Спосіб одержання залізовуглецевого розплаву, зокрема розплаву сталі

1. Спосіб одержання залізовуглецевого розплаву, зокрема розплаву сталі, який включає завантаження в зону плавильної газифікації грудкового вуглецевмісного матеріалу й грудкового залізовмісного матеріалу через окремі живильники, що входять у верхню зону плавильного пристрою, плавлення й відновлення цього матеріалу в плавильному пристрої з попереднім відновленням залізовмісного матеріалу у відновлювальному реакторі за допомогою відновлювального газу, утвореного в зоні плавильної газифікації, який відрізняється тим, що як плавильний пристрій використовують плавильну піч, при цьому вуглецевмісний і залізовмісний матеріали подають у плавильну піч з заданим масовим співвідношенням, причому спочатку на поді плавильної печі створюють шар вуглецевмісного матеріалу, на який подають залізовмісний і вуглецевмісний матеріал, отриману суміш формують у плавильній печі під кутом, рівним куту природного укосу, шляхом подачі її через щілиноподібну порожнину в кришці плавильної печі у вигляді вільнопадаючого струменя, який направляють у пристінну область плавильної печі, паралельно завантажують 2 (19) 1 3 Винахід відноситься до безкоксового виробництва залізовуглецевого розплаву, зокрема сталі з грудкоподібних залізовмісних матеріалів або окатишів. Відомий спосіб одержання чавуну із залізовмісного окісного матеріалу, який включає його попереднє відновлення з одержанням губчастого заліза в шахтній печі и наступне розплавлювання в плавильному газифікаторі з одночасним одержанням відновлювального газу за рахунок підведення твердого вуглецевмісного матеріалу й кисню або кисневмісного газу, подачу отриманого в плавильному газифікаторі відновлювального газу в шахтну піч, відвід від неї колошникового газу, очищення його від СО2 і Н2О, нагрівання і повернення його в шахтну піч [Заявка Японії №63-47308, заявл. 18.08.86, №61-192462, опубл.29.02.88]. відомого способу пов'язане із Здійснення труднощами, що виникають при нагріванні колошникового газу до температури відновлення перед подачею в шахтну піч. Відновлення залізовмісного матеріалу відбувається в інтервалі температур від 750 до 850°С, а розвити такі температури в теплообміннику за одну ступінь нагрівання дуже складно, у зв'язку із чим для досягнення необхідної температури потрібно ускладнювати процес додатковими заходами по нагріванню. Найбільш близьким по технічній сутності й результату, що досягається (прототип), прийнятий спосіб одержання рідкого чавуну або рідких сталевих напівпродуктів із дрібнозернистого залізовмісного матеріалу, що включає його подачу й розплавлювання в зоні плавильної газифікації, у якому при підведенні вуглецевмісного матеріалу й кисневмісного газу одночасно одержують відновлювальний газ у шарі із твердих носіїв вуглецю, відповідно до винаходу, дрібнозернистий залізовмісний матеріал подають у плавильний газифікатор за допомогою кисневого пальника з утворенням високотемпературної зони горіння, центрально вище шару із твердих носіїв вуглецю, при цьому в зону плавильної газифікації додатково вводять грудковий вуглецевмісний матеріал і грудковий залізовмісний матеріал через підвідні трубопроводи, які входять у верхню зону плавильного газифікатора, а за допомогою відновлювального газу, утвореного в зоні плавильної газифікації, здійснюють попереднє відновлення залізовмісної руди, причому відновлювальний газ, що виходить із плавильного газифікатора, підводять на відновлення неочищеним від пилу [Патент України №37264, заявл.18.07.1996, опубл.15.15.2001, бюл. №4, 2001]. Однак даний спосіб не забезпечує якості відновленого металу через обов'язкову наявність у відновлювальному газі оксидів, які пов'язані з технологією спалювання газів. В основу винаходу поставлене завдання створення способу одержання залізовуглецевого розплаву, зокрема розплаву сталі, шляхом використання технологічних можливостей плазмових технологій для високотемпературного нагрівання залізорудного матеріалу й утворення 82783 4 відновлювального газу, стосовно до процесів прямого одержання розплаву заліза, використання вугілля, як енергоносія й відновника, для компенсації теплового балансу й корекції складу газу в процесі відновлювальної плавки й попереднього відновлення, і за рахунок цього оптимізувати роботу двох використовуваних при виплавці металу агрегатів, знизити температуру уведення відхідного із плавильної печі відновлювального газу до величини, прийнятної для відновлення залізовмісного матеріалу, шляхом продувки матеріалу зверху вниз через шар вугілля й у результаті зменшити витрати на процес прямого одержання металу й, при цьому, проводити реакцію відновлення стабільно й ефективно. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі для одержання залізовуглецевого розплаву, зокрема розплаву сталі, який включає завантаження в зону плавильної газифікації грудкового вуглецевмісного матеріалу й грудкового залізовмісного матеріалу через окремі живильники, що входять у верхню зону плавильного пристрою, плавку й відновлення цього матеріалу в плавильному пристрої, з попереднім відновленням залізовмісного матеріалу у відновлювальному реакторі за допомогою відновлювального газу, утвореного в зоні плавильної газифікації, згідно винаходу, як плавильний пристрій використовують плавильну піч, при цьому вуглецевмісний і залізовмісний матеріали подають в плавильну піч із заданим масовим співвідношенням, причому спочатку на поді плавильної печі створюють шар вуглецевмісного матеріалу, на який подають залізовмісний і вуглецевмісний матеріал, отриману суміш формують у плавильній печі під кутом, рівним куту природного укосу, шляхом подачі її через щілиноподібну порожнину в кришці плавильної печі у вигляді вільно падаючого струменя, який направляють у пристінну область плавильної печі, паралельно завантажують відновлювальний реактор залізовмісним матеріалом по двох температурних зонах, розділених колосниками, причому масу верхнього шару залізовмісного матеріалу визначають, виходячи з необхідного кінцевого середньозваженого ступеня металізації, при цьому вище рівня залізовмісного матеріалу формують заданий шар вуглецевмісного матеріалу для корекції складу газу, який надходить із плавильної печі, продувають матеріал у плавильній печі кисневмісним і нагрітим у плазмотронах непрямої дії кисневмісним і природним газом, подають отриманий у плавильній печі відновлювальний газ у верхню частину відновлювального реактора, визначають склад і температуру газу у верхній частині відновлювального реактора, зіставляють їхні значення з заданими значеннями цих параметрів і, при зміні концентрації відновлювального газу або температури більше, ніж на 10%, корегують їх значення витратою газу із плазмохімічних газогенераторів, повторюють 5 82783 6 реактора газ подають на допалювання для його цикли подачі матеріалів у плавильну піч залежно утилізації в реактор попереднього підігріву від маси одержуваного металу, а газ, що виходить залізовмісного матеріалу. із відновлювального реактора, подають на При здійсненні способу згідно із допалювання для його утилізації в реактор запропонованим винаходом матеріал нагрівають, попереднього підігріву залізовмісного матеріалу. розплавлюють і відновлюють із використанням Масове співвідношення вуглецевмісного матеріалу плавильної печі, а твердофазне відновлення до залізовмісного матеріалу, які завантажують у здійснюють у вертикальному відновлювальному плавильну піч, перебуває в межах 0,2-0,4. реакторі. Обидва агрегати мають загальну стінку, Відновлювальний реактор і плавильну піч а внутрішні поверхні кришок служать стінкою завантажують залізовмісним матеріалом каналу для перепуску відновлювального газу із попередньо підігрітим у реакторі попереднього плавильної печі в відновлювальний реактор. На підігріву. Попередньо відновлений між пристрій, у якому може бути здійснений колосниками відновлювального реактора запропонований винахід, не накладаються залізовмісний матеріал завантажують у плавильну обмеження. Винахід може бути здійснений в різних піч. Попередньо відновлений між колосниками типах устаткування при прямому одержанні залізовмісний матеріал повторно завантажують у розплаву заліза з перепуском без значних відновлювальний реактор у зону, розташовану над теплових втрат гарячого відновлювального газу із колосниками. плавильної печі в відновлювальний реактор, з Задане масове співвідношення верхньою подачею газу в відновлювальний вуглецевмісного матеріалу (вугілля) до реактор і нижнім відводом відпрацьованого газу. Спосіб здійснюється таким чином. залізовмісного матеріалу (окатиші) прийнято в При здійсненні способу сирий грудковий межах 0,2-0,4 з умови забезпечення припустимої залізовмісний матеріал попередньо нагрівають. На концентрації сірки й вуглецю в одержуваному під плавильної печі поміщають шар вугілля, потім металі. Первісне завантаження шару вугілля в у плавильну піч подають окатиші й вугілля через плавильну піч забезпечує зниження спікання роздільні живильники з масовим співвідношенням шихти на поді печі. На шар вугілля в плавильній вуглецевмісного матеріалу до залізовмісного печі подають у пристінну область печі суміш матеріалу в межах 0,2-0,4. Матеріал подають у вуглецевмісного й залізовмісного матеріалів і плавильну піч через щілиноподібну порожнину в формують її під кутом природного укосу