Способ производства передельного чугуна
Изобретение относится к производству передельного чугуна. Способ включает восстановление железной руды в восстановительной шахте до губчатого железа, которое затем вводят в верхнюю часть плавильного газификатора и плавят в нем с помощью газифицирующего агента и кислородсодержащего газа с образованием жидкого передельного чугуна. Газифицирующий агент также вводят в верхнюю часть плавильного газификатора. При этом одновременно образуется восстановительный газ, который выводят из верхней части плавильного газификатора, и подают в восстановительную шахту для восстановления оксида железа. Губчатое железо, вводимое в плавильный газификатор, имеет высокую степень металлизации, превышающую 92%. При этом в плавильный газификатор вводят дополнительно оксид железа для уменьшения степени металлизации примерно до приблизительно 88% или даже до меньшего значения. Изобретение позволит обеспечить функциональную развязку восстановительной шахты и плавильного газификатора и исключение их отрицательного влияния друг на друга во время работы. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к способу согласно ограничительной части п.1 формулы.
В установке для производства передельного чугуна из железной руды, где восстановительная шахта и плавильный газификатор соединены друг с другом, во время загрузки плавильного газификатора носителями восстановленного железа и кальцинированными наполнителями только через восстановительную шахту и носителями углерода через угольный трубопровод, оба эти устройства только в очень редких случаях и только в течение довольно коротких периодов времени могут работать, не оказывая отрицательного влияния друг на друга. Эти два устройства функционально соединены между собой так, что работа установки в целом происходит с чередованием режимов: некоторое время установка работает в режиме, благоприятном для восстановительной шахты, и затем некоторое время - в режиме, благоприятном для плавильного газификатора. То есть в течение некоторого времени в плавильном газификаторе создается достаточное количество восстановительного газа, благодаря чему восстановительная печь работает с большим количеством восстановительного газа, а носители железа и наполнители, загружаемые из восстановительной шахты в плавильный газификатор, имеют высокую степень металлизации и кальцинирования. В результате этого потребная энергия для плавильного газификатора уменьшается, температура передельного чугуна, шлака и/или температура в куполе возрастает, количество кислорода уменьшается и количество восстановительного газа, образованного в плавильном газификаторе, становится меньше. В свою очередь, недостаточное для восстановительной шахты количество восстановительного газа приводит к меньшей степени металлизации и кальцинирования материалов, подаваемых в плавильный газификатор, так что потребная энергия его снова возрастает, температура в газификаторе падает, удельное количество кислорода для газификатора увеличивается и начинается новый цикл с большей входной энергией. Только путем выбора соответствующих друг другу сырьевых материалов и заблаговременного принятия контрмер можно избежать возникновения подобных циклов со всеми их негативными последствиями, такими как получение слишком холодного или слишком горячего передельного чугуна, колебания содержания в нем кремния, углерода и серы, и т.п. Чтобы обеспечить непрерывный процесс получения годного передельного чугуна, удельное потребление энергии и колебания качества передельного чугуна при работе установки будут намного больше, чем в случае, если бы эти два устройства были функционально развязаны между собой.
Исходя из этого, целью изобретения является обеспечение функциональной развязки двух указанных устройств друг от друга и исключение их отрицательного влияния друг на друга во время работы.
Эта цель достигается признаками отличительной части п.1 формулы. Предпочтительные варианты предлагаемого способа отражены в зависимых пунктах формулы.
Благодаря совместной согласованной загрузке плавильного газификатора хорошо восстановленным, т.е. имеющим высокую степень металлизации, губчатым железом из восстановительной шахты, и оксидом железа, предпочтительно через трубопровод для газифицирующего агента, в плавильный газификатор поступают носители железа с регулируемой металлизацией, сравнительно независимой от металлизации одного губчатого железа, так что работа плавильного газификатора оптимизируется. В результате непосредственного введения оксида железа через верхнюю часть плавильного газификатора в него подается дополнительный кислород, реагирующий с мелкими частицами газифицирующего агента в куполе газификатора, используя
избыточное количество тепла. Чтобы избежать недостатка углерода в куполе плавильного газификатора и противодействовать окислению СО избытком кислорода с образованием СО2, кроме оксида железа в плавильный газификатор подают подрешетную фракцию газифицирующего агента через предназначенный для его введения трубопровод. Благодаря тому, что плавильный газификатор энергетически сбалансирован, и благодаря достаточному количеству восстановительного газа для восстановительной шахты оба устройства работают, не влияя друг на друга.
