RU2109067C1

RU2109067C1 - Method for producing ready-to-use steel and intermediate product from iron ore raw materials, wastes of blast-furnace production from dumps and other iron-containing materials of fine and dusty fractions in rotating furnace

Info

Publication number: RU2109067C1
Application number: RU96124213A
Authority: RU
Inventors: Владимир Петрович Милькин
Original assignee: Владимир Петрович Милькин
Priority date: 1996-12-25
Filing date: 1996-12-25
Publication date: 1998-04-20

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: method includes mixing of metal melt by furnace rotation, provision of reaction zones with special protrusions located on furnace refractory lining to intensify mixing of melt. Furnace has interconnecting channels located in refractory lining of reaction zones at a definite angle to furnace rotation axis and forcing the melt from the sections of overheated metal to zone of supply of raw loose materials. A definite part of melt volume from liquid movable bath of rotating furnace is transported over circumference and uniformly distributed in the form of film jets and fine droplets in gas oxidizing medium of furnace reaction zones with the help of block refractory pockets built in refractory lining of furnace reaction zones and in the form of retort whose outlet is conjugated with generating line of furnace opening. EFFECT: higher efficiency. 4 dwg

Description

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к переработке полупродукта на готовую сталь и переработке железорудного сырья в полупродукт или готовую сталь во вращающихся печах роторного типа и вращающихся конвертерах типа Кал-ДО процесса, обеспечивающих как обычный прерывный процесс, так и непрерывный процесс получения готового продукта. The invention relates to the metallurgical industry, in particular to the processing of the intermediate product into finished steel and the processing of iron ore into intermediate or finished steel in rotary kilns and rotary converters of the Kal-DO type of the process, providing both a regular intermittent process and a continuous process for obtaining the finished product .

В непрерывных процессах предусматривается проведение металлургических процессов в зонах одного проточного аппарата, через который непрерывно перемещают обрабатываемые материалы. Подвод реагентов и отвод побочных продуктов также отводится непрерывно. В результате исходные материалы по мере продвижения их по технологической цепочке постепенно превращаются в конечный продукт - готовую сталь или в полупродукты. В каждой точке потока устанавливаются постоянные параметры процессов реагирующих фаз. In continuous processes, metallurgical processes are envisaged in the zones of one flowing apparatus through which the processed materials are continuously moved. The supply of reagents and the removal of by-products are also discharged continuously. As a result, starting materials as they move along the production chain gradually turn into the final product - finished steel or intermediate products. At each point of the flow, constant parameters of the processes of the reacting phases are established.

Высокая производительность таких установок в целом при сравнительно малых темпах загрузки исходных материалов и выпуска готового продукта позволяет равномерно загружать оборудование цеха и сократить отходы, полнее использовать физическое и химическое тепло. The high productivity of such plants as a whole, at relatively low rates of loading of raw materials and the release of the finished product, makes it possible to uniformly load workshop equipment and reduce waste, and make better use of physical and chemical heat.

Известная выплавка стали во вращающихся конвертерах типа Кал-ДО процесса. Вращающийся конвертер представляет собой симметричный конвертер, диаметр которого соответствует удельному объему. Помимо наклона вперед и назад конвертер может вращаться вокруг своей оси со скоростью 30 об/мин. Во время продувки конвертер находится под углом 17^o к горизонтальной плоскости. Высокая производительность таких конвертеров достигается за счет вращения конвертера, перемешивающего расплава металла в наклоненной емкости.Known steelmaking in rotary converters of the type Kal-DO process. A rotating converter is a symmetric converter whose diameter corresponds to the specific volume. In addition to tilting back and forth, the converter can rotate around its axis at a speed of 30 rpm. During purging, the converter is at an angle of 17 ^o to the horizontal plane. High performance of such converters is achieved by rotating the converter, mixing the molten metal in an inclined tank.

Известна роторная печь для получения стали. С целью увеличения тепло- и массообменных процессов печь вращается со скоростью 0,1 - 4,0 об./мин, обеспечивая перемещение расплава металла в жидкой ванне [1]. Known rotary furnace for steel. In order to increase heat and mass transfer processes, the furnace rotates at a speed of 0.1 - 4.0 rpm./min, providing the movement of the molten metal in a liquid bath [1].

Известна установка для переработки железорудного сырья в жидкой подвижной ванне, обеспечивающая получение полупродукта или получения готовой стали. Установка содержит соединенную с приводом вращения цилиндрическую роторную печь [2]. A known installation for the processing of iron ore in a liquid movable bath, providing an intermediate or finished steel. The installation comprises a cylindrical rotary kiln connected to a rotation drive [2].

