Установка и способ прямого плавления

Изобретение относится к производству расплавленного металла из металлосодержащего сырья, такого как руды, частично восстановленные руды и металлосодержащие отходы. Описано средство, обеспечивающее эффективную и надежную подачу твердых материалов в установку прямого плавления. Средство подачи твердых материалов включает две или более пары фурм для вдувания твердых материалов шихты для процесса прямого плавления в агрегат плавления. Средство подачи твердых материалов включает также главную линию подачи и пару отводных линий для подачи твердого материала шихты к фурмам из каждой пары фурм, причем отводные линии соединяют между собой главную линию подачи и фурмы из пары фурм. Фурмы размещают вокруг агрегата парами из диаметрально расположенных фурм. По меньшей мере одна пара фурм предназначена для вдувания металлосодержащего сырья, такого как железосодержащие материалы, в особенности железорудная мелочь, и по меньшей мере одна из других пар фурм предназначена для вдувания твердого углеродосодержащего материала, такого как уголь, и дополнительно флюсов. Пары фурм размещены вокруг агрегата таким образом, что соседними фурмами являются фурмы, предназначенные для вдувания различных материалов. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к установке для осуществления прямого плавления и способу производства расплавленного металла из металлосодержащего сырья, такого как руды, частично восстановленные руды и металлосодержащие отходы.

Известный способ прямого плавления, основанный главным образом на использовании в качестве среды протекания реакции ванны расплава и известный под наименованием процесс HIsmelt, описан в Международной заявке РСТ/AU96/00197 (WO 96/31627), поданной от имени заявителя.

Процесс HIsmelt, описанный в Международной заявке в контексте производства расплавленного железа, включает в себя:

(а) образование в резервуаре ванны расплавленного железа и шлака;

(b) вдувание в ванну:

(i) металлосодержащее сырье, обычно оксиды железа; и

(ii) твердый углеродосодержащий материал, обычно уголь, который служит восстановителем оксидов железа и источником энергии; и

(с) плавление металлосодержащего сырья до получения железа в слое металла.

Термин «плавление» в данном случае означает тепловую обработку, при которой имеют место химические реакции восстановления оксидов металла с получением расплавленного металла.

Процесс HIsmelt предусматривает также дожигание образующихся в процессе протекания реакции газов, таких как СО и Н₂, выделяющиеся из ванны, в пространство над ванной, заполненное кислородосодержащим газом, и передачу выделяющегося при дожигании тепла в ванну, чтобы дополнить тепловую энергию, затрачиваемую для плавления металлосодержащего сырья.

Процесс HIsmelt включает также в себя образование переходной зоны над условно спокойной поверхностью ванны, в которой имеется достаточная масса поднимающихся и затем опускающихся капель или всплесков, или струй расплавленного металла и/или шлака, образующая эффективную среду для передачи в ванну тепловой энергии, образующейся при дожигании газов реакции над ванной.

В процессе HIsmelt металлосодержащее сырье и твердый углеродосодержащий материал вдувают в ванну расплава через несколько трубок/фурм, наклоненных относительно вертикали таким образом, чтобы быть направленными вниз и внутрь через боковую стенку плавильного агрегата и в нижнюю область агрегата таким образом, чтобы подавать по меньшей мере часть твердого материала в слой металла на дне агрегата. Для осуществления дожигания образующихся в ходе реакции газов в верхней части агрегата в верхнюю область агрегата направляют струю горячего воздуха, который может быть обогащен кислородом, через обращенную вниз фурму для вдувания горячего воздуха. Отходящие газы, образующиеся при дожигании образующихся в ходе реакции газов в агрегате, отводят из верхней части агрегата через газоотводный канал. Агрегат содержит футерованные огнеупорами водоохлаждаемые панели в боковых стенках и в своде агрегата, причем вода непрерывно циркулирует по панелям по замкнутой схеме.

Процесс HIsmelt позволяет получать большие количества расплавленного металла, такого как железо, путем прямого плавления в отдельном компактном агрегате.

Однако для достижения этого необходимо подавать через фурмы для вдувания твердого материала большие количества твердых материалов шихты, таких как железосодержащее сырье, углеродосодержащий материал и флюсы.

Подача твердых материалов шихты должна продолжаться в течение всей плавильной кампании, которая должна длиться не менее 12 месяцев.

Кроме того, необходимо иметь возможность варьировать подачу твердых материалов шихты в ходе плавильной кампании, чтобы приспособиться к различным условиям эксплуатации, включая неожиданные нарушения процесса на различных этапах плавильной кампании.

Настоящее изобретение предлагает эффективный и надежный способ и установку для подачи твердых материалов шихты к фурмам для вдувания твердых материалов во время плавильной кампании агрегата HIsmelt.

Описание изобретения

Настоящее изобретение предлагает средства подачи твердых материалов в установку прямого плавления.

В одном аспекте изобретения средство подачи твердых материалов включает в себя две или больше пар фурм для вдувания твердых материалов шихты для процесса прямого плавления и агрегат прямого плавления (такой, как неподвижный и расположенный вертикально цилиндрический агрегат). Средство подачи твердых материалов включает в себя также главную линию подачи и пару отводных линий для подачи твердого материала шихты к фурмам из каждой пары фурм, причем отводные линии соединяют между собой главную линию подачи и фурмы из пары фурм. Фурмы размещают по окружности агрегата парами, диаметрально противоположно. По меньшей мере одна пара фурм предназначена для вдувания металлосодержащего сырья (такого, как железосодержащие материалы, в особенности железорудная мелочь) и по меньшей мере одна из других пар фурм предназначена для вдувания твердого углеродосодержащего материала (такого как уголь) и дополнительно флюсов. Пары фурм размещают по окружности агрегата таким образом, чтобы соседними фурмами были фурмы, предназначенные для вдувания различных материалов.