Высокая и равномерная металлизация губчатого железа, выходящего из восстановительной шахты, делает возможным приспособить ее путем добавления оксида железа к избыточной энергии в верхней зоне плавильного газификатора и к качеству сырьевых материалов, в особенности газифицирующего агента.
Степень металлизации губчатого железа, выходящего из восстановительной шахты, должна поддерживаться свыше 90%, предпочтительно свыше 92%, и уменьшаться при добавлении оксида железа примерно до 88% или даже меньшего значения, если образование избыточного количества газа экономически выгодно (например, для производства губчатого железа или генерирования энергии). В этом случае введение подрешетной фракции газифицирующего агента и вдувание увеличенного количества кислорода в купол плавильного газификатора технически и экономически целесообразно.
Чтобы можно было использовать весь оксид железа, полученный при просеивании носителей железа, и часть подрешетной фракции газифицирующего агента, соответственно приспосабливают степень металлизации губчатого железа, выходящего из восстановительной шахты, и количество кислорода в куполе плавильного газификатора.
Увеличенная потребная энергия для восстановления подрешетной фракции оксида железа и газификация подрешетной фракции газифицирующего агента в верхней части загрузочного слоя и в зоне купола плавильного газификатора обеспечиваются путем вдувания увеличенного количества кислорода в купол плавильного газификатора.
Для удовлетворения увеличенной потребности в носителях углерода в зоне купола плавильного газификатора и предотвращения сгорания СО с образованием СО2 в плавильный газификатора через трубопровод, предназначенный для введения газифицирующего агента, подают подрешетную углеродсодержащую фракцию.
Благодаря дополнительному введению кислорода в виде оксида железа, летучих компонентов подрешетной фракции газифицирующего агента и газообразного кислорода в верхнюю область плавильного газификатора в нем образуется достаточное количество восстановительного газа, и таким образом, восстановительная шахта может работать с большим однородным удельным количеством восстановительного газа независимо от доли летучих компонентов газифицирующего агента.
В результате такой развязки восстановительной шахты и плавильного газификатора они могут работать, не влияя друг на друга.
Далее подробно описан вариант выполнения изобретения со ссылками на чертеж, на котором схематично изображена установка для производства передельного чугуна из железной руды, содержащая в основном восстановительную шахту и плавильный газификатора.
Куски железной руды, возможно, вместе с необожженными наполнителями, загружают сверху через загрузочное устройство 2 в восстановительную шахту 1, сообщенную с плавильным газификатором 3, в котором образуется восстановительный газ из углеродсодержащего газифицирующего агента, введенного через питающую трубу 4, и кислородсодержащего газа, подаваемого через газовые трубы 5. Этот восстановительный газ выводят из верхней части плавильного газификатора через трубопровод 6, освобождают в циклоне 7 горячий газ от от твердых компонентов, в частности от угольной пыли и мелкозернистого угля, и затем подают через трубопровод 8 в восстановительную шахту 1. В этой шахте восстановительный газ протекает противотоком через столб железной руды и наполнителей и восстанавливает железную руду до губчатого железа. Отработанный по меньшей мере частично восстановительный газ выводят в верхнем конце восстановительной шахты 1 через верхний газовый трубопровод 9.
Невостребованный восстановительный газ подается через трубопровод 10 для применения в других целях.
Угольная пыль, осажденная в циклоне 7 для горячего газа, направляется с помощью транспортирующего газа, предпочтительно азота, через трубопровод 11 обратно в плавильный газификатор 3, где газифицируется с помощью расположенных в его стенках горелок для сжигания пыли, к которым также подают кислородсодержащий газ.
Губчатое железо, полученное в восстановительной шахте 1, вводят через подающие шнеки 12 и нисходящие трубы 13 в верхнюю часть плавильного газификатора 3.
В основании плавильного газификатора 3 собирается жидкий передельный чугун и поверх него жидкий шлак, которые периодически выводят через разгрузочные отверстия 14 или 15.
Перед введением газифицирующего агента через питающий трубопровод 4 в купол плавильного газификатора 3 в последний добавляют оксид железа, предпочтительно в виде подрешетной фракции железной руды, до ее загрузки в восстановительную шахтную печь. Иначе ее нельзя использовать для восстановительного процесса. Однако непосредственное использование подрешетной фракции в плавильном газификаторе 3 не будет отрицательно влиять на процесс, если ее добавлять только в количестве, необходимом для работы восстановительной шахты 1 и плавильного газификатора 3, развязанных друг относительно друга.
Газифицирующий агент, который подают через питающий трубопровод 4, включает подрешетную углеродсодержащую фракцию, чтобы удовлетворить увеличенную потребность в носителях углерода для образования восстановительного газа в зоне купола плавильного газификатора 3 и предотвращения сгорания СО с образованием СO2.
Введение кислорода в виде оксида железа, летучих компонентов подрешетной фракции газифицирующего агента (угля) и, возможно, дополнительного газообразного кислорода в верхнюю зону плавильного газификатора 3 производят с условием, что количество образующегося восстановительного газа постоянного состава, в особенности с низким содержанием СО2 и H2O и максимальным содержанием СО и Н2 и постоянной температуры достаточно для того, чтобы восстановительная шахта 1 могла работать независимо от доли летучих компонентов газифицирующего агента, а значит, с развязкой относительно плавильного газификатора 3.
Восстановительный газ вводят в восстановительную шахту 1 в таком количестве, что достигается высокая степень металлизации губчатого железа, составляющая при его выходе из шахты 1 более более 90%, по возможности, более 92%. Затем путем добавления через питающий трубопровод 4 соответственно дозированного количества оксида железа устанавливают результирующую степень металлизации предпочтительно 88% или меньше. Можно также смешивать оксид железа с губчатым железом, выводимым из восстановительной шахты 1, а затем эту смесь подавать в верхнюю часть плавильного газификатора 3. В результате добавления оксида железа уровень результирующей металлизации уменьшается относительно степени металлизации губчатого железа, полученного в восстановительной шахте 1, настолько, чтобы покрыть текущий дефицит энергии в плавильном газификаторе 3 при удалении добавки оксида железа. Поскольку дефицит энергии в плавильном газификаторе 3 происходит в результате уменьшения степени металлизации губчатого железа, выходящего из восстановительной шахты 1, то в качестве альтернативы или в дополнение к выводу добавки оксида железа можно увеличить удельные нормы газифицирующего агента или энергоносителя. Благодаря этому образуется дополнительный восстановительный газ для восстановительной шахты, так что металлизация снова повышается.
1. Способ производства передельного чугуна, в котором железную руду восстанавливают в восстановительной шахте до губчатого железа, которое затем вводят в верхнюю часть плавильного газификатора и плавят в нем с помощью газифицирующего агента, который также вводят в верхнюю часть плавильного газификатора, и кислородсодержащего газа с образованием жидкого передельного чугуна, при этом одновременно образуется восстановительный газ, который выводят из верхней части плавильного газификатора и подают в восстановительную шахту для восстановления оксида железа, отличающийся тем, что губчатое железо, вводимое в плавильный газификатор, имеет высокую степень металлизации, превышающую 90%, при этом в плавильный газификатор вводят дополнительно оксид железа для уменьшения степени металлизации.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют куски оксида железа в виде железной руды.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что оксид железа вводят через питающий трубопровод, предназначенный для введения газифицирующего агента.
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что степень металлизации губчатого железа, выходящего из восстановительной шахты, превышает 92%.
5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что путем добавления оксида железа степень металлизации носителей железа, вводимых в плавильный газификатор, уменьшают примерно до приблизительно 88% или даже до меньшего значения.
6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что по меньшей мере часть кислородсодержащего газа вдувают в зону купола плавильного газификатора.
7. Способ по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что в плавильный газификатор в зоне купола подают через питающий трубопровод, предназначенный для введения газифицирующего агента, углеродсодержащую подрешетную фракцию.
8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что в плавильный газификатор загружают смесь оксида железа и губчатого железа.
9. Способ по любому из пп.2-8, отличающийся тем, что в плавильный газификатор загружают подрешетную фракцию оксида железа в качестве кускового носителя оксида железа.
