RU2044243C1

RU2044243C1 - Arrangement for production of pig iron, ferroalloys and reducing slag

Info

Publication number: RU2044243C1
Application number: RU94005954A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Поляков; И.А. Исламов; О.М. Сосонкин; Ю.А. Нефедов; В.М. Федоринчик
Original assignee: Производственно-коммерческая фирма "Комета"
Priority date: 1994-02-18
Filing date: 1994-02-18
Publication date: 1995-09-20
Also published as: RU94005954A

Abstract

FIELD: ferrous and non-ferrous metallurgy at cake-free production of pig iron, ferroalloys and reducing slags. SUBSTANCE: arrangement is furnished with a chamber for separation of melt from gas phase located under cyclone and between electric arc furnaces and connected to them by inclined passages with slide gates for separate discharge of melt from exhaust gases; the relation of section areas of knuckle, chamber and gas conduit equals 1: 15:7.5; and electric arc furnaces are finished with tuyeres for introduction of reducer into melt. EFFECT: enhanced capacity. 1 dwg

Description

Изобретение относится к черной и цветной металлургии и может быть использовано при бескоксовом получении чугуна, ферросплавов и передельных шлаков. The invention relates to ferrous and non-ferrous metallurgy and can be used in coke-free production of cast iron, ferroalloys and slag.

Известно производство чугуна по способу "Инред-айрон" [1] метоллом восстановительной плавки. На первом этапе происходит переплав рудной мелочи в плавильном циклоне при температуре 1900^оС и восстановление ее до FeО. Энергоносителем служит уголь, сжигаемый в струе кислорода. Перерабатываемые материалы загружаются в четыре небольших бункера и под действием силы тяжести осыпаются по трубкам в плавильный циклон. К концам трубок, расположенных наклонно, подводится кислород и вследствие высокой исходной скорости образуется турбулентный поток. Расплавленный материал отбрасывается на стенки камеры и образует покрытие из застывшего расплава железа. Второй этап процесса происходит в расположенной под циклоном электропечи. Остатки угля, превратившегося в кокс, реагируют с FeО с образованием трубчатого железа, которое науглероживается и расплавляется. Получаемый чугун подвергают переделу в кислородных конвертерах.It is known to produce cast iron according to the Inred Iron method [1] with a metoll of reducing smelting. The first stage occurs remelting fine ore in the melting cyclone at 1900 ^{° C} and restoring it to FeO. Coal burned in a stream of oxygen serves as an energy carrier. The processed materials are loaded into four small bins and, under the action of gravity, are scattered through the tubes into the melting cyclone. Oxygen is supplied to the ends of the tubes located obliquely and, due to the high initial velocity, a turbulent flow is formed. The molten material is thrown onto the walls of the chamber and forms a coating of solidified molten iron. The second stage of the process occurs in an electric furnace located under the cyclone. Residues of coal converted to coke react with FeO to form tubular iron, which is carbonized and melts. The resulting cast iron is redistributed in oxygen converters.

