Спосіб оброблення вапняку відхідними конвертерними газами з одержанням м’якообпаленого вапна

Реферат: Винахід належить до галузі чорної металургії і стосується способу оброблення вапняку відхідними конвертерними газами з одержанням м'якообпаленого вапна. Під час забору відхідних конвертерних газів здійснюють їх повне допалювання, проводять додаткове охолодження конвертерних газів, утворених після їх повного допалювання шляхом змішування з повітрям, що підсмоктують, та яке подають у кількості, що забезпечує температуру одержуваної газової суміші у межах 1250-1350 °С, охолодження гарячих конвертерних газів, що утворюються після операції випалу вапняку, здійснюють до температури 820-850 °С шляхом подання в зону випалу заданої кількості вихідного вапняку, а остаточне охолодження конвертерних газів, утворених після випалу вапняку, здійснюють в теплообмінному пристрої. Технічним результатом є підвищення ефективності процесу виплавки сталі шляхом зниження її собівартості за рахунок одержання гарячого м'якообпаленого вапна для потреб сталеплавильного виробництва та холодного м'якообпаленого вапна для реалізації на сторону. UA 100193 C2 (12) UA 100193 C2 UA 100193 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі чорної металургії, зокрема до способів обробки вапняку відхідними конвертерними газами з одержанням м’якообпаленого вапна. Відомий СПОСІБ ВИРОБНИЦТВА СТАЛІ З УТИЛІЗАЦІЄЮ ТЕПЛА КОНВЕРТЕРНИХ ГАЗІВ І СУХОЮ ГАЗООЧИСТКОЮ (див., наприклад, патент України, МПК F27D17/00, С21С5/00, B01J8/00, № 55617 від 27.12.2010 p.). Даний спосіб включає завантаження в конвертер твердої металевої шихти, заливання в конвертер чавуну, продувку сталі киснем, завантаження кальцієвмісного матеріалу у витратний (видатковий) бункер, введення вапна в конвертер по ходу продувки принаймні однією порцією, допалювання в каміні конвертерних газів, що утворюються при продувці киснем, охолодження гарячих конвертерних газів і очищення охолоджених конвертерних газів від дрібнозернистої фракції й тонкодисперсного пилу. Як кальцієвмісний 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, віднесену з пор відпаленого матеріалу, розділяють на дрібнозернистий і тонкодисперсний продукт із їх наступним накопиченням, одночасно роблячи сухе газоочищення охолоджених 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. Як вуглецевмісний матеріал 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 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. Введення обпаленого вапна в конвертер під час продувки сталі киснем здійснюють безупинно протягом усього часу продувки сталі киснем. 1 UA 100193 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 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. Найбільш близьким до суті винаходу (найближчим аналогом) є СПОСІБ ТА УСТАТКУВАННЯ ДЛЯ ОБРОБЛЕННЯ ВІДХІДНИХ КОНВЕРТЕРНИХ ГАЗІВ (див. Японський патент № 56-093815, від 29.07.1981). У відомому винаході високотемпературний відхідний газ з температурою біля 1450 ºС видаляється з конвертера в процесі продування та направляється через зонд та трубопровід до випалювальної печі, яку заповнюють вапняком. У випалювальній печі відхідний газ охолоджують до температури 200 ºС, шляхом проходження його через вапняк. Після видалення пилу відхідний газ направляється по трубопроводу у газосховище, при цьому вказаний охолоджений газ відсмоктують з випалювальної печі за допомогою димососа. Вапняк у випалювальній печі за рахунок оброблення відхідних газів трансформується у негашене вапно, після чого вивантажується з печі через допоміжний випалювальний пристрій такий як обертова випалювальна піч та охолоджувач на відповідний транспортер. Недоліком відомого способу оброблення відхідних конвертерних газів є його низька ефективність, що обумовлена малим ступенем охолодження конвертерних газів. Суттєвими ознаками найближчого аналога, які співпадають з ознаками технічного рішення, що заявляється є: - подання вихідного вапняку на оброблення, - забір відхідних газів, - оброблення вихідного вапняку за допомогою гарячих конвертерних газів, - охолодження конвертерних газів за рахунок випалу вапняку з одержанням вапна, - остаточне охолодження конвертерних газів, утворених після випалу вапняку. В основу технічного рішення, що заявляється, поставлено задачу удосконалення способу утилізації тепла конверторних 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 конверторних 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 оброблення вапняку відхідними конвертерними газами з одержанням м'якообпаленого вапна, який включає подачу вихідного вапняку на оброблення, забір відхідних конвертерних газів, оброблення вихідного вапняку за допомогою гарячих конвертерних газів та їх охолодження за рахунок випалу вапняку з одержанням вапна, остаточне охолодження конвертерних газів, утворених після випалу вапняку, відповідно до технічного рішення, що заявляється: - під час забору відхідних конвертерних газів здійснюють їх повне допалювання, - проводять додаткове охолодження конвертерних газів, утворених після їх повного допалювання шляхом змішування з повітрям, що підсмоктують, - повітря подають у кількості, що забезпечує температуру одержуваної газової суміші у межах 1250-1350 °С, - охолодження гарячих конвертерних газів, що утворюються після операції випалу