С целью повышения тепло- и массообменных процессов рабочий объем проема печи разделен на три технологических зоны, средняя из которых имеет диаметр меньше диаметра крайних зон и в ее футеровке выполнены сквозные каналы, соединяющие между собой крайние зоны печи. Каналы выполнены под определенным углом к центральной оси печи и тем самым принудительно перемещают определенную часть расплава металла вдоль проема печи, из зоны завершения процесса получения готового продукта в зону поступления сырых сыпучих материалов, для поддержания в этой зоне высокого температурного режима и растворения в расплаве энергетического углерода, поступающего в печь. In order to increase heat and mass transfer processes, the working volume of the furnace opening is divided into three technological zones, the middle of which has a diameter less than the diameter of the extreme zones and through channels are made in its lining connecting the extreme zones of the furnace. The channels are made at a certain angle to the central axis of the furnace and thereby forcibly move a certain part of the molten metal along the opening of the furnace from the zone where the finished product is received to the zone of receipt of raw bulk materials to maintain high temperature in this zone and dissolve energy carbon in the melt entering the oven.

С целью интенсивного перемешивания жидкой ванны печи поверхность огнеупорной футеровки реакционных зон печи покрыта долевыми выступами, которые расположены под углом 20 - 45^o к центральной оси проема печи. С целью сохранения огнеупорной футеровки от вибромеханических нагрузок печь обеспечена окольцовывающим цилиндрическую часть печи пустотелым понтоном и удерживается на плаву в жидкой ванне с возможностью наклона ее в сторону выдачи готового продукта за счет изменения уровня жидкости в ванне.In order to intensively mix the liquid bath of the furnace, the surface of the refractory lining of the reaction zones of the furnace is covered with lobes that are located at an angle of 20 - 45 ^o to the central axis of the furnace opening. In order to preserve the refractory lining from vibromechanical loads, the furnace is provided with a hollow pontoon circling the cylindrical part of the furnace and is kept afloat in a liquid bath with the possibility of tilting it towards the delivery of the finished product due to a change in the liquid level in the bath.

Известно, что интенсификация конверторных процессов выплавки стали в первую очередь зависит от воздействия компонентов контактирующих между собой жидких и газообразных фаз и площади контакта между этими фазами. It is known that the intensification of converter processes of steel smelting primarily depends on the effect of the components of the liquid and gaseous phases in contact and the contact area between these phases.

Расширение удельной площади тепло- и массообменных процессов, представляющей собой отношение площади поверхности жидкой фазы с газовой окислительной средой к массе расплава металла, находящегося в жидкой ванне на подине вращающейся печи, является основной проблемой практически всех металлургических процессов, тем более во вращающихся печах. The expansion of the specific area of heat and mass transfer processes, which is the ratio of the surface area of the liquid phase with a gas oxidizing medium to the mass of the molten metal located in the liquid bath on the bottom of the rotary kiln, is the main problem of almost all metallurgical processes, especially in rotary kilns.

Повышение производительности печей и улучшение качества получаемой стали зависит полностью от скорости протекания тепло- и массообменных процессов. Высокая поверхность расплава с окислительной фазой обеспечивает мгновенное удаление примесей и отшлакование их в присутствии флюсов. Установлено, что сталеплавильные процессы регулируются не только скоростью химических реакций, т. к. при высоких температурах они протекают практически мгновенно, а скоростью диффузии и доставки реагирующих компонентов к месту реакций. При высокоразвитой поверхности расплава, контактирующего с окислительной фазой, все химические процессы протекают быстро, а при стабильном их обеспечении они протекают непрерывно. Increasing the productivity of furnaces and improving the quality of the resulting steel depends entirely on the rate of heat and mass transfer processes. The high surface of the melt with the oxidizing phase provides instant removal of impurities and their slagging in the presence of fluxes. It was found that steelmaking processes are regulated not only by the rate of chemical reactions, because at high temperatures they occur almost instantly, but by the rate of diffusion and delivery of reacting components to the reaction site. With a highly developed surface of the melt in contact with the oxidizing phase, all chemical processes proceed quickly, and when they are stable, they proceed continuously.

Однако в настоящее время все известные обычные процессы производства стали и процессы производства стали в роторных вращающихся печах и в конвертерном Кал-ДО процессе не обеспечивают в полной мере необходимой скорости протекания тепло- и массообменных процессов. However, at present, all known conventional steel production processes and steel production processes in rotary rotary kilns and in the Kal-DO converter process do not fully provide the necessary speed of heat and mass transfer processes.