В другом аспекте изобретения средство подачи твердых материалов включает в себя фурмы для вдувания твердых материалов, размещенные по окружности агрегата и входящие в него, и питающие линии, предназначенные для подачи твердого материала шихты к фурмам. По меньшей мере одна фурма предназначена для вдувания металлосодержащего материала шихты и по меньшей мере одна другая фурма предназначена для вдувания твердого углеродосодержащего материала. Линия питания фурмы для по меньшей мере одной фурмы включает в себя отходящий вверх отрезок и идущий внутрь и вниз отрезок, который отходит от верхнего конца обращенного вверх отрезка и соединяется с входом фурмы, будучи соосным с фурмой.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается установка прямого плавления, предназначенная для производства расплавленного металла из металлосодержащего сырья, которая включает в себя:

а) неподвижный плавильный агрегат, предназначенный для содержания ванны расплава металла и шлака, с пространством для газа над ванной;

b) средство подачи твердых материалов, обеспечивающее подачу в резервуар твердого материала шихты, причем средство подачи твердых материалов включает в себя две или больше пар фурм для вдувания твердых материалов в агрегат, главную линию подачи и пару отводных линий для подачи твердого материала шихты к фурмам каждой пары фурм, причем отводные линии соединяют между собой главную линию подачи и фурмы из пары фурм, а фурмы из каждой пары фурм размещаются диаметрально противоположно друг другу, и по меньшей мере одна пара фурм предназначена для вдувания металлосодержащего сырья и по меньшей мере одна другая пара фурм предназначена для вдувания твердого углеродосодержащего материала, причем пары фурм размещены по окружности агрегата таким образом, что соседними фурмами являются фурмы, предназначенные для вдувания различных материалов;

с) средство вдувания газа, проходящее вниз в агрегат для вдувания кислородосодержащего газа в пространство для газа и/или в ванну в агрегате;

d) трубопроводное средство подвода газа, идущее от источника подачи газа, удаленного от агрегата, к месту подачи, расположенному над агрегатом, для подачи кислородосодержащего газа в средство вдувания газа;

е) трубопроводное средство для отходящих газов, предназначенное для облегчения отвода отходящих газов из агрегата;

f) средство выпуска металла, предназначенное для выпуска расплавленного металла из агрегата и транспортировки этого расплавленного металла от агрегата;

g) средство выпуска шлака, предназначенное для выпуска шлака из агрегата и транспортировки этого шлака от агрегата.

Предпочтительно фурмы для вдувания твердых материалов располагаются таким образом, чтобы проходить вниз и внутрь агрегата через отверстия в боковой стенке агрегата.

Предпочтительно отверстия под фурмы в боковой стенке агрегата располагаются на одинаковой высоте и размещаются через одинаковые промежутки по окружности агрегата.

Предпочтительно отводные линии каждой пары фурм для вдувания твердых материалов имеют по существу одинаковую длину.

Предпочтительно отводная линия для каждой фурмы включает в себя отходящий вверх отрезок и идущий внутрь и вниз отрезок, который отходит от верхнего конца обращенного вверх отрезка и соединяется с входом фурмы, будучи соосным с фурмой.

Предпочтительно отходящий вверх отрезок и идущий внутрь и вниз отрезок образуют острый угол между ними.

Предпочтительно средство подачи твердых материалов приспособлено для подачи к фурмам для металлосодержащего сырья одного или нескольких из числа перечисленных материалов: (а) предварительно нагретого металлосодержащего сырья, (b) металлосодержащего сырья при температуре окружающей среды, и (с) смеси предварительно нагретого металлосодержащего сырья и металлосодержащего сырья при температуре окружающей среды.

Предпочтительно средство подачи твердых материалов включает в себя систему вдувания горячего металлосодержащего сырья, предназначенную для подачи предварительно нагретого металлосодержащего сырья в главную линию или линии подачи фурм для металлосодержащего сырья.

Предпочтительно система вдувания горячего металлосодержащего сырья включает средство передачи горячего металлосодержащего сырья, которое включает в себя главную линию или линии подачи, и средство снабжения газом-носителем, таким как инертный газ, предназначенным для транспортировки горячего металлосодержащего сырья от установки предварительного нагрева и/или предварительного восстановления к фурмам для металлосодержащего сырья.

Предпочтительно металлосодержащим сырьем является железорудная мелочь.

Предпочтительно система вдувания горячего металлосодержащего сырья обеспечивает предварительный нагрев железорудной мелочи таким образом, что железорудная мелочь вдувается в агрегат при температуре в диапазоне 650-700°С, более предпочтительно порядка 680°С.

Предпочтительно установка включает также в себя по меньшей мере две рабочих платформы, предназначенные для размещения операторов установки на различной высоте агрегата относительно уровня грунта.

Предпочтительно средство выпуска металла и средство выпуска шлака располагаются так, чтобы быть доступными операторам установки с одной из платформ (далее упоминаются как «платформы литейного двора»).

Предпочтительно фурмы для вдувания твердого материала располагаются так, чтобы быть доступными для рабочего на по меньшей мере одной другой платформе (далее упоминаются как «фурменная платформа»), которая располагается выше платформы литейного двора.

