Способ подогрева металлического скрапа

Авторы патента:

C22B1/248 - металлического лома или сплавов

Владельцы патента RU 2554248:

Общество с ограниченной ответственностью "Теплообменное оборудование" (RU)

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству стали в электрической дуговой печи. Способ подогрева металлического скрапа для производства стали в дуговой печи включает образование рабочего тела для подогрева металлического скрапа и его рециркуляцию путем сжигания забираемых из верхней части камеры подогрева скрапа продуктов сушки металлического скрапа и разложения содержащихся в нем органических соединений с добавлением необходимого объема природного газа и воздуха на горение, подачи образованного рабочего тела обратно в нижнюю часть камеры подогрева скрапа. Избыток газов, получившийся в процессе образования рабочего тела и его рециркуляции, выбрасывают в атмосферу, при этом дополнительно осуществляют термокаталитическое обезвреживание избытка газов путем подогрева до температуры термокаталитической реакции посредством сжигания природного газа, подаваемого с соответствующим количеством воздуха, и теплообмен обезвреженного избытка газов с воздухом, поступающим на горение для образования рабочего тела, при котором обезвреженный избыток газов охлаждается перед выбросом в атмосферу. Достигается обезвреживание органических соединений, образующихся при подогреве лома с органическими включениями, экономия топлива, улучшение охраны труда, исключение паровых взрывов в печи. 1 ил.

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретно к подготовке металлического скрапа для производства стали в электрической дуговой печи.

Из уровня развития техники известен способ (Калмыков В.А., Карасев В.П. Электрометаллургия стали: Учебн. пособие. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999. 292 с.) низкотемпературного подогрева скрапа стального лома отходящими газами электродуговой печи. Горячие отходящие газы электродуговой печи просасываются через корзину с ломом. Охлажденные газы из корзины смешиваются с газами из печи, смесь этих газов поступает в дымосос и подается в систему газоочистки.

Данный способ имеет следующие недостатки:

- большие потери энергии отходящих газов между печью и корзиной для лома;

- наполнение газоходов пылью;

- недостаток времени предварительного нагрева на высокопроизводительных печах;

- значительное время отключения электроэнергии от печи при загрузке лома;

- загрузка лома должна осуществляться точно в соответствии с циклом нагрева;

- связь с оборудованием перед печью снижает гибкость технологического процесса.

- наконец, если в ломе имеется даже небольшое количество пластика, то при температурах выше 200°С, при которых осуществляется подогрев лома в данном способе, он начинает гореть с выделением фенолов. А выбросы фенолов не удаляются обычными системами газоочистки сталеплавильных печей.

Известен способ нагрева чугунного скрапа перед плавкой (SU 1830084), включающий предварительное его измельчение и подачу во вращающуюся наклонную печь барабанного типа в противотоке с подаваемыми горючими газами, причем скрап подвергают нагреву без доступа воздуха при температуре, обеспечивающей пиролиз органических материалов в скрапе, при этом образующиеся горючие газы используют для получения тепловой энергии, используемой для нагрева скрапа.

Недостатком этого способа является его сложность и, как следствие - большие капитальные затраты на реализацию устройства по этому способу, так как способ предусматривает такие дорогие в реализации процессы, как: дробление скрапа; добавление к скрапу необходимого количества органических соединений для получения нужного объема пиролизных газов; собственно пиролиз без доступа воздуха во вращающейся печи, для которой очень непросто обеспечить герметизацию, да и сама вращающаяся печь представляет собой сложное и дорогое устройство. Кроме того, все упомянутые устройства в непрерывном режиме потребляют электроэнергию, что уменьшает заявленный экономический эффект, так как электроэнергия много дороже обычно применяемого для подогрева скрапа природного газа. Таким образом, реализация способа приводит к существенному увеличению эксплуатационных расходов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ предварительного нагрева металлического скрапа (FERROUS SCRAP PREHEATING SYSTEM. PHASE III=FINAL REPORT. Work Performed Under Contract No. DE-AC02-89CE40874. Prepared For: U.S. Department of Energy Washington, D.C. Prepared By: Surface Combustion, Inc. Maumee, Ohio 43537, Surface Contract Number RX-6127.

http://www.osti.gov/bridge/purl.cover.isp?purl=/373823-EEAqsm/webviewable/373823.pdf).