Целью данного предложения является повышение скорости тепло- и массообменных процессов при производстве стали и полупродукта во вращающихся печах роторного типа и вращающихся конвертерах типа Кал-ДО процесса, причем как в непрерывном, так и в прерывистом способе получения готового продукта. The aim of this proposal is to increase the speed of heat and mass transfer processes in the production of steel and intermediate in rotary kilns and rotary converters of the Kal-DO type of the process, both in a continuous and intermittent way to obtain the finished product.

Эта цель достигается тем, что в огнеупорной футеровке реакционных зон вращающихся печей вмонтируются блок-огнеупорные карманы, выполненные по своей объемной форме типа реторты, выходное отверстие которой сопряжено с образующей проема печи с возможностью полости реторты освобождаться от расплава только при определенном повороте карманов по образующей проема печи. This goal is achieved by the fact that in the refractory lining of the reaction zones of rotary kilns are mounted block refractory pockets made in their volumetric shape of a retort, the outlet of which is associated with the generatrix of the furnace opening with the possibility of the cavity of the retort to be released from the melt only with a certain rotation of the pockets along the generatrix of the opening ovens.

При вращении печи вокруг своей оси и погружении блок-карманов в расплав карманы заполняются расплавом, вытесняя при этом в расплав на подине вращающейся печи соответствующий объем окислительного газа, а затем при движении карманов по окружности проема печи карманы равномерно освобождаются от расплава металла в объем окислительной газовой среды реакционных зон печи, причем в виде пленочных струй и мелких капель, увеличивая при этом площадь тепло- и массообменных процессов. При оптимально выбранных размерах блок-карманов удельная площадь увеличивается не менее чем на порядок, т.к. пленочные струи и мелкие капли расплава, вытекающие из блок-карманов, буквально заполняют весь объем газовой окислительной среды реакционных зон печи. When the furnace rotates around its axis and the block pockets are immersed in the melt, the pockets are filled with the melt, displacing the corresponding volume of oxidizing gas into the melt on the bottom of the rotary furnace, and then when the pockets move around the circumference of the furnace opening, the pockets are evenly released from the metal melt into the oxidizing gas volume medium reaction zones of the furnace, and in the form of film jets and small droplets, while increasing the area of heat and mass transfer processes. With optimally selected block pocket sizes, the specific area increases by at least an order of magnitude, because film jets and small drops of melt flowing from the block pockets literally fill the entire volume of the gas oxidizing medium of the reaction zones of the furnace.

Однако пленочные струи и мелкие капли расплава не попадают на боковые стенки огнеупорной кладки печи, а падают на "зеркало" расплава, находящегося на подине проема печи. Это позволяет сохранять огнеупорную кладку печи. However, film jets and small drops of melt do not fall on the side walls of the refractory masonry of the furnace, but fall on the “mirror” of the melt located on the bottom of the furnace opening. This allows you to save the refractory masonry furnace.

Отличие предлагаемого способа, позволяющего значительно повысить площадь тепло- и массообменных процессов, от ранее известных способов: перемешивания расплава металла в плавильной ванне печи за счет вращения печи вокруг своей центральной оси; перемешивания расплава с помощью выступов, расположенных под определенным углом к центральной оси проема печи, усиливающих перемешивание; перемешивания расплава с помощью сообщающихся каналов, расположенных в средней части проема печи, которые принудительно с помощью расположения их под определенным углом к центральной оси проема печи перемещают определенную часть расплава из зоны уже готового и достаточно перегретого продукта в зону поступления сырых не вполне прогретых сыпучих материалов - состоит в том, что ко всему вышеупомянутому предлагаемый способ достигается с помощью огнеупорных блок-карманов, выполненных по объемной форме типа реторты, выходное отверстие которой сопряжено с образующей окружности проема печи, за счет которых значительно, по меньшей мере не менее чем на порядок, повышается площадь тепло- и массообменных процессов, а также, стало быть, и их скорость, и не только в жидкой ванне на вращающейся подине печи за счет освобождения блок-карманов от окислительной газовой среды, но и, более того, широкомасштабно расширяется площадь контакта жидкого расплава с газовой окислительной средой в пространстве реакционных зон, куда поступает расплав в виде пленочных струй и мелких капель, которые буквально заполняют почти весь объем газовой среды реакционных зон проема печи. Это, в конечном счете, позволит в значительной мере повысить производительность печи, при этом улучшить качество получаемого продукта. The difference of the proposed method, which allows to significantly increase the area of heat and mass transfer processes, from previously known methods: mixing the molten metal in the furnace bath due to the rotation of the furnace around its central axis; mixing the melt with the help of protrusions located at a certain angle to the central axis of the furnace opening, enhancing mixing; mixing the melt with the help of communicating channels located in the middle part of the furnace opening, which forcibly by moving them at a certain angle to the central axis of the furnace opening move a certain part of the melt from the zone of the finished and sufficiently overheated product into the zone of receipt of raw not quite warmed bulk materials consists in the fact that to all of the above, the proposed method is achieved using refractory block pockets made in a volumetric form such as a retort, the outlet of the cat the swarm is associated with the generatrix of the circumference of the furnace opening, due to which the area of heat and mass transfer processes increases significantly, at least not less than an order of magnitude, and, therefore, their speed, and not only in a liquid bath on the rotating hearth of the furnace due to the release of block pockets from the oxidizing gas medium, but also, the contact area of the liquid melt with the gas oxidizing medium in the space of the reaction zones, where the melt enters in the form of film jets and small droplets, which almost the entire volume of the gaseous medium of the reaction zones of the furnace opening is completely filled. This, ultimately, will significantly increase the productivity of the furnace, while improving the quality of the resulting product.