Средство выпуска металла и средство выпуска шлака могут быть одним устройством.

Средство выпуска металла и средство выпуска шлака могут быть также различными устройствами с отдельным отверстием для выпуска металла и отдельным отверстием для выпуска шлака, расположенными на агрегате на различной высоте.

В случаях, когда средство выпуска металла и средство выпуска шлака являются различными устройствами, предпочтительно средство выпуска металла включает в себя копильник для металла, выступающий из агрегата и обеспечивающий непрерывный выпуск расплавленного металла из агрегата.

При такой компоновке предпочтительно, если средство выпуска металла включает в себя выпускной желоб для металла, предназначенный для приема расплавленного металла из копильника.

Кроме того, при такой компоновке предпочтительно, если средство выпуска шлака включает в себя выпускной желоб для шлака, предназначенный для приема расплавленного шлака из агрегата.

Предпочтительно агрегат располагается по центральной вертикальной оси.

Предпочтительно агрегат является вертикальным цилиндрическим агрегатом и несколько фурм для вдувания твердых материалов располагаются через одинаковые промежутки по окружности агрегата.

Предпочтительно боковая стенка агрегата содержит водоохлаждаемые панели.

Предпочтительно агрегат имеет свод, и свод содержит водоохлаждаемые панели.

Предпочтительно кислородосодержащим газом является воздух или воздух, обогащенный кислородом.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается также способ прямого плавления, который включает вдувание твердых материалов шихты в агрегат прямого плавления, содержащий ванну расплавленного металла и шлака, через две или больше пары фурм для вдувания твердых материалов, размещенные по окружности и входящие в агрегат, и главную линию подачи и пару отводных линий для подачи твердого материала шихты к фурмам из каждой пары фурм, причем отводные линии соединяют между собой главную линию подачи и фурмы из пары фурм, а фурмы из каждой пары фурм размещаются диаметрально противоположно друг другу, и по меньшей мере одна пара фурм предназначена для вдувания металлосодержащего сырья и по меньшей мере одна из других пар фурм предназначена для вдувания твердого углеродосодержащего материала, и дополнительных флюсов, причем соседние фурмы используют для вдувания различных материалов.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предлагается установка прямого плавления, предназначенная для производства расплавленного металла из металлосодержащего сырья, которая включает в себя:

а) неподвижный плавильный агрегат, предназначенный для содержания ванны расплава металла и шлака, с пространством для газа над ванной;

b) средство подачи твердых материалов для подачи в резервуар твердого материала шихты, причем средство подачи твердых материалов включает в себя фурмы для вдувания твердых материалов в агрегат, и линии подачи для подачи твердого материала шихты к фурмам, причем по меньшей мере одна фурма предназначена для вдувания металлосодержащего сырья и по меньшей мере одна из других фурм предназначена для вдувания твердого углеродосодержащего материала, и линия питания фурмы для по меньшей мере одной фурмы включает в себя отходящий вверх отрезок и идущий внутрь и вниз отрезок, который отходит от верхнего конца обращенного вверх отрезка и соединяется со входом фурмы, будучи соосным с фурмой;

с) средство вдувания газа, проходящее вниз в агрегат для вдувания кислородосодержащего газа в газовое пространство и/или в ванну в агрегате;

d) трубопроводное средство подвода газа, идущее от источника подачи газа, удаленного от агрегата, к месту подачи, расположенному над агрегатом, для подачи кислородосодержащего газа в средство вдувания газа;

е) трубопроводное средство для отходящих газов, предназначенное для облегчения отвода отходящих газов из агрегата;

f) средство выпуска металла, предназначенное для выпуска расплавленного металла из агрегата и транспортировки этого расплавленного металла от агрегата;

g) средство выпуска шлака, предназначенное для выпуска шлака из агрегата и транспортировки этого шлака от агрегата.

Краткое описание чертежей

Далее настоящее изобретение описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1 показан вертикальный разрез агрегата прямого плавления, который образует часть одного варианта реализации установки прямого плавления согласно настоящему изобретению;

на фиг.2 показан вид сбоку агрегата и размещение платформ вокруг агрегата и оборудование на платформах, которое образует основную часть варианта реализации установки прямого плавления;

на фиг.2а показан в увеличенном масштабе вид сбоку фурмы для вдувания твердых материалов и линии подачи нагретой руды, обозначенные на фиг.2 стрелкой «А»;

на фиг.3 показан вид сбоку нижней части агрегата и размещение платформ вокруг агрегата и оборудование на платформах, которое образует основную часть варианта реализации установки прямого плавления, при наблюдении с места, расположенного под углом 90° относительно того места, с которого агрегат показан на фиг.2;

на фиг.4 проиллюстрировано положение платформы литейного двора в варианте реализации установки прямого плавления;

на фиг.5 проиллюстрировано положение концевой выпускной платформы в варианте реализации установки прямого плавления;

на фиг.6 показан составленный компьютером вид в плане варианта реализации установки прямого плавления, который иллюстрирует платформу литейного двора и разрез через агрегат на этой высоте агрегата и оборудования поверх этой платформы при том, что оборудование поверх платформы убрано для большей наглядности вида установки;

на фиг.7 показан схематический план размещения фурм для вдувания твердых материалов вокруг агрегата и линии питания фурм.

Подробное описание предпочтительного варианта реализации

Показанная на фигурах установка прямого плавления включает в себя агрегат прямого плавления, который особенно подходит для реализации процесса HIsmelt, описанного в Международной заявке РСТ/AU96/00197. Следующее описание приводится в контексте плавления железорудной мелочи для производства расплавленного железа согласно процессу HIsmelt.

