Claims (25)
1. Процесс прямого непрерывного производства стали из железосодержащих материалов, находящихся в виде слоя жидкого рафинируемого металла и слоя жидкого шлака, содержащего перерабатываемые окислы железа и примеси, включающий следующие стадии:1. The process of direct continuous production of steel from iron-containing materials in the form of a layer of refined metal liquid and a layer of liquid slag containing processed iron oxides and impurities, comprising the following stages:
образование единого реакционного пространства указанным слоем рафинируемого металла, расположенным под слоем жидкого шлака, содержащим перерабатываемые железосодержащие материалы и капли восстановленного металла, чтобы обозначить между указанными слоями промежуточный эмульсионный слой "шлак - металлический расплав - газ",the formation of a single reaction space by the specified layer of refined metal, located under a layer of liquid slag containing recyclable iron-containing materials and drops of reduced metal, to indicate between these layers an intermediate emulsion layer of "slag - metal melt - gas",
непрерывная подача в реакционное пространство железосодержащих материалов, включая легирующие и разжижающие добавки, кислородосодержащее дутье и подачу твердого углеродистого топлива,continuous supply of iron-containing materials into the reaction space, including alloying and thinning additives, oxygen-containing blasting and supply of solid carbonaceous fuel,
а также непрерывное удаление жидкого металла, шлака и отходящих газов из реакционного пространства,as well as the continuous removal of liquid metal, slag and exhaust gases from the reaction space,
подача потока кислорода и/или кислородсодержащего газа или инертного газа и/или их смеси в промежуточный эмульсионный слой и рафинировочный слой,feeding a stream of oxygen and / or an oxygen-containing gas or an inert gas and / or a mixture thereof into the intermediate emulsion layer and the refining layer,
создание в промежуточном эмульсионном слое условий для турбулентно-диффузионного переноса оксидов железа и капель восстановленного металла, содержащихся в шлаковом слое, в промежуточный эмульсионный слой и рафинировочный слой, с обеспечением при этом взаимодействия кислорода, выделяющегося при распаде окислов железа, и подаваемого извне потока кислорода и/или кислородсодержащего газа и/или их смеси, с углеродом восстановленного железа и обеспечением одновременного протекания процесса рафинирования в промежуточном эмульсионном и рафинировочном слоях,creation in the intermediate emulsion layer of conditions for the turbulent-diffusion transfer of iron oxides and droplets of the reduced metal contained in the slag layer into the intermediate emulsion layer and the refining layer, while ensuring the interaction of oxygen released during the decomposition of iron oxides and the oxygen stream supplied from the outside and / or oxygen-containing gas and / or mixtures thereof, with carbon of reduced iron and ensuring the simultaneous course of the refining process in the intermediate emulsion and p finirovochnom layers
интенсификация переноса капель восстановленного металла и оксидов железа из шлакового слоя и интенсификация протекания процесса рафинирования выделяющейся в процессе рафинирования окисью углерода с приведением к вскипанию (барботированию) рафинирумого металла, действующего совместно с промежуточным эмульсионным слоем как единая динамическая система с положительной обратной, имеющая по крайней мере две отделенные друг от друга области притяжения к состояниям равновесия - в одной к состоянию "производство чугуна", в другой к состоянию "производство стали",intensification of the transfer of droplets of reduced metal and iron oxides from the slag layer and intensification of the course of the refining process of carbon monoxide released during refining, leading to boiling (bubbling) of the refined metal, acting together with the intermediate emulsion layer as a single dynamic system with a positive reverse, which has at least two areas of attraction to equilibrium states that are separated from each other - in one to the state of “cast iron production”, in the other to the state y "steel production",
обеспечение заранее заданного содержания растворенного углерода, кислорода и примесей в указанном рафинируемом слое и, соответственно в производимой стали, - в желаемом операционном режиме динамической системы в области равновесии "производство стали",providing a predetermined content of dissolved carbon, oxygen and impurities in the specified refined layer and, accordingly, in the steel being produced, in the desired operating mode of the dynamic system in the equilibrium region "steel production",