В качестве примеров для применения способа получения готовой стали и полупродукта из железорудного сырья, отходов доменного производства и др. железосодержащих материалов, мелких и пылевидных фракций, которыми затоварились отвалы металлургических предприятий, могут служить: "Конвертерный Кал-ДО процесс" [1] и "Установка для переработки железорудного сырья в подвижной жидкой ванне" [2]. As examples for the application of the method for producing finished steel and intermediate from iron ore raw materials, blast furnace wastes and other iron-containing materials, fine and dusty fractions, which are dumped by dumps of metallurgical enterprises, can serve as: "Converter Kal-DO process" [1] and " Installation for processing iron ore in a mobile liquid bath "[2].

На фиг. 1 показана установка для переработки железорудного сырья в подвижной жидкой ванне, в арсенале которой собраны все ранее перечисленные известные способы повышения тепло- и массообменных процессов и в которой могут быть применены предлагаемые блок-огнеупорные карманы, повышающие значительно площадь тепло- и массообменных процессов во вращающихся вокруг своей оси, печах; на фиг. 2 - расположение блок-карманов и сообщающихся каналов в огнеупорной футеровке вращающейся печи, показанных в поперечном разрезе и в движении по окружности; на фиг. 3 - сам огнеупорный блок-карман, состоящий из двух полублоков; на фиг. 4 - роторная печь в продольном разрезе с карманами и сообщающимися каналами в огнеупорной кладке печи в момент ее вращательного движения. In FIG. 1 shows a plant for processing iron ore raw materials in a movable liquid bath, in the arsenal of which all the previously mentioned known methods for increasing heat and mass transfer processes are collected, and in which the proposed block refractory pockets can be applied, which significantly increase the area of heat and mass transfer processes in revolving around its axis, furnaces; in FIG. 2 - arrangement of block pockets and communicating channels in the refractory lining of a rotary kiln, shown in cross section and in circular motion; in FIG. 3 - the refractory block pocket itself, consisting of two half blocks; in FIG. 4 - rotary kiln in longitudinal section with pockets and communicating channels in the refractory masonry of the furnace at the time of its rotational movement.