Как показано на фиг.1, металлургический агрегат обозначен в целом позицией 11 и имеет горн, который включает в себя основание 12 и стороны 13, выполненные из огнеупорного кирпича, боковые стенки 14, которые образуют в общем цилиндрическую шахту, идущую вверх от сторон 13 горна, и который включает в себя верхнюю секцию шахты и нижнюю секцию шахты, поддерживающие водоохлаждаемые панели (не показаны), свод 17, поддерживающий водоохлаждаемые панели (не показаны), выход 18 для отходящих газов, копильник 19 для непрерывного выпуска расплавленного металла и летку 21 для выпуска расплавленного шлака во время плавления.

При использовании агрегата для плавления железорудной мелочи для производства расплавленного железа согласно процессу HIsmelt агрегат 11 содержит ванну расплавленного железа и шлака, которая включает в себя слой 22 расплавленного металла и слой 23 расплавленного шлака поверх слоя 22 металла. Стрелка, отмеченная позицией 24, указывает положение условно спокойной поверхности слоя металла 22. Стрелка 25 показывает условно спокойную поверхность шлака 23. Термин «спокойная поверхность» должен означать поверхность при отсутствии вдувания в агрегат газа и твердых материалов.

Как лучше всего видно на фиг.2 и 3, агрегат включает в себя ряд платформ 79, 81, 83, 85, расположенных на различной высоте агрегата над уровнем грунта 87. Платформы способствуют установке и эксплуатации агрегата и другого заводского оборудования, описанного далее, вокруг компактного агрегата 11, путем разделения различных эксплуатационных функций оборудования таким образом, чтобы свести к минимуму взаимное влияние различных операций и соответственно максимизировать надежность функционирования. Высоту платформ 79, 81, 83, 85 подбирают таким образом, чтобы обеспечить рабочим, находящимся на платформах, удобный доступ к заводскому оборудованию. Кроме того, подбирают «опорные поверхности» платформ 79, 81, 83, 85, чтобы обеспечить доступ мостового крана к заданным участкам нижних платформ и обеспечить защиту сверху для рабочих участков нижних платформ.

Как будет показано более подробно далее, платформы 79, 81 являются платформами фурм для вдувания твердых материалов, платформа 83 является платформой литейного двора и платформа 85 является платформой окончательного выпуска.

Как лучше всего видно на фиг.5, агрегат 11 содержит два люка 39 по сторонам 13 горна, обеспечивающих доступ внутрь агрегата 11 для ремонта футеровки и других работ по обслуживанию внутренней части агрегата. Люки 39 имеют форму толстых стальных листов, приваренных к сторонам 13. Когда требуется доступ внутрь агрегата, листы срезают с боковых стенок, а после завершения работ внутри агрегата на место приваривают сменные листы. Люки 39 располагаются на агрегате 11 на одинаковой высоте. Люки 39 разнесены между собой по окружности агрегата по меньшей мере на 90°. Такой промежуток делает возможным ввести через люки в агрегат оборудование для разрушения огнеупорной стенки и выполнить разрушение значительно части огнеупоров на футерованной огнеупорами боковой стенке в то время, когда агрегат еще нагрет.Смотровые люки 39 достаточно велики для того, чтобы обеспечить ввод внутрь агрегата экскаватора 139 или аналогичного оборудования.

Как лучше всего видно на фиг.1, агрегат 11 оборудован фурмой для вдувания газа, предназначенной для подачи горячего воздушного дутья в верхнюю часть агрегата. Фурма 26 проходит вниз через свод 17 агрегата 11 в верхнюю часть агрегата. При использовании фурма 26 принимает обогащенный кислородом поток горячего воздуха по коробу 31 для подачи горячего воздуха (фиг.2 и 6), который тянется от участка подачи горячего газа (не показан), расположенного на определенном расстоянии от плавильного агрегата 11. Участок подачи горячего газа включает в себя ряд воздухонагревателей (не показаны) и кислородную станцию (не показана) и обеспечивает пропускание потока обогащенного кислородом воздуха через воздухонагреватели и короб 31 для подачи горячего воздуха, который тянется до соединения с фурмой 26 для вдувания газа в точке над агрегатом 11. С другой стороны, кислород может добавляться к потоку воздуха после нагрева потока воздуха в воздухонагревателях.

Как показано на фигурах в целом, агрегат 11 оборудован также восемью фурмами 27 для вдувания твердых материалов, проходящими вниз и внутрь через отверстия (не показаны) на боковых стенках 14 агрегата и в слой шлака 23 для вдувания железорудной мелочи, твердого углеродосодержащего материала и флюсов, захваченных газом-носителем с низким содержанием кислорода, в слой металла 22.

Отверстия под фурмы в боковых стенках 14 агрегата размещаются на одинаковой высоте агрегата 11 и через одинаковые промежутки по окружности агрегата. Фурмы 27 выполнены и размещаются в отверстиях под фурмы таким образом, что их концы 28 во время производственного процесса располагаются над поверхностью слоя металла 22. Такое положение фурм 27 снижает риск повреждения из-за контакта с расплавленным металлом и делает также возможным охлаждение фурм путем принудительного внутреннего водяного охлаждения без заметной опасности вхождения воды в контакт с расплавленным металлом в агрегате.