Данный способ сложен технологически из-за сосредоточения над плавильным циклоном систем подачи шихтовых материалов, кислорода, верхнего вывода отходящих газов, утилизации их тепла, наличия механизмов перепуска электрода и токоподводящей сети в сравнительно ограниченном пространстве расположения плавильно-восстановительного агрегата. Энергетически невыгоден верхний вывод отходящих газов с высокой температурой, снижение которой необходимо по условиям работы теплоутилизирующих устройств. Весьма проблематично сжигание угля в струе кислорода, которое необходимо организовать таким образом, чтобы достигнуть полного тепловыделения в плавильном объеме. Если при пылеугольном сжигании запаздывание воспламенения угля может вызвать лишь недожог топлива, то при сжигании угля для получения жидкого рудно- или рудноизвесткового расплава, осуществляемого в весьма ограниченном объеме, затягивание зажигания может ухудшить показатели горения или полностью нарушить процесс. Для устранения таких нежелательных явлений необходимо организовать предварительную тепловую обработку топлива за счет ввода его в нагретый до 650-700^оС окислитель. Не менее важен вопрос дозирования шихтовых материалов, задаваемых в циклон, так как количество расходуемой шихты определяет расход энергоносителей и окислителя.This method is technologically complicated due to the concentration of charge systems of charge materials, oxygen, the upper outlet of the exhaust gases, utilization of their heat, the presence of bypass mechanisms of the electrode and the current supply network in a relatively limited location of the smelting reduction unit over the melting cyclone. The upper outlet of exhaust gases with a high temperature is energetically disadvantageous, the reduction of which is necessary according to the operating conditions of the heat recovery devices. It is very problematic to burn coal in an oxygen stream, which must be organized in such a way as to achieve complete heat release in the melting volume. If, during pulverized coal burning, the ignition delay of coal can only cause underburning of the fuel, then when burning coal to obtain a liquid ore-ore-lime melt, which is carried out in a very limited volume, ignition delay can degrade the combustion performance or completely disrupt the process. To eliminate such undesirable phenomena need to arrange the fuel pre-heat treatment by introducing it into heated to 650-700 ^C. oxidant. No less important is the question of the dosage of charge materials specified in the cyclone, since the amount of charge consumed determines the consumption of energy and oxidizer.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для получения передельных шлаков [2] Оно позволяет снизить энергетические затраты и обеспечивает получение низкофосфористых передельных шлаков высокого качества. Достигается это тем, что процесс получения указанных шлаков, используемых при производстве металлического марганца, ферромарганца, силикомарганца, осуществляют в две стадии: путем окислительной плавки руды и последующей дефосфорации расплава в восстановительной атмосфере. Устройство выполнено в виде циклонной печи для плавления руды и двух дуговых печей для дефосфорации расплава. Это устройство состоит из циклонной печи, установленной на подвижной круговой опоре, обеспечивающей поворот на 180^оС, и двух восстановительных камер, представляющих собой дуговые электропечи с электродами. Исходная руда расплавляется в циклоне. Отходящие газы из него выводятся по центральному каналу. Расплавленная шихта перетекает из циклонной печи в одну из дуговых печей, сопряженных с циклоном наклонным каналом. По заполнении первой дуговой печи подачу шихты, топлива и дутья в циклон прекращают и последний поворачивают на и180^оС, после чего вновь начинают плавку, при которой образующийся расплав поступает уже в другую дуговую электропечь. Дефосфорацию расплава в электропечах производят обычным способом.The closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result is a device for producing processing slags [2] It allows to reduce energy costs and ensures the production of low-phosphorus processing slags of high quality. This is achieved by the fact that the process for producing these slags used in the production of metallic manganese, ferromanganese, and silicomanganese is carried out in two stages: by oxidative smelting of ore and subsequent dephosphorization of the melt in a reducing atmosphere. The device is made in the form of a cyclone furnace for melting ore and two arc furnaces for dephosphorization of the melt. This device consists of a cyclone furnace installed on the movable circular support, providing a 180 ^C, and two regenerative chambers representing the electric arc electrodes. The initial ore is melted in a cyclone. Exhaust gases from it are discharged through the central channel. The molten charge flows from the cyclone furnace into one of the arc furnaces associated with the cyclone inclined channel. By filling the first arc furnace feeding charge, fuel and air blast into the cyclone is stopped and the latter is rotated and 180 ^{° C,} then again begin to melt at which the resulting melt is supplied already in another arc furnace. Dephosphorization of the melt in electric furnaces is carried out in the usual way.

Существенным недостатком указанного агрегата является периодичность работы циклонной печи, связанная с необходимостью поворота ее при переходе к восстановительному периоду получения малофосфористого шлака. Конструктивное выполнение циклонной печи не позволяет с достаточной полнотой осуществить разделение жидкого расплава с продуктами горения топлива и исключить попадание шлакового расплава в центральный газоход. Необходимость поворота циклонной печи на различных стадиях процесса получения малофосфористого шлака предопределяет сложность в технических решениях по монтажу собственно циклонной печи, систем охлаждения и подвода энергоносителей, устройств для накопления шихтовых материалов и их дозирования. Сочленение циклона с дуговыми электропечами вызывает необходимость принятия дополнительных мер по герметизации агрегата, исключить попадание отходящих газов в окружающую среду и в электропечь, где происходит дефосфорация расплава. A significant drawback of this unit is the frequency of operation of the cyclone furnace, associated with the need to rotate it during the transition to the recovery period of malophosphorous slag production. The design of the cyclone furnace does not allow with sufficient completeness to separate the liquid melt from the combustion products of fuel and to prevent the ingress of slag melt into the central flue. The need to rotate the cyclone furnace at various stages of the process of producing phosphoric slag determines the complexity in technical solutions for the installation of the cyclone furnace itself, cooling systems and supply of energy carriers, devices for the accumulation of charge materials and their metering. The articulation of the cyclone with electric arc furnaces necessitates the adoption of additional measures to seal the unit, to exclude the ingress of exhaust gases into the environment and into the electric furnace, where melt dephosphorization occurs.