Способ предусматривает рециркуляцию отходящих из камеры подогрева скрапа газов, которые поступают в дымовой реактор, где сжигаются с некоторым количеством природного газа, причем продукты сгорания под действием рециркуляционного дымососа поступают обратно в камеру нагрева с той же стороны камеры, с которой и забирались, т.е. - сверху. Избыток образовывающихся в дымовом реакторе газов под действием вентилятора поступает в дымовую трубу и выбрасывается в атмосферу.

Недостатком данного способа является то, что на дожигание органических соединений, выделяющихся из скрапа, требуется очень большое количество энергии, что делает способ неэкономичным. Кроме того, рециркуляционный и вентиляционный дымососы установлены на выходе из дымового реактора, т.е. работают при высоких температурах, что снижает надежность способа. Наконец, подача и забор рециркуляционных газов с одной стороны камеры подогрева, сверху, не исключает возникновение паровых взрывов при загрузке обледенелого скрапа, что недопустимо в металлургическом производстве.

Основной задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является создание безопасного, экономичного, надежного способа подогрева металлического скрапа, позволяющего осуществить полное обезвреживание органических соединений, образующихся при подогреве металлического скрапа с органическими включениями, исключающего вредное воздействие этих соединений на окружающую среду.

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе подогрева металлического скрапа, предусматривающего использование контура рециркуляции газов, забираемых из верхней части камеры подогрева скрапа, причем эти газы проходят через дымовой реактор, в котором сжигаются с необходимым количеством природного газа, а затем возвращаются в нижнюю часть камеры подогрева скрапа, при этом дымосос, обеспечивающий эту рециркуляцию, установлен между камерой подогрева скрапа и дымовым реактором, добавлен процесс термокаталитического обезвреживания в термокаталитическом реакторе при относительно низкой температуре органических соединений, образующихся в камере подогрева скрапа и забираемых в виде избытков газов из контура рециркуляции, а также процесс рекуперации тепла, образующегося в процессе термокаталитического обезвреживания за счет сжигания использующегося в этом процессе природного газа с воздухом так, что это тепло передается воздуху, идущему на горение в дымовой реактор, а уж затем газы от процесса термокаталитического обезвреживания, охлажденные в результате процесса рекуперации, выбрасываются в атмосферу.

На фиг.1 представлен пример установки, реализующей данный способ подогрева металлического скрапа.

Установка, реализующая способ, содержит камеру подогрева скрапа 1, первый дымосос 2, первый и второй трубопроводы 3 и 4 соответственно, дымовой реактор 5, второй дымосос 6, третий и четвертый трубопроводы 7 и 8 соответственно, пятый трубопровод 9, напорный вентилятор 10, шестой трубопровод 11, термокаталитический реактор 12, теплообменник 13, седьмой трубопровод 14, восьмой трубопровод 15. Первый трубопровод 3 соединяет крышку камеры подогрева скрапа 1 со входом первого дымососа 2, второй трубопровод 4 соединяет выход первого дымососа 2 с первым входом дымового реактора 5, на второй вход которого подается природный газ, первый выход дымового реактора 5 подсоединен к нижней части камеры подогрева скрапа 1. Второй выход дымового реактора 5 пятым трубопроводом 9 соединен с первым входом термокаталитического реактора 12, на второй вход которого подается природный газ, а на третий - воздух на горение. Седьмой трубопровод 14 соединяет выход термокаталитического реактора 12 со входом канала пропуска дымовых газов теплообменника 13, третий трубопровод 7 соединяет выход канала пропуска дымовых газов теплообменника 13 со входом второго дымососа 6, с выхода которого дымовые газы поступают в четвертый трубопровод 8 для дальнейшей эвакуации. Выход напорного вентилятора 10 с помощью шестого трубопровода 11 соединяется со входом канала пропуска атмосферного воздуха теплообменника 13, причем атмосферный воздух поступает на вход напорного вентилятора 10. Выход канала пропуска атмосферного воздуха теплообменника 13 с помощью восьмого трубопровода 15 соединяется с третьим входом дымового реактора 5.

