Способ получения жидкого чугуна или продуктов стали и восстановительного газа в плавильном газификаторе

 

Изобретение относится к способу получения жидкого чугуна или продуктов стали и восстановительного газа в плавильном газификаторе. Цель - повышение производительности плавки. В плавильном реакторе 1 путем подачи угля 7 и посредством вдувания кислородосодержащего газа образуется первая зона 16 псевдоожиженного слоя из частиц кокса с сильным движением частиц над плоскостью вдувания /первая плоскость 15 вдувания/. В первую зону псевдоожиженного слоя сверху подаются частицы губчатого железа и/или предварительно восстановленные частицы железосодержащего материала 8 с преимущественной долей частиц величиной более 3 мм. При применении в основном железосодержащего материала с величиной частичек более 3 мм и/или при применении угля низкого качества, а также для повышения температуры металлического расплава 11 настолько, чтобы были облегчены металлургические реакции с полученным жидким чугуном или предварительным материалом стали, для уменьшения высоты плавильного реактора ниже первой плоскости 15 вдувания и выше зеркала шлаковой ванны лежит вторая плоскость 21 вдувания кислородосодержащего газа. Здесь подвод газа регулируется так, что между обеими плоскостями 21, 15 вдувания образуется вторая зона 17 псевдоожиженного слоя из частиц кокса со слабым или незаметным движением частиц или газопроницаемого слоя постели из твердого вещества (из частиц кокса). Температура во второй зоне 17 поддерживается выше температуры плавления железосодержащего материала 8. 5 з.п.ф-лы, 1 ил.

СО103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 21 В 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3710339/23-02 (22) 14,03 ° 84 (33) (АТ) (ВЕ) (46) 07.05.89. Бюл. -17 (71) Фоест-Альпине АГ (АТ) и

Корф Инжинеринг ГмбХ (DE) (72) Вернер Кепплингер (АТ) и Рольф Хаук (ПЕ) (53) 669.181 (088.8) (56) Патент С1 1А Р 4588437, кл. С 21 В 11/08, 1983.

„„SU„„1479006 А 5 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО

ЧУГУНА ИЛИ ПРОДУКТОВ СТАЛИ И ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ГАЗА В ПЛАВИЛЬНОМ ГАЗИФИКАТОРЕ (57) Изобретение относится к способу получения жидкого чугуна или продуктов стали и восстановительного газа в плавильном газификаторе. Цель— повышение производительности плавки.

В плавильном реакторе 1 путем подачи угля 7 и посредством вдувания кисло1479006 родсодержащего газа образуется первая зона 16 псевдоожиженного слоя из частиц кокса с сильным двияением частиц над плоскостью вдувания (пер— вая плоскость 15 вдувания). В первую зону псевдоояияенного слоя сверху подаются частицы губчатого железа и/или предварительно восстановленные частицы железосодержащего материала

8 с преимущественной долей частиц величиной более 3 мм. При применении в основном яелезосодеряащего материала с величиной частичек более 3 мм и/или при применении угля низкого качества, а также для повышения температуры металлического расплава

11 настолько, чтобы были облегчены металлургические реакции с полученупорной футеровкой. Крышка 3 плавильного реактора 1 имеет три сквозных отверстия 4-6. Отверстие 4 служит для засыпки угля или кокса 7 различной зернистости или крупности кусков.

Через отверстие 5 добавляется имею щий форму частичек железосодержащий материал 8, предпочтительно губчатое железо со значительной долей частичек

10 величиной более 3 мм. целесообразным является подвод губчатого железа

d с температурой около 700 С. Для oòвода получающегося восстановительного газа предусмотрен трубопровод 9> вставленный в отверстие 6. Отведенный восстановительный газ применяется преимущественно для предварительного восстановления или восстановления окисной железной руды.

Плавильный реактор имеет нижнюю часть А, среднюю часть В и между обеими этими частями промежуточную часть С, далее над средней частью

В верхнюю часть Р, поперечное сечение которой расширено и которая, служит в качестве успокоительной части.