Задача изобретения состоит в организации непрерывного процесса получения чугуна, ферросплавов, передельных шлаков с высокой интенсивностью. Решение задачи достигается за счет того, что устройство для получения чугуна, ферросплавов и передельных шлаков, содержащее циклон для плавления шихты в окислительной атмосфере и предварительного восстановления оксидов до FeO и электродуговые печи для полного восстановления расплава, дополнительно снабжено камерой для отделения расплава от газовой фазы, расположенной под циклоном и между электродуговыми печами и соединенной с ними наклонными каналами с шиберными затворами для раздельного отвода расплава и отходящих газов. Соотношение площадей сечений пережима циклона, камеры и газоотхода в ней равно 1:15:7,5. Электродуговые печи оборудованы фурмами для ввода в расплав восстановителя. The objective of the invention is to organize a continuous process for the production of cast iron, ferroalloys, smelting slag with high intensity. The solution is achieved due to the fact that the device for producing cast iron, ferroalloys and slag, containing a cyclone for melting the mixture in an oxidizing atmosphere and preliminary reduction of oxides to FeO and electric arc furnaces for complete reduction of the melt, is additionally equipped with a chamber for separating the melt from the gas phase, located under the cyclone and between the electric arc furnaces and connected with them by inclined channels with slide gates for separate removal of the melt and exhaust gases. The ratio of the cross-sectional areas of the cyclone pinch, the chamber and the gas outlet in it is 1: 15: 7.5. Electric arc furnaces are equipped with tuyeres for introducing a reducing agent into the melt.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с аналогами и прототипом; изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники; практически легко осуществимо. The invention has novelty, which follows from a comparison with analogues and prototype; inventive step, as it clearly does not follow from the existing level of technology; almost easy to do.

На чертеже представлен общий вид устройства. The drawing shows a General view of the device.

Устройство для получения чугуна, ферросплавов и передельных чугунов состоит из циклона 1 для плавления шихты в окислительной атмосфере и предварительного восстановления оксидов до FeO и двух электродуговых печей 2 для полного восстановления расплава. Под циклоном и между электродуговыми печами расположена камера 3 для отделения расплава от газовой фазы. Камера соединена с циклоном с помощью пережима 4 и с электродуговыми печами наклонными каналами 5 с шиберными затворами 6. В верхней части камеры размещен газоход 7. Электродуговые печи оборудованы фурмами 8 для ввода в расплав восстановителя. A device for producing cast iron, ferroalloys and pig iron consists of cyclone 1 for melting the mixture in an oxidizing atmosphere and preliminary reduction of oxides to FeO and two electric arc furnaces 2 for complete reduction of the melt. Under the cyclone and between the electric arc furnaces is a chamber 3 for separating the melt from the gas phase. The chamber is connected to the cyclone by pinch 4 and to electric arc furnaces with inclined channels 5 with slide gates 6. In the upper part of the chamber there is a gas duct 7. Electric arc furnaces are equipped with tuyeres 8 for introducing a reducing agent into the melt.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Мелкодисперсная шихта (руда, известь, пылеугольное топливо восстановитель) загружаются в бункер-накопитель 9, откуда через дозатор 10, обеспечивающий равномерность подачи материалов, поступает в верхнюю зону циклона. Шихта попадает в вихревой поток высокотемпературных продуктов сжигания газообразного топлива, поступающих из тангенциально расположенных форкамерных горелок 11. Вследствие тангенциальной подачи продуктов сгорания материалы подхватываются этим вихрем, приводятся во вращение, сепарируются на ограничивающие поверхности циклона, расплавляются и стекают через пережим в камеру 3, где завершаются процессы разделения газовой и шлаковой фаз, усреднение расплава по составу и температуре. Основная масса дымовых газов из верхней части камеры по газоходу 7 направляются на утилизацию, а часть газов поступает по наклонному каналу 5 в электропечь. Fine charge (ore, lime, pulverized coal reducing agent) are loaded into the storage hopper 9, from where it enters the upper zone of the cyclone through a dispenser 10, which ensures uniform feed of materials. The mixture enters the vortex stream of high-temperature combustion products of gaseous fuels coming from the tangentially located pre-chamber burners 11. As a result of the tangential supply of combustion products, the materials are picked up by this vortex, brought into rotation, separated on the limiting surfaces of the cyclone, melt and flow through the pinch into chamber 3, where they are completed processes of separation of gas and slag phases, averaging of the melt by composition and temperature. The bulk of the flue gases from the upper part of the chamber through the gas duct 7 are sent for disposal, and part of the gases enters the electric furnace through an inclined channel 5.