з тим, щоб кришці у вигляді вільно падаючого струменя, що канал відхідного із печі газу перебував з боку направляють у пристінну область плавильної печі, стінки, протилежній завантаженню. Похила і в такий спосіб формують отриману суміш у поверхня суміші (шихти) являє собою плавильній печі під кутом, рівним куту природного газопроникну поверхню, через яку проходять укосу. газові потоки. Присутність вуглецевмісного Паралельно завантажують відновлювальний матеріалу (вугілля) у печі при настільки високій реактор підігрітими окатишами. У зв'язку з температурі дозволяє знизити витрату енергії на верхньою подачею відновлювального газу через тону гарячого металу в порівнянні з відомими стовп окатишів і нижнім відводом відпрацьованого процесами. Безперервне нагрівання шихти з рівномірним газу, окатиші розташовують по двох температурним профілем досягають за рахунок температурних зонах. Спочатку окатиші симетричної установки плазмотронів непрямої дії завантажують у нижню частину реактора в відносно поздовжньої осі печі під кутом до поду порожнину, утворену рознесеними по висоті печі і подачі кисневмісного газу над реактора двома колосниками. Потім завантажують передбачуваною верхньою межею розплаву. окатиші вище верхнього колосника, виходячи з У зв'язку з верхньою подачею необхідного кінцевого середньозваженого ступеня відновлювального газу у відновлювальний реактор металізації цієї порції матеріалу в процесі і нижній відводом відпрацьованого газу, твердофазного відновлення. Вище рівня шару залізовмісний матеріал формують двома окатишів формують шар вугілля, призначеного для температурними зонами. Спочатку завантаження корекції складу газу, що надходить із плавильної матеріалу роблять у порожнину, утворену печі. плавильній печі симетрично під кутом до У рознесеними по висоті реактора двома поду встановлюють плазмотрони непрямої дії колосниками, а потім завантажують іншу масу Запускають плазмотрони в плавильній печі й матеріалу вище верхнього колосника, виходячи з через фурми, встановлені над передбачуваною необхідного кінцевого середньозваженого ступеня верхньою межею розплаву, вдувають повітрянометалізації цієї порції матеріалу в процесі кисневу суміш. твердофазного відновлення. Вище рівня Під дією високотемпературних плазмових заповненого матеріалу формують шар вугілля для струменів залізовмісний матеріал плавиться, і корекції складу газу, що надходить з плавильної рівень спочатку завантаженого в піч матеріалу печі. Нагрітий нижній шар матеріалу, зменшується. Підтримують рівень шихти в печі розташований між колосниками, який по постійним, за рахунок дозавантаження необхідної закінченню процесу являє собою попередньо маси вугілля й окатишів залежно від маси відновлений матеріал, направляють у плавильну одержуваного металу. До суміші, що піч або на твердофазне відновлення у зону завантажується, додають допоміжні добавки, такі відновлювального реактора, розташовану вище як вапно, що діє, як агент, який видаляє сірку й верхнього колосника, а верхній металізований фосфор. Продувають матеріал у плавильній печі матеріал - для наступного використання у якості кисневмісним і нагрітим у плазмотронах непрямої товарного продукту. Відхідний із відновлювального 7 82783 8 окатишів з нижньої зони відновлювального дії кисневмісним і природним газом. Подають реактора, обмеженої двома колосниками, і після отриманий у плавильній печі відновлювальний газ цього випускають металізовані окатиші з верхньої у верхню частину відновлювального реактора. температурної зони, у якій гарантована повна Тому що на початковому етапі температура й задана металізація. Шар окатишів з нижньої хімічний склад газу не відповідає процесу температурної зони направляють у твердофазного відновлення, склад газу відновлювальний реактор для додаткової коректують відновлювальним газом, отриманим у металізації або в плавильну піч. Відхідний газ із плазмохімічних газогенераторах. відновлювального реактора направляють на Відновлювальний газ проходить через шар вугілля допалювання для його утилізації в реактор й стовп окатишів і відводиться в нижнійчастині попереднього підігріву окатишів. відновлювального реактора. З'являється Приклад конкретного виконання. можливість використання відновлювального газу, Одержання розплаву сталі й металізованих що утворюється з вугілля. За рахунок підвищення окатишів здійснювалося на установці прямого загальної кількості відновлювального газу одержання сталі, що складається із плавильної забезпечується його високий відновлювальний печі об'ємом 2,2м3 і відновлювального реактора потенціал. Коли температура й склад газу об'ємом 3,0м3, що мають одну загальну стінку з досягають