В области дна нижней части А плавильного реактора 1, которая служит для приема расплавленного металла и жидких шлаков, в стенке 2 предусмотрено выпускное отверстие 10 для расплава 11. Несколько выше в нижней

Изобретение относится к способу получения жидкого чугуна или продуктов стали и восстановительного газа в плавильном газификаторе, в котором путем добавления угля и вдувания кислородсодержащего газа образуется первая зона псевдоожиженного слоя из частиц кокса с усиленным движением частиц над плоскостью вдувания (первая плоскость вдувания) частиц губчатого железа и/или предварительно восстановленных частиц железной руды со значительной долей частиц размером более 3 мм, при этом используется плавильный реактор для осуществления способа, состоящий из сосуда с огнеупорной футеровкой с отверстиями для подачи угля, железосодержащего материала, а также для выпуска полученного восстановительного газа, далее с бтверстиями для выпуска расплава металла и шлаков, а также с трубами и соплами, которые выходят в плавильный реактор над зеркалом шлака, по меньшей мере, на двух разных высотах.

Целью изобретения является повышение производительности плавки, На чертеже представлен плавильный реактор для реализации способа, разрез

В плавильном реакторе стенки 2 с внутренней стороны облицованы огненым жидким чугуном или предварительным материалом стали и для уменьше) ния высоты плавильного реактора ниже первой плоскости 15 вдувания и выше зеркала шлаковой ванны леяит вторая плоскость 21 вдувания кислородсодержашего газа. Здесь подвод газа регулируется так, что междуобеими плоскостями 21, 15 вдувания образуется вторая зона 17 псевдоожиженного слоя из частиц кокса со слабым или незаметным движением частиц или газопроницаемого слоя постели из твердого вещества (из частиц кокса).

Температура во второй зоне 17 поддерживается выше температуры плавления железосодержащего материала 8.

5 з,п, ф-лы, 1 ил.

1479006 части А находится отверстие 12 для выпуска шлаков.

В нижней области средней части В плавильного реактора 1 через отверстие 13 в стенке 2 пропущена сопловая труба 14, по которой подается кислородсодержащий несущий гаэ и носитель углерода в первую горизонтальную плоскость 15 вдувания в плавильный реактор 1. Предпочтительно следует иметь много отверстий 13 с сопловыми трубами 14 в этой плоскости плавильного реактора, В средней части В образуется первая зона псевдоожиженнаго слоя 16 из частиц кокса с сильным движением частиц.

Промежуточная часть С, которая сделана цилиндрической, предусмотрена 20 для приема второй зоны 17 псевдоожиженного слоя из частичек кокса со слабым или незаметным движением частичек или из неподвижной постели из частичек кокса. 25

Через стенку промежуточной части

С проведены направленные на центральную ось 18 плавильного реактора 1 подающие устройства, в данном случае сопловые трубы 19, для кислородсодер- 30 жащего газа и носителей углерода, которые выступают во вторую зону 17 из частиц кокса и выход KQTGpiix находится немного вьппе слоя шлака 20.

На чертеже изображена только одна

35 сопловая труба 19, В зависимости от величины плавильного реактора могут быть предусмотрены 10 — 40, предпочтительно 20-30, сопловых труб 19, вхокОтОрых располОжены ва втОрой 40 горизонтальной плоскости 21 вдувания.

Сопловые трубы 19 установлены с воз— можностью поворота вертикально по направлению двойной стрелки 2?. Сопловые трубы 14, по которым подается 45 несущий гяэ или дополнительное топливо в первую эану псевдоожиженного слоя 16, выполнены с воэможностью поворота вертикальна.

Железосадержащий материал 8, введенный через отверстие 5 после того, как он провалится через служащую успокоительным пространством верхнюю часть Jl плавильного реактора попадает в первую зону псевдоожиженногс

55 слоя 16, в которой он приторма><ива1 ется и нагревается. Мелкие частички расплавляются, просачиваются через зону 17 из частиц кокса и попадают

B нижнюю часть А, Е. о.чсе крупнья частички сначала астяю-.ся лежать на второй зоне 17 или удерживаются

В ВерхнеM слое этои яаны пО тех !lopð пОка Они ИОд Boзпеистяи(и Рысакои температурь1 в области первой плоскости 15 вдувания не рясплавятся °

Ва второй зоне просачивающийся вниз металлический расплав перегревается и может быть при необходимости Обработан путем реакции с мелкими частицами присадочных веществ, подаваемых по сопловым трубам 19. Выпускаемый отверстия 10 IlocT lToMIIo горячий металлический расплав 11 может быть подвергнут дальнейшим метял7ургическим операциям по ein обработке. Над расплавом ll собирается слой жидких шлаков 20, которые отводятся через выпускное отверстие 12.