Соотношение площадей сечений пережима, камеры и газохода 1:15:7,5 выбрано из следующих соображений. Поток газов, расплава и нерасплавившихся в циклоне частиц на выходе из циклона обладают высокой скоростью. За счет резкого расширения (1:15) в камере скорости потоков падают и нерасплавившиеся частицы выпадают на поверхность расплава. Практика эксплуатации систем очистки газов доказывает, что при отношении площадей сечения на входе и выходе из расширительной камеры менее 1:15 наблюдается вынос мелкодисперсных частиц из камеры. Выбор соотношения этих сечений более 1:15 увеличивает объем камеры, сопротивление газоотводящего тракта и мощность дымососа. The ratio of the cross-sectional areas of the pinch, chamber and gas duct 1: 15: 7.5 is selected from the following considerations. The flow of gases, melt and particles not melted in the cyclone at the outlet of the cyclone has a high speed. Due to the sharp expansion (1:15) in the chamber, the flow rates fall and the unmelted particles fall to the surface of the melt. The practice of operating gas purification systems proves that when the ratio of the cross-sectional areas at the inlet and outlet of the expansion chamber is less than 1:15, the removal of fine particles from the chamber is observed. The choice of the ratio of these sections over 1:15 increases the volume of the chamber, the resistance of the exhaust pipe and the power of the exhaust fan.

Отношение площади сечения камеры 4 к сечению газохода 2:1 обусловлено необходимостью поддержания небольшого избыточного давления камере. Изменение этого соотношения ведет либо к разрежению в камере (подсосы), либо к давлению (выбиванию газов). Суммарное количество топлива, восстановителя и окислителя выбирается достаточным для расплавления шихты и предварительного восстановления оксидов до FeО. Из разделительной камеры рудный или руднофлюсовый восстановительный расплав поступает по наклонному каналу 5 через открытый шибер 6 в одну из электропечей 2. После наполнения первой дуговой печи производится закрытие шиберов наклонных каналов, включение электропечи и проводится окончательное довосстановление расплава. Количество расплава, поступившего в электропечь, определяется по времени работы циклона с заданной производительностью по шихте. Восстановитель вводится в расплав в токе кислорода через фурмы 8. Этим достигается высокая степень прямого восстановления расплава частицами твердого углерода. Образующиеся газы дожигаются под сводом электропечи или направляются на утилизацию. В то время, когда в одной электропечи производится окончательное довосстановление расплава с получением металла или передельных шлаков, циклон непрерывно расплавляет шихту и проходит наполнение расплавом другой электропечи. Эти стадии процесса синхронизированы по продолжительности работы циклона и длительности восстановительного периода в электропечи. После выпуска продуктов плавки (металл, шлак) технологический процесс в электропечах повторяется. The ratio of the cross-sectional area of the chamber 4 to the cross-section of the gas duct 2: 1 is due to the need to maintain a small overpressure of the chamber. A change in this ratio leads to either a vacuum in the chamber (suction) or pressure (knocking out gases). The total amount of fuel, reducing agent and oxidizing agent is selected sufficient to melt the mixture and preliminary reduction of oxides to FeO. From the separation chamber, the ore or ore flux reduction melt flows through the inclined channel 5 through an open gate 6 into one of the electric furnaces 2. After filling the first arc furnace, the gates of the inclined channels are closed, the electric furnace is turned on and the melt is finally restored. The amount of melt received in the electric furnace is determined by the operating time of the cyclone with a given capacity for the charge. The reducing agent is introduced into the melt in a stream of oxygen through the tuyeres 8. This achieves a high degree of direct reduction of the melt by solid carbon particles. The resulting gases are burned under the roof of an electric furnace or sent for disposal. At the time when the final re-reduction of the melt with the production of metal or slag is performed in one electric furnace, the cyclone continuously melts the charge and the melt is filled with another electric furnace. These stages of the process are synchronized by the duration of the cyclone and the duration of the recovery period in the electric furnace. After the release of melting products (metal, slag), the technological process in electric furnaces is repeated.

Предлагаемое устройство и технология плавки позволяют использовать широкую гамму материалов (руды, шлаки, шламы, пыли газоочисток, пылеугольное топливо) без их предварительного окускования (агломерация, брикетирование, окатывание), открывают возможности применения некоксующихся углей, а также материалов с высокой концентрацией серы, тяжелых и цветных металлов, а также позволяет достигать высокой производительности при снижении удельных затрат по энергоносителям. The proposed device and smelting technology allows the use of a wide range of materials (ores, slag, sludge, gas treatment dust, pulverized coal) without preliminary agglomeration (agglomeration, briquetting, pelletizing), and opens up the possibility of using non-coking coals, as well as materials with a high concentration of sulfur, heavy and non-ferrous metals, and also allows you to achieve high performance while reducing unit costs for energy.

Claims

A device for producing cast iron, ferroalloys and limit slags, containing a cyclone for melting the mixture in an oxidizing atmosphere and electric arc furnaces for complete recovery of the melt, characterized in that it is equipped with a chamber for separating the melt from the gas phase, located under the cyclone and between the electric arc furnaces and connected to them inclined channels with slide gates for separate removal of the melt from the exhaust gases, and the ratio of the cross-sectional areas of the pinch, chamber and duct is 1 15 7.5, and electric arcs furnace equipped with tuyeres for input into the melt of a reducing agent.