Спосіб виробництва рідкого металу та установка для здійснення способу

1 Спосіб виробництва рідкого металу, зокрема рідкого переробного чавуну (9) або рідких напівфабрикатів сталі, з носив металу, зокрема частково або повністю відновленого губчастого заліза (3), в плавильно-газифікаційному апараті (1), в якому при подачі матеріалу, що містить вуглець, що щонайменше частково складається з дрібного вугілля (16) і вугільного пилу (13), і при подачі кисню або газу, що містить кисень, носи металу плавлять у шарі (4) матеріалу, що містить вуглець, при одночасному утворенні відновного газу, можливо, після попереднього повного відновлення, який відрізняється тим, що після проходження операції сушіння дрібне вугілля (16), що завантажують, і вугільний пил (13) в гарячому стані змішують з бітумом (20) і потім піддають холодному брикетуванню, і отримані таким чином брикети (25) завантажують в холодному стані в плавильно-газифікаційний апарат (1), в якому на них діють тепловим ударом 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що дрібне вугілля (16) і вугільний пил (13) ВІДДІЛЯЮТЬ у час і/або після сушіння завантажуваного матеріалу (11), що містить вуглець, і піддають подальшій обробці в гарячому стані 3 Спосіб за п 2, який відрізняється тим, що кусковий матеріал (17), що містить вуглець, отриманий після відділення дрібного вугілля (16) і вугільного пилу (13), завантажують безпосередньо в плавильно-газифікаційний апарат (1) 4 Спосіб за п 2 або 3, який відрізняється тим, що від матеріалу, що містить вуглець, ВІДДІЛЯЮТЬ дрібне вугілля (16) з розмірами частинок < 8 мм 5 Спосіб за будь-яким з пп 1-4, який відрізняється тим, що дрібне вугілля (16) і вугільний пил (13) змішують з бітумом (20) при температурі нижче за 100°С, переважно при температурі 75 - 80°С 6 Спосіб за будь-яким з пп 1-5, який відрізняється тим, що для завантаження використовують бітум (20) з температурою розм'якшення нижче за 80°С, переважно нижче за 75°С 7 Спосіб за будь-яким з пп 1-6, який відрізняється тим, що під час операції змішування додатково подають тепло 8 Спосіб за будь-яким з пп 1-7, який відрізняється тим, що як матеріал, що містить вуглець, завантажують до ЗО % нафтового коксу 9 Спосіб за будь-яким з пп 1-8, який відрізняється тим, що завантажуваний матеріал, що містить вуглець, висушують до залишкового вмісту вологи менше за 5 % 10 Спосіб за будь-яким з пп 1-9, який відрізняється тим, що уламки брикетів ВІДДІЛЯЮТЬ ВІД брикетів (25), отриманих з дрібного вугілля (16) і вугільного пилу (13), і повертають в процес брикетування 11 Спосіб за будь-яким з пп 1-10, який відрізняється тим, що брикети (25), отримані з дрібного вугілля (16) і вугільного пилу (13), охолоджують до температури нижче за 30°С у час і/або після брикетування 12 Спосіб за будь-яким з пп 1-11, який відрізняється тим, що завантажують вугілля (16, 13) із зольністю від 10 до 25 % 13 Спосіб за будь-яким з пп 1-12, який відрізняється тим, що завантажують вугілля (16, 13), яке має вміст летких від 18 до 35 % 14 Спосіб за будь-яким з пп 1-13, який відрізняється тим, що дрібне вугілля (16) і вугільний пил (13) при температурі, при якій вони виходять з вугільної сушарки, змішують з бітумом (20), який має приблизно таку ж температуру 15 Спосіб за будь-яким з пп 1-14, який відрізняється тим, що під час змішування температура матеріалу (13, 16, 20) складає від 70 до максимум 100°С, переважно 75 - 85°С 16 Спосіб за будь-яким з пп 1-15, який відрізняється тим, що як бітум (20) використовують бітум того типу, який звичайно застосовують на даній О 1 со Ю 53721 території при будівництві доріг 17 Установка для здійснення способу за будьяким з пп 1-16, що включає плавильногазифікаційний апарат (1), подавальний трубопровід (2) для носив металу, зокрема частково або повністю відновленого губчастого заліза (3), подавальні трубопроводи (5, 6а, 6Ь), що відкриваються в плавильно-газифікаційний