вапняку, здійснюють до температури 820-850 °С шляхом подання в зону випалу заданої кількості вихідного вапняку, - остаточне охолодження конвертерних газів, утворених після випалу вапняку, здійснюють в теплообмінному пристрої, - регулювання витрати і температури конвертерних газів, що утворюються при їх допалюванні, і розведенні повітрям, що підсмоктують, здійснюють за допомогою зміни розрідження в зоні підсмоктування повітря шляхом використання димососа. Суть технічного рішення, що заявляється, полягає в наступному. При повному допалюванні відхідних конвертерних газів під час їх забору, при проведенні додаткового охолодження конвертерних газів, утворених після їх повного опалювання шляхом змішування з повітрям, що 2 UA 100193 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 підсмоктують, при поданні повітря у кількості, що забезпечує температуру одержуваної газової суміші у межах 1250-1350 ºС, при охолодженні гарячих конвертерних газів, що утворюються після операції випалу вапняку, до температури 820-850 °С, шляхом подання в зону випалу заданої кількості вихідного вапняку, при здійсненні остаточного охолодження конвертерних газів, утворених після випалу вапняку, в теплообмінному пристрої, а також при регулюванні витрати і температури конвертерних газів, що утворюються при їх допалу ванн і розведенні повітрям, що підсмоктують, за допомогою зміни розрідження в зоні підсмоктування повітря шляхом використання димососа, підвищується ефективність процесу виплавки сталі за рахунок зниження її собівартості при одержанні гарячого м'якообпаленого вапна для потреб сталеплавильного виробництва та холодного м'якообпаленого вапна для реалізації на сторону. Таким чином, сукупність відмінних ознак технічного рішення, що заявляється, веде до підвищення ефективності процесу виплавки сталі, тобто до досягнення зазначеного вище технічного результату. Застосування способу обробки вапняку відхідними конвертерними газами з одержанням 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 3 кількості 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 мас. %, зі вмістом карбонату кальцію 94 мас. % і домішок 4 мас. % 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 3 кількості 57,056 кг/годину (321749,047 м /годину при температурі 1652 °С i тиску 98000 Па) зі вмістом 92 мас. % СО, 2 мас. % Н2, 6 мас. % 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 частотно-регульованим числом обертів електродвигуна. 3 Підсмоктуване повітря подають у кількості 355,204 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 мас. % СО2, 12,54 мас. % О2 і 66,62 мас. % N2, у кількості 3 343,550 т/годину (1423351,838 м /годину при температурі 1250 °С и 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 свіжозавантаженого вихідного вапняку, що містять, 26,97 мас. % СO2, 0,38 мас. % Н2 О, 11,51 мас. % О2 і 61,14 мас. % N2, у кількості 374,346 т/годину 3 (1123846,071 м /годину при температурі 850 °С и тиску 95000 Па), направляють для остаточного охолодження в котел-утилізатор. Разом з охолодженими до температури 850 °С газами виноситься дрібнозернистий й тонкодисперсний пил, що містить 60,02 мас. % СаО, 6,01 мас. % домішок і 33,97 мас. % 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 мас. % СаО й 7,06 мас. % 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 прямо з охолодженим повітрям, що піднімається знизу наверх, опускається в робочий об'єм горизонтального футерованого теплообмінника. У вертикальних каналах горизонтального 3 UA 100193 C2 5 10 15 20 25 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 розвантажувального 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 3 атмосферне повітря в кількості 40,341 т/годину (32745,424 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. 3 Відпрацьоване нагріте повітря в 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 конверторних 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. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 Спосіб оброблення вапняку відхідними конвертерними газами з одержанням м'якообпаленого вапна, що включає подачу вихідного вапняку на оброблення, забір відхідних конвертерних газів, оброблення вихідного вапняку за допомогою гарячих конвертерних газів та їх охолодження за рахунок випалу вапняку з одержанням вапна, остаточне охолодження конвертерних газів, утворених після випалу вапняку, який відрізняється тим, що під час забору відхідних конвертерних газів здійснюють їх повне допалювання, проводять додаткове охолодження конвертерних газів, утворених після їх повного допалювання шляхом змішування з повітрям, що підсмоктують, та яке подають у кількості, що забезпечує температуру одержуваної газової суміші у межах 1250-1350 °С, охолодження гарячих конвертерних газів, що утворюються після операції випалу вапняку, здійснюють до температури 820-850 °С шляхом подання в зону випалу заданої кількості вихідного вапняку, а остаточне охолодження конвертерних газів, утворених після випалу вапняку, здійснюють в теплообмінному пристрої, при цьому регулювання витрати і температури конвертерних газів, що утворюються при їх допалюванні і розведенні повітрям, що підсмоктують, здійснюють за допомогою зміни розрідження в зоні підсмоктування повітря шляхом використання димососа. Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 4