EA028690B1 - Инициирование процесса плавки - Google Patents

Инициирование процесса плавки Download PDF

Info

Publication number
EA028690B1
EA028690B1 EA201492231A EA201492231A EA028690B1 EA 028690 B1 EA028690 B1 EA 028690B1 EA 201492231 A EA201492231 A EA 201492231A EA 201492231 A EA201492231 A EA 201492231A EA 028690 B1 EA028690 B1 EA 028690B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
melting
melting chamber
metal
unit
liquid bath
Prior art date
Application number
EA201492231A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201492231A1 (ru
Inventor
Каролин МакКарти
Родни Джеймс ДРАЙ
Родни Джеймс Драй
Original Assignee
Текнолоджикал Ресорсиз Пти. Лимитед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from AU2012903173A external-priority patent/AU2012903173A0/en
Application filed by Текнолоджикал Ресорсиз Пти. Лимитед filed Critical Текнолоджикал Ресорсиз Пти. Лимитед
Publication of EA201492231A1 publication Critical patent/EA201492231A1/ru
Publication of EA028690B1 publication Critical patent/EA028690B1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/56—Manufacture of steel by other methods
    • C21C5/567—Manufacture of steel by other methods operating in a continuous way
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B11/00—Making pig-iron other than in blast furnaces
    • C21B11/08—Making pig-iron other than in blast furnaces in hearth-type furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0006—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state
    • C21B13/0013—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state introduction of iron oxide into a bath of molten iron containing a carbon reductant
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0006—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/10—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in hearth-type furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/14—Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/04—Manufacture of hearth-furnace steel, e.g. Siemens-Martin steel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/4646—Cooling arrangements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00—General methods of reducing to metals
    • C22B5/02—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • C22B5/10—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by solid carbonaceous reducing agents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/02—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces of single-chamber fixed-hearth type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/04—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces of multiple-hearth type; of multiple-chamber type; Combinations of hearth-type furnaces
    • F27B3/045—Multiple chambers, e.g. one of which is used for charging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories, or equipment peculiar to hearth-type furnaces
    • F27B3/22—Arrangements of air or gas supply devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories, or equipment peculiar to hearth-type furnaces
    • F27B3/24—Cooling arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories, or equipment peculiar to hearth-type furnaces
    • F27B3/28—Arrangement of controlling, monitoring, alarm or the like devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/60—Process control or energy utilisation in the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/66—Heat exchange
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C21C2005/5288—Measuring or sampling devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C2100/00—Exhaust gas
    • C21C2100/02—Treatment of the exhaust gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C2200/00—Recycling of waste material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/30—Regulating or controlling the blowing
    • C21C5/305—Afterburning
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16—Introducing a fluid jet or current into the charge
    • F27D2003/168—Introducing a fluid jet or current into the charge through a lance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/18—Charging particulate material using a fluid carrier
    • F27D2003/185—Conveying particles in a conduct using a fluid
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/134—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by avoiding CO2, e.g. using hydrogen
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Abstract

Описывается способ инициирования процесса плавки металлосодержащего материала в жидкой ванне. Способ включает применение теплового потока элементов с водяным охлаждением в нижних участках плавильного агрегата для обеспечения индикации температуры жидкой ванны во время, по меньшей мере, ранней стадии способа запуска и регулировку скорости ввода кислородсодержащего газа и/или углеродистого материала в плавильный агрегат для управления температурой жидкой ванны во время запуска во избежание превышения критического уровня теплового потока и прерывания способа запуска.

