювання, до зони підігріву відпалюваного вапняку при русі гарячих конвертерних газів знизу вгору через шар відпаленого вапна і відпалюваного вапняку; регулювання витрати і температури гарячих конвертерних газів, що утворюються при їх допалюванні і розведені підсмоктуваним повітрям, за рахунокзміни розрідження в зоні підсмоктування повітря шляхом використання димососа з частотно-регульованим числом обертів електродвигуна; підігрів, зневоднювання і часткове нагрівання вапняку теплом гарячих конвертерних газів, що утворюються перед і після продувки сталі киснем; подачу вапняку в зону відпалу порціями заданого об'єму протягом усього часу виплавки сталі в кількості, необхідній для утворення м'якообпаленого вапна на одну плавку, з урахуванням виносу пилу; вивантаження утвореного м'якообпаленого вапна з зони відпалу порцією/порціями заданого об'єму тільки під час подачі вапна у процес виплавки сталі, відповідно технічному рішенню, що заявляється, - подачу вапняку в зону відпалу порціями заданого об'єму протягом усього часу виплавки сталі здійснюють у кількості, що забезпечує охолодження гарячих конвертерних газів, утворених після їх повного допалювання й змішування з підсмоктуваним повітрям, до температури 820-850 °С, при цьому - охолодження конвертерних газів, утворених після розведення підсмоктуваним повітрям, за рахунок відпалу вапняку, здійснюють до температури 820-850 °С за рахунок додаткового одержання холодного м'якообпаленого вапна для реалізації на сторону; - причому вироблене для реалізації на сторону м'якообпалене вапно охолоджують повітрям до температури не більше 50 °С, а потім упаковують у тару із вологозахисного матеріалу. Суть технічного рішення, що заявляється (способу утилізації тепла конвертерних газів з одержанням гарячого та холодного м'якообпаленого вапна), полягає в наступному. При подачі вапняку в зону відпалу порціями заданого об'єму протягом усього часу виплавки сталі в кількості, що забезпечує охолодження гарячих конвертерних газів, утворених після їх повного допалювання й змішування з підсмоктуваним повітрям, до температури 820-850 °С, при охолодженні конвертерних газів, утворених після розведення підсмоктуваним повітрям, за рахунок відпалу вапняку, до температури 820-850 °С за рахунок додаткового одержання холодного м'якообпаленого вапна для реалізації на сторону, при охолодженні виробленого для реалізації на сторону м'якообпаленого вапна повітрям до температури не більше 50 °С, і при упаковуванні виробленого м'якообпаленого вапна в тару із вологозахисного матеріалу, підвищується ефективність процесу виплавки сталі за рахунок зниження її собівартості при одержанні гарячого м'якообпаленого вапна для потреб сталеплавильного виробництва й холодного м'якообпаленого вапна для реалізації на сторону. Таким чином, сукупність відмінних ознак технічного рішення, що заявляється (способу утилізації тепла конвертерних газів з одержанням гарячого 66064 8 та холодного м'якообпаленого вапна), веде до підвищення ефективності процесу виплавки сталі, тобто до досягнення зазначеного вище технічного результату. Застосування способу утилізації тепла конвертерних газів з одержанням гарячого та холодного м'якообпаленого вапна ілюструється наступним прикладом конкретного здійснення. Приклад. У конвертер завантажують тверду металеву шихту й заливають чавун у кількостях, що забезпечують виплавку 142 т готової сталі. Зону випалу перед початком кампанії повністю завантажують готовим обпаленим вапном у кіль3 кості 38,497 м (50,046 т). Вихідне завантаження вапна в такій кількості забезпечує згодом необхідний час контактування з конвертерними газами вихідного вапняку, що безупинно вводиться, з розміром шматків 8-50 мм (34,456 т/годину). Необхідний час контактування (0,625 години), вихідного вапняку, що безупинно вводиться, з конвертерними газами, забезпечує його повну декарбонізацію з утворенням гарячого (850 °С) обпаленого вапна (18,614 т/годину). Попередньо очищений від дрібнозернистої фракції вихідний вапняк з розміром шматків 8-50 мм (із середньою крупністю 37,5 мм, з вологістю 2 %, зі вмістом карбонату кальцію 94 % і домішок 4 % у вигляді глини й піску при температурі 15 °С) завантажують безупинно в кількості 34,456 т/годину в зону його випалу. Безперервне завантаження здійснюють протягом усього періоду виплавки сталі тривалістю 50 хв. Конвертерні гази, що утворюються при продувці 142 т сталі киснем, протягом 20 хв, у кількості 3 57,056 кг/годину (321749,047 м /годину при температурі 1652 °С и тиску 98000 Па) зі вмістом 92 % СО, 2 % Н2, 6 % СО2 піддають допалюванню шляхом контрольованого підсмоктування повітря через пристрій забору