Частицы угля ва время работы пла— вильного реактора должны быть непрерывно пополнявhIII грез отверстие

4, при этом более крупные куски, ко-., торые употреблены для построения второй зоны 17, проваливаются сквозь первую зону 16.

0IIocoG ocx цествдяют c7E .дующим аб разом.

Пад первой зоной псевдаожиженного слоя из частиц кокса с усиленным движением частиц образуется дальнейшяя эона из частиц кокса са слабым или незаметным движением частиц или из газапроницяемай неподвижной постели из частиц кокса, Эта происходит таким путем, чта гад первой плоскостью вдувания для первой зоны псевдоожиженного слоя предусмотрена вторая плоскость вдувания для второй эоны. Подвод газа во BTnp 7II плоскость вдувания регулируется частицами кокса во второй зоне, которые слабо движутся или практичеc!II совсем не движутся. В каждом случае эта вторая зона должна быть газ праницаемой для того, чтобы можно было горючие газы, образованные во второй зоне вдувания, отвести вверх, Вторая зона построена из относительно больших частиц кокса. Предпочтительно вторая зона образуется в основном из частиц кокса величиной зерен 2-70 м, в частности из зерен величиной 1030 мм. С этой целью крупнакусковой уголь подается сверху B н.чявильные реактор, который при прохождении

1479006 через первую зону псевдоожиженного слоя не газифицируется полностью и в -форме более крупных частиц кокса собирается во второй зоне. Дополнительно в качестве носителей углерода для построения второй зоны можно также применить кокс — высокотемпературный буроугольный кокс (ВНТ кусковой кокс) ° Согласно предлагаемому способу к первой и второй плоскостям вдувания подводятся кислородсодержащие газы (воздух, технически чистый кислород или их смеси), которые путем экзотермических реакций обеспечивают высокий подвод тепла.

Вторая зона из спокойных частиц кокса или из слабо движущихся частиц кокса находится между двумя вЫсокотемпературными зонами, именно между обеими плоскостями вдувания кислородсодержащих газов, и поскольку через нее проходят горячие газы второй нижней плоскости вдувания (даже при плохом качестве угля) зона нагревается сама до температ ры, превышающей температуру плавления железосодержащего материала. Предпочтительно, температура во второй зоне поддерживается íà 100-300 С выше температуры плавления жидкого металла и шлаков. Благодаря относительно компакт-. ной постели из частиц кокса во второй зоне процесс расплавления более крупных частиц губчатого железа переносится из шлаковой ванны наверх, поскольку заторможенные и нагретые в первой зоне псевдоожиженного слоя более крупные частицы губчатого железа не могут непрсредственно попасть до самой шлаковой ванны, а остаются лежать на или в верхних слоях второй зоны и расплавляются в районе первой зоны вдувания.

Если вторая зона построена из крупнокускового слоя кокса, тогда гаэ может проходить через нее с относительно высокой скоростью без того, чтобы появилось разрыхление этого слоя.

Если вторая зона образована из частиц кокса с примерно одинаковой величиной зерен, как и в первой зоне псевдоожиженного слоя, т.е, из частиц диаметром 0,5-10 мм, предпочтительно 1 — 3 мм, газы во вторую зону должны быть введены с соответственно более низкой скоростью, .чем в первую зону псевдоожиженного слоя.

Расплавленный материал просачивается через нижнюю вторую зону и достигает при этом температуры примерно

1400-1500 С. В области этих температур при реакции углерода с кислородом через СО получается исключительно окись углерода, в этой восстанавливающей атмосфере полученный чугун не может быть снова окислен после восстановления. Во второй зоне возможные такие металлургические реакции как науглероживание, восстановление кремния и марганца. Это относится, в частности, также к очистке от сернистых соединений и к восстановленпю Fe0, r.одержащегося в шлаках.