реализуемым при пуске путем формирования импульсного или непрерывного управления подачей загружаемого твердого углеродистого топлива, и/или подачей кислорода и/или кислородосодержащего газа и/или инертного газа и/или их смеси,implemented at start-up by forming a pulse or continuous control of the feed of solid carbonaceous fuel being loaded, and / or the supply of oxygen and / or oxygen-containing gas and / or inert gas and / or a mixture thereof,
а также управления потоком перерабатываемой шихты,as well as flow control of the processed charge,
обеспечение стабилизации технологического режима в условиях нормальной непрерывной эксплуатации подачей, в основном, указанных выше управляющих компонентов, необходимых для осуществления процесса производства стали в соответствии с заданным регламентом по температуре процесса, содержанию углерода, кислорода и примесей в производимой стали, содержанию окислов железа и углерода в шлаке и др.ensuring the stabilization of the technological regime under normal continuous operation by supplying, mainly, the above control components necessary for the implementation of the steel production process in accordance with the specified regulations on the process temperature, the content of carbon, oxygen and impurities in the steel produced, the content of iron and carbon oxides in slag, etc.
2. Процесс по п.1, при котором слои указанного жидкого рафинируемого металла и шлака образованы безкок-совым восстановлением железа и некоторых примесей из перерабатываемых железосодержащих материалов, выбранных из группы, включающей в себя в частности измельченные железосодержащие руды, железорудные концентраты, железосодержащие отходы, железосодержащий лом и т.д.2. The process according to claim 1, in which the layers of the specified liquid refined metal and slag are formed by coke-free reduction of iron and some impurities from processed iron-containing materials selected from the group including, in particular, crushed iron-containing ores, iron ore concentrates, iron-containing waste, iron scrap, etc.
3. Процесс по п.1, где указанное рафинирование включает обезуглероживание жидкого металла и удаление определенных примесей.3. The process according to claim 1, where the specified refining includes decarburization of the liquid metal and the removal of certain impurities.
4. Процесс по п.2, при котором безкоксовое восстановление реализуется в указанном едином реакционном пространстве.4. The process according to claim 2, in which coke-free recovery is implemented in the specified single reaction space.
5. Процесс по п.1, при котором указанный слой рафинируемого металла имеет желаемое содержание углерода и примесей.5. The process of claim 1, wherein said refined metal layer has a desired carbon and impurity content.
6. Процесс по п.1, при котором желаемое содержание углерода в производимом металле в пределах ~0,2-2,0% обеспечивается реализацией одного из имеющихся равновесии динамической системы рафинирования железоуглеродистого продукта.6. The process according to claim 1, in which the desired carbon content in the produced metal in the range of ~ 0.2-2.0% is ensured by the implementation of one of the available equilibria of the dynamic system of refining an iron-carbon product.
7. Процесс по п.1, при котором для интенсификации процесса рафинирования возбуждаются колебания в рафинируемом слое металла, например с помощью импульсных прерываний подачи твердого топлива с продолжительностью импульсов (0,01-0,5) ч и амплитудой (0,1-0,7)·Fpy, где Fpy - поток подаваемого топлива.7. The process according to claim 1, in which to intensify the refining process, vibrations are excited in the refined metal layer, for example, by means of pulsed interruptions in the supply of solid fuel with a pulse duration of (0.01-0.5) h and an amplitude of (0.1-0 , 7) · Fpy, where Fpy is the flow of fuel supplied.
8. Процесс по п.1, при котором заданное содержание кислорода в рафинируемом металле обеспечивается поступающим кислородом от распада окислов железа, а в случае нехватки, - дополнительным дутьем по схемам верхней и/или комбинированной продувки через боковые и/или донные и/или вертикальные фурмы.8. The process according to claim 1, in which the specified oxygen content in the refined metal is provided by the incoming oxygen from the decomposition of iron oxides, and in case of shortage, by additional blowing according to the schemes of the upper and / or combined blowing through the side and / or bottom and / or vertical tuyeres.
