Спосіб безкоксової металургії заліза

Реферат: Спосіб безкоксової металургії заліза належить до галузі металургії і зокрема може бути використаний для переробки титаномагнетитових концентратів, які містять ванадій. За цим способом отримують високоякісну сировину для виробництва сталі, яка додатково відзначається високою рентабельністю виробництва и техніко-економічними показниками. Це дозволяє створювати продукцію, що по своїх показниках відповідає усім вимогам сучасної металургії. UA 74302 U (12) UA 74302 U UA 74302 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до процесу безкоксової металургії заліза. Зокрема корисна модель може бути використана для переробки титаномагнетитових концентратів які містять ванадій. Найбільш близьким до заявленого є спосіб одержання чавуну по технологіях Corex, ШГА та ін. які використовують шахтні агрегати для попереднього нагріву і відновлення залізорудних матеріалів у твердій фазі, котрі потім плавляться та остаточно відновлюються в плавильних реакторах газифікаторах (Губін Г.В., Півень В.А. Сучасні промислові способи безкоксової металургії заліза. Кривий Ріг. - 2010. - 232 с.). Виробництво чавуну за схемою "шахтна піч - плавильний газифікатор", наприклад процес Corex, має ряд переваг, серед яких головними є виведення коксу із процесу та можливість гнучкого реагування на зміну шихтових умов. Застосований у процесі Corex плавильний газифікатор, що призначений для газифікації вугілля та виробництва чавуну, може використовувати різні марки вугілля. Недоліком відомих способів є те, що вони не передбачають використання СО 2 в газах що відходять з процесу. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу безкоксової металургії заліза за рахунок того, що: - вуглець вугілля використовується, перш за все, як джерело відновлювального агента в реакціях відновлення оксидів заліза; - низькотемпературний відпрацьований газ піддається очищенню від діоксиду вуглецю; - діоксид вуглецю спрямовується на газифікацію вугілля; - відпрацьований газ використовується для виробництва електричної енергії; - електрична енергія використовується для власних потреб із виробництва сталі, її розливання та формування; - забезпечення необхідного теплового рівня процесів остаточного відновлення оксидів заліза виконується за рахунок використання концентрованого джерела енергії низькотемпературної плазми. Технічний результат, який досягається при використанні корисної моделі, полягає у тому, що отримується високоякісна сировина для виробництва сталі, яка додатково відзначається високою рентабельністю виробництва и техніко-економічними показниками. Це дозволяє створювати продукцію, що по своїх показниках відповідає усім вимогам сучасної металургії. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що спосіб безкоксової металургії заліза включає термічний вплив на залізорудну сировину у вигляді окатишів і, згідно з корисною моделлю, попередньо нагріті та відновлені окатиші завантажують разом з вугіллям та добавками у плазмохімічний плавильний реактор, де під дією високої температури піддаються остаточному відновленню. Кінцеве відновлення окатишів та їх навуглецювання здійснюють у шарі вугілля. Навуглецьоване залізо розплавляють та подають через шар вугілля та шлаку, підвищуючи вміст вуглецю у рідкому металі та здійснюючи процес десульфітації. При операції попереднього нагріву та відновлення окиснених окатишів одночасно здійснюють процеси дисоціації карбонатів кальцію та магнію, в результаті чого утворюють м'яко випалене вапно, що має велику реакційну здатність. У плазмохімічному плавильному реакторі безперервно утворюються продукти газифікації, які охолоджуються та очищуються від сполук сірки та спрямовують на попередній нагрів та відновлення оксидних окатишів. Газ збагачується діоксидом вуглецю та парами води, які у подальшому видаляють. Виділений діоксид вуглецю спрямовується у плазмохімічний плавильний реактор для газифікації вугілля. Після чого утворений у плазмохімічному плавильному реакторі чавун та шлак видаляють із робочого об'єму даного агрегату і спрямовують