конвертерних газів. Регулювання витрати підсмоктуваного повітря й температури гарячих конвертерних газів, що утворюються при їх допалюванні й розведенні підсмоктуваним повітрям, здійснюють за рахунок зміни розрідження в зоні підсмоктування повітря. Для зміни розрідження в зоні підсмоктування повітря використовують димосос із частотнорегульованим числом обертів електродвигуна. Підсмоктуване повітря подають у кількості 355,204 3 т/годину (300092,977 м /годину при температурі 15 °С). Тепло, що виділяється від допалювання гарячих конвертерних газів, становить 147,372 Мвт. Отримані після допалювання й розведення підсмоктуваним повітрям конвертерні гази, що містять 20,84 %СО2, 12,54 % О2 і 66,62 % N2, у кількості 3 343,550 т/годину (1423351,838 м /годину при температурі 1250 °С і тиску 98000 Па) використовують як теплоносій для здійснення процесу випалу вапняку з одержанням м'якообпаленого вапна. Конвертерні гази, охолоджені за рахунок нагрівання обпаленого вапна, отриманого в попередній плавці, а також за рахунок протікання реакції декарбонізації й процесів нагрівання й зневоднювання свіжозавантаженного вихідного вапняку, що містять, 26,97 % СО2, 0,38 % Н2О, 11,51 % О2 і 61,14 % N2, 3 у кількості 374,346 т/годину (1123846,071 м /годину 9 при температурі 850 °С і тиску 95000 Па), направляють для остаточного охолодження в котелутилізатор. Разом з охолодженими до температури 850 °С газами виноситься дрібнозернистий й тонкодисперсний пил, що містить 60,02 СаО, 6,01 % домішок і 33,97 % СаСО3, у кількості 2,208 т/годину при температурі 850 °С. Тепло на декарбонізацію нагрітого вапняку становить 33,444 Мвт, а тепловтрати через зовнішні поверхні апаратів і від гарячого обпаленого вапна - 9,727 Мвт або 6,6 % від тепла допалювання утворених гарячих конвертерних газів. Частину утвореного гарячого обпаленого вапна, що містить 92,94 % СаО й 7,06 % домішок, при температурі 850 °С у кількості 6,876 т завантажують двома порціями в конвертер через 8 хв і 12 хв після початку продувки сталі киснем. Другу частину утвореного гарячого обпаленого вапна в кількості 8,637 т завантажують із горизонтального бункера в пристрій охолодження гарячого обпаленого вапна. Проходячи по вертикальних чотиригранних каналах зверху вниз, нагріте м'якообпалене вапно, контактує прямо з охолодженим повітрям, що піднімається знизу наверх, опускається в робочий об'єм горизонтального футерованого теплообмінника. У вертикальних каналах горизонтального футерованого теплообмінника відбувається охолодження гарячого (близько 950 °С) м'якообпаленого вапна, що опускається вниз. Утворене холодне (близько 50 °С) м'якообпалене вапно з вертикальних каналів горизонтального футерованого теплообмінника самопливом надходить у вертикальні канали системи підведення охолодженого повітря. З вертикальних каналів системи підведення охолодженого повітря холодне м'якообпалене вапно опускається в перевернуту порожню горизонтальну піраміду розвантажу Комп’ютерна верстка Мацело В. 66064 10 вального вузла. Через прямокутний отвір (для вільного проходження матеріалу, що вивантажується, під дією гравітаційної сили) у малій нижній основі перевернутої порожньої горизонтальної піраміди холодне обпалене вапно вивантажується крізь механізм вивантаження (при відкритому шибері) і направляється в систему пакування охолодженого обпаленого вапна. Вивантаження холодного обпаленого вапна з перевернутої порожньої горизонтальної піраміди здійснюється через вертикальні канали механізму вивантаження, що забезпечують вільне проходження матеріалу, що вивантажується, під дією гравітаційної сили. Для охолодження гарячого (близько 950 °С) м'якообпаленого вапна використовують атмосферне повітря в кількості 40,341 т/годину (32745,424 3 м /годину при температурі 15 °С) яке через вузол введення охолодженого повітря засмоктується в пристрій охолодження гарячого обпаленого вапна. При цьому відбувається нагрівання повітря до температури 350 °С і зниження температури гарячого обпаленого вапна до 50 °С при їх безпосередньому контакті. Відпрацьоване нагріте повітря в 3 кількості 40,341 т/годину (70834,719 м /годину при температурі 350 °С) через вузол виводу нагрітого повітря нагнітається в існуючу систему газоочищення. Застосування способу утилізації тепла конвертерних газів з одержанням гарячого та холодного м'якообпаленого вапна, що заявляється, дозволить підвищити ефективність процесу виплавки сталі шляхом зниження її собівартості за рахунок одержання гарячого м'якообпаленого вапна для потреб сталеплавильного виробництва й холодного м'якообпаленого вапна для реалізації на сторону. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601