9. Процесс по п.8, при котором подаваемое дополнительное дутье может содержать до 99,5% кислорода.9. The process of claim 8, in which the supplied additional blast may contain up to 99.5% oxygen.
10. Процесс по п.8, при котором момент достижения желаемого операционного режима определяется по содержанию углерода и примесей в стали, после чего подача кислорода дополнительными фурмами осуществляется в соответствии с операционным режимом стационарного управления.10. The process of claim 8, in which the moment of achievement of the desired operating mode is determined by the content of carbon and impurities in the steel, after which oxygen is supplied by additional tuyeres in accordance with the operating mode of stationary control.
11. Процесс по п.9, при котором в случае устойчивого поддержания заданного операционного режима рассматривается возможность уменьшения или полного прекращения подачи кислорода дополнительными фурмами.11. The process according to claim 9, in which in the case of stable maintenance of a given operating mode, the possibility of reducing or completely stopping the supply of oxygen by additional tuyeres is considered.
12. Процесс по п.10, при котором при прекращении подачи кислорода дополнительными фурмами осуществляется переход этих фурм на подачу инертного газа для поддержания достигнутого операционного режима.12. The process according to claim 10, in which when the oxygen supply is stopped by additional tuyeres, these tuyeres transition to the supply of inert gas to maintain the achieved operating mode.
13. Процесс по п.12, при котором обеспечивается в инертном газе содержание кислорода до 75%.13. The process of claim 12, wherein the inert gas provides an oxygen content of up to 75%.
14. Процесс по п.1, при котором указанный слой рафинируемого металла имеет содержание кислорода в желаемом диапазоне 0,005-1,0%.14. The process according to claim 1, wherein said refined metal layer has an oxygen content in the desired range of 0.005-1.0%.
15. Процесс по п.1, при котором указанный быстрый перенос оксидов железа и капель восстановленного металла из шлакового слоя в промежуточный эмульсионный слой "шлак рафинируемый металл - газ" и из этого слоя в слой рафинируемого металла обеспечивается кислородсодержащим дутьем и реакционными газами, поступающими из рафинировочного слоя посредством барботажа шлакового слоя, турбулентной диффузией и изменениями межфазной поверхности промежуточного эмульсионного слоя, кипением (барбатажем) рафинируемого расплава и, в случае необходимости, также подачей дополнительными боковыми, донными или вертикальными фурмами кислородсодержащего дутья и/или смеси кислорода и инертного газа и/или инертного газа.15. The process according to claim 1, wherein said rapid transfer of iron oxides and drops of the reduced metal from the slag layer to the intermediate emulsion layer "refined metal slag gas" and from this layer to the refined metal layer is provided with oxygen-containing blast and reaction gases coming from refining layer by bubbling the slag layer, turbulent diffusion and changes in the interfacial surface of the intermediate emulsion layer, boiling (bubbling) of the refined melt and, if necessary , also by supplying additional lateral, bottom or vertical tuyeres of oxygen-containing blast and / or a mixture of oxygen and inert gas and / or inert gas.
16. Процесс по п.1, при котором осуществляется стадия управления желаемым содержанием углерода, кислорода и примесей в производимой стали, содержанием окислов железа и углерода в шлаке, достигающем промежуточного эмульсионного слоя "шлак - рафинируемый металл - газ", а также температурой процесса.16. The process according to claim 1, wherein the step is to control the desired content of carbon, oxygen and impurities in the steel produced, the content of iron and carbon oxides in the slag, reaching the intermediate emulsion layer "slag - refined metal - gas", as well as the process temperature.
17. Процесс по п.16, при котором указанное желаемое содержание окислов железа в шлаке обеспечивается в пределах 0,1-15%.17. The process according to clause 16, in which the specified desired content of iron oxides in the slag is provided in the range of 0.1-15%.