Установка работает следующим образом. Под действием первого дымососа 2 дымовые газы из первого выхода дымового реактора 5 просасываются снизу вверх сквозь металлический скрап, загруженный в камеру подогрева скрапа 1. Обогащенные парами воды и продуктами разложения органических соединений, содержащихся в скрапе, дымовые газы по первому и второму трубопроводам 3 и 4 соответственно возвращаются в дымовой реактор 5 через первый вход, образуя кольцо рециркуляции дымовых газов.

Для подогрева рециркулята дымовых газов до нужной температуры в дымовой реактор 5 через второй вход подается природный газ, который в дымовом реакторе 5 сгорает с воздухом, подающимся в дымовой реактор 5 через третий вход, и с продуктами разложения органических веществ, содержащихся в скрапе. Воздух на горение на третий вход дымового реактора 5 подается через восьмой трубопровод 15, в который он поступает из выхода канала пропуска атмосферного воздуха теплообменника 13, причем на вход канала пропуска атмосферного воздуха теплообменника 13 воздух подается напорным вентилятором 10. Воздух покидает теплообменник 13 подогретым, забрав часть тепла от эвакуируемых дымовых газов. Из второго выхода дымового реактора 5 часть дымовых газов, равная в количественном отношении газовоздушной смеси, поступающей в дымовой реактор 5 на горение, через пятый трубопровод 9 поступает на первый вход термокаталитического реактора 12, на второй и третий входы которого подаются газ и воздух на горение для обеспечения внутри термокаталитического реактора 12 температуры газов, гарантирующей обезвреживание содержащихся в них продуктов разложения органических соединений. Обезвреженные дымовые газы с выхода термокаталитического реактора 12 поступают через седьмой трубопровод 14 на вход канала пропуска дымовых газов теплообменника 13, замыкая кольцо рекуперации тепла в установке. С выхода канала пропуска дымовых газов теплообменника 13 охлажденные и обезвреженные дымовые газы через третий и четвертый трубопроводы 7 и 8 соответственно под действием второго дымососа 6 подаются на эвакуацию.

Сушка и нагрев лома с помощью дополнительного теплоносителя перед его загрузкой в печь дает значительную экономию электроэнергии в печи и сокращает время плавки, а также исключает возможность паровых взрывов.

Если в ломе имеется даже небольшое количество пластика, то при температурах выше 200°C он начинает гореть с выделением фенолов. Выбросы фенолов не удаляются обычными системами газоочистки сталеплавильных печей. Если нельзя полностью исключить наличие посторонних веществ в ломе, то необходимо ограничивать температуру нагрева 200°C. А это ограничивает экономический эффект от нагрева.

Необходимо что-то делать с отработанными газами после нагрева лома. Дожигание фенолов - это огромные затраты энергии на нагрев газов до температур, при которых эффективно идет дожигание.

Средний расход природного газа на нагрев лома до температуры Т за время Δt приведен в формуле (1), при выводе которой учитывалось численное значение удельной теплотворной способности природного газа:

$Q_{n r 0} = 100 \frac{M_{0} c_{0} (T - T_{0})}{10^{6} Δ t} н м^{3} / ч а с (1)$

Расход теплоносителя, потребного для нагрева скрапа до температуры Т и имеющего температуру Т_r, приведен в формуле (2):

$Q_{0} = Q_{n r 0} \frac{r}{c_{r} (T_{r} - T_{0})}, (2)$

где r - удельная теплотворной способности природного газа.

Отработанные газы откачиваются после обмена теплом с нагреваемым ломом, имея температуру, близкую к температуре окружающего воздуха. Поэтому расход природного газа на нагрев газов до температуры дожигания Т_д без применения катализа можно вычислить про формуле (3):

$Q_{n r 1} = Q_{0} \frac{c_{r} (T_{д} - T_{0})}{r - c_{r} (1 + 10 α) (T_{д} - T_{0})} н м^{3} / ч а с (3)$

Формула (3) приведена с учетом почти десятикратно большего расхода воздуха для сжигания определенного расхода природного газа в условиях стехиометрии и с учетом избытка воздуха, задаваемого коэффициентом α.