на операцію виробництва сталі та складування відповідно. Відновлювальний газ, отриманий після очищення низькотемпературного відпрацьованого газу, підігрівають надлишковим теплом газу, що відходить із плазмохімічного плавильного газифікатора і далі відновлювальний газ спрямовують на попередню металізацію окатишів. Як агрегат для безкоксового отримання пропонується використовувати плазмохімічний плавильний реактор. Низькотемпературний відпрацьований газ піддається очищенню від діоксину вуглецю, отриманий очищений газ надходить до установки глибокої металізації шахтного типу. На виході із даної установки є два потоки: металізовані котуни, що мають ступінь металізації, достатній для їх подальшого використання в електродуговій печі, та відпрацьований газ. В ректорі здійснюються процеси газифікації вугілля, кінцевого відновлювання оксидів заліза, навуглецювання заліза та утворення рідкого чавуну зі шлаком. Вихідними потоками такого реактора є чавун, відновлювальний газ та шлак. 1 UA 74302 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Відновлювальний газ із плазмохімічного плавильного реактора спрямовується до агрегату шахтного типу для попереднього нагріву залізорудних матеріалів. Оскільки відновлювальний газ має високий відновлювальний потенціал, то в агрегаті шахтного типу здійснюються і процеси відновлювання оксидів заліза. Металізовані окатиші разом із чавуном завантажуються в електродугову піч для виплавки високоякісної сталі різних марок. Живлення електродугової печі здійснюється електричною енергією, що виробляється електричною установкою, яка входить у склад заводу. Ця установка перетворює фізичне та хімічне тепло відпрацьованого газу в електрику. Стрижневими операціями пропонованого способу є газифікація вугілля, кінцеве відновлення оксидів заліза, навуглецювання заліза, утворення чавуну та шлаку. Всі ці процеси здійснюються в одному агрегаті - плазмохімічному плавильному реакторі. Газифікація вугілля здійснюється у потоці низькотемпературної плазми, а також у шарі палива, що розташовується на поверхні металу. Частина вугілля подається в плазмотрон у вигляді порошку, а інша частина - у вигляді кусків. Продуктами газифікації вугілля є переважно монооксид вуглецю та водень, а також продукти їх повного окиснення. Спосіб реалізується наступним чином. Попередньо нагріті та відновлені окатиші завантажуються разом із частиною вугілля та добавками у плазмохімічний плавильний реактор. Зустрічаючи на своєму шляху продукти газифікації, відновлені окатиші піддаються подальшому відновленню. Кінцеве відновлення окатишів та їх навуглецювання здійснюється у шарі вугілля. Навуглецьоване залізо розплавляється і проходить через шар вугілля та шлаку, тим самим підвищується вміст вуглецю у рідкому металі та здійснюється процес десульфурації. У зв'язку із використанням вугілля надходження сірки у плазмохімічний плавильний газифікатор є великим в порівнянні з умовами доменної плавки. Щоб здійснювати процеси десульфурації чавуну потрібен високоосновний шлак. В операції попереднього нагріву та відновлення оксидних окатишів одночасно здійснюються процеси дисоціації карбонатів кальцію та магнію. В результаті утворюється м'яковипалене вапно, що має велику реакційну здатність. Для наведення високоосновного шлаку дане вапно завантажують разом із відновленими окатишами до плазмохімічного плавильного реактора. Для коригування основності шлаку безпосередньо у плавильний реактор завантажуються інші добавки.; У плазмохімічному плавильному реакторі безперервно утворюються продукти газифікації, що на виході із даного агрегату мають високу температуру та великий відновлювальний потенціал. Цей газ після охолодження та очищення від сполук сірки спрямовується на попередній нагрів та відновлення окислених окатишів. Виконавши відновлювальну роботу, газ збагачується діоксидом вуглецю та парами води. На виході із процесу попереднього нагріву та відновлення оксидних окатишів низькотемпературний відпрацьований газ надходить на операцію очищення від діоксиду вуглецю. Очищений газ має достатній відновлювальний