18. Процесс по п.16, при котором указанное управление включает дискретно-непрерывное определение содержания кислорода, углерода и примесей в металле, углерода и окислов железа в шлаке на выходе из реактора, содержания СО и CO2 и др. в отходящих из печи газах и др.18. The process according to clause 16, in which the specified control includes a discrete-continuous determination of the content of oxygen, carbon and impurities in the metal, carbon and iron oxides in the slag at the outlet of the reactor, the content of CO and CO 2 and others in the exhaust gases from the furnace and etc.
19. Процесс по п.16, при котором указанное управление включает регулирование состава и количества подаваемого железосодержащего продукта, углеродистого топлива и остальных входных потоков, при этом твердое углеродистое топливо подается целиком в барботирующий шлаковый слой сверху.19. The process according to clause 16, wherein said control includes adjusting the composition and quantity of the supplied iron-containing product, carbon fuel and other input streams, while solid carbon fuel is supplied entirely to the bubbling slag layer from above.
20. Процесс по п.16, при котором указанное управление включает регулирование состава и количества подаваемого железоуглеродистого продукта, углеродистого топлива и остальных входных потоков, при этом мелкие фракции углеродистого топлива отсеиваются от основного потока твердого углеродистого топлива и подаются через специальные фурмы в потоке инертного газа.20. The process according to clause 16, wherein said control includes controlling the composition and quantity of the supplied iron-carbon product, carbon fuel and other input streams, while the fine fractions of carbon fuel are screened out from the main stream of solid carbon fuel and fed through special tuyeres in an inert gas stream .
21. Процесс по п.1, при котором в случае необходимости для достижения требуемого содержания углерода и примесей в производимой стали реакционное подпространство рафинировочного слоя разделяется по меньшей мере на две зоны, действующие последовательно по отношению к проведению отдельных операционных стадий рафинирования производимой стали.21. The process according to claim 1, in which, if necessary, in order to achieve the required carbon and impurity content in the produced steel, the reaction subspace of the refining layer is divided into at least two zones acting sequentially with respect to the individual operational stages of refining of the produced steel.
22. Процесс по п.18, при котором в случае необходимости последние операционные стадии рафинирования производимой стали осуществляются за пределами основного реакционного пространства, но с подачей из последнего промежуточного рафинируемого железоуглеродистого продукта (чугуна).22. The process according to p. 18, in which, if necessary, the last operational stages of refining the steel produced are carried out outside the main reaction space, but with the supply of the last intermediate refined iron-carbon product (cast iron).
23. Устройство для прямого непрерывного одностадийного производства стали из железосодержащих материалов, имеющее23. A device for direct continuous single-stage production of steel from iron-containing materials, having
входные отверстия для непрерывной подачи всех заранее определенных входных продуктов,inlets for the continuous supply of all predetermined inlet products,
емкость для одностадийного рафинирования поступающего железоуглеродистого продукта,a container for one-step refining of the incoming iron-carbon product,
по меньшей мере одну фурму, соединенную с желаемой областью внутри устройства для подачи кислорода и/или кислородсодержащего газа и/или инертного газа с обеспечением реализации режимов с верхней или комбинированной продувкой, с обеспечением определенного заранее заданного содержания углерода, кислорода и примесей в рафинируемом слое металла, связанным с заданным рабочим режимом,at least one lance connected to the desired area inside the device for supplying oxygen and / or oxygen-containing gas and / or inert gas to ensure the implementation of modes with top or combined purge, with a certain predetermined content of carbon, oxygen and impurities in the refined metal layer associated with a given operating mode
панели из тепловых труб с высокотемпературным заполнителем для облицовки стен, пода и перегородки реакционных емкостей, выполненных из огнеупорной кладки, защищаемой указанными панелями от сильного износа в связи с практически непрерывным кипением (барботированием) металла в условиях нормальной эксплуатации,panels of heat pipes with a high-temperature filler for wall cladding, hearth and partition walls of reaction vessels made of refractory masonry, protected by these panels from severe wear due to the almost continuous boiling (bubbling) of metal in normal use,
выходные отверстия для непрерывного удаления жидкого шлака и металла из реакционного пространства и подачи металла в случае необходимости на внепечную обработку и доводку под заданный регламент.outlet openings for the continuous removal of liquid slag and metal from the reaction space and supply of metal, if necessary, for out-of-furnace processing and fine-tuning under a given schedule.