Печь состоит из горизонтально расположенного цилиндрического корпуса 1, проем которого выложен огнеупорной футеровкой 2. Цилиндрическая поверхность корпуса печи опоясана пустотелым кольцевым понтоном 3, который погружен в емкость с жидкостью 4. Торцевые части печи имеют загрузочную 5 и разгрузочную 6 головки. Загрузочная головка снабжена подпорным кругом 7 и установлена на опорные ролики 8. Отверстие на загрузочной головке 5 закрыто огнеупорной пробкой 9, в которой смонтированы: течки 10 для подачи шихтовых материалов в печь, кислородные фурмы 11, смотровые гляделки и другие узлы технологического назначения. Внутренняя полость печи разделена на три основные технологические зоны: I - зону загрузки, восстановления железа и его науглероживания, II - реакционную зону и III - зону накопления готового продукта и его раздачи на возврат в зону I и разгрузку в промежуточную металлоемкость. В реакционной зоне II в массе огнеупорной футеровки выполнены сквозные каналы 12, через которые при вращении печи расплав принудительно возвращается из зоны III в зону I. Поверхности огнеупорной футеровки зон I и II выполнены рельефными в виде продольных выступов 13, расположенных под углом к центральной оси печи. Со стороны разгрузочной головки 6 установлен газоотвод 14, а ниже газоотвода установлена промежуточная металлоемкость 15, которая оснащена желобами для стали и шлака за счет своего чайникового типа, засыпными аппаратами для подачи легирующих добавок, раскислителей и обессеривающих присадок. The furnace consists of a horizontally arranged cylindrical body 1, the opening of which is lined with refractory lining 2. The cylindrical surface of the furnace body is surrounded by a hollow annular pontoon 3, which is immersed in a container with liquid 4. The end parts of the furnace have a loading 5 and an unloading 6 head. The loading head is provided with a retaining circle 7 and mounted on the support rollers 8. The hole on the loading head 5 is closed by a refractory stopper 9, in which are mounted: estrus 10 for supplying charge materials to the furnace, oxygen tuyeres 11, viewing peepers and other technological units. The internal cavity of the furnace is divided into three main technological zones: I - the zone of loading, reduction of iron and its carburization, II - the reaction zone and III - the zone of accumulation of the finished product and its distribution to return to zone I and unloading into the intermediate metal. Through channels 12 are made in the bulk of the refractory lining in the reaction zone II, through which, during rotation of the furnace, the melt is forced to return from zone III to zone I. The surfaces of the refractory lining of zones I and II are embossed in the form of longitudinal protrusions 13 located at an angle to the central axis of the furnace . A gas outlet 14 is installed on the side of the discharge head 6, and an intermediate metal 15 is installed below the gas outlet, which is equipped with gutters for steel and slag due to its teapot type, filling devices for supplying alloying additives, deoxidizing agents and desulfurizing additives.

Печь снабжена нагревательным устройством для подогрева поступающей в печь шихты. Привод вращения печи установлен с возможностью свободы перемещения печи в горизонтальной плоскости за счет изменения уровня жидкости 4 в емкости, в которой удерживается емкость пустотелым понтоном на плаву. The furnace is equipped with a heating device for heating the charge entering the furnace. The rotational drive of the furnace is installed with the possibility of freedom of movement of the furnace in the horizontal plane due to a change in the liquid level 4 in the tank, in which the tank is kept afloat by the hollow pontoon.

Для повышения площади тепло- и массообменных процессов печь снабжена блок-огнеупорными карманами 17, установленными в зонах I и II. To increase the area of heat and mass transfer processes, the furnace is equipped with block refractory pockets 17 installed in zones I and II.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

После монтажа всех элементов конструкции печи, сушки и предварительного нагрева огнеупорной футеровки 2 печь заполняют расплавом чугуна и всеми необходимыми материалами для выплавки стали - это есть только пусковой вариант. Пусковой вариант ввода печи в работу отличается от обычной плавки в роторной печи тем, что расплав чугуна и шихтовые материалы, поступающие в печь, должны обладать некоторым запасом химического избыточного тепла, с помощью которого по ходу плавки можно было бы прогреть всю футеровку печи до рабочего состояния. Пусковой вариант ввода печи в работу проводят по сценарию обычных рядовых плавок в роторных печах. Однако предложенная конструкция печи позволяет это сделать в опережающем темпе, опережающим обычное время плавки в роторных печах в силу того, что при вращении печи некоторая часть расплава многократно и с определенной заданной скоростью перемещается вдоль проема печи - вперед и снова назад. Это обусловлено тем, что сквозные каналы 12, проложенные в футеровке II зоны, выполнены под определенным углом к продольной оси проема печи, что позволяет с каждым оборотом печи возвращать часть объема расплава из III зоны в зону I и в таком количестве, которое только за один оборот печи равно внутреннему объему всех каналов 12, вместе взятых. Способствуют этому процессу, причем еще в большей мере, и блок-огнеупорные карманы 17. Это позволяет в темпе усреднить температуру вдоль всего проема печи и ускорить процесс готовности стали. Этому же способствует возможность изменять положение печи в горизонтальной плоскости за счет изменения положения уровня жидкости в емкости 4, в которую погружен понтон вращающейся печи. И, более того, с помощью продольных выступов 13, выполненных на поверхности огнеупорной футеровки вдоль I и II зон, расплав на всем своем пути продвижения вдоль проема этих зон дополнительно подвергается интенсивному перемешиванию, чем увеличивается площадь тепло- и массообменных процессов. Совмещение всех видов перемешивания и усиление перемешивания работой блок-огнеупорных карманов позволяет значительно повысить производительность вращающихся печей и улучшить качество получаемого продукта. After installation of all the structural elements of the furnace, drying and preheating of the refractory lining 2, the furnace is filled with molten iron and all the necessary materials for steelmaking - this is only the starting option. The start-up option for putting the furnace into operation differs from conventional melting in a rotary furnace in that the molten iron and charge materials entering the furnace must have a certain amount of chemical excess heat, with which it would be possible to warm the entire lining of the furnace to the working state during melting . The start-up option of putting the furnace into operation is carried out according to the scenario of ordinary ordinary melts in rotary kilns. However, the proposed furnace design allows this to be done at a faster pace than the usual melting time in rotary furnaces due to the fact that when the furnace rotates, a certain part of the melt moves repeatedly and at a predetermined specified speed along the furnace opening - forward and backward. This is due to the fact that the through channels 12 laid in the lining of zone II are made at a certain angle to the longitudinal axis of the furnace opening, which allows with each revolution of the furnace to return part of the melt volume from zone III to zone I and in such an amount that only one the revolution of the furnace is equal to the internal volume of all channels 12 combined. Contribute to this process, and even more so, and block refractory pockets 17. This allows you to pace the average temperature along the entire opening of the furnace and speed up the process of steel readiness. This is also facilitated by the ability to change the position of the furnace in the horizontal plane by changing the position of the liquid level in the tank 4, into which the pontoon of the rotary kiln is immersed. And, moreover, with the help of longitudinal protrusions 13 made on the surface of the refractory lining along the I and II zones, the melt along its entire path of advancement along the opening of these zones is additionally subjected to intensive mixing, which increases the area of heat and mass transfer processes. The combination of all types of mixing and increased mixing by the work of block refractory pockets can significantly increase the productivity of rotary kilns and improve the quality of the resulting product.