Если провести вычисления по формулам (1)-(3), то окажется, что для нагрева 60 т лома до 400°C за 30 мин необходим средний расход природного газа 630 нм³/час. При этом расход теплоносителя с температурой 600°C - 28000 нм³/час. Расход природного газа на нагрев отработанного теплоносителя для дожигания - 840 нм³/час.

Получается, что нагрев отработанного теплоносителя для того, чтобы обеспечить дожигание, превышает на 33% расход газа на сам нагрев лома. Кроме того, для дожигания отработанного теплоносителя необходимо построить реактор, пропускная способность которого составляет 28000 нм³/час, что при скорости газов в реакторе 0,2 м/с требует поперечного сечения 40 м². Размеры такого реактора превышают размеры самой установки сушки лома, а его стоимость многократно превышает стоимость этой установки.

Нагрев в корзинах с помощью отработанных печных газов ДСП предполагает однократную прокачку газов через емкость с ломом, поэтому там требуется такой же величины реактор.

Следует обратить внимание на то, что для получения теплоносителя с заданной температурой необходимо значительное разбавление продуктов сгорания холодным балластным газом. Так, для получения продуктов с температурой 600°C необходимо разбавить продукты стехиометрического горения природного газа в ~3 раза. В обычной схеме разбавителем служит окружающий воздух.

В то же время отработанный теплоноситель, отдавший тепло нагреваемому металлолому, имеет температуру, близкую к температуре окружающего воздуха, и прекрасно может служить разбавителем.

Предлагается при получении теплоносителя с заданной, сравнительно невысокой температурой использовать отработанный теплоноситель. Часть газов после разбавления необходимо удалять, в противном случае в замкнутом контуре постоянного объема происходило бы накопление массы газа, что невозможно. Объем удаляемого газа равен объему стехиометрических продуктов сгорания топлива:

$Q_{0}^{*} = Q_{n r 0} (1 + 10 α)$

Количественно - 7245 нм³/час, что в 4 раза меньше, чем 28000 нм/час из предыдущего примера.

Этот газ уже имеет температуру 600°C и готов для дожигания. Никакого дополнительного нагрева не требуется. Кроме того, его количество в ~4 раза меньше.

Таким образом, предлагаемый способ организации процесса сушки лома:

- безопасен экологически и с точки зрения охраны труда;

- приводит к экономии топлива приблизительно в ~2,3 раза;

- обеспечивает существенное уменьшение капитальных затрат на строительство термокаталитического реактора за счет сокращение его объема примерно в 4 раза.

В качестве катализатора в термокаталитическом реакторе используется обычный каолин. Известно, что развитая поверхность муллитсодержащего материала (патент РФ 2297273), разогретая до 400-500°C, прекрасно катализирует дожигание фенолов.

К дополнительной экономии капитальных затрат на строительство установки по данному способу приводит установка рециркуляционного дымососа в канал перекачки газов, образующихся в камере подогрева скрапа, в дымовой реактор, так эти газы имеют пониженную температуру и не требуют для своей прокачки высокотемпературного оборудования.

Достигаемый результат - снижение капитальных затрат и эксплуатационных расходов процесса подогрева металлического скрапа, улучшение охраны труда и окружающей среды.

В предложенном способе используются два неразрывно связанных друг с другом круговых процесса - рециркуляции дымовых газов и рекуперации их тепла, ни один из которых по отдельности не позволяет достичь заявленного достигаемого результата, причем термокаталитическое обезвреживание дымовых газов позволяет повысить полноту обезвреживания при понижении температуры процесса, а просасывание дымовых газов снизу вверх через камеру подогрева металлического скрапа полностью исключает возникновение паровых взрывов в этой камере.