Качество продуктов металла поддается воздействию путем ввода носителей углерода и/или присадочных веществ во вторую зону.

Поскольку плоскость расплавления для более крупных частиц губчатого железа перемещена из шлаковой ванны в верхнюю часть второй зоны и в шлако вую ванну попадает только расплавленный материал с соответствующей высокой температурой, возможно даже при применении низкосортного угля достичь достаточно высокой температуры в шлаковой ванне и в расплаве, при этом после выпуска чугуна или материала стали зона имеет достаточную высокую температуру для того, чтобы провести после этого желаемые металлургические реакции. Более крупные частицы губчатого железа,:которые остаются лежать сверху на второй зоне, могли бы быть здесь расплавлены, т,е. в первую плоскость вдувания между первой зоной псевдоожиженного слоя и второй зоной подводится кислородсодержащий газ, и в этой области достигается протекание экзотермической реакции.

Положение газопроницаемой постели из зернистых твердых веществ зависит принципиально от величины зерен и плотности твердого материала, а также от скорости струящегося газа.

Потеря давления газа в зависимости от высоты постели возрастает с ростом скорости газа до тех пор, пока не будет достигнута точка разрыхления по-.. стели из твердого вещества, в которой постель переходит в состояние псевдоожиженного слоя.

147а00б

Выгодной является высота второй зоны 1,0-3,0 м, предпочтительно окало 2 м.

Подача энергии ва вторую зону происходит путем сжигания частиц кок5 са с помощью подведенного кислорода.

Для далт нейшега регулирования температуры или дл» того, чтобы уменьшить скорость горения кокса ва второй зоне 10 в ней ввадйтся часть полученных восcTBHGBJIHBBfottlHx газов, жидкие углеводороды и/или угольная мелочь дополнительно в качестве носителей углерода. 15

Кислородсодержащий газ и при необходимости носители углерода, и/или присадочные вещества могут быть введены во вторую зону в любом месте.

Предпочтительно ани вводятся сбоку в нижнюю часть этой зоны.

Кислородсадержащий газ и/или носители г ерода, и/или присадачные вещес" - ввод> тся во вторун, зону из

I част1 и кокса в разных плоскостях. !

1елесообразно кислорадсодержащие газы и/или носители углерода вводить во вторую зону из частиц кокса в предварительно нагретом виде.

Для регулирования температуры вта- 30 рой эоны содержащий 00 газ, например колошниковый газ, включенный в процесс восстановительной шахты, может быть обратно введен в горячую вторую зону. При этом в эндотермическом восстановлении 00„ превращается в С0. Отсюда получается снова полезн и восстанавливающий газ, который дополнительно поступает в процесс. Вместо колашпикавого газа используются углевод: роды в жидком или газообразном виде.

Для того, чтобы получить равномерное проникновение газа и по возможности сильный нагрев второй зоны, газы 45 ва второй плоскости вдувания вдуваются со скоростью, лежащей ниже скорости разрыхления постели из твердого вещества.

Расстояние поверхности сопел от дна плавильных реакторов может быть вычислено по следующим формулам:

Т4

h = c .+ (1)

С 2

55 где 11 — высота нижней (втарой)

t плоскости вдувания, м;

С, — константа от 0,20 до 0,30м (безопасное значение, чтобы препятствовать заличк сопел жидким шлакам);

t константа 2,98 †;. (прп дапущении плати< сти расплава, t равной 7, б;,—,-1;

V производительность плавле—

Т ния

Т

4 интервал между выпусками, h; диаметр плавильного реак ора, м; высота верхней (первай) плоскости вдувания, м; константа материала топлиD

h

С ва, и, Высота нижней зоны (2) вдувания над дном плавильного реактора получается исходя из мощности (объем;)гыпуска и поперечного сечения основания плавильного реактора газификации, Например, высота нижне1 плоскости вдувания при производительности плавления в 40