Фурмы 27 располагаются в двух группах по четыре фурмы, причем в фурмы из одной группы подают нагретую железорудную мелочь из системы вдувания нагретой руды, а в фурмы 27 другой группы подают уголь и флюс по системе вдувания углеродосодержащего материала и флюса во время операции плавления. Фурмы 27 двух групп размещают попеременно по окружности агрегата.

Система вдувания нагретой руды включает в себя установку предварительного нагрева (не показана) для нагрева железорудной мелочи и систему перемещения нагретой руды, которая включает последовательность питающих линий, и средства подачи газа-носителя для транспортировки нагретой железорудной мелочи в питающие линии, и вдувание нагретой железорудной мелочи в агрегат при температуре порядка 680°С. Общее размещение фурм 27 и питающих линий непосредственно перед фурмами 27 схематически показано на фиг.7.

Как показано на фигурах в целом, система вдувания нагретой руды включает в себя главную линию 75 подачи нагретой руды (фиг.2-5) и 2 отводные линии 76 (фиг.2-4), которые соединены с расположенными диаметрально противоположно фурмами 27 и обеспечивают подачу нагретой руды к этим фурмам 27 во время операции плавления. Система вдувания нагретой руды включает также в себя другую главную линию 33 подачи нагретой руды (фиг.2 и 5) и две отводные линии 34 (фиг.2-5), которые соединяются с другой парой расположенных диаметрально противоположно фурм 27 и обеспечивают таким образом, подачу нагретой руды к этим фурмам 27.

Как показано на фиг.2-5, главная линия 75 подачи идет на уровне грунта или близко к нему, от участка (не показан), удаленного от агрегата, и под платформой 85 окончательного выпуска до местоположения 75а на фиг.2 и 3, и затем по вертикали вверх от этого местоположения через платформу 85 окончательного выпуска или рядом с ней и платформу 83 литейного двора до местоположения 75b на фиг.2-4 до платформы 83 литейного двора. Отводные линии 76 первоначально идут горизонтально в противоположных направлениях от главной линии 75 в местоположении 75b и затем по вертикали вверх от местоположений 76а (фиг.2 и 3) до местоположений 76b (фиг.2-4), после чего внутрь и вниз на коротких прямых отрезках 76с до входов в фурмы 27.

Как показано также на фиг.2 и 3, главная линия 3 подачи идет на уровне грунта или близко к нему, от участка (не показан), удаленного от агрегата, до местоположения 33а на фиг.5, где линия разделяется на отводные линии 34. Эти отводные линии 34 принимают V-образную форму. Отводные линии 34 идут горизонтально под платформой 85 окончательного выпуска до местоположений 34а (фиг.2 и 3) и затем по вертикали вверх от этих местоположений через платформу 85 окончательного выпуска или рядом с ней и платформой 83 литейного двора до местоположений 34b (фиг.2), после чего внутрь и вниз на коротких прямых отрезках 34 с (фиг.2, показана только одна) до входов в фурмы 27.

Описанное выше размещение пар главных и отводных линий позволяет избежать пересечения между линиями в ограниченном пространстве вокруг агрегата.

Система вдувания углеродосодержащего материала и флюса включает в себя аналогичные главные линии питания 39, 91 и отводные линии 40, 92 соответственно для расположенных диаметрально противоположно пар фурм 27.

Фурмы 27 устанавливают так, чтобы иметь возможность снимать их с агрегата 11.

Выход 18 для отходящих газов агрегата 11 соединяется с коробом 32 для отходящих газов (показан на фиг.2, 6 и 7), который транспортирует отходящие газы от агрегата 11 к участку обработки (не показан), где они подвергаются очистке и пропускаются через теплообменник для подогрева материалов, подаваемых в агрегат 11. Процесс HIsmelt предпочтительно применяется с воздухом или воздухом, обогащенным кислородом, и поэтому в процессе генерируют значительные объемы отходящих газов и требуется короб 32 для отходящих газов относительно большого диаметра. Как лучше всего показано на фиг.2, короб для отработавших газов включает в себя наклоненный первый участок 32а, идущий от выхода 18 для отходящих газов агрегата 11, и вертикальный второй участок 32b, идущий от первого участка 32а.

Короб 31 для подачи нагретого газа и короб 32 для отходящих газов отходят от верхней части агрегата 11 к удаленным местам (не показаны) и поэтому занимает пространство на этом участке агрегата не оказывает влияния на размещение заводского оборудования, такого как мостовые краны и другое передвижное погрузочно-разгрузочное оборудование, которое требуется для технического обслуживания агрегата, и на контур охлаждающей воды для водоохлаждаемых панелей в боковых стенках 14 и в своде 17 агрегата 11.

Как показано выше, боковые стенки 14 и свод 17 агрегата 11 поддерживают водоохлаждаемые панели (не показаны), а установка включает в себя контур охлаждающей воды. Контур охлаждающей воды подводит охлаждающую воду и отводит нагретую воду от водоохлаждаемых панелей, после чего извлекает тепло из нагретой воды перед возвращением воды к водоохлаждаемым панелям.