Description

Настоящее изобретение относится к способу инициирования процесса плавки металлосодержащего материала.
Под термином металлосодержащий материал в данном документе понимают как твердый переплавляемый материал, так и жидкий переплавляемый материал. Термин также включает в свой объем частично восстановленный металлосодержащий материал.
Конкретнее, настоящее изобретение, помимо прочего, относится к способу инициирования процесса плавки в жидкой ванне для производства расплава из металлосодержащего загружаемого материала в плавильном агрегате, который обладает сильным фонтаном из шлака/ванны, вызванным выделением газа в плавильной ванне, при этом выделение газа, по меньшей мере частично, является результатом полукоксования углеродистого материала в жидкую ванну.
В частности, настоящее изобретение относится к способу, но не ограничиваясь им, инициирования процесса плавки железосодержащего материала, такого как железная руда, и производства жидкого чугуна.
Настоящее изобретение частично относится к способу, но не ограничивается им, инициирования процесса плавки в плавильном агрегате, который содержит плавильную камеру для плавки металлосодержащего материала.
Уровень техники
Известный процесс плавки в жидкой ванне, обычно называемый процессом НкшеИ, описан в значительном количестве патентов и патентных заявок от имени заявителя.
Другой процесс плавки в жидкой ванне в дальнейшем называется процессом Нкатиа. Процесс и установка Нкатиа описаны в международной заявке РСТ/Аи99/00884 (\УО 00/022176) от имени заявителя.
Процессы НктеЬ и Нката частично объединены при производстве жидкого чугуна из железной руды или другого железосодержащего материала.
В случае производства жидкого чугуна процесс НктеЬ включает этапы:
(a) создание в плавильной печи плавильного агрегата ванны жидкого чугуна и шлака;
(b) ввод в ванну (ί) железной руды, обычно в виде мелких фракций, и (ίί) твердого углеродистого материала, обычно угля, который действует в качестве восстановителя загружаемого материала железной руды и источника энергии;
(c) плавка железной руды в железо в ванне.
В данном документе под термином плавка понимают термическую обработку, при которой для производства расплава осуществляются химические реакции, в которых восстанавливают оксиды металла.
В процессе НктеИ твердые загружаемые материалы в виде металлосодержащего материала и твердого углеродистого материала вводят с транспортирующим газом в жидкую ванну с помощью нескольких фурм, которые наклонены относительно вертикали для того, чтобы проходить вниз и внутрь через боковую стенку плавильного агрегата и в нижний участок агрегата для доставки по меньшей мере части твердых переплавляемых материалов в слой металла в нижнюю часть плавильной камеры. Твердые переплавляемые материалы и транспортирующий газ приникают в жидкую ванну и вызывают выброс расплава и/или шлака в пространство над поверхностью ванны и образование переходной зоны. Струю кислородсодержащего газа, обычно обогащенного кислородом воздуха или чистого кислорода, вводят в верхний участок плавильной камеры агрегата через проходящую вниз фурму для вызова дожигания реакционных газов, высвобожденных из жидкой ванны в верхний участок агрегата. В переходной зоне присутствует подходящее количество восходящих и впоследствии нисходящих капель, или брызг, или струй расплава и/или шлака, которое обеспечивает эффективное средство для переноса в ванну тепловой энергии, выработанной при дожигании реакционных газов над ванной.
Обычно в случае производства жидкого чугуна, если используют обогащенный кислородом воздух, то его подают при температуре порядка 1200°С и создают в воздухонагревателе. Если используют технически чистый холодный кислород, то его обычно подают при температуре окружающей среды или близкой к ней температуре.
Отходящие газы, являющиеся результатом дожигания реакционных газов в плавильном агрегате, отводят от верхнего участка плавильного агрегата через канал для отходящих газов.
Плавильный агрегат содержит отделения с футеровкой в нижней части горна и панели с водяным охлаждением в боковой стенке и крыше агрегата, и при этом вода непрерывно циркулирует по панелям по непрерывному циклу.
Процесс НктеЬ обеспечивает производство большого количества жидкого чугуна, обычно по меньшей мере 0,5 миллионов тонн в год, посредством плавки в одном компактном агрегате.
Процесс Нкатиа выполняют в плавильном аппарате, содержащем (а) плавильный агрегат, который содержит плавильную камеру и фурмы для ввода твердых переплавляемых материалов и кислородсодержащего газа в плавильную камеру и выполнен с возможностью вмещения ванны расплава и шлака; и (Ь) плавильный циклон для предварительной обработки металлосодержащего переплавляемого материа- 1 028690 ла, который расположен над плавильным агрегатом и непосредственно сообщается с ним.
Под термином плавильный циклон в данном документе следует понимать агрегат, который обычно образует вертикальную цилиндрическую камеру и сконструирован так, что переплавляемые материалы, подаваемые в камеру, движутся по траектории вокруг вертикальной центральной оси камеры и могут выдерживать высокие рабочие температуры, необходимые, по меньшей мере, для частичного расплавления металлосодержащих переплавляемых материалов.
В одном режиме процесса ННатиа углеродистый переплавляемый материал (обычно уголь) и опционально флюс (обычно обожженный известняк) вводят жидкую ванну в плавильной камере плавильного агрегата. Углеродистый материал предусмотрен как источник восстановителя и источник энергии.
Металлосодержащий переплавляемый материал, такой как железная руда, опционально перемешанный с флюсом, вводят в плавильный циклон и прогревают, частично расплавляют и частично восстанавливают в нем. Этот жидкий, частично восстановленный металлосодержащий материал стекает вниз из плавильного циклона в жидкую ванну в плавильном агрегате, и его переплавляют в расплав в ванне. Горячие реакционные газы (обычно СО, СО2, Н2 и Н2О), образованные в жидкой ванне, частично сгорают при помощи кислородсодержащего газа (обычно технически чистого кислорода) в верхнем участке плавильной камеры. Тепло, образованное дожиганием, переходит в жидкие капли в верхнем отделении, которые подают обратно в жидкую ванну для поддержания температуры ванны. Горячие, частично сгоревшие реакционные газы перетекают вверх из плавильной камеры и попадают в нижнюю часть плавильного циклона. Кислородсодержащий газ (обычно технически чистый кислород) вводят в плавильный циклон посредством дутьевых фурм, которые расположены таким образом, чтобы создавать направление кругового течения против часовой стрелки в горизонтальной плоскости, т.е. вокруг вертикальной центральной оси камеры плавильного циклона. Этот ввод кислородсодержащего газа приводит к дальнейшему сжиганию газов плавильного агрегата, что приводит к очень горячему (вихревому) пламени. Поступающий металлосодержащий переплавляемый материал, обычно в виде мелких фракций, пневматически вводят в это пламя через дутьевые фурмы в плавильном циклоне, в результате чего происходит быстрый нагрев и частичное расплавление, сопровождаемое частичным восстановлением (приблизительно 10-20% восстановление). Восстановление является следствием как термического разложения гематита, так и восстановительного действия СО/Н2 в реакционных газах из плавильной камеры. Г орячий, частично расплавленный металлосодержащий переплавляемый материал отбрасывается наружу на стенки плавильного циклона за счет воздействия кругового течения против часовой стрелки и, как описано ранее, он стекает вниз в плавильный агрегат для плавки в плавильной камере этого агрегата.
Результирующий эффект вышеописанного режима процесса ННатиа состоит в процессе по принципу противотока в два этапа. Металлосодержащий переплавляемый материал прогревают и частично восстанавливают выходящими реакционными газами из плавильного агрегата (с добавкой кислородсодержащего газа), и он стекает вниз в плавильный агрегат, а также его расплавляют в жидкий чугун в плавильной камере плавильного агрегата. В общем, эта конфигурация по принципу противотока увеличивает производительность и энергетический КПД.
Процессы ННшеЙ и ННатиа включают ввод твердых веществ в жидкие ванны в плавильных агрегатах через фурмы с водяным охлаждением для ввода твердых веществ.