Т интервале между выпусками 2h и диаметре в свету в основании плзвильного реактора в 3 м составляет 3, 18

3,28 м. Вначение для Г варьир ется от 1 до 5 м в зависимости от качества примененного топлива. Если применяется мелкокускавае топлива с большой

1 теплотворной способностью и с хорошей реактивностью, значение для С приближается к 1 м, что соответствует расстоянию плоскостей вдувания между собой около 0,5 м, Если газификации подвергается крупнакускавай материал с низкой теплотой сгорания и/или низкой реактивностью, эта значение для С повышается до 5 и, и отсюда получается расстояние между обеими плоскостями вдувания па отношению друг к другу около 2,5 м.

Газы во вторую плоскость вдуваются с периодически изменяющейся (пульсирующей) скоростью. Таким образом, можно надежно избежать завихрений в этой зоне, возможные в постели неподвижного кокса максимумы давления могут быть снижены, т.е. местные скопления излишнего кислородсодержащего газа или восстановительного газа лучше распределяются в неподвижной постели.

9 1479006

Предпочтительно во второй плоскости вдувания газа пульсирующие вдуваются с продолжительностью периодичности от 10 с до 2 мин, при этом пиковые значения периодически меняю5 щейся скорости кратковременно пре вышают скорости разрыхления, соответствующие образованию в неподвижной постели сквозных скоростей.

Если предусмотрено несколько со.пел для введения газа во вторую зону, они могут быть попеременно нагружаемы большим или меньшим коли- 1 честном газ.а, при этом продолжительность периода н зависимости от диев метра и от высоты второй зоны точно. также мо гут быть ус тано влены между 10 с и 2 мин. Поскольку потеря давления газа в постели кокса при превышении скорости разрыхления проходит через максимум при описанном пульсирующем 1 вводе газа, но вторую зону могут быть введены большие массы газа, Величина начального .давления, под- 25 лежащего установлению, на выходе из газоподводящего устройства получается в основном путем суммирования потери давления в первой зоне коксового псевдоожиженного слоя и З0 потери давления во второй зоне.

10 восстановленного железа с размером частиц3мм,отличающийся тем, что, с целью повышения производительности планки, для образования промежуточного слоя из частиц кокса дополнительно вд вают кислородсодержащий газ ниже первой плоскости вдувания кислородсодержащего газа, но выше плоскости плавления губчатого железа и/или предварительно восстановленного железа, при этом температуру в промежуточном слое поддерживают на о

00-300 С ньлче температуры плавления содержащего железо материала изменением подачи кислорода.

2, Способ по п.l, о т л и ч а ю— шийся тем, что гази н промежуточный слой вдувают периодически пуль. сирующим потоком с переменной скоростью при длительности вдувания от

0 с до 2 мин, при этом максимальное начение скорости вдувания поддерживают выше скорости разрыхления частиц кокса н промежуточном слое в течение 1-30 с.

3. Способ по пп,1 и 2, о т л и— а ю шийся тем, что носители углерода вдувают в нижнюю часть промежуточного слоя в газообразной, жидкой или высокодисперсной форме.

4. Способ по пп,1-3, о т л и—

I ч а ю шийся тем, что в нижней части промежуточного слоя вводят

35 добавки, 5. Способ по пп.3-4, о т л и— ч а ю шийся тем, что кислородсодержащий газ и/или носители углерода, и/или добавки вводят в различ40 ных плоскостях промежуточного слоя. б. Способ по п.5, о т л и ч а ю— шийся тем, что кислородсодержащий гаэ и/или носители углерода предварительно нагревают.

Формула изобретения

1. Способ получения жидкого чуI гуна или продуктов стали и восстановительного газа в плавильном гаэификаторе, включающий подачу сверху угля и вдувание сбоку кислородсодержащего газа или носителя углерода для образования выше плоскости вдувания псевдоожиженного слоя из частиц угля, подачу н него сверху частиц губчатого железа или предварительно

Составитель А.Ашихин

Редактор Н,Рогулич Техред Л.Сердюкова Корректор С.1л1екмар

Заказ 2378/58 Тираж 531 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðoä, ул. Гагарина, 101