В ходе операции плавления в процессе HIsmelt железорудную мелочь и подходящий газ-носитель, а также уголь и подходящий газ-носитель вдувают в ванну расплава через фурмы 27. Момент движения твердых материалов и газов-носителей вызывает проникновение твердых материалов в слой металла 15. Уголь дегазируется и образует таким образом газ в слое металла 15. Уголь частично растворяется в металле, а частично остается в форме твердого углерода. Железорудная мелочь плавится до металлического состояния и реакция плавления ведет к образованию угарного газа. Газы, перенесенные в слой металла и образованные при реакциях дегазации и плавления, вызывают значительный подъем вверх расплавленного металла, твердого углерода и шлака (втянутых в слой металла в результате вдувания твердого материала и газа) из слоя металла 15, что создает направленные вверх всплески, вынос капель и струй расплавленного металла и шлака, и эти всплески, капли и струи захватывают шлак при своем продвижении сквозь слой шлака. Подъем вверх расплавленного металла, твердого углерода и шлака вызывает значительное волнение слоя шлака 16 с тем результатом, что объем шлака увеличивается. Кроме того, движение вверх всплесков, капель и струй расплавленного металла и шлака, вызванное вспениванием расплавленного металла, твердого углерода и шлака, распространяется на пространство над ванной расплава и образует переходную зону. Вдувание кислородосодержащего газа через фурму 26 вызывает в верхней части агрегата дожигание газов реакции, таких как угарный газ и водород. Отходящие газы, образующиеся в результате дожигания газов реакции в агрегате, отводят из верхней части агрегата через короб 32 для отходящих газов.

Горячий металл, полученный во время операции плавления, выпускают из агрегата 11 через систему выпуска металла, которая включает в себя копильник 19 и желоб 41 для горячего металла, соединенный с копильником. Выходной конец желоба 41 для горячего металла располагается над площадкой для ковшей для горячего металла (не показана) таким образом, чтобы заливать расплавленный металл вниз в ковши, расположенные на площадке.

Установка включает в себя систему окончательного выпуска металла для выпуска расплавленного металла из агрегата 11 в конце операции плавления из нижней части агрегата и транспортировки этого расплавленного металла от агрегата 11. Система окончательного выпуска металла включает в себя концевую летку для металла 63 в агрегате и желоб 38 для передачи расплавленного металла, выпущенного из агрегата 11, через летку к канаве 91 для помещения металла на уровне грунта. В идеале эта канава 91 покрыта (не показано) элементами, предотвращающими непосредственный контакт между горячим металлом в канаве и водой. Система окончательного выпуска металла включает в себя концевую летку для металла 43 в копильнике 19 и желоб 40 для передачи расплавленного металла, выпущенного из копильника 19 через летку в главный желоб 38 для горячего металла. Предусмотрен также бур 59 для вскрытия летки, предназначенный для того, чтобы вскрывать летки 63, 43 для выпуска металла из плавильного агрегата и копильника.

Установка включает в себя систему окончательного выпуска шлака для периодического выпуска расплавленного шлака из агрегата 11 из нижней части агрегата и транспортировки этого расплавленного металла от агрегата 11 во время операции плавления. Система выпуска шлака включает в себя шлаковую летку 21 в агрегате 11 и желоб 44 с двумя ответвлениями 80, 82 для передачи расплавленного шлака, выпущенного из агрегата 11 через шлаковую летку 21, вниз с высоты платформы литейного двора 83 в отдельные канавы 93, 95 для помещения металла на уровне грунта 87. Предусмотрены две канавы так, что одна канава может не использоваться и подвергаться охлаждению перед удалением шлака, в то время как другая канава используется и принимает расплавленный шлак. Для открывания и заделывания шлаковой летки 21 применяется машина 61 для заделывания и вскрытия при выпуске шлака из агрегата 11.

Установка включает в себя систему выпуска шлака для слива шлака из агрегата в конце операции плавления. Система окончательного выпуска шлака включает в себя выпускное отверстие 46 для шлака в агрегате 11, главный желоб 70 и отводной желоб 72, предназначенный для передачи расплавленного материала, выпущенного из агрегата 11 через выпускное отверстие 46 для шлака в канаву 93. Отводной желоб 95 соединяет шлаковый желоб 70 с желобом 38 для горячего металла. Отводной желоб 95 используют для передачи расплавленного металла, который обычно вытекает из агрегата, когда сначала открывают летку 46, в канаву 91 для помещения металла. Перед окончательным выпуском отводной желоб 72 блокируют так, что расплавленный металл может течь в канаву 91 для помещения металла только по отводному желобу 95. Ближе к концу течения металла отводной желоб 95 блокируют, а отводной желоб 75 разблокируют так, что поток расплавленного материала отклоняют к шлаковой канаве 93. После этого применяют бур 68 для слива шлака, чтобы открыть выпускное отверстие 46 для выпуска шлака из агрегата. Для того чтобы заделать открытую летку 46, используют пушку 66 для заделки летки.

Как указано выше, агрегат содержит ряд платформ 79, 81, 83, 85, находящихся на различной высоте над уровнем грунта. Платформы позволяют устанавливать и эксплуатировать агрегат и другое заводское оборудование.

Самая низкая платформа, платформа 85 окончательного выпуска, располагается относительно агрегата 11 на высоте, подобранной таким образом, чтобы рабочий, находящийся на платформе, мог иметь удобный доступ к системе окончательного выпуска металла (концевая летка 63 для металла, желоб 38, летка для выпуска металла 43, желоб 40 и бур 59 для вскрытия летки), системе окончательного выпуска шлака (концевая летка 46 для шлака, желоб 70, отводной желоб 95, бур 68 для вскрытия шлаковой летки, пушка 66 для заделки летки) и смотровым люкам 39. Такое оборудование как бур для вскрытия концевой летки для металла, бур 68 для вскрытия шлаковой летки и пушка 66 для заделки летки установлены непосредственно на платформе. Платформа включает также в себя 2 участка 55 с доступом для мостового крана, которые являются по существу свободными пространствами и с которых можно поднимать оборудование и материалы, например с целью облегчить ремонт футеровки внутренней полости агрегата 11.