апарат (1), для кисню або газу, що містить кисень, і для матеріалу, який містить вуглець, що складається щонайменше частково з дрібного вугілля (16) і вугільного пилу (13), ВІДВІДНИЙ трубопровід (7), що виходить з плавильно-газифікаційного апарата (1), для відновного газу, що утворюється в плавильногазифікаційному апараті (1), і ВІДВІД (8, 8а) для переробного чавуну (9) і шлаку (10), що утворюється в плавильно-газифікаційному апараті (1), який відрізняється тим, що в ній передбачений пристрій (12) для сушіння завантажуваного матеріалу (11), що містить вуглець, після якого встановлений змішувач (19), а після змішувача - пристрій холодного брикетування (24) для брикетування дрібного вугілля (16) і вугільного пилу (13), при цьому пристрій холодного брикетування (24) з'єднаний по потоку з плавильно-газифікаційним апаратом (1) 18 Установка за п 17, яка відрізняєтьсятим, що вона забезпечена розділовим пристроєм (15) для відділення дрібного вугілля (16) і вугільного пилу (13) від завантажуваного матеріалу, що містить вуглець (11) 19 Установка за п 17 або 18, яка відрізняється тим, що вона забезпечена подавальним трубопроводом (6Ь) для завантаження кускового матеріалу, що містить вуглець (17), безпосередньо в плавильно-газифікаційний апарат (1) 20 Установка за будь-яким з пп 17-19, яка відрізняється тим, що вона забезпечена парогенератором (23) для нагріву змішувача (19) 21 Установка за будь-яким з пп 17-20, яка відрізняється тим, що між пристроєм холодного брикетування (24) і плавильно-газифікаційним апаратом (1) встановлений пристрій (26) для відділення уламків брикетів Винахід відноситься до способу виробництва рідкого металу, зокрема, рідкого переробного чавуну або рідких напівфабрикатів сталі, з носив металу, зокрема, частково або повністю відновленого губчастого заліза, в плавильно-газифікаційному апараті, в якому при подачі матеріалу, що містить вуглець та щонайменше частково складається з дрібного вугілля і вугільного пилу, і при подачі кисню або газу, що містить кисень, носи металу плавлять у шарі, утвореному матеріалом, що містить вуглець, при одночасному утворенні відновного газу, можливо, після попереднього повного відновлення, а також до установки для здійснення способу подають в плавильно-газифікаційний апарат крізь пальник Однак цей кокс також не бере участь в утворенні шару матеріалу, який містить вуглець Такий шар звичайно формується з кускового вугілля, яке повинне мати високу термічну СТІЙКІСТЬ У процесі розвитку ринку вугілля, який визначається вимогами операторів електростанцій, працюючих на вугіллі, може виникнути ситуація, коли буде пропонуватися переважно вугільний дріб'язок, що вживають для вугільних пилових пальників, широко розповсюджених в цей час Пічне опалення, що повсюдно застосовувалося раніше і що вимагало завантаження кускового вугілля, зараз грає лише незначну роль на ринку споживачів вугілля Внаслідок цього серед вугілля, що пропонується на ринку, частина дрібнозернистого вугілля може складати основну частку, приблизно від 50 до 70% Одна з проблем, виникаючих при завантаженні дрібнозернистого матеріалу, що містить вуглець, такого як дрібне вугілля і вугільний пил, в плавильно-газифікаційний апарат, полягає в тому, що дрібнозернистий матеріал що містить вуглець, за рахунок високих швидкостей газу в плавильногазифікаційному апараті вмить виноситься з нього У рівній мірі це відноситься і до дрібнозернистої руди Для запобігання винесення, наприклад, в АТ-В-401 777 було запропоновано завантажувати носи вуглецю в плавильно-газифікаційний апарат разом з дрібнозернистою рудою і/або пилом руди за допомогою пилових пальників в нижню частину плавильно-газифікаціиного апарату У цьому способі відбувається субстехюметричне згоряння вугілля, що завантажується Один з недоліків такого способу складається в тому, що носи вуглецю не можуть брати участь в утворенні в плавильногазифікаційному апараті