Высокая удельная поверхность расплава с окислительной фазой обеспечивает интенсивное удаление примесей и отшлакование их в присутствии флюсов, т.к. сталеплавильные процессы регулируются не только скоростью химических реакций, которые при высоких температурах протекают практически мгновенно, но и за счет скорости доставки реагирующих элементов к месту реакций. При достаточной скорости доставки реагирующих компонентов к месту реакций все процессы протекают быстро, а при рассматриваемых условиях, созданных целенаправленно, все процессы протекают в непрерывном потоке. The high specific surface of the melt with the oxidizing phase ensures intensive removal of impurities and their slagging in the presence of fluxes, since steelmaking processes are regulated not only by the rate of chemical reactions, which occur almost instantly at high temperatures, but also due to the speed of delivery of reacting elements to the reaction site. With a sufficient speed of delivery of reacting components to the reaction site, all processes proceed quickly, and under the conditions considered purposefully created, all processes proceed in a continuous stream.

После того как печь полностью прогрелась и весь объем расплава в печи достиг необходимой кондиции, в печь подают сырые шихтовые материалы. Их желательно иметь однородного состава и составлять из обычного сырья, применяемого в доменном производстве. Взамен доменного кокса может быть применен один из энергетических малозернистых углей, например Кузнецовского бассейна. Тепловой баланс непрерывного сталеплавильного процесса должен быть рассчитан на получение избыточного тепла в готовом продукте, которое в обычных плавках используется на расплавление скрапа, окалины или возвратного лома, т.к. избыточное тепло необходимо иметь в возвратной доли расплава, поступающей на поддержание процесса расплавления шихты в зоне I, куда поступают все новые и новые порции только частично подогретой шихты. Предварительные расчеты, а затем практически проверенные расчеты теплового баланса корректируются при изменении шихтовых материалов. After the furnace has completely warmed up and the entire melt volume in the furnace has reached the necessary condition, raw charge materials are fed into the furnace. It is desirable to have a homogeneous composition and make up of ordinary raw materials used in blast furnace production. Instead of blast furnace coke, one of the energy low-grain coals, for example, the Kuznetsovsky basin, can be used. The heat balance of the continuous steelmaking process should be designed to produce excess heat in the finished product, which in conventional melts is used to melt scrap, dross or scrap scrap, because excess heat must be present in the return fraction of the melt supplied to support the process of charge melting in zone I, where more and more new portions of only partially heated mixture are supplied. Preliminary calculations, and then practically verified calculations of the heat balance are adjusted when the charge materials change.