Следующая по высоте платформа, платформа 83 литейного двора, располагается относительно агрегата 11 на высоте, подобранной таким образом, чтобы рабочий, находящийся на платформе, мог иметь удобный доступ к системе выпуска металла (копильник 19 и желоб 41 для горячего металла) и к системе выпуска шлака (шлаковая летка 21, желоб 44 и машина 61 для заделывания и вскрытия шлаковой летки). Опорную поверхность платформы 83 избирательно образуют таким образом, что платформа не простирается в пространство над участками 55 с доступом для мостового крана платформы 85 окончательного выпуска так, что доступ мостового крана к этим участкам 55 остается открытым. Опорную поверхность платформы 83 избирательно образуют также таким образом, что платформа простирается над рабочими участками в непосредственной близости к системам окончательного выпуска металла и шлака и к смотровым люкам 39 на платформе 85 окончательного выпуска, чтобы обеспечить защиту сверху для рабочих, находящихся на этих участках.

Следующие по высоте платформы фурменные платформы 79, 81 располагаются относительно агрегата 11 на высотах, подобранных таким образом, чтобы рабочий, находящийся на платформе, мог иметь удобный доступ к фурмам.

Опорная поверхность платформы 81 показана на фиг.3. Опорную поверхность платформы 81 избирательно формируют таким образом, чтобы платформа не простиралась в пространство над участками 55 с доступом для мостового крана платформы 85 окончательного выпуска, так что доступ мостового крана к этим участкам 55 оставался открытым. Опорную поверхность платформы 83 избирательно образуют также таким образом, что платформа простирается над рабочими участками в непосредственной близости к системам выпуска металла и шлака, чтобы обеспечить защиту сверху для рабочих, находящихся на этих участках.

В дополнение к описанному выше заводскому оборудованию, размещенному последовательно на платформах 79, 81, 83 и 85, оборудование размещают также в последовательности простирающихся по окружности и вертикали зон, что далее допускает монтаж и эксплуатацию всего описанного выше оборудования, чтобы свести к минимуму пересечение отдельных операций и соответственно довести до максимума технику безопасности.

В частности, расположение установок разделяется на следующие три функциональные зоны, простирающиеся по вертикали и размещенные по окружности вокруг агрегата 11 и отходящие в наружном направлении от центральной вертикальной оси агрегата.

Зона 1: Общий доступ и обслуживание.

Эта зона, простирающаяся приблизительно на 180° по окружности агрегата 11, содержит:

- опорные поверхности подвесного короба 31 для подачи нагретого газа и короба 32 для отработавших газов;

- люки 39 в агрегате 11.

Зона 2: Выпуск металла

Эта зона содержит

- систему выпуска металла (копильник 19 и желоб для горячего металла 41);

- систему окончательного выпуска металла (концевая летка для металла 63, желоб 38, летка для выпуска металла 43, желоб 40 и бур 59 для вскрытия летки).

Зона 3: Выпуск шлака

Эта зона содержит

- систему выпуска шлака (шлаковая летка 21, желоб 44 и машина 61 для заделывания и вскрытия шлаковой летки);

- систему окончательного выпуска шлака (концевая летка 46 для шлака, желоб 70, отводной желоб 95, бур 68 для вскрытия шлаковой летки, пушка 66 для заделки летки).

Установка включает также зоны или пространство над описанными выше участками 55, обеспечивающими доступ для мостового крана, которое допускает подъем материалов и оборудования на платформу окончательного выпуска и их удаление с нее. Доступ для мостового крана особенно важен для эффективного подъема материалов и оборудования, требующихся при ремонте футеровки или других работах по техническому обслуживанию внутренней зоны агрегата.

В описанный выше вариант реализации настоящего изобретения можно внести много улучшений без отклонения от сущности и объема изобретения.

1. Установка прямого плавления, предназначенная для производства расплавленного металла из металлосодержащего сырья, которая включает в себя неподвижный плавильный агрегат, предназначенный для содержания ванны расплава металла и шлака, с пространством для газа над ванной, средство подачи твердых материалов, обеспечивающее подачу в резервуар твердого материала шихты, причем средство подачи твердых материалов включает в себя две или больше пар фурм для вдувания твердых материалов в агрегат, главную линию подачи и пару отводных линий для подачи твердого материала шихты к фурмам каждой пары фурм, причем отводные линии соединяют между собой главную линию подачи и фурмы из пары фурм, а фурмы из каждой пары фурм размещаются диаметрально противоположно друг другу, и по меньшей мере одна пара фурм предназначена для вдувания металлосодержащего сырья и по меньшей мере одна другая пара фурм предназначена для вдувания твердого углеродосодержащего материала, причем пары фурм размещены по окружности агрегата таким образом, что соседними фурмами являются фурмы, предназначенные для вдувания различных материалов, средство вдувания газа, проходящее вниз в агрегат для вдувания кислородосодержащего газа в пространство для газа и/или в ванну в агрегате, трубопроводное средство подвода газа, идущее от источника подачи газа, удаленного от агрегата, к месту подачи, расположенному над агрегатом, для подачи кислородосодержащего газа в средство вдувания газа, трубопроводное средство для отходящих газов, предназначенное для облегчения отвода отходящих газов из агрегата, средство выпуска металла, предназначенное для выпуска расплавленного металла из агрегата и транспортировки этого расплавленного металла от агрегата, средство выпуска шлака, предназначенное для выпуска шлака из агрегата и транспортировки этого шлака от агрегата.