потенціал, проте його температура є нижчою за оптимальну у процесах металізації оксидних окатишів. Виділений діоксид вуглецю є джерелом вуглецю та одночасно є окисником, тому він спрямовується у плазмохімічний плавильний реактор для здійснення процесів газифікації вугілля з метою раціоналізації використання карбонових сполук. Це призводить до зменшення споживання вугілля. Необхідна теплота для здійснення реакції газифікації вуглецю діоксидом вуглецю підводиться за допомоги низькотемпературної плазми. Утворений у плазмохімічному плавильному реакторі чавун та шлак видаляють із робочого об'єму даного агрегату і спрямовують на операцію виробництва сталі та складування відповідно. Відновлювальний газ, що був отриманий після очищення низькотемпературного відпрацьованого газу, підігрівається надлишковим теплом газу, що відходить із плазмохімічного плавильного газифікатора. Далі відновлювальний газ спрямовується на виробництво металізованого продукту. Для цього використовуються оксидні окатиші. Отриманий металізований продукт із високою температурою надходить безпосередньо на виробництво сталі. Умови завантаження гарячого металізованого продукту є такими, що виключають можливість самозаймання губчастого заліза. Відпрацьований після виробництва металізованого продукту газ має значну температур і спрямовується на отримання електричної енергії. Після цього на виході газ, що позбавлений технологічного потенціалу, очищується від шкідливих речовин та викидається в атмосферу. Виробництво сталі здійснюється з використанням металізованих окатишів та чавуну в електродуговій печі, яка живиться електрикою, що надходить із операції її виробництва. Натомість в цю операцію передається газ, що утворюється при отриманні сталі. 2 UA 74302 U 5 Таким чином, пропонується спосіб безкоксової металургії у якому передбачено відновлення діоксиду вуглецю із відпрацьованого відновлювального газу, утвореного після попереднього нагріву та відновлення залізорудної сировини, потім цей діоксид вуглецю використовується для газифікації вугілля у плазмохімічному плавильному реакторі. Це є найбільш раціональним використанням вуглецю порівняно з традиційними технологіями, коли діоксид вуглецю викидається в атмосферу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 25 Спосіб безкоксової металургії заліза, що включає термічний вплив на залізорудну сировину у вигляді окатишів, який відрізняється тим, що попередньо нагріті та відновлені окатиші завантажують разом з вугіллям та добавками у плазмохімічний плавильний реактор, де під дією високої температури піддаються остаточному відновленню, при цьому кінцеве відновлення окатишів та їх навуглецювання здійснюють у шарі вугілля, після чого навуглецьоване залізо розплавляють та подають через шар вугілля та шлаку, підвищуючи вміст вуглецю у рідкому металі та здійснюючи процес десульфатації, при цьому при операції попереднього нагріву та відновлення оксидних окатишів одночасно здійснюють процеси дисоціації карбонатів кальцію та магнію, в результаті чого утворюють м'яко випалене вапно, що має велику реакційну здатність, при цьому у плазмохімічному плавильному реакторі безперервно утворюють продукти газифікації, які охолоджують та очищують від сполук сірки та спрямовують на попередній нагрів та відновлення окислених окатишів, при цьому газ збагачується діоксидом вуглецю та парами води, які у подальшому видаляють, після чого виділений діоксид вуглецю спрямовується у плазмохімічний плавильний реактор для газифікації вугілля, після чого утворений у плазмохімічному плавильному реакторі чавун та шлак видаляють із робочого об'єму даного агрегату і спрямовують на операцію виробництва сталі та складування відповідно, а відновлювальний газ, отриманий після очищення низькотемпературного відпрацьованого газу, підігрівають надлишковим теплом газу, що відходить із плазмохімічного плавильного газифікатора і далі відновлювальний газ спрямовують на попередню металізацію окатишів. Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 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 3