шару, що складається з твердих носив вуглецю Відомий спосіб завантаження дрібного вугілля у верхню частину плавильно-газифікаціиного апарату, де дрібне вугілля перетворюється в кокс, кокс виноситься з відновним газом, а потім кокс ВІДДІЛЯЮТЬ і разом з дрібнозернистим матеріалом При завантаженні такого вугілля в плавильногазифікаційний апарат вугільний дріб'язок звичайно необхідно спочатку відсівати, так що для завантаження в плавильно-газифікаційний апарат залишиться тільки кускове вугілля Дріб'язок потім використовують для яких-небудь інших цілей Задача винаходу складається в забезпеченні можливості використання вугільного дріб'язку і, таким чином, щоб він брав участь в утворенні шару матеріалу, що містить вуглець, у плавильногазифікаційному апараті, забезпечуючи можливість знизити витрати на завантаження кускового матеріалу, що містить вуглець По винаходу ця задача вирішується за рахунок того, що після проходження операції сушки дрібне вугілля, що завантажується, і вугільний пил в гарячому стані змішують з бітумом і потім піддають холодному брикетуванню, отримані таким чином брикети завантажують в холодному стані в плавильно-газифікаційний апарат, в якому на них діють тепловим ударом 53721 Несподівано було виявлено, що отримані таким чином брикети виявляють відмінну термічну СТІЙКІСТЬ, перевищуючу навіть термічну СТІЙКІСТЬ кускового матеріалу, який містить вуглець Брикети вельми незначно руйнуються при ударному впливі температур порядку 1000°С в плавильногазифікаційному апараті Це зумовлено властивостями бітуму, що використовується як зв'язуючий, який швидко плавиться при вказаній високій температурі і тому зв'язує частинки вугілля Особливо важливе те, що бітум при вказаній температурі не виділяє газу і зберігає пастоподібну консистенцію і зв'язуючу здатність З DE-A - 24 07 780 відомий спосіб завантаження брикетів із шахтного вугілля, виготовлених із суміші обробленого високосортного, зокрема, антрацитного і/або небітуминозного дрібного вугілля або дрібного вугілля з високовакуумним бітумом як зв'язуючим, отримані таким чином брикети служать для опалення, наприклад, побутових печей або, можливо, після проходження термічних процесів, таких як окислення, низькотемпературна карбюризація або коксування, вони навіть стають придатними для завантаження в доменну піч Однак ці брикети призначені для інших цілей, ніж брикети по винаходу, тим більше що брикети по винаходу володіють термічною СТІЙКІСТЮ, тобто ці брикети не повинні розтріскуватися навіть від впливу різкого теплового удару при завантаженні в плавильно-газифікаційний апарат, в той час як по DE-A -2407780 важливо, щоб брикети виявляли високу МІЦНІСТЬ, тобто, високу СТІЙКІСТЬ до тиску, для забезпечення можливості їх завантаження в доменну піч ВІДПОВІДНО ДО ВІДОМОГО способу, ви соковакуумний бітум нагрівають до 200°С і, після змішування з дрібним вугіллям, брикетують при температурі близько 85°С Завдяки високому вмісту коксообразуючих речовин у відомих брикетах утворюється коксова матриця, що забезпечує високу МІЦНІСТЬ ВІДПОВІДНО ДО переважного варіанту виконання, дрібне вугілля і вугільний пил ВІДДІЛЯЮТЬ у час і/або після сушки завантажуваного матеріалу, що містить вуглець, і піддають подальшій обробці в гарячому стані Кусковий матеріал, що містить вуглець та отримується при відділенні дрібного вугілля і вугільного пилу, згідно з переважним варіантом способу по винаходу завантажують безпосередньо в плавильно-газифікаційний апарат Переважно, від матеріалу, що містить вуглець, ВІДДІЛЯЮТЬ дрібне вугілля з розмірами частинок < 8мм З ЕР-В-0315825 відомий подібний спосіб, в якому дрібне вугілля після розмелу змішують зі зв'язуючим, наприклад, вапном, мелясою, пеком або дьогтем, і гранулюють, після чого його вводять в плавильно-газифікаційний апарат Однак, згідно з винаходом, що заявляється, проводиться не гранулювання, а брикетування, при цьому брикети виявляють