Кроме того, основной признак обоих процессов заключается в том, что процессы происходят в плавильных агрегатах, которые содержат плавильную камеру для плавки металлосодержащего материала и передний горн, соединенный с плавильной камерой через соединительный элемент переднего горна, который обеспечивает непрерывный выход металлического продукта из агрегатов. Передний горн работает как заполненный расплавом металла затвор сифона, естественно переливающий избыточный расплав металла из плавильного агрегата при его производстве. Это позволяет знать и регулировать уровень расплава в плавильной камере плавильного агрегата в пределах небольшой погрешности, что является важным для безопасности на установке. Уровень расплава должен (все время) поддерживаться на безопасном расстоянии под элементами с водяным охлаждением, например фурмами для ввода твердых веществ, приходящими в плавильную камеру, в противном случае становится возможным паровой взрыв. По этой причине передний горн подразумевается как неотъемлемая часть плавильного агрегата для процессов ННшеИ и ННатиа.
Под термином передний горн в данном документе следует понимать обозначение камеры плавильного агрегата, которая открыта окружающей среде и присоединена к плавильной камере плавильного агрегата через соединительный канал (названный в данном документе соединительный элемент переднего горна), и он в обычных условиях работы содержит расплав в камере, при этом соединительный элемент переднего горна является полностью заполненным расплавом.
Нормальный запуск обоих процессов ННшеЙ и ННатиа в плавильном агрегате включает следующие этапы.
1. Предварительный нагрев футеровки в нижних частях (формально пустых) плавильного агрегата, включая камеру переднего горна и соединительный элемент переднего горна.
2. Заливка подготовленного снаружи горячего металла в плавильный агрегат через передний горн в таком количестве, чтобы уровень металла находился по меньшей мере на 100 мм выше над верхней ча- 2 028690 стью соединительного элемента переднего горна.
3. Опционально ввод горячего газа (например, природного газа или ЬРО) и кислородсодержащего газа в пространство для газа над металлической ванной в течение периода времени для выработки тепла в плавильной камере.
4. Начало и последующее продолжение ввода угля (предпочтительно с добавками флюса) и кислородсодержащего газа с целью нагрева садки металла и инициирование образования шлака, а также повышения количества шлака.
5. Опционально ввод дробленого шлака и/или шлакообразующих компонентов, таких как кварцевый песок/боксит плюс известь/доломитовый флюс для дополнительного ускорения образования шлака.
6. Инициирование ввода железосодержащего материала, такого как железная руда (вместе с углем и флюсом) для начала нормального процесса плавки.
Практический опыт заявителя показал, что вышеуказанная последовательность запуска, если ее внимательно не контролируют, может легко привести к чрезмерно высоким тепловым потокам на элементах с водяным охлаждением, например панелях с водяным охлаждением, в нижних участках плавильного агрегата - обычно больше 500 кВт/м2 тепловых потоков.
В рамках этого обсуждения термин нижние участки следует понимать для обозначения открытых элементов с водяным охлаждением (обычно покрытых слоем затвердевшего шлака, когда установка работает) в нижней части 2-2,5 м (по вертикали) всех элементов с водяным охлаждением в плавильном агрегате, если установка имеет малый промышленный размер (например, агрегат НИтсН. 6 м). Для меньшей установки (например, опытная установка ННагиа, 2,5 м) будет пропорционально уменьшено и может составлять порядка 1-1,5м. И, наоборот, для очень большой установки (например, установка НПтеЬ, 8 м) это расстояние будет увеличено до приблизительно 2,5-3 м.
Под открытым элементом с водяным охлаждением в данном документе следует понимать элемент, который:
(ί) имеет по меньшей мере 30% своей площади наружной поверхности, которая внутри агрегата подвержена брызгам расплава и/или шлака, когда установка работает нормально; и (ίί) охлаждается изнутри посредством конвективной передачи тепла воде в жидкой фазе, при этом охлаждающая вода обычно составляет 10-80°С и 0-10 бар по манометру, а скорость воды в охлаждающих каналах превышает 0,5 м/с.
В зависимости от конкретной конструкции элементов с водяным охлаждением в нижних участках плавильного агрегата, тепловые потоки при избытке 500 кВт/м2 могут прервать работу установки, вызывая временное прекращение последовательности запуска. Элементы с водяным охлаждением могут быть сконструированы для того, чтобы выдерживать высокие тепловые потоки (например, 700-800 кВт/м2), однако это приведет к увеличению стоимости элементов. При использовании элементов с водяным охлаждением, сконструированных, чтобы выдерживать тепловые потоки свыше 500 кВт/м2, окно при работе больше при одинаковых общих логических расходах.
В рамках этого обсуждения количество 500 кВт/м2 следует понимать для обозначения конструктивного максимума теплового потока элементов с водяным охлаждением в нижних участках агрегата. Следует подчеркнуть, что настоящее изобретение не ограничено элементами с водяным охлаждением, имеющими конструктивный максимум теплового потока 500 кВт/м2. Также следует понимать, что измерение этих тепловых потоков исключает кратковременные (<30 с) (связанные с измерением) отклонения, при этом указанные в данном документа тепловые потоки являются усредненными по времени на 30 с и более.
Если установка отключается вследствие тепловых потоков свыше конструктивного максимума теплового потока, то результатом будет являться задержка, приводящая к незапланированному охлаждению металла в плавильном агрегата, в частности охлаждению металла в соединительном элементе переднего горна. Если металл охлаждается ниже определенной точки, то необходимо концевое соединение с агрегатом во избежание застывшего соединительного элемента переднего горна. Таким образом, весь запуск сбрасывается, и вся последовательность запуска должна начинаться снова (при значительных затратах и потерях времени производства).
В общем, период, в течение которого элементы с водяным охлаждением в нижних участках плавильного агрегата подвергаются воздействию возможно высокого теплового потока, ограничен временем, необходимым для создания слоя шлака, достаточно глубокого для (предпочтительно) брызг шлака и/или погружения шлака на нижний ряд элементов с водяным охлаждением. После разбрызгивания шлака или погружения шлака эти элементы с водяным охлаждением образуют слои застывшего шлака средней толщины (>10 мм) и тепловые потоки падают до значительно более низких уровней (обычно <200250 кВт/м2).
Вышеуказанное описание не следует принимать как признание общеизвестных фактов в Австралии или где-нибудь еще.
- 3 028690
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение основано на реализации того, что (1) тепловой поток элементов с водяным охлаждением в нижних участках плавильного агрегата, как описано в данном документе, обеспечивает индикацию температуры жидкой ванны во время ранней стадии последовательности запуска и (2), используя эту информацию, возможно (например, посредством регулировки скоростей ввода кислородсодержащего газа и/или угля), для управления температурой жидкой ванны и управлением безопасностью процесса посредством этой сложной фазы запуска, в частности, той стадии фазы, в которой в агрегате находится недостаточное количество шлака, без превышения критического уровня теплового потока и отключают последовательности запуска процесса плавки.
В общем, настоящее изобретение обеспечивает способ инициирования (при этом термин включает повторное инициирование) процесса плавки металлосодержащего материала в жидкой ванне, включая использование теплового потока элементов с водяным охлаждением в нижних участках плавильного агрегата для обеспечения индикации температуры жидкой ванны во время, по меньшей мере, ранней стадии способа запуска и регулировку скоростей ввода кислородсодержащего газа и/или углеродистого материала в плавильный агрегат для управления температурой жидкой ванны во время запуска во избежание превышения критических уровней теплового потока и отключения способа запуска.