заданого значення, відключають вогнетривкої цегли й з'єднані між собою каналом плазмохімічні газогенератори, а при зміні для перепуску газу із плавильної печі у концентрації відновлювального газу або відновлювальний реактор. У нижніх бічних температури більш ніж на 10%, знову коректують частинах плавильної печі встановлені по два склад газу додатковою подачею газу із плазмотрони непрямої дії потужністю по 0,5МВт, плазмохімічних газогенераторів, що включаються. спрямованих під кутом до поду печі. Склад газу контролюють газоаналізаторами, а Відновлювальний реактор постачений двома температуру - термопарами. плазмохімічними газогенераторами, Таким чином, для забезпечення стабільності відновлювальні гази з яких направляють у його протікання процесу металізації окатишів, верхню вихідні матеріали для одержання сталі й Як частину. необхідно підтримувати достатню кількість металізованих окатишів використовувалися відновлювального газу. окатиші ЦГЗКа й вугілля (антрацит) донецького Після закінчення процесу металізації окатишів басейну. спочатку видаляють шар відпрацьованого вуглецевмісного матеріалу, потім випускають шар Спочатку на під плавильної печі завантажують 440кг антрациту, потім у піч спільно подають окатиші, попередньо підігріті до 400-600°С, і антрацит через роздільні живильники з масовим співвідношенням антрациту до окатишів 0,25. Матеріали подають у плавильну піч через щілиноподібну порожнину в кришці й формують суміш окатишів і вугілля в печі під кутом, рівним куту природного укосу. Первісна маса завантаження окатишів і вугілля на вугільне підсипання становить 1,9т (1,37т окатишів і 0,53т вугілля). Одночасно із плавильною піччю завантажують відновлювальний реактор попередньо підігрітими окатишами. Спочатку 1,4т вихідних окатишів завантажують у нижню частину відновлювального реактора, потім установлюють колосники й завантажують наступну порцію окатишів масою 4,4т. Зверху окатишів засипають 700кг вугілля. Після завантаження плавильної печі й відновлювального реактора включають плазмотрони плавильної печі й подають повітря, природний газ і кисень. Установлюють загальні витрати на 4 плазмотрони й 4 форсунки: природний газ - 28 г/с; повітря - 320 г/с; кисень - 85 г/с. Під впливом плазмових струменів і кисню, що вдувається, відбувається горіння вугілля й плавлення окатишів, у результаті чого зменшується рівень спочатку завантаженого матеріалу. Через 5-10хв. від початку плавки починають дозавантаження окатишів і вугілля, що залишилися. Вапно й плавиковий шпат уводяться 9 82783 10 разом з окатишами. Отриманий у плавильній печі плавки для корекції температури й хімічного відновлювальний газ подають у верхню частину складу відновлювального газу включають відновлювального реактора. По ходу плавки додатково 2 плазмотрони в плазмохімічних температура відхідного газу зростає від 200°С до газогенераторах із загальною витратою: 1100°С, при цьому хімічний склад газу також природний газ - 7г/с; змінюється. Тому що на початковому етапі повітря - 115г/с; температура й хімічний склад газу не відповідає кисень - 8г/с. умовам інтенсивного протікання процесів У результаті роботи коригувальних твердофазного відновлення, які відбуваються у плазмотронів температура газу у верхній частині відновлювальному реакторі, склад і температуру відновлювального реактора перебувала на рівні газу, що відходить із плавильної печі, коректують 1030-1050°С. При цьому газ у верхній частині відновлювальним газом, отриманим у відновлювального реактора мав наступний плазмохімічних газогенераторах. Після початку хімічний склад: Вміст відновників (Н2+СО) у відновлювальному газі склав 65±5%. Температуру відновлювального газу регулюють або відключенням плазмотронів плазмохімічних газогенераторів, або зменшенням їхньої потужності, а склад відновлювального газу коректують шляхом зміни подачі природного газу через плазмотрони. Тривалість плавки в плавильній печі становить 1 годину. Після закінчення плавки розкривають льотку й випускають метал і шлак. Після цього цикл плавки в плавильній печі повторюють. Металізовані окатиші вивантажують із відновлювального реактора з періодичністю через дві плавки. Ступінь металізації (FeMET/FeЗAГ) окатишів після двох годин відновно-теплової обробки становить 82-84%. Склад сталі, одержуваної в плавильній печі, наведений нижче. Винахід дозволяє цілеспрямовано використовувати високий відновлювальний потенціал відхідного газу, дозволяє забезпечити стадію відновлення достатньою кількістю відновлювального газу й тому застосовувати установки з меншими розмірами й меншими витратами. Комп’ютерна верстка В. Мацело Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601