більш високу термомеханічну МІЦНІСТЬ в порівнянні з гранулами Ще один недолік способу по ЕР-В - 0315 825 полягає в істотних витратах енергії, необхідної для розмелу вугілля По винаходу цей недолік усувається за рахунок того, що завантажуваний матеріал, що містить вуглець, не розмелюють, а від нього ВІДДІЛЯЮТЬ дрібне вугілля і вугільний пил З АТ-В - 376241 відомий спосіб, ВІДПОВІДНО ДО якого тверді речовини, що складаються з пилоподібного вуглецю, які були втягнуті в плавильногазифікаційний апарат відновним газом, ВІДДІЛЯЮТЬ ВІД відновного газу і агломерують, і утворені таким чином агломерати, зокрема, формований кокс, вдруге повертають в плавильногазифікаційний апарат Однак, на відміну від даного винаходу, завантажуваний матеріал, що містить вуглець, тут не агломерують, і дрібне вугілля не може бути завантажене в значних кількостях Спосіб по АТ-В - 376241 має також той недолік, що пристрій агломерації розміщений безпосередньо після гарячого циклону, який служить для відділення пилоподібного вуглецю, що значно здорожує конструкцію По винаходу дрібне вугілля або вугільний пил, відділені від завантажуваного матеріалу, змішують з бітумом і брикетують, при цьому в технологічній схемі операція брикетування проводиться після операції сушки матеріалу, що містить вуглець Таким чином, вміст тепла дрібного вугілля і вугільного пилу, яке вони мають після сушки, використовується при змішуванні з бітумом і брикетуванні і не потрібно додаткових витрат енергії на брикетування ВІДПОВІДНО ДО переважного варіанту способу, дрібне вугілля і вугільний пил змішують з бітумом при температурі нижче за 100°С, краще при температурі 75 - 80°С Доцільно завантажувати бітум з температурою розм'якшення нижче за 80°С, краще нижче за 75°С Для того, щоб забезпечити розм'якшення бітуму під час операції змішування, можлива подача додаткового тепла ВІДПОВІДНО ДО кращого варіанту способу по винаходу, як матеріал, що містить вуглець, завантажують до 30% нафтового коксу, який в чистому вигляді має недостатню термічну СТІЙКІСТЬ Проте, брикети, отримані обробкою по винаходу, мають достатню високу термічну СТІЙКІСТЬ Здебільшого, матеріал, що містить вуглець, висушують до залишкового вмісту вологи менш за 5% У одному з варіантів уламки брикетів ВІДДІЛЯЮТЬ ВІД брикетів, отриманих з дрібного вугілля і вугільного пилу і повертають в процес брикетування Брикети, отримані з дрібного вугілля і вугільного пилу, доцільно охолоджувати до температури нижче за 30°С у час і/або після брикетування При цьому вони мають найбільш високу термічну СТІЙКІСТЬ, особливо при тепловому ударі під час завантаження у плавильно-газифікаційний апарат По винаходу краще, щоб вугілля, що завантажується, мало зольність від 10 до 25% У результаті спосіб по даному винаходу відрізняється особливо високою економічною ефективністю, так що навіть рідкий метал, що отримується з частково або повністю відновлених металевих руд шляхом плавлення в плавильно-газифікаційному апараті, може вироблятись при сприятливій собівартості, оскільки в плавильно-газифікаційний апарат, як було описано вище, завантажують брикети мате 53721 ріалу, що містить вуглець, які отримують як би у вигляді побічного продукту внаслідок утилізації дрібнозернистої частини матеріалу, що містить вуглець По винаходу також краще, щоб вугілля, що завантажується, мало зміст летких від 18 до 35% Отже, немає необхідності використовувати високосортне вугілля Здебільшого, дрібне вугілля і вугільний пил при температурі, при якій вони виходять з вугільної сушки, змішують з бітумом, який має приблизно ту ж температуру, при цьому відповідна температура матеріалів при змішуванні дорівнює від 70 до 100°С, переважно 75 - 85°С За рахунок цього забезпечується хороша зв'язуюча дія бітуму, а також економічне підтримання температури Крім того, перед брикетуванням охолоджування змішаного продукту, отриманого з дрібного вугілля, вугільного пилу і