Более конкретно, настоящее изобретения обеспечивает способ инициирования (при этом термин включает повторное инициирование) процесса плавки металлосодержащего материала в жидкой ванне в плавильном агрегате, который образует плавильную камеру, и производства расплава, при этом способ включает подачу садки горячего металла в плавильную камеру, подачу переплавляемых материалов в плавильную камеру и выработку тепла, а также формирование жидкого шлака и последующее увеличение жидкого шлака в плавильной камере, при этом горячий металл и жидкий шлак образуют жидкую ванну в плавильной камере, наблюдение за тепловым потоком боковой стенки агрегата, соприкасающейся с жидкой ванной, для получения индикации температуры в жидкой ванне при увеличении количества шлака, и регулировку скоростей подачи твердого углеродистого материала и/или кислородсодержащего газа, а также опционально металлосодержащего материала в плавильную камеру для регулировки поступления тепла в плавильную камеру и, таким образом, управления температурой жидкой ванны так, что температура ванны не вызывает высокие тепловые потоки на боковой стенке агрегата, что прерывает последовательность запуска процесса плавки.
Более конкретно, настоящее изобретения обеспечивает способ инициирования процесса плавки металлосодержащего материала в жидкой ванне в плавильном агрегате и производство расплава, при этом плавильный агрегат содержит (а) изначально пустую плавильную камеру с горном и боковой стенкой, проходящей вверх от горна, при этом боковая стенка содержит элементы с водяным охлаждением, например панели с водяным охлаждением, по меньшей мере, в нижнем отделении боковой стенки (опционально содержит выступающие внутрь охладители шлаковой зоны на нижнем уровне элементов с водяным охлаждением); (Ь) передний горн и (с) соединительный элемент переднего горна, который соединяет плавильную камеру и передний горн, и при этом способ включает следующие этапы:
(a) подача садки горячего металла в плавильную камеру через передний горн;
(b) подача твердого углеродистого материала и кислородсодержащего газа в плавильную камеру после комплектования садки горячего металла и воспламенения углеродистого материала и нагрева плавильной камеры и горячего металла, формирования жидкого шлака и последующего повышения количества жидкого шлака, при этом горячий металл и жидкий шлак создают жидкую ванну в плавильной камере; и (c) подача металлосодержащего материала в жидкую ванну и плавка металлосодержащего материала в расплав;
при этом во время этапов (Ь) и (с) способ включает регулировку температуры жидкой ванны посредством:
(т) наблюдения за тепловым потоком элементов с водяным охлаждением, соприкасающихся с жидкой ванной для получения индикации температуры жидкой ванны, и (тт) регулировки отношений подачи твердого углеродистого материала и/или кислородсодержащего газа и опционально металлосодержащего материала, принимая во внимание тепловой поток элементов с водяным охлаждением для регулировки поступления тепла в плавильную камеру и, таким образом, управления температурой жидкой ванны так, чтобы температура ванны не вызывала высокие тепловые потоки в элементах с водяным охлаждением, которые прерывают последовательность запуска процесса плавки.
Способ может включать регулировку скоростей подачи твердого углеродистого материала и кислородсодержащего газа, а также опционально металлосодержащего материала в плавильную камеру для регулировки поступления тепла в плавильную камеру и, таким образом, для управления температурой жидкой ванны с целью нахождения в пределах диапазона, чтобы (ί) избежать высоких тепловых потоков, обладающих возможностью прерывания работы установки, при накоплении количества шлака и (тт) избежать низких температур ванн, приводящих к проблемам, связанных с жидкотекучестью шлака/пенообразованием/передачей тепла. Если оба эти условия удовлетворены, металлическая продукция (в
- 4 028690 значительном количестве) достигается досрочно, и горячий металл из основной камеры протекает в соединительный элемент переднего горна. Обычно, когда в соединительном элементе переднего горна присутствует новый горячий металл, подразумевается, что процесс был инициирован успешно.
В контексте вышеуказанного обсуждения плавильных агрегатов, содержащих элементы с водяным охлаждением, тепловой поток в диапазоне 200-500 кВт/м2 площади поверхности открытого элемента указывает на температурный диапазон, оговоренный в предыдущем абзаце. Следует отметить, что точные количественные ограничения диапазона теплового потока могут изменяться в зависимости от ряда факторов, включая, но не ограничиваясь ими, различные установки для плавки и металлосодержащие и другие переплавляемые материалы.
Способ может включать предварительный нагрев плавильной камеры, переднего горна и соединительного элемента переднего горна.
Способ может включать предварительный нагрев горна агрегата, переднего горна и соединительного элемента переднего горна, так что средняя температура поверхности горна, переднего горна и соединительного элемента переднего горна составляет свыше 1000°С.
Способ может включать предварительный нагрев горна агрегата, переднего горна и соединительного элемента переднего горна, так что средняя температура поверхности горна, переднего горна и соединительного элемента переднего горна составляет свыше 1200°С.
Способ может включать подачу надлежащего количества горячего металла на этапе (а), так что уровень горячего металла составляет по меньшей мере приблизительно 100 мм над верхней частью соединительного элемента переднего горна.
Способ может включать ввод горючего газа или жидкого топлива (например, природного газа, сжиженного нефтяного газа или нефти) и кислородсодержащего газа в пространство для газа над металлом в течение периода времени после подачи садки горячего металла в плавильную камеру для выработки тепла в плавильной камере.
Способ может включать подачу флюса в плавильную камеру на этапах (Ь) и (с) для способствования образованию жидкого шлака.
Способ может включать ввод шлака или шлакообразующих компонентов, таких как кварцевый песок/боксит плюс известь/доломитовый флюс для способствования образованию жидкого шлака.
Способ может включать начальный этап (с) подачи металлосодержащего материала в жидкую ванну в любое время в течение хода этапа (Ь).
Процесс плавки в жидкой ванне может включать следующие этапы:
(a) подача углеродистого материала и твердого или жидкого металлосодержащего материала в жидкую ванну и выработка реакционных газов, а также плавка металлосодержащего материала и производство расплава в ванне;
(b) подача кислородсодержащего газа в плавильную камеру для сгорания над ванной горючих газов, высвобожденных из ванны, и выработка тепла для реакций плавки, происходящих в ванне; и (c) осуществление значительного движения жидкого материала вверх из ванны посредством подъема газа для создания переносящих тепло капель и брызг жидкого материала, которые нагреваются при попадании в зону сгорания в верхней части пространства плавильной камеры, а затем падают назад в ванну, посредством чего капли и брызги переносят тепло вниз в ванну, где оно используется для плавки металлосодержащего материала.
Настоящее изобретение обеспечивает процесс плавки металлосодержащего материала в жидкой ванне в плавильном агрегате, который включает вышеописанный способ инициирования (при этом термин включает повторное инициирование) процесса.
Настоящее изобретение обеспечивает процесс НктеЬ для плавки металлосодержащего материала в плавильном агрегате, который включает вышеописанный способ инициирования (при этом термин включает повторное инициирование) процесса.
Настоящее изобретение обеспечивает процесс Нкатиа для плавки металлосодержащего материала в плавильном агрегате, который включает вышеописанный способ инициирования (при этом термин включает повторное инициирование) процесса.
Металлосодержащим материалом может быть любой подходящий материал. Например, металлосодержащим материалом может являться железосодержащий материал.
Углеродистым материалом может являться любой подходящий материал. Например, углеродистым материалом может являться уголь.
Кислородсодержащий газ может включать воздух, кислород или обогащенный кислородом воздух.
- 5 028690
Краткое описание графических материалов
Вариант осуществления способа инициирования процесса плавки в жидкой ванне в плавильном агрегате в соответствии с настоящим изобретением описан со ссылкой на прилагаемые графические материалы, на которых представлено:
на фиг. 1 - поперечное сечение плавильного агрегата плавильного аппарата для производства расплава в соответствии с процессом ННтеИ, где показан уровень расплава в агрегате после подачи расплава в агрегат во время хода одного варианта осуществления способа запуска процесса плавки в агрегате в соответствии с изобретением;
