Способ получения металлического расплава и многофункциональная фурма для получения металлического расплава (варианты)

 

Изобретение относится к области металлургии. Способ получения металлического расплава в металлургической емкости, в частности железного или стального расплава, включает загрузку металл- и/или металлоксидсодержащей шихты в твердом и при необходимости жидком виде в металлургическую емкость. Основную часть энергии, необходимой для расплавления и при необходимости окончательного восстановления шихты, вводят электрическим путем и/или путем сжигания, и/или газификации углеродсодержащих материалов. Раскрыта также многофункциональная фурма для применения в способе согласно изобретению. Многофункциональная фурма состоит из нескольких охватывающих друг друга, концентричных центральной продольной оси труб. Вторая труба выполнена в виде сопла Лаваля для подачи кислорода и окружает первую центральную трубу для подачи твердых веществ или пыли. Окружающая четвертую трубу пятая труба образует четвертый кольцевой зазор для подачи кислородсодержащего газа, который заканчивается со стороны устья с образованием нескольких выходных каналов. Средняя ось каждого канала ориентирована с наклоном к центральной продольной оси фурмы и направлена в сторону от нее. Технический результат - сокращение расхода электроэнергии и топлива, создание многофункциональной фурмы, отличающейся компактностью и конструктивной простотой. 3 с. и 62 з.п. ф-лы, 9 ил.

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть)о

Формула изобретения

1. Способ получения металлического расплава в металлургической емкости, в частности железного или стального расплава, включающий загрузку металл- и/или металлоксидсодержащей шихты в твердом и, при необходимости, жидком виде в металлургическую емкость, причем основную часть энергии, необходимой для расплавления и, при необходимости, окончательного восстановления шихты, вводят электрическим путем и/или путем сжигания и/или газификации углеродсодержащих материалов, отличающийся тем, что на этапе сжигания в шихту вводят дополнительную энергию посредством одной или нескольких многофункциональных фурм для вдувания и сжигания газообразных и/или жидких углеродсодержащих материалов и кислородсодержащего газа, на этапе резки и расплавления твердую шихту режут и частично расплавляют посредством многофункциональной фурмы или фурм для усиленного вдувания кислородсодержащего газа, на этапе рафинирования расплавленную шихту рафинируют посредством усиленного вдувания кислородсодержащего газа через многофункциональную фурму или фурмы, на этапе вдувания углерода в шихту через многофункциональную фурму или фурмы вдувают и, при необходимости, сжигают мелкозернистые и/или пылеобразные твердые углеродсодержащие материалы и тем самым вводят легирующий углерод и/или дополнительную энергию, на этапе дожигания дожигают газы, отходящие от металлургической емкости, путем вдувания через многофункциональную фурму или фурмы кислородсодержащего газа в камеру для отходящих газов металлургической емкости, причем потоки кислородсодержащего газа, выходящие из каждой многофункциональной фурмы, направлены под углом к центральной продольной оси соответствующей многофункциональной фурмы и в сторону от нее, на этапе вдувания твердого вещества в шихту посредством осуществляемого многофункциональной фурмой или фурмами вдувания мелкозернистых и/или пылеобразных твердых добавок и/или легирующих элементов вводят необходимые вещества для достижения нужного состава металлического расплава, причем перечисленные этапы в зависимости от состава шихты и нужного состава металлического расплава осуществляют на выбор в произвольной комбинации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве металлургической емкости используют электропечь или конвертер для выплавки стали, или плавильный газификатор, или ковш, или емкость для превращения шлака.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что металлургическую емкость поддерживают под избыточным давлением, атмосферным давлением, разрежением или вакуумом.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что одну или несколько многофункциональных фурм используют вместе с известными сами по себе горелками и/или фурмами для рафинирования, и/или фурмами для дожигания, и/или у электропечей - соплами под ванной и/или полыми электродами, и/или у конвертеров - боковыми соплами.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что на этапе вдувания твердого вещества в или на частично или полностью расплавленную шихту вдувают одно или несколько из следующих веществ: металлические руды, такие, как хромовая, никелевая и марганцевая руды, оксиды металлов, такие, как оксиды никеля, ванадия и хрома, карбид железа, карбид кальция, алюминий, FeSi, FeCr, FeMn, маслосодержащую окалину, шлаки, шлакообразователи, пыли из пылеуловительных установок, абразивные пыли, металлическую стружку, раскислители, легкую фракцию из дробилки, известь, уголь, кокс и губчатое железо соответственно в мелкозернистом и/или пылеобразном виде.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что на этапе дожигания кислородсодержащий газ вдувают с периодическими колебаниями и/или с пульсацией.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что на осуществляемом в электропечи этапе вдувания углерода и/или на этапе вдувания твердого вещества струю из многофункциональной фурмы направляют близко к месту попадания на расплав или непосредственно на расплав твердого материала, загружаемого на расплав через отверстие в крышке печи, или дуги.

8. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что на осуществляемом в конвертере этапе вдувания углерода и/или на этапе вдувания твердого вещества струю из многофункциональной фурмы направляют близко к месту попадания на расплав или непосредственно на расплав кислородной струи из дополнительной фурмы или бокового сопла.

9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что один или несколько этапов способа осуществляют посредством многофункциональной фурмы, в основном, одновременно с этапом рафинирования.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что этап сжигания осуществляют посредством многофункциональной фурмы, в основном, одновременно с этапом рафинирования.

11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что на этапе рафинирования при получении предпочтительно легированных железных расплавов с низким содержанием углерода дополнительно к усиленному вдуванию кислородсодержащего газа в или на частично или уже полностью расплавленную шихту вдувают водяной пар и/или инертный газ, такой, как азот, и/или благородные газы.

12. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что на этапе вдувания углерода для получения железных или стальных расплавов с низким содержанием углерода углеродсодержащие материалы вдувают с высокой скоростью только на и в находящийся над расплавом шлак.

13. Способ по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что на одном или нескольких этапах дополнительно осуществляют вдувание жидкости, причем посредством многофункциональной фурмы или фурм вдувают горючие и/или негорючие, в остальном трудно утилизируемые, при необходимости токсичные жидкости, например галогенированные углеводороды или масла, термически разлагают и за счет этого экологично утилизируют.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что вдувание жидкости осуществляют на этапе рафинирования или струю жидкости направляют в место попадания дуги на расплав.

15. Способ по любому из пп.1-14, отличающийся тем, что на этапе рафинирования на вдуваемую струю кислородсодержащего газа целенаправленно влияют посредством осуществляемого многофункциональной фурмой вдувания струи другого газа.

16. Многофункциональная фурма для получения металлического расплава в металлургической емкости, содержащая несколько охватывающих одна другую труб, концентричных относительно центральной продольной оси (2), один общий конец которых образует головку многофункциональной фурмы, и средства для подвода от мелкозернистых до пылевидных измельченных веществ, причем она содержит первую трубу (1) для образования подающего канала, в частности, для твердого вещества, от мелкозернистого до пылеобразного, вторую трубу (3), окружающую первую трубу (1) с образованием первого кольцевого зазора (4), в частности для подачи кислородсодержащего газа, причем устьевая часть (5) второй трубы (3) выполнена в виде сопла Лаваля, третью трубу (6), окружающую вторую трубу (3) с образованием второго кольцевого зазора (7), в частности, для подачи газообразного и/или жидкого топлива, четвертую трубу (8), окружающую третью трубу (6) с образованием третьего кольцевого зазора (9), в частности, для подачи кислородсодержащего газа, отличающаяся тем, что она снабжена пятой трубой (10), окружающей четвертую трубу (8) с образованием четвертого кольцевого зазора (11), в частности, для подачи кислородсодержащего газа, причем четвертый кольцевой зазор (11) заканчивается со стороны устья с образованием нескольких выходных каналов (12) и причем средняя ось (13) каждого канала (12) ориентирована с наклоном к центральной продольной оси (2) и направлена в сторону от нее.

17. Фурма по п.16, отличающаяся тем, что пятая труба (10) снабжена снаружи охлаждением, в частности водоохлаждаемой двойной рубашкой (14).

18. Фурма по любому из пп.16, 17, отличающаяся тем, что устьевые части первой (1), второй (3) и третьей (6) труб заканчиваются в первой, нормальной к центральной продольной оси (2) плоскости (15), а устьевые части четвертой и пятой труб - во второй, нормальной к центральной продольной оси (2) плоскости (16), причем первая плоскость (15) смещена за вторую плоскость (16).

19. Фурма по любому из пп.16-18, отличающаяся тем, что первая (1) и, при необходимости, вторая (3) трубы выполнены износостойкими.

20. Фурма по п.19, отличающаяся тем, что первая (1) и, при необходимости, вторая (3) труба изготовлены из легированной стали с карбидами хрома, или из твердохромированной стали, или из твердохромированной меди, или из меди, или стали, снабженной с внутренней и, при необходимости, наружной стороны керамической вставкой или керамическим покрытием.

21. Фурма по любому из пп.16-20, отличающаяся тем, что третья (6) и четвертая (8) трубы разделены по своей длине и соответствующие части (6а, 6b) (8a, 8b) труб закреплены одна на другой посредством разъемных соединений, в частности резьбовых соединений.

22. Фурма по любому из пп.16-21, отличающаяся тем, что дополнительно к устью второй трубы (3) также устье или устья первой (1), и/или третьей (6), и/или четвертой (8) трубы, и/или выходные каналы (12) выполнены в виде сопел Лаваля.

23. Фурма по любому из пп.16-22, отличающаяся тем, что первая труба (1), а также первый (4), второй (7), третий (9) и четвертый (11) кольцевые зазоры соединены, соответственно, с линией питания газом-носителем, в частности с линией питания инертным газом.

24. Фурма по любому из пп.16-23, отличающаяся тем, что первая труба (1), а также первый (4), третий (9) и четвертый (11) кольцевые зазоры соединены, соответственно, с кислородной питающей линией (54), воздушной питающей линией (55), при необходимости, паровой питающей линией (57), а также с одной или несколькими линиями (56) питания твердым веществом, причем линии (56) питания твердым веществом выполнены каждая с возможностью подключения и отключения.

25. Фурма по любому из пп.16-24, отличающаяся тем, что она снабжена переключающим устройством, в частности переключающим клапаном, осуществляющим переключение с питания первой трубы (1) от линии (53) питания газом-носителем и линии (56) питания твердым веществом на кислородную питающую линию (54).

26. Фурма по пп.16-25, отличающаяся тем, что предусмотрено 2-16, преимущественно 4-6 выходных каналов (12).

27. Фурма по любому из пп.16-26, отличающаяся тем, что нормальная проекция средней оси (13) каждого выходного канала (12) на плоскость, проходящую через центральную продольную ось (2) и устье выходного канала, образует с центральной продольной осью (2) угол α 2,5-25°, преимущественно 5-15°.

28. Фурма по любому из пп.16-27, отличающаяся тем, что нормальная проекция средней оси (13) каждого выходного канала (12) на плоскость, проходящую через центральную продольную ось (2) и устье выходного канала, образует с плоскостью, проходящей через центральную продольную ось (2) и устье выходного канала, угол β 2,5-60°, преимущественно 5-35°.

29. Фурма по любому из пп.16-28, отличающаяся тем, что угол γ раскрытия конусообразной части устья второй трубы (3) составляет 0,1-5°, предпочтительно 0,5-3°.

30. Фурма по любому из пп.16-29, отличающаяся тем, что устьевые части (5,18) второй (3) и/или третьей (6) трубы имеют на наружной стороне прорези (19), причем эти прорези (19) расположены предпочтительным образом параллельно центральной продольной оси (2).

31. Фурма по любому из пп.16-30, отличающаяся тем, что первая труба (1) установлена внутри второй трубы (3) с возможностью перемещения вдоль центральной продольной оси (2).

32. Фурма по любому из пп.16-31, отличающаяся тем, что устьевая часть (5) второй трубы (3) разъемно соединена со второй трубой (3), в частности, с возможностью свинчивания или соединена посредством скользящего соединения, герметизированного кольцами круглого сечения.

33. Фурма по любому из пп.16-32, отличающаяся тем, что второй кольцевой зазор (7) соединен с топливной питающей линией (52) для питания жидким и/или газообразным топливом.

34. Фурма по любому из пп.16-33, отличающаяся тем, что подачу газов к многофункциональной фурме регулируют путем установления входного давления соответствующего газа.

35. Фурма по любому из пп.16-34, отличающаяся тем, что подачу газов к многофункциональной фурме регулируют посредством простых жестких диафрагм и/или быстродействующих запорных клапанов, установленных в отдельных газопроводах.

36. Фурма по любому из пп.16-35, отличающаяся тем, что за счет первой трубы (1) и/или первого кольцевого зазора (4) посредством оптической системы регистрируют электромагнитные волны, в частности, в области видимого света и граничащей с ней области инфракрасного света, излучаемые металлическим расплавом, и подают к детектору для определения температуры и/или химического состава металлического расплава.

37. Фурма по любому из пп.16-36, отличающаяся тем, что она известным самим по себе образом установлена неподвижно или с возможностью перемещения вдоль своей продольной оси и/или с возможностью поворота.

38. Фурма по любому из пп.16-37, отличающаяся тем, что она установлена под медной панелью, выпуклой в направлении внутреннего пространства металлургической емкости.

39. Фурма по любому из пп.16-38, отличающаяся тем, что она предназначена для установки в металлургической емкости в количестве от одной до десяти фурм.

40. Многофункциональная фурма для получения металлического расплава в металлургической емкости, содержащая несколько охватывающих одна другую труб, концентричных относительно центральной продольной оси (21), один общий конец которых образует головку многофункциональной фурмы, и средства для подвода от мелкозернистых до пылевидных измельченных веществ, причем она содержит первую трубу (20) для образования подающего канала, в частности, для жидкостей или кислородсодержащего газа, вторую трубу (22), окружающую первую трубу (20) с образованием первого кольцевого зазора (23), в частности, для подачи кислородсодержащего газа, причем устьевая часть (24) второй трубы (22) выполнена в виде сопла Лаваля, третью трубу (25), окружающую вторую трубу (22) с образованием второго кольцевого зазора (26), в частности, для подачи газообразного и/или жидкого топлива, четвертую трубу (27), окружающую третью трубу (25) с образованием третьего кольцевого зазора (28), в частности, для подачи кислородсодержащего газа, пятую трубу (29), окружающую четвертую трубу (27) с образованием четвертого кольцевого зазора (30), в частности, для подачи охлаждающей воды, причем четвертый кольцевой зазор (30) выполнен закрытым со стороны устья, отличающаяся тем, что она снабжена шестой трубой (31), окружающей пятую трубу с образованием пятого кольцевого зазора (32), в частности, для подачи кислородсодержащего газа, причем пятый кольцевой зазор (32) заканчивается со стороны устья с образованием нескольких выходных каналов (33) и средняя ось (34) каждого выходного канала (33) ориентирована под углом к центральной продольной оси (21) и направлена в сторону от нее, имеет седьмую трубу (35), окружающую шестую трубу (31) с образованием шестого кольцевого зазора (36), в частности, для отвода охлаждающей воды, причем шестой кольцевой зазор (36) выполнен закрытым со стороны устья, а четвертый кольцевой зазор (30) соединен с шестым кольцевым зазором (36) в зоне головки (37) многофункциональной фурмы посредством не пересекающих выходные каналы (33) расточек (38), 1-9 выполненных износостойкими сопловых труб (39), в частности, для подачи твердого вещества, от мелкозернистого до пылеобразного, причем сопловые трубы (39) расположены внутри пятого кольцевого зазора (32), а средняя ось (83) каждой сопловой трубы (39) параллельна продольной оси (21), при этом сопловые трубы (39) проходят через головку (37) многофункциональной фурмы, не пересекая расточек (38) или выходных каналов (33).

41. Фурма по п.40, отличающаяся тем, что устьевые части второй (24) и третьей (40) труб заканчиваются в первой, нормальной к центральной продольной оси (21) плоскости (42), а устьевые части четвертой (27), пятой (29), шестой (31) и седьмой (35) труб - во второй, нормальной к центральной продольной оси (21) плоскости (43), причем первая плоскость (42) смещена за вторую плоскость (43).

42. Фурма по любому из пп.40 и 41, отличающаяся тем, что третья (25) и/или четвертая (27), и/или пятая (29), и/или шестая (31), и/или седьмая (35) труба разделены по своей длине, по меньшей мере, один раз и соответствующие части труб закреплены одна на другой посредством разъемных соединений, в частности резьбовых соединений, и/или посредством скользящих соединений, герметизированных кольцами круглого сечения.

43. Фурма по любому из пп.40-42, отличающаяся тем, что устье или устья третьей (25) и/или четвертой (27) трубы, и/или выходные каналы кольцевого зазора (32), и/или сопловой трубы или труб (39) выполнены в виде сопел Лаваля и/или устье первой трубы (20) расширено в диаметре.

44. Фурма по любому из пп.40-43, отличающаяся тем, что сопловая труба или трубы (39) выполнены износостойкими.

45. Фурма по п.44, отличающаяся тем, что сопловая труба или трубы (39) изготовлены из легированной стали с карбидами хрома, или из твердохромированной стали, или из твердохромированной меди, или из меди или стали, снабженной с внутренней и, при необходимости, наружной стороны керамической вставкой или керамическим покрытием.

46. Фурма по любому из пп.40-45, отличающаяся тем, что сопловой трубе или трубам (39) на том конце, который обращен от головки (37) многофункциональной фурмы, соответствует камера (45) для распределения твердого вещества, причем камера (45) для распределения твердого вещества образована окруженным со всех сторон кольцеобразным, в основном, цилиндрическим полым элементом с дном (49), крышкой (48) и боковым ограничением (84), причем сопловая труба или трубы (39) проходят через дно (47) камеры (45) для распределения твердых веществ снизу, при этом, по меньшей мере, один канал (51) для подачи твердого вещества входит по касательной в боковое ограничение (84) камеры (45) для распределения твердого вещества.

47. Фурма по п.46, отличающаяся тем, что предусмотрен дополнительный кольцеобразный, в основном, цилиндрический полый элемент (46), причем дополнительный полый элемент (46) открыт сверху и содержит дно (50) и боковое ограничение (48), причем дополнительный полый элемент (46) расположен внутри камеры (45) для распределения твердого вещества так, что между крышкой (47) камеры (45) для распределения твердого вещества и боковым ограничением (48) дополнительного полого элемента (46) остается зазор (85), причем сопловая труба или трубы (39) входят в дно (50) дополнительного полого элемента (46).

48. Фурма по любому из пп.46-47, отличающаяся тем, что камера (45) для распределения твердого вещества соединена через подающий трубопровод (63) для газа-носителя с линией (53) питания газом-носителем, в частности линией питания инертным газом, а также с одной или несколькими линиями питания твердым веществом.

49. Фурма по любому из пп.40-45, отличающаяся тем, что сопловая труба или трубы (39) соединены с линией (53) питания газом-носителем, в частности линией питания инертным газом, а также линией (56) питания твердым веществом.

50. Фурма по любому из пп.40-49, отличающаяся тем, что первая труба (20), а также первый (23), второй (26), третий (28) и пятый (29) кольцевые зазоры соединены, соответственно, с линией (53) питания газом-носителем, в частности линией питания инертным газом.

51. Фурма по любому из пп.40-50, отличающаяся тем, что первая труба (20), а также первый (23), третий (28) и пятый (29) кольцевые зазоры соединены соответственно с кислородной питающей линий (54), воздушной питающей линией (55), а также, при необходимости, с паровой питающей линией (57).

52. Фурма по пп.40-51, отличающаяся тем, что предусмотрено 2-16, преимущественно 4-6 выходных каналов (33).

53. Фурма по любому из пп.40-52, отличающаяся тем, что нормальная проекция средней оси (34) каждого выходного канала (33) на плоскость, проходящую через центральную продольную ось (21) и устье выходного канала, образует с центральной продольной осью (21) угол α 2,5-25°, преимущественно 5-15°.

54. Фурма по любому из пп.40-53, отличающаяся тем, что нормальная проекция средней оси (34) каждого выходного канала (33) на плоскость, проходящую через центральную продольную ось (21) и устье выходного канала, образует с плоскостью, проходящей через центральную продольную ось (21) и устье выходного канала, угол β 2,5-60°, преимущественно 5-35°.

55. Фурма по любому из пп.40-54, отличающаяся тем, что угол γ раскрытия конусообразной части устья второй трубы (22) составляет 0,1-5°, предпочтительно 0,5-3°.

56. Фурма по любому из пп.40-55, отличающаяся тем, что устьевые части (24, 40) второй (22) и/или третьей (25) трубы имеют на наружной стороне прорези (41), причем эти прорези (41) расположены предпочтительным образом параллельно центральной продольной оси (21).

57. Фурма по любому из пп.40-56, отличающаяся тем, что первая труба (20) установлена внутри второй трубы (22) с возможностью перемещения вдоль центральной продольной оси ( 21).

58. Фурма по любому из пп.40-57, отличающаяся тем, что устьевая часть (24) второй трубы (22) разъемно соединена со второй трубой (22), в частности, с возможностью свинчивания или соединена посредством скользящего соединения, герметизированного кольцами круглого сечения.

59. Фурма по любому из пп.40-58, отличающаяся тем, что второй кольцевой зазор (26) соединен с топливной питающей линией (52) для питания жидким и/или газообразным топливом.

60. Фурма по любому из пп.40-59, отличающаяся тем, что подачу газов к многофункциональной фурме регулируют путем установления входного давления соответствующего газа.

61. Фурма по любому из пп.40-60, отличающаяся тем, что подачу газов к многофункциональной фурме регулируют посредством простых жестких диафрагм и/или быстродействующих запорных клапанов, установленных в отдельных газопроводах.

62. Фурма по любому из пп.40-61, отличающаяся тем, что за счет первой трубы (20) и/или первого кольцевого зазора (23) посредством оптической системы регистрируют электромагнитные волны, в частности, в области видимого света и граничащей с ней области инфракрасного света, излучаемые металлическим расплавом, и подают к детектору для определения температуры и/или химического состава металлического расплава.

63. Фурма по любому из пп.40-62, отличающаяся тем, что она известным самим по себе образом установлена в металлургической емкости неподвижно, или с возможностью перемещения вдоль своей продольной оси, и/или с возможностью поворота.

64. Фурма по любому из пп.40-63, отличающаяся тем, что она установлена под медной панелью, выпуклой в направлении внутреннего пространства металлургической емкости.

65. Фурма по любому из пп.40-64, отличающаяся тем, что она предназначена для установки в металлургической емкости в количестве от одной до десяти фурм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30, Рисунок 31, Рисунок 32, Рисунок 33, Рисунок 34, Рисунок 35, Рисунок 36, Рисунок 37, Рисунок 38, Рисунок 39, Рисунок 40, Рисунок 41, Рисунок 42, Рисунок 43, Рисунок 44, Рисунок 45, Рисунок 46, Рисунок 47, Рисунок 48, Рисунок 49, Рисунок 50, Рисунок 51, Рисунок 52, Рисунок 53, Рисунок 54, Рисунок 55, Рисунок 56, Рисунок 57, Рисунок 58, Рисунок 59, Рисунок 60, Рисунок 61, Рисунок 62, Рисунок 63