бітуму, не потрібно зовсім або потрібно в незначній мірі Додаткова перевага способу по даному винаходу полягає в тому, що як бітум може бути використаний бітум того типу, який звичайно застосовують на даній території в будівництві доріг Таким чином, відсутня необхідність в спеціальній доставці бітуму Установка для здійснення способу по даному винаходу, включає плавильно-газифікаційний апарат, подаючий трубопровід для носив металу, зокрема, частково або повністю відновленого губчастого заліза, подаючий трубопровід, що відкривається в плавильно-газифікаційний апарат, для кисню або газу, що містить кисень і для матеріалу, що містить вуглець, та складається щонайменше частково з дрібного вугілля і вугільного пилу, ВІДВІДНИЙ трубопровід, що виходить з плавильно-газифікаційного апарату, для відновного газу, що утворюється в плавильногазифікаційному апараті, і ВІДВІД ДЛЯ переробного заліза і шлаку, що утворюється в плавильногазифікаційному апараті, і відрізняється тим, що вона забезпечена пристроєм сушки для завантажуваного матеріалу, що містить вуглець, після якого встановлений змішувач, а після змішувача пристрій холодного брикетування для брикетування дрібного вугілля і вугільного пилу, при цьому пристрій холодного брикетування з'єднаний по потоку з газифікаційним апаратом Згідно З переважним варіантом виконання, установка забезпечена розділовим пристроєм для відділення дрібного вугілля і вугільного пилу від завантажуваного матеріалу, що містить вуглець Згідно З ІНШИМ переважним варіантом виконання, установка забезпечена подаючим трубопроводом для завантаження кускового матеріалу, що містить вуглець, безпосередньо в плавильногазифікаційний апарат Певні переваги досягаються за рахунок того, що для нагріву змішувача застосовуються парогенератор Між пристроєм холодного брикетування і плавил ьно-газифікаційним апаратом здебільшого розміщений пристрій для відділення уламків брикетів Далі винахід буде описаний більш детально з посиланням на малюнок (фіг), що ілюструє пере 8 важний варіант здійснення винаходу Позицією 1 на малюнку (фіг) позначений плавильно-газифікаційний апарат, в який через подаючий трубопровід 2 для завантаження щонайменше частково відновленого губчастого заліза 3, яке, можливо, після повного відновлення, плавиться в плавильно-газифікаційному апараті 1, а саме - під час проходження через шар 4 матеріалу, що містить вуглець Плавильно-газифікаційний апарат також оснащений подаючим трубопроводом 5 для кисня або газу, що містить кисень, подаючими трубопроводами 6а, 6Ь для матеріалу, що містить вуглець, ВІДВІДНИМ трубопроводом 7 для відновного газу, що виробляється в плавильногазифікаційному апараті 1, а також окремими відводами 8, 8а для розплавленого переробного чавуну 9 і розплавленого шлаку 10, ВІДПОВІДНО Завантажуваний матеріал, що містить вуглець 11, висушують в першому пристрої сушки 12 Отриманий в результаті вугільний пил 13 відводять і піддають подальшій обробці у другому пристрої сушки 14 Завантажуваний матеріал, що містить вуглець, з першого пристрою сушки 12 в гарячому стані при температурі близько 60°С, подають в розділовий пристрій 15, наприклад, сито, по мірі проходження через яке дрібне вугілля 16 ВІДДІЛЯЄТЬСЯ від кускового матеріалу, що містить вуглець 17 Наприклад, ВІДДІЛЯЄТЬСЯ дрібне вугілля 16 з розмірами частинок < 8мм Кусковий матеріал, що містить вуглець, 17 через подаючий трубопровід 6Ь подають безпосередньо в плавильно-газифікаційний апарат 1 На відміну від кускового, дрібне вугілля 16 направляють в ємкість для зберігання 18, а звідти - в змішувач 19, в якому дрібне вугілля 16 змішують з бітумом 20, що поступає з бітумного баку 21 У змішувач 19 також подають вугільний пил 13 з другого пристрою сушки 14, який накопичується в проміжному бункері 22 для порошкоподібного вугілля Змішувач 19 нагрівають приблизно до 75 80°С за допомогою пари, що виробляється в парогенераторі 23 Таким чином