на фиг. 2 - поперечное сечение плавильного агрегата плавильного аппарата, показанного на фиг. 1, где показаны уровни расплава и шлака в плавильном агрегате на завершающем этапе успешного способа запуска процесса плавки в агрегате в соответствии с изобретением; и на фиг. 3 - схематическое изображение одного варианта осуществления аппарата ННагиа для плавки металлосодержащего материала и производства расплава в соответствии с процессом ННатиа.
Описание варианта(ов) осуществления
На фиг. 1 и 2 в очень схематической и упрощенной форме показан плавильный агрегат для плавки металлосодержащего материала в расплав в соответствии с процессом ННтеИ.
Как указано выше, процесс ННтеЙ является примером процесса плавки в жидкой ванне для производства расплава из металлосодержащего переплавляемого материала в плавильном агрегате, в котором имеет место сильный фонтан из ванны/шлака, вызванный выделением газа в жидкой ванне, при этом выделение газа, по меньшей мере частично, является результатом полукоксования углеродистого материала в жидкую ванну. Как также было указано выше, процесс ННтеЙ описан в большом числе патентов и патентных заявок на имя заявителя. Например, процесс ННтеЙ описан в международной заявке РСТ/Аи96/00197 (\УО 1996/032627) от имени заявителя. Раскрытие в содержании патента, содержащееся в международной заявке, включено в данный документ посредством перекрестной ссылки. Металлосодержащим материалом может являться любой подходящий материал. Железосодержащий материал, такой как железная руда, представляет собой один вид металлосодержащего материала, представляющего особый интерес заявителя.
На фиг. 1 и 2 показан агрегат на различных этапах способа запуска процесса ННтеИ в агрегате.
Согласно фиг. 1 и 2 агрегат образует плавильную камеру и содержит горн 1 с футеровкой, фурмы 2 с водяным охлаждением для ввода твердых веществ, верхнюю фурму 3 с водяным охлаждением для кислородсодержащего газа и боковую стенку 4 с водяным охлаждением. Боковая стенка 4 с водяным охлаждением обычно содержит наружную стальную оболочку (не показана) и несколько элементов с водяным охлаждением (не показаны) в виде панелей, имеющих трубчатые отделения с водяным охлаждением на внутренней стороне, и застывший шлак на стороне панели, обращенной к агрегату и либо застывшему шлаку, либо к огнеупорному материалу (или сочетанию) между трубками с водяным охлаждением и наружной оболочной. В вышеуказанной международной заявке предоставлены дополнительные подробности обычных панелей с водяным охлаждением. Агрегат также содержит передний горн 5, который образует камеру 8 переднего горна и соединительный элемент 6 переднего горна, который содержит соединительный канал, соединяющий плавильную камеру и камеру переднего горна.
Охладители 7 шлаковой зоны расположены в верхней части огнеупорного материала горна. Охладители шлаковой зоны могут иметь любую подходящую конструкцию. Один пример охладителя шлаковой зоны описан в международной заявке РСТ/АИ2007/000688 (\УО 2007/134382) от имени заявителя. Раскрытие в содержании патента, содержащееся в международной заявке, включено в данный документ посредством перекрестной ссылки.
Охладители 7 шлаковой зоны и панели с водяным охлаждением боковой стенки 4, которые находятся непосредственно над охладителями 7 шлаковой зоны, рассмотрены в качестве панелей с водяным охлаждением в нижних участках агрегата.
В этом варианте осуществления максимальный допустимый тепловой поток для панелей с водяным охлаждением составляет 500 кВт/м2. Как указано выше, максимальный допустимый тепловой поток для панелей в любом заданном положении зависит от ряда факторов, таких как различные плавильные установки и различные металлосодержащие и другие переплавляемые материалы, и легко могут быть определены.
Один вариант осуществления способа запуска процесса плавки ННтеЙ в агрегате в соответствии с настоящим изобретением включает первый этап предварительного нагрева огнеупорного материала в агрегате, включая камеру 8 переднего горна и соединительный элемент 6 переднего горна. Температура и время предварительного нагрева зависят от нескольких факторов, включая тип и количество огнеупорного материала в агрегате, но не ограничиваясь ими.
Когда этап предварительного нагрева завершен, садку подготовленного снаружи горячего металла (например, жидкого чугуна) затем заливают в плавильную камеру через передний горн 5 в таком количестве, чтобы уровень металла находился по меньшей мере приблизительно на 100 мм над верхней частью соединительного элемента 6 переднего горна. Этот этап сказывается на количестве 9 металла в плавильной камере, как показано на фиг. 1.
- 6 028690
В случае данного варианта осуществления изобретения затем инициирован ввод углеродистого материала в виде угля и флюсов через фурмы 2. В это же время инициирован ввод кислородсодержащего газа в виде горячей струи воздуха через фурму 3. Ввод этих переплавляемых материалов приводит к образованию жидкого шлака 10 в садке горячего металла. Горячий металл и шлак образуют жидкую ванну в агрегате. Количество жидкого шлака возрастает при продолжении ввода угля, флюсов и горячего воздуха. Брызги металла начинаются при вводе угля, флюсов и горячего воздуха, и на данном этапе панели в нижних участках агрегата демонстрируют высокие тепловые потоки, куда бы не попадали металлические брызги, при этом нет необходимости в равномерном распределении по окружности, и эффект может быть сосредоточен в участках, которые находятся более или менее на противоположной стороне фурмы ввода. Неравномерность также может возрастать вследствие асимметричности траектории брызг и направления горячего пламени горения от фурмы 3 предпочтительно к участкам с низкой интенсивностью брызг.
Как указано выше, высокие тепловые потоки в нижних участках агрегата являются проблемой вследствие риска отключения последовательности запуска способа в агрегате.
Как указано выше, заявитель обнаружил, что (1) тепловой поток панелей в нижних участках агрегата обеспечивает индикацию температуры жидкой ванны, особенно если в агрегате находится небольшое количество жидкого шлака, и (2) при помощи этой информации становится возможным изменение температуры жидкой ванны посредством управления скоростями ввода угля и/или горячего воздуха и избежание превышения критического уровня потока и прерывания способа запуска, что приводит к выключению. В этом варианте осуществления критический уровень теплового потока составляет 500 кВт/м2. Тепловой поток в панелях с водяным охлаждением в нижних участках агрегата может быть определен посредством наблюдения за температурами входящей и выходящей воды, а также скоростью в панелях с водяным охлаждением и произведением вычислений теплового потока на основании этих данных. Наблюдение может осуществляться за всеми панелями с водяным охлаждением. В качестве альтернативы наблюдение может осуществляться за выборкой панелей с водяным охлаждением. Эти выбранные панели с водяным охлаждением могут находиться в отделениях агрегата, которые известны как такие, которые высоко подвержены разбрызгиванию, в результате чего в этих отделениях имеют место высокие тепловые потоки. В качестве альтернативы выбранные панели с водяным охлаждением могут являться отражением общего теплового потока в нижних участках агрегата, а данные могут использоваться как основание для расчетов теплового потока для всех панелей с водяным охлаждением в нижних участках агрегата. Наблюдение за тепловым потоком может быть непрерывным или периодическим.
Во время этого периода ввода угля, флюсов и горячего воздуха, если расчеты теплового потока указывают на то, что тепловой поток увеличился или увеличился до нежелательно высокого количества, условия ввода переплавляемого материала регулируют в соответствии с требованиями для уменьшения тепла, вырабатываемого в нижних участках агрегата. Обычно это приводит к уменьшению скорости ввода угля и/или горячего воздуха.
Этот период ввода угля и флюса с горячим воздухом поддерживается в течение 30-60 мин и обычно во время этого периода тепловые потоки зачастую возрастают.
Если тепловые потоки в нижних участках агрегата в целом выше 200 кВт/м2, то начинают ввод металлосодержащего материала, такого как железная руда. Наблюдение за тепловым потоком продолжается в течение этого периода. Скорости угля и струи горячего воздуха продолжают корректировать для поддержания максимального теплового потока ниже 500 кВт/м2, во время медленного повышения скорости ввода руды.