24. Устройство для прямого непрерывного многостадийного производства стали, включающее24. Device for direct continuous multi-stage steel production, including
блоки и узлы устройства для одностадийного рафинирования характеризующееся тем, чтоblocks and units of the device for single-stage refining characterized in that
реакционное пространство для процесса рафинирования с обеспечением осуществления верхней и комбинированной продувки, образовано по меньшей мере двумя емкостями, позволяющими проведение процесса по меньшей мере в две стадии в пределах этого пространства,the reaction space for the refining process with the implementation of the upper and combined purging is formed by at least two containers, allowing the process to be carried out in at least two stages within this space,
использование для рафинирования более одной емкости в пределах реакционного пространства обеспечивает возможность установки по меньшей мере одной вертикальной передвижной фурмы для подачи кислорода и/или кислородосодержащего газа, начиная со второй по длине емкости,the use for refining more than one tank within the reaction space allows the installation of at least one vertical mobile lance for supplying oxygen and / or oxygen-containing gas, starting from the second length of the tank,
дополнительные форсунки на торцевой стене печи у выхода металла установлены на уровне шлака с обеспечением хотя бы частичного противотока "шлак - металл",additional nozzles on the end wall of the furnace at the metal outlet are installed at the level of slag with at least a partial backflow of slag-metal,
сифонные устройства, соединенные с основным пространством печи через выходные отверстия для непрерывного выведения производимой стали и шлака,siphon devices connected to the main space of the furnace through the outlet openings for the continuous removal of steel and slag produced,
патрубок для объединения отходящих газов второй стадии с отходящими газами первой стадии процесса,a pipe for combining the exhaust gases of the second stage with the exhaust gases of the first stage of the process,
подача стали в случае необходимости на внепечную обработку и доводку под заданный регламент.steel supply, if necessary, for out-of-furnace processing and fine-tuning under a given schedule.
25. Устройство для прямого непрерывного многостадийного производства стали, включающее25. Device for direct continuous multi-stage steel production, including
блоки и узлы для одностадийного рафинирования с верхней или комбинированной продувкой,blocks and units for single-stage refining with top or combined blowing,
внешний рафинировочный блок, имеющийan external refining unit having
реакционное пространство с емкостью по меньшей для одной с стадии рафинирования;reaction space with a capacity of at least one from the refining step;
отверстие для непрерывного поступления на рафинирование металла из устройства для одностадийного рафинирования и/или промежуточной обогреваемой емкости,a hole for continuous receipt of metal refining from a device for single-stage refining and / or an intermediate heated container,
отверстие для загрузки скрапа и других шлакообразующих,hole for loading scrap and other slag-forming materials,
по меньшей мере одну вертикальную фурму для подачи кислорода и/или кислородосодержащего газа,at least one vertical tuyere for supplying oxygen and / or oxygen-containing gas,
емкость для разделения шлако-металлической эмульсии,tank for the separation of slag-metal emulsion,
сифонные устройства, соединенные с основным пространством печи через выходные отверстия для непрерывного выведения произведенной стали и шлака,siphon devices connected to the main space of the furnace through the outlet openings for the continuous removal of steel and slag produced,
патрубок для отвода отходящих газов и объединения их с отходящими газами первой стадии процесса,a pipe for exhaust gases and combining them with exhaust gases of the first stage of the process,
желоб для подачи стали в случае необходимости на внепечную обработку и доводку под заданный регламент.a chute for supplying steel, if necessary, for out-of-furnace processing and fine-tuning under a given schedule.