Способ подогрева металлического скрапа для производства стали в электродуговой печи, включающий образование рабочего тела для подогрева металлического скрапа и его рециркуляцию путем сжигания забираемых из верхней части камеры подогрева скрапа продуктов сушки металлического скрапа и разложения содержащихся в нем органических соединений с добавлением необходимого объема природного газа и воздуха на горение, подачи образованного рабочего тела обратно в нижнюю часть камеры подогрева скрапа, при этом избыток газов, получившийся в процессе образования рабочего тела и его рециркуляции, выбрасывают в атмосферу, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют термокаталитическое обезвреживание упомянутого избытка газов путем подогрева до температуры термокаталитической реакции посредством сжигания природного газа, подаваемого с соответствующим количеством воздуха, и теплообмен обезвреженного избытка газов с воздухом, поступающим на горение для образования упомянутого рабочего тела, при котором обезвреженный избыток газов охлаждается перед выбросом в атмосферу.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству стали в электрической дуговой печи. Способ подогрева металлического скрапа для производства стали в электродуговой печи включает использование камеры подогрева скрапа с контуром рециркуляции газов, забираемых из верхней части камеры с помощью дымососа рециркуляции, причем часть газов рециркуляции с помощью дымососа отходящих газов выводят к дымовой трубе и далее в атмосферу.

Способ брикетирования металлической стружки // 2547368

Изобретение относится к области брикетирования металлической стружки и может быть использовано при изготовлении брикетов для дальнейшей переработки, например, ковкой или электрошлаковым переплавом.

Способ дозирования энергии при импульсном брикетировании металлической стружки // 2537102

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниям, связанным с дозированием энергии при импульсном брикетировании металлической стружки. Сущность: объему пластически деформируемой стружки предварительно к моменту брикетирующего удара придают жесткое боковое ограничение, обеспечивающее числовое равенство безразмерных величин - истинной относительной деформации по высоте получаемого брикета и степени его пористости α.

Способ брикетирования металлической стружки // 2490340

Изобретение относится к области брикетирования металлической стружки и может быть использовано преимущественно при изготовлении брикет-электродов для электрошлакового переплава (ЭШП).

Способ получения топливных брикетов // 2486232

Изобретение относится к способу получения топливных брикетов, включающий смешение углеродного наполнителя с измельченным углем, добавление связующего вещества и брикетирование смеси под давлением, при этом осуществляют сухое смешение углеродного наполнителя, представляющего собой отходы производства алюминия, анодной массы и электродов в количестве 25,01-85,00 мас.% с измельченным бурым углем до получения 100% сухой массы с последующим добавлением к сухой массе связующего вещества.

Компактированное металлургическое изделие, способ производства компактированного металлургического изделия и применение компактированного металлургического изделия // 2476609

Изобретение относится к компактированному металлургическому изделию, содержащему смесь органических, неорганических и влагосодержащих веществ, а также способу его производства и применению.

Способ получения окатышей для восстановительной плавки // 2459879

Изобретение относится к области металлургической переработки отходов черной и цветной металлургии и может быть использовано в получении окатышей для восстановительной плавки на чугун и глиноземистый шлак.

Способ подготовки замасленной окалины металлургического производства к брикетированию // 2455372

Изобретение относится к металлургии, а именно к подготовке железосодержащих отходов металлургического производства в виде окалины для последующего брикетирования.

Способ разрушения массивного чугунного монолита // 2454306

Изобретение относится к экономичным способам разрушения массивных чугунных монолитов, в том числе отработанных чугунных прокатных валков и может быть использовано в копровых цехах металлургических комбинатов и на предприятиях переработки металлолома.

Брикет для выплавки чугуна и стали // 2441925

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к подготовке шихтовых материалов для выплавки чугуна и стали. .

Участок приема и переработки стружки черных и цветных металлов // 2586179

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано на заводах машиностроительной и металлургической промышленности для переработки стальной и чугунной стружки в плотные, прочные брикеты, свободные от загрязнений. Оборудование состоит из последовательно установленных септика приема смазочно-охлаждающих жидкостей 1, приемного бункера стружки 2 в сборе с желобом, стружкодробилки 3, транспортера подачи раздробленной стружки 4, бункера промежуточного со шнековым питателем 5, транспортера подачи стружки 6, пресса брикетировочного 7, накопителя брикетов 8, транспортера подачи брикетов 9 и передвижного контейнера-накопителя готовых брикетов 10. При этом приемный бункер стружки выполнен с уклоном днища 5°, а транспортер подачи раздробленной стружки и транспортер подачи стружки выполнены крутонаклонными с углом наклона 45°. Изобретение обеспечивает очистку стружки от смазочно-охлаждающих жидкостей естественным способом, уменьшение производственных площадей участка, увеличение плотности брикетов, проведение оперативной настройки режимов брикетирования и удаление на повторную переработку брикетов с осыпаемостью не по норме. 2 ил.