Изначально эта фаза способа запуска является чувствительной, а тепловые потоки могут приводить к всплескам, если, например, скорости подачи угля и/или металлосодержащего материала испытывают любой тип возмущения потока. Такие возмущения возможны, так как подача металлосодержащего материала (в частности) находится в малом процентном соотношении от его номинальной конструктивной скорости, а устройства для подачи твердых веществ часто испытывают сложность при поддержании плавной скорости в таких условиях.
В течение следующих 1-3 ч количество шлака увеличивается, и, как следствие, процесс медленно становится менее чувствительным к высоким всплескам теплового потока. Так как природа брызг изменяется от преимущественно металлической до смеси металла и шлака и, в конечном итоге, преимущественно до шлака, то панели в нижних участках агрегата становятся изолированными застывшим шлаком на открытых поверхностях панелей, а тепловые потоки понижаются. На этой стадии наблюдение за тепловым потоком является менее важным. Если в агрегате был достигнут (рассчитанный) уровень шлака приблизительно 0,8-1,5 м (в зависимости от размера агрегата), тепловые потоки нижней панели, вероятно, снизятся ниже 200 кВт/м2 и считается, что процесс благополучно прошел способ запуска. Это состояние продемонстрировано на фиг. 2, где показан агрегат с имеющимся уровнем 10 шлака.
Как описано выше, способ инициирования процесса плавки непосредственно в жидкой ванне в соответствии с изобретением применим для процессов НЕшсН и ННатпа, а также других процессов плавки непосредственно в жидкой ванне.
- 7 028690
Согласно фиг. 3 в процессе НЪагпа плавят металлосодержащий переплавляемый материал и производят выпуск процесса в виде расплава, жидкого шлака и отходящего газа. Следующее описание процесса Нбагпа рассматривается в контексте плавки металлосодержащего материала в виде железной руды. Настоящее изобретение не ограничено этим типом металлосодержащего материала.
Аппарат Нйагпа. показанный на фиг. 3, содержит плавильный циклон 2 и агрегат 4 для плавки в жидкой ванне такого типа, который описан со ссылками на фиг. 1 и 2, содержащий плавильную камеру 19, установленную непосредственно под плавильным циклоном 2, с непосредственным соединением между камерами плавильного циклона 2 и плавильного агрегата 4.
Согласно фиг. 3 во время стабилизированной работы операции плавки смесь магнетитовой руды (или другой железной руды) с размером верхней фракции 6 мм и флюсом, например известняком 1, подают через сушилку для руды и с пневматически транспортируемым газом 1а в плавильный циклон 2. Известняк составляет приблизительно 8-10 вес.% от общего потока руды и известняка. Кислород 8 вводят в плавильный циклон 2 через дутьевые фурмы для предварительного нагрева, частичного расплавления и частичного восстановления руды. Кислород 8 также сжигает горючий газ, который поднялся в плавильный циклон 2 из плавильного агрегата 4. Частично расплавленная и частично восстановленная руда стекает из плавильного циклона 2 в жидкую ванну 25 металла и шлака в плавильной камере 19 в плавильном агрегате 4. Частично расплавленную и частично восстановленную руду плавят для образования жидкого чугуна в жидкой ванне 25. Уголь 3 подают через специальную сушилку в плавильную камеру 19 плавильного агрегата 4. Уголь 3 и транспортирующий газ 2а вводят через фурмы 35 в жидкую ванну 25 металла и шлака в плавильной камере 19. Уголь обеспечивает источник восстановителя и источник энергии. На фиг. 3 показана жидкая ванна 25, содержащая два слоя, из которых слой 25а является слоем расплава, а слой 25Ь является слоем жидкого шлака. На фигуре показаны слои, которые имеют равномерную глубину. Это сделано только для наглядности и не является точным отображением того, что должно быть хорошо перемешанной и хорошо смешанной ванной в ходе процесса НЪагпа. Смешивание жидкой ванны 25 обусловлено полукоксованием угля в ванне, в результате чего вырабатывается газ, например СО и Н2, и приводит к перемещению газа вверх и захвата материала из жидкой ванны в верхнюю часть поверхности плавильной камеры 19, которая находится над жидкой ванной 25. Кислород 7 вводят в плавильную камеру 19 через фурмы 37 для дожигания некоторых из этих газов, обычно СО и Н2, образованных в жидкой ванне 25 и выделенных из нее в верхнюю часть пространства плавильной камеры 19, и обеспечения необходимого тепла для процесса плавки в ванне.
После запуска нормальная работа процесса НЪагпа в ходе операции плавки включает (а) ввод угля через фурмы 35 и ввод холодного кислорода через фурмы 37 в плавильную камеру 19 плавильного агрегата 4, а также (Ь) ввод 7 руды и дополнительный ввод 8 кислорода в плавильный циклон 2.
В рабочих условиях, включающих, без ограничения, скорости подачи угля и кислорода в плавильную камеру 19 плавильного агрегата 4, а также скорости подачи руды и кислорода в плавильный циклон 2, потери тепла из плавильной камеры 19 выбирают так, что отходящий газ, покидающий плавильный циклон 2 через выходной канал 9 для отходящего газа, имеет степень дожигания по меньшей мере 90%.
Отходящий газ из плавильного циклона 2 проходит через канал 9 для отходящего газа к печи 10 для сжигания отходящего газа, где дополнительный кислород 11 вводят для сжигания остаточного СО/Н2 и обеспечения уровня свободного кислорода (обычно 1-2%) в полностью сгоревшем топочном газе.
Полностью сгоревший отходящий газ затем проходит через отделение 12 использования отходящего тепла, где охлаждают газ и вырабатывают пар.
Топочный газ затем проходит через мокрый скруббер 13, где достигаются охлаждение и удаление пыли. Полученный осадок 14 доступен для переработки для плавки сквозь поток 1 поступающей руды.
Холодный топочный газ, покидающий скруббер 13, подают на блок 15 для удаления серы из топочного газа.
Очищенный топочный газ затем отводят через вытяжную трубу 16. Этот газ состоит в основном из СО2, и, при необходимости, он может быть сжат и геоизолирован (с соответствующим удалением остаточных неожижаемых компонентов газа).
Плавильный агрегат 4 содержит горн 33 с футеровкой и боковые стенки 41, образованные в основном посредством элементов с водяным охлаждением в виде панелей с водяным охлаждением, которые образуют плавильную камеру 19. Плавильный агрегат 4 также содержит передний горн 21, который соединен с плавильной камерой 19 посредством соединительного элемента 23 переднего горна. Как указано выше, плавильный агрегат 4 представляет собой агрегат типа, описанного со ссылками на фиг. 1 и 2. Кроме того, вариант осуществления способа запуска процесса плавки НкшеН в агрегате в соответствии с настоящим изобретением, как описано со ссылками на фиг. 1 и 2, может быть использован для запуска процесса плавки в агрегате 4.
В ходе операции плавки процесса НЪагиа расплав, произведенный в плавильной камере 19, выгружают из плавильной камеры 19 через соединительный элемент 23 переднего горна и передний горн 21. При статических нормальных режимах работы передний горн 21 и соединительный элемент 23 переднего горна содержат расплав. Переливная система со стандартными манометром функционирует посредством переливания избыточного металла (при производстве) через порог 5 переднего горна для поддер- 8 028690 жания, по существу, постоянного уровня расплава в плавильной камере 19.
Можно внести много изменений в вариант осуществления процесса согласно настоящему вышеописанному изобретению, не отклоняясь от идеи и объема изобретения.
Например, несмотря на то что плавильные агрегаты, показанные на фигурах, содержат передний горн, следует отметить, что способ запуска процесса согласно изобретению не ограничен агрегатами, которые содержат передние горны.
Кроме того, несмотря на то что плавильные агрегаты, показанные на фигурах, содержат элементы с водяным охлаждением, включая панели с водяным охлаждением боковой стенки 4 и охладитель 7 шлаковой зоны в верхней части горна, следует отметить, что способ запуска процесса согласно изобретению не ограничен агрегатами, которые содержат эти элементы. Боковые стенки плавильных агрегатов могут иметь любую подходящую конструкцию, посредством чего тепловой поток от боковых стенок агрегата, контактирующих с жидкими ванными, обеспечивает индикацию температуры жидких ванн.
Кроме того, несмотря на то что варианты осуществления сосредоточены на плавке металлосодержащего материала в виде железосодержащего материала, следует заметить, что изобретение распространяется на плавку других материалов.