Поступление расчетной однородной подогретой шихты в печь - зону I сопровождается поступлением в печь окислительного газа. Шихта тут же попадает в окружение возвратной доли перегретого расплава. Высокая температура и окислительная - газовая и железорудная окислительная среда, присутствующая в избытке в зоне I, немедленно включают в работу реагирование энергетического угля. Образующийся в процессе реакций газ, содержащий окись углерода, тут же используется на восстановление окислов железа и на науглероживание железа, и в первую очередь на науглероживание возвратной доли стали, если плавка ведется на получение стали. The receipt of the calculated homogeneous heated mixture in the furnace - zone I is accompanied by the flow of oxidizing gas into the furnace. The mixture immediately falls into the environment of the return portion of the superheated melt. High temperature and oxidizing - gas and iron ore oxidizing medium, present in abundance in zone I, immediately turn on the reaction of steam coal. The gas containing carbon monoxide generated during the reactions is immediately used to reduce iron oxides and to carbonize iron, and primarily to carbonize the return fraction of steel, if the smelting is carried out to produce steel.

Вся масса расплава вспенивается до шлако-металлической эмульсии. При полном расплавлении шихты она превращается в жидкий полупродукт типа чугуна, содержащего 2 - 3% углерода. The entire mass of the melt foams to a slag-metal emulsion. When the charge is completely melted, it turns into a liquid intermediate of the type of cast iron containing 2–3% carbon.

В механизме восстановления железа и его науглероживания заложена одна особенность. Взаимодействие окислов железа с углеродом происходит в основном в жидкой фазе, т.к. вначале углерод растворяется в жидком расплаве, в основном в возвратной доли перегретого расплава, поступающего из зоны III, а затем взаимодействует с окислами железа и шлака, хотя определенное развитие получает и процесс взаимодействия твердого угля с окислами железа и шлака. В отличие от доменного процесса стадия косвенного восстановления железа происходит только при предварительном нагреве шихты перед поступлением ее в печь. Достаточная скорость процесса протекает в условиях активного массообмена. Важнейшее условие предложенного варианта - получения полупродукта или готовой стали из первородного сырья - интенсивное использование тепла, поступающего непрерывно с возвратной долей перегретого расплава из зоны III в зону I и тепла, поступающего от сгорания энергетического угля. Для стабильности теплонасыщенности в зоне I в зону подается газ или жидкий энергоноситель как компоненты быстрого реагирования. The mechanism of iron reduction and carburization has one peculiarity. The interaction of iron oxides with carbon occurs mainly in the liquid phase, because First, carbon dissolves in the liquid melt, mainly in the return fraction of the superheated melt coming from zone III, and then interacts with iron and slag oxides, although the process of the interaction of hard coal with iron and slag oxides also develops. In contrast to the blast furnace process, the stage of indirect reduction of iron occurs only upon preliminary heating of the charge before it enters the furnace. A sufficient speed of the process proceeds under conditions of active mass transfer. The most important condition of the proposed option — the production of intermediate or finished steel from the original raw material — is the intensive use of heat coming in continuously with the returning fraction of the superheated melt from zone III to zone I and heat coming from the combustion of steam coal. For stability of heat saturation in zone I, a gas or liquid energy carrier is supplied to the zone as components of a quick reaction.

Завалка железной руды и шлакообразующих в смеси с энергетическим углем не вызывает ускорения износа огнеупорной футеровки, а, наоборот, способствует увеличению ее стойкости, т.к. обеспечивается непрерывное всплывание шлака от стенок футеровки за счет барботируемого действия выделяемых углем газов. Температура контакта руды с футеровкой еще не велика, поэтому содержащиеся в руде окислы железа и кремнезема слабо взаимодействуют с огнеупорной футеровкой. The filling of iron ore and slag-forming mixtures with steam coal does not accelerate the wear of the refractory lining, but, on the contrary, contributes to an increase in its durability, since continuous flooding of slag from the walls of the lining is ensured due to the bubbling action of the gases emitted by coal. The contact temperature of the ore with the lining is still not high, therefore, the oxides of iron and silica contained in the ore interact weakly with the refractory lining.

Полупродукт, полученный в зоне I, при поступлении его в зону II уже при температуре выше 1350^oC начинает интенсивно обезуглероживаться и скорость его достигает максимальных значений. Возрастание скорости обезуглероживания сопровождается дальнейшим восстановлением окислов железа из шлака. Все продолжающиеся процессы: восстановление окислов, растворение, науглероживание, обезуглероживание и газовыделение проходят в темпе и тесном взаимном контакте реагирующих элементов и фаз.The intermediate product obtained in zone I, when it enters zone II already at a temperature above 1350 ^o C, begins to decarburize intensively and its speed reaches maximum values. An increase in the decarburization rate is accompanied by a further reduction of iron oxides from slag. All ongoing processes: reduction of oxides, dissolution, carburization, decarburization and gas evolution take place at the pace and close mutual contact of the reacting elements and phases.