2. Установка по п.1, в которой фурмы для вдувания твердых материалов проходят вниз и внутрь агрегата через отверстия в боковой стенке агрегата.

3. Установка по п.2, в которой отверстия под фурмы в боковой стенке агрегата расположены на одинаковой высоте и через одинаковые промежутки по окружности агрегата.

4. Установка по любому из пп.1-3, в которой отводные линии каждой пары фурм для вдувания твердых материалов имеют, по существу, одинаковую длину.

5. Установка по п.1, в которой отводная линия для каждой фурмы включает в себя отходящий вверх отрезок, и идущий внутрь и вниз отрезок, который отходит от верхнего конца обращенного вверх отрезка и соединяется с входом фурмы, будучи соосным с фурмой.

6. Установка по п.5, в которой отходящий вверх отрезок, и идущий внутрь и вниз отрезок образуют острый угол между ними.

7. Установка по п.1, в которой средство подачи твердых материалов приспособлено для подачи к фурмам для металлосодержащего сырья одного или нескольких из числа перечисленных материалов: предварительно нагретого металлосодержащего сырья, металлосодержащего сырья при температуре окружающей среды, и смеси предварительно нагретого металлосодержащего сырья и металлосодержащего сырья при температуре окружающей среды.

8. Установка по п.1, в которой средство подачи твердых материалов включает в себя систему вдувания горячего металлосодержащего сырья, предназначенную для подачи предварительно нагретого металлосодержащего сырья в главную линию или линии подачи фурм для металлосодержащего сырья.

9. Установка по п.8, в которой система вдувания горячего металлосодержащего сырья включает средство передачи горячего металлосодержащего сырья, которое включает в себя главную линию или линии подачи, и средство снабжения газом-носителем, таким как инертный газ, предназначенным для транспортировки горячего металлосодержащего сырья от установки предварительного нагрева и/или предварительного восстановления к фурмам для металлосодержащего сырья.

10. Установка по п.1, в которой металлосодержащим сырьем является железорудная мелочь.

11. Установка по п.10, в которой система вдувания горячего металлосодержащего сырья обеспечивает предварительный нагрев железорудной мелочи таким образом, что железорудная мелочь вдувается в агрегат при температуре в диапазоне 650-700°С.

12. Установка по п.1, в которой средство выпуска металла и средство выпуска шлака являются различными устройствами с отдельным отверстием для выпуска металла и отдельным отверстием для выпуска шлака, расположенными на агрегате на различной высоте.

13. Установка по п.12, в которой средство выпуска металла включает в себя копильник для металла, выступающий из агрегата и обеспечивающий непрерывный выпуск расплавленного металла из агрегата.

14. Установка по п.13, в которой средство выпуска металла включает в себя выпускной желоб для металла, предназначенный для приема расплавленного металла из копильника.

15. Установка по любому из пп.12-14, в которой средство выпуска шлака включает в себя выпускной желоб для шлака, предназначенный для приема расплавленного шлака из агрегата.

16. Установка прямого плавления, предназначенная для производства расплавленного металла из металлосодержащего сырья, которая включает в себя неподвижный плавильный агрегат, предназначенный для содержания ванны расплава металла и шлака, с пространством для газа над ванной, средство подачи твердых материалов для подачи в резервуар твердого материала шихты, причем средство подачи твердых материалов включает в себя фурмы для вдувания твердых материалов в агрегат, и линии подачи для подачи твердого материала шихты к фурмам, причем по меньшей мере одна фурма предназначена для вдувания металлосодержащего сырья и по меньшей мере одна из других фурм предназначена для вдувания твердого углеродосодержащего материала, и линия питания фурмы для по меньшей мере одной фурмы включает в себя отходящий вверх отрезок, и идущий внутрь и вниз отрезок, который отходит от верхнего конца обращенного вверх отрезка и соединяется со входом фурмы, будучи соосным с фурмой, средство вдувания газа, проходящее вниз в агрегат для вдувания кислородосодержащего газа в газовое пространство и/или в ванну в агрегате, трубопроводное средство подвода газа, идущее от источника подачи газа, удаленного от агрегата, к месту подачи, расположенному над агрегатом, для подачи кислородосодержащего газа в средство вдувания газа, трубопроводное средство для отходящих газов, предназначенное для облегчения отвода отходящих газов из агрегата, средство выпуска металла, предназначенное для выпуска расплавленного металла из агрегата и транспортировки этого расплавленного металла от агрегата, средство выпуска шлака, предназначенное для выпуска шлака из агрегата и транспортировки этого шлака от агрегата.

17. Установка по п.16, в которой отходящий вверх отрезок, и идущий внутрь и вниз отрезок средства питания фурмы для вдувания твердых материалов образуют острый угол.

18. Установка по п.17, в которой фурмы для вдувания твердых материалов размещены попарно вокруг агрегата, а линии питания включают в себя главную линию подачи и пару отводных линий для подачи твердого материала шихты к фурмам каждой пары фурм, причем отводные линии соединяют между собой главную линию подачи и фурмы из пары фурм, при этом фурмы из каждой пары фурм размещены диаметрально противоположно друг другу, и по меньшей мере одна пара фурм предназначена для вдувания металлосодержащего сырья и по меньшей мере одна из других пар фурм предназначена для вдувания твердого углеродосодержащего материала, причем пары фурм размещаются вокруг агрегата таким образом, что соседними фурмами являются фурмы, предназначенные для вдувания различных материалов.