Claims (5)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ инициирования процесса плавки металлосодержащего материала в жидкой ванне в плавильном агрегате, который образует плавильную камеру, и производства расплава, при этом способ включает подачу партии горячего металла в плавильную камеру, подачу сырьевых материалов, включающих твердый углеродистый материал и кислородсодержащий газ, в плавильную камеру, выработку тепла, формирование жидкого шлака и затем повышение количества жидкого шлака в плавильной камере, при этом горячий металл и жидкий шлак формируют жидкую ванну в плавильной камере, мониторинг теплового потока боковой стенки агрегата, соприкасающейся с жидкой ванной, для определения температуры жидкой ванны при увеличении количества шлака до подходящего запаса шлака и регулировку скоростей подачи твердого углеродистого материала и/или кислородсодержащего газа в плавильную камеру для регулировки поступления тепла в плавильную камеру и, следовательно, для управления температурой жидкой ванны.
  2. 2. Способ по п.1, в котором плавильная камера содержит горн и боковую стенку, проходящую вверх от горна, при этом боковая стенка содержит элементы с водяным охлаждением, по меньшей мере, в нижнем отделении боковой стенки, и плавильный агрегат также включает а) передний горн и Ь) соединительный элемент переднего горна, который соединяет плавильную камеру и передний горн, при этом способ включает следующие этапы:
    (a) подача партии горячего металла в плавильную камеру через передний горн, при этом плавильная камера изначально пуста;
    (b) подача твердого углеродистого материала и кислородсодержащего газа в плавильную камеру, воспламенение углеродистого материала с последующим нагревом плавильной камеры с образованием жидкого шлака в количестве, достаточном для формирования жидкой ванны из горячего металла и жидкого шлака в плавильной камере;
    (c) подача металлосодержащего материала в жидкую ванну и плавка металлосодержащего материала в расплав;
    при этом во время этапа (Ь) способ включает управление температурой в жидкой ванне посредством:
    (ί) мониторинга теплового потока от элементов с водяным охлаждением, соприкасающихся с жидкой ванной, для определения температуры в жидкой ванне и (ίί) изменения скоростей подачи твердого углеродистого материала и/или кислородсодержащего газа исходя из теплового потока от элементов с водяным охлаждением для регулирования выделения тепла в плавильной камере и, следовательно, управления температурой жидкой ванны так, чтобы температура ванны предотвращала образование высоких тепловых потоков в элементах с водяным охлаждением, которые нарушают процедуру запуска процесса плавки.
  3. 3. Способ по п.2, включающий предварительный нагрев горна, переднего горна и соединительного элемента переднего горна так, чтобы средняя температура поверхности горна, переднего горна и соединительного элемента переднего горна составляла более 1000°С.
  4. 4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что этап (а) включает подачу необходимого количества горячего металла так, чтобы уровень горячего металла находился по меньшей мере приблизительно на 100 мм выше верхней части соединительного элемента переднего горна.
  5. 5. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором на ранней стадии запуска используют тепловой поток от элементов с водяным охлаждением в нижних участках плавильного агрегата для определения температуры жидкой ванны и управления скоростью ввода кислородсодержащего газа и/или углеродистого материала в плавильный агрегат.
EA201492231A 2012-07-25 2013-07-18 Инициирование процесса плавки EA028690B1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2012903173 2012-07-25
AU2012903173A AU2012903173A0 (en) 2012-07-25 Starting a Smelting Process
PCT/AU2013/000792 WO2014015364A1 (en) 2012-07-25 2013-07-18 Starting a smelting process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201492231A1 EA201492231A1 (ru) 2015-05-29
EA028690B1 true EA028690B1 (ru) 2017-12-29