Так же, как и в первой стадии получения полупродукта в зоне I, в зоне II увеличивается количество шлака. Особенностью предложенного процесса является раннее образование активного шлака. В первых двух зонах весь расплав находится в виде шлако-металлической эмульсии. В этом случае расплав металла и шлака вспенен и вспучен до однородной массы. Этому способствует активный массообмен реагирующих элементов к местам реакций, достигаемый с помощью интенсивного перемешивания достаточно вязкой и тяжелой шлако-металлической эмульсии. При этом вся система стремится к равновесию и концентрации компонентов. As in the first stage of the preparation of the intermediate in zone I, the amount of slag in zone II increases. A feature of the proposed process is the early formation of active slag. In the first two zones, the entire melt is in the form of a slag-metal emulsion. In this case, the molten metal and slag are foamed and expanded to a homogeneous mass. This is facilitated by the active mass transfer of the reacting elements to the reaction sites, achieved by intensive mixing of a sufficiently viscous and heavy slag-metal emulsion. In this case, the whole system tends to equilibrium and concentration of components.

При достижении высокой степени равновесия шлако-металлическая эмульсия разделяется на металл и шлак. Интенсивное разделение продолжается по ходу движения расплава к зоне III, В зону II расплав поступает в виде полупродукта, но уже близкого к заданному химсоставу, если расчет теплового баланса был составлен с учетом неоднородности шихтовых материалов. В зоне III расплав окончательно заканчивает свое разделение на металл и отработанный шлак. Часть металла из зоны III по каналам, имеющимся в массе футеровки зоны II, возвращается обратно в зону I, а другая часть металла и шлака через разгрузочную головку 6 сливается в промежуточную емкость 15. Емкость 15 выполнена чайникового типа, в ней расплав отстаивается, усредняется и окончательно разделяется на шлак и сталь, которые сливаются раздельно по своим желобам в свои емкости. В процессе отстоя расплава расплав подвергается доводке путем раскисления, легирования, обессеривания и доводки до заданного химсостава. Upon reaching a high degree of equilibrium, the slag-metal emulsion is separated into metal and slag. Intensive separation continues along the movement of the melt to zone III. In zone II, the melt enters as an intermediate, but already close to a given chemical composition, if the heat balance was calculated taking into account the heterogeneity of the charge materials. In zone III, the melt finally completes its separation into metal and waste slag. A part of the metal from zone III through the channels available in the mass of the lining of zone II is returned back to zone I, and the other part of the metal and slag is discharged through the discharge head 6 into an intermediate tank 15. The tank 15 is made of a teapot type, the melt settles in it, averaged and finally separated into slag and steel, which merge separately through their gutters into their tanks. In the process of sedimentation of the melt, the melt is subjected to refinement by deoxidation, alloying, desulfurization and refinement to a given chemical composition.

Все это осуществляется в потоке, непрерывно. Непрерывно - значить больше, равномерно - значить лучше. Лучше управлять и контролировать процессы получения качественной стали. All this is carried out in a stream, continuously. Continuously - to mean more, evenly - to mean better. It is better to manage and control the processes of obtaining high-quality steel.

При достаточной длине печи и размера ее диаметра проема, на которых достигается получение полупродукта и готового продукта, в зависимости от интенсивности процесса и в совокупности с применением предложенных вариантов конструкции элементов печи и элементов огнеупорной кладки можно получать сталь практически любой марки, т. к. предложенная печь располагает рядом новых технологических возможностей, с помощью которых в широком диапазоне можно регулировать и управлять процессом сталеварения, например с помощью технологических параметров, таких как:
- регулирование массы возвратной доли перегретого расплава из зоны III в зону I, которое достигается скоростью вращения печи,
- регулирование поступления в печь необходимого объема окислительного газа,
- регулирование поступления в печь необходимой массы шихты с определенной ее температурой,
- регулирование наклона печи, при котором или ускоряется перемещение расплава вдоль проема печи, или перемещение расплава вдоль печи прекращается совсем,
- регулирование подачи в печь дополнительного жидкого или газообразного теплоносителя,
- регулирование скорости вращения печи.With a sufficient length of the