забезпечується нагрівання бітуму 20, що подається, до температури розм'якшення Але можливо також, що вмісту тепла дрібного вугілля 16 вистачить для забезпечення енергії, необхідної для розм'якшення бітуму 20, так що витрат додаткової енергії в формі пари може не знадобитися Завантажуваний бітум, 20 може являти собою звичайний дорожній бітум, який використовують при будівництві доріг, з температурою розм'якшення нижче за 75°С, і який вільно продається у всьому СВІТІ по прийнятній ЦІНІ, наприклад, бітум типу В70 по стандарту ONORM В3610, що має такі характеристики Температура розм'якшення (по методу кільця і кульки) (ONORM С 9212) 47 - 54°С Проникнення голки при 25°С (ONORM C 9214) 50-80мм х 10 1 Потім суміш дрібного вугілля 16, вугільного пилу 13 і бітуму 20 піддають холодному брикетуванню в пристрої холодного брикетування 24 при температурі близько 70 - 75°С, тобто додаткової енергії на брикетування не потрібно Нарешті, брикети 25, отримані таким чином, подають в пристрій 53721 26 для відділення уламків брикетів, розмір яких не підходить для завантаження в плавильногазифікаційний апарат 1 Пристрій 26 одночасно служить охолоджуючим пристроєм По мірі проходження крізь нього відбувається охолоджування брикетів 25 до температури нижче за 30°С Уламки брикетів, розміри яких не підходять для завантаження в плавильно-газифікаційний апарат 1, повертають на операцію брикетування Спочатку їх направляють в накопичувальну ємкість 27, а звідти - в ємкість 18 для зберігання дрібного вугілля 16 Брикети 25 через подаючий трубопровід ба подають в плавильно-газифікаційний апарат 1, де на них діють тепловим ударом Несподівано було виявлено, що брикети 25 виявляють надзвичайно високу термічну СТІЙКІСТЬ, що перевищує навіть термічну СТІЙКІСТЬ кускового матеріалу 17, що містить вуглець, що наочно показано в нижченаведе 10 ному прикладі Південноафриканське і австралійське шахтне вугілля висушили і просіяли способом по винаходу, після чого отримали фракцію кускового вугілля і фракцію вугільного пилу і дрібного вугілля Вугільний пил і дрібне вугілля брикетували, використовуючи спосіб брикетування по винаходу Потім термічну СТІЙКІСТЬ брикетів, отриманих таким чином, порівняли з термічною СТІЙКІСТЮ ВІДПОВІДНОГО кускового вугілля Термічну СТІЙКІСТЬ визначали таким чином Фракцію завантаження з розмірами частинок від 10 до 16мм піддали термообробці і після термообробки просіяли Порції, що мають розміри частинок більше за 10мм і розміри частинок менш за 2мм, ВІДПОВІДНО, зважили окремо і виразили у відсотках від вантажної КІЛЬКОСТІ Результати приведені в таблиці Таблиця Південноафриканське шахтне вугілля Вантажне вугілля Брикети Австралійське шахтне вугілля Вантажне вугілля Брикети Термічна СТІЙКІСТЬ + 10мм % - 2мм % 77,6 3,1 Чим більше частка з розміром частинок більше за 10мм і чим менше частка з розміром частинок менше за 2мм, тим вище термічна стабільність Як ясно видно з таблиці, термічна СТІЙКІСТЬ брикетів, отриманих способом по винаходу, була значно вище термічній СТІЙКОСТІ ВІДПОВІДНОГО кускового вугілля Даний винахід забезпечує виготовлення брикетів з дрібного вугілля і вугільного пилу, що показує надзвичайно високу термічну СТІЙКІСТЬ, яка дозволяє завантажувати їх в плавильногазифікаційний апарат без подальших ускладнень, 86,4 2,6 77,7 3,4 82,4 2,4 при цьому руйнування брикетів дуже незначне навіть при ударному впливі температур в плавильно-газифікаційному апараті, досягаючих 1000°С Це дає можливість завантаження дрібного вугілля і вугільного пилу в плавильно-газифікаційний апарат економічним способом, а саме так, щоб брикети, отримані з дрібного вугілля і вугільного пилу, брали участь в утворенні шару носив вуглецю в плавильно-газифікаційному апараті, забезпечуючи таким чином істотну економію відносно витрат на завантаження кускового матеріалу, що містить вуглець 11 53721 Фіг. ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 12