Family

ID=49996416

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201492231A EA028690B1 (ru) 2012-07-25 2013-07-18 Инициирование процесса плавки

Country Status (14)

Country Link
US (1) US9771626B2 (ru)
EP (1) EP2877606B1 (ru)
JP (1) JP6369910B2 (ru)
KR (1) KR102114372B1 (ru)
CN (1) CN104540968B (ru)
AU (1) AU2013296127B2 (ru)
BR (1) BR112015000912B1 (ru)
CA (1) CA2877318C (ru)
EA (1) EA028690B1 (ru)
ES (1) ES2694416T3 (ru)
NZ (1) NZ702432A (ru)
PL (1) PL2877606T3 (ru)
UA (1) UA117562C2 (ru)
WO (1) WO2014015364A1 (ru)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10584393B2 (en) 2013-12-20 2020-03-10 Tata Steel Limited Smelting process and apparatus
CN105861834B (zh) * 2016-04-28 2018-01-12 天津闪速炼铁技术有限公司 一种旋流闪速冶炼工艺
KR102151536B1 (ko) * 2018-07-25 2020-09-03 주식회사 포스코 용융로
US20230063785A1 (en) * 2020-01-13 2023-03-02 Rio Tinto Alcan International Limited Material treatment apparatus and process using hydrogen
CN111440913A (zh) * 2020-03-18 2020-07-24 内蒙古赛思普科技有限公司 一种熔融还原炉灌铁水启动的方法
CN112226565B (zh) * 2020-09-17 2022-04-29 山东墨龙石油机械股份有限公司 一种熔融还原工艺的快速启动方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5302184A (en) * 1989-06-02 1994-04-12 Cra Services Limited Manufacture of ferroalloys using a molten bath reactor
US6517605B1 (en) * 1999-07-09 2003-02-11 Technological Resources Pty. Ltd. Start-up procedure for direct smelting process

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04316982A (ja) * 1991-04-15 1992-11-09 Nippon Steel Corp 冶金炉の操業方法
AUPN226095A0 (en) 1995-04-07 1995-05-04 Technological Resources Pty Limited A method of producing metals and metal alloys
AUPP442598A0 (en) * 1998-07-01 1998-07-23 Technological Resources Pty Limited Direct smelting vessel
AUPP647198A0 (en) 1998-10-14 1998-11-05 Technological Resources Pty Limited A process and an apparatus for producing metals and metal alloys
AUPQ213099A0 (en) * 1999-08-10 1999-09-02 Technological Resources Pty Limited Pressure control
JP2005537388A (ja) * 2002-07-10 2005-12-08 コラス、テクノロジー、ベスローテン、フェンノートシャップ 冶金容器
WO2004050920A1 (ja) * 2002-11-29 2004-06-17 Nippon Steel Corporation 反応容器の操業管理方法、装置、コンピュータプログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体
AU2003900357A0 (en) * 2003-01-24 2003-02-13 Ausmelt Limited An improved smelting process for the production of iron
AT412349B (de) * 2003-06-25 2005-01-25 Voest Alpine Ind Anlagen Verfahren zur herstellung einer legierten metallschmelze und erzeugungsanlage hierzu
US7914601B2 (en) * 2005-05-13 2011-03-29 Technological Resources Pty. Limited Cold start-up method for a direct smelting process
AU2007252293B2 (en) 2006-05-18 2011-11-03 Tata Steel Limited Direct smelting vessel and cooler therefor
NZ608909A (en) * 2010-09-15 2015-02-27 Tech Resources Pty Ltd Direct smelting process
WO2013010575A1 (en) * 2011-07-18 2013-01-24 Abb Research Ltd A method and a control system for controlling a melting process

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5302184A (en) * 1989-06-02 1994-04-12 Cra Services Limited Manufacture of ferroalloys using a molten bath reactor
US6517605B1 (en) * 1999-07-09 2003-02-11 Technological Resources Pty. Ltd. Start-up procedure for direct smelting process

Also Published As

Publication number Publication date
EP2877606A1 (en) 2015-06-03
EA201492231A1 (ru) 2015-05-29
KR102114372B1 (ko) 2020-05-25
WO2014015364A1 (en) 2014-01-30
US20150259758A1 (en) 2015-09-17
BR112015000912A2 (pt) 2017-06-27
US9771626B2 (en) 2017-09-26
NZ702432A (en) 2017-01-27
UA117562C2 (uk) 2018-08-27
CA2877318C (en) 2020-08-18
AU2013296127A1 (en) 2014-12-18
JP6369910B2 (ja) 2018-08-08
CN104540968B (zh) 2018-09-14
BR112015000912A8 (pt) 2018-08-14
BR112015000912B1 (pt) 2019-10-29
CA2877318A1 (en) 2014-01-30
EP2877606B1 (en) 2018-08-15
PL2877606T3 (pl) 2019-01-31
KR20150034259A (ko) 2015-04-02
CN104540968A (zh) 2015-04-22
EP2877606A4 (en) 2016-03-23
AU2013296127B2 (en) 2018-07-19
ES2694416T3 (es) 2018-12-20
JP2015522719A (ja) 2015-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2313622C (en) Start-up procedure for direct smelting process
RU2260059C2 (ru) Способ прямой плавки
EA028690B1 (ru) Инициирование процесса плавки
AU2012350144A1 (en) Starting a smelting process
KR102028773B1 (ko) 제련 공정 시동
US20060162498A1 (en) Direct production of refined metals and alloys
WO2016123666A1 (en) Processing of low heating value off-gas
NZ626933B2 (en) Starting a smelting process

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Registration of transfer of a eurasian patent by assignment