Брикет для легирования алюминиевого сплава // 2590441

Изобретение относится к брикетам для легирования при выплавке алюминиевых сплавов. Брикет содержит стружку сплава алюминия с медью и частицы меди в количестве 20-40 мас.% от общей массы брикета. Частицы меди могут быть использованы в виде стружки. Обеспечивается погружение брикета в расплав при выплавке алюминиевых сплавов, а также обеспечивается утилизация отходов в виде стружки сплава алюминия с медью. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.

Способ брикетирования металлической стружки // 2593565

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при переработке металлической стружки и шламовых отходов металлургической промышленности. Стружку дробят, очищают, добавляют связующий материал, перемешивают 70-75 % стружки черных металлов и 25-30 % стружки алюминиевых сплавов в течение 1-3 мин. Загружают в матрицу пресс-формы на 1/3 ее высоты, добавляют связующий материал из расчета 30-35% объема металлической стружки, в качестве которого используют порошкообразные компоненты в виде торфа фракцией до 3 мм, шлама электросталеплавильных печей с содержанием оксида железа Fe2O3 - 70-80% при следующем соотношении, мас. %: торф - 30-35, шлам электросталеплавильных печей - 65-70, и пастообразующую жидкость на основе мелассы, для приготовления которой используют воду - 30-40%, остальное - меласса. При этом расход пастообразующей жидкости составляет 40-45% от массы порошкообразных компонентов, после чего добавляют оставшуюся часть металлической стружки, уплотняют, выталкивают из пресс-формы и сушат при температуре 70-75°C в течение 40-50 минут. Изобретение направлено на повышение механической прочности и физико-химической устойчивости брикетов, снижение их себестоимости и расширение сырьевой базы.

Композиционный шихтовой материал для дуговых электропечей // 2626368

Изобретение относится к области металлургических процессов получения расплава черных металлов в дуговых электропечах, а именно к применяемым для этой цели шихтовым материалам. Шихтовый материал для дуговых электропечей состоит из дисперсных железосодержащих отходов металлургии и машиностроения и углеродистого связующего, не содержащего серу. При этом упомянутые отходы содержат окисленное и/или восстановленное железо с соотношением между ними в пределах от 1:0 до 0:1, а соотношение между упомянутыми отходами и связующим составляет от 0,7:0,3 до 0,2:0,8. Изобретение обеспечивает рециклинг дисперсных отходов металлургии и машиностроения, которые имеют в своем составе металлическое железо, науглероживание металлической ванны дуговой электропечи и экономию электроэнергии. 1 табл.

Способ изготовления брикета для раскисления стали // 2633682

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве различных марок стали для её раскисления как в процессе выплавки стали в ДСП, так и при её ковшевой обработке. Способ включает прессование вторичных алюминия и железа, при этом измельченные стружковые отходы механической обработки термически упрочненного сплава системы Al-Si-Mg, содержащего не менее 89,6% алюминия, и измельченный продукт восстановления металлургической окалины смешивают в соотношении 25-50 : 75-50 мас.%. Прессуют смесь до плотности 0,45-0,65 от теоретически возможной, спрессованные брикеты подвергают мойке для очистки от СОЖ, повторно прессуют до плотности 0,75-0,90 от теоретически возможной. На поверхности брикетов формируют защитную оболочку окунанием в суспензию на основе жидкого стекла с добавками частиц продукта восстановления металлургической окалины. Изобретение обеспечивает увеличение длительности хранения, транспортабельности и эффективности раскисления жидкой стали алюминием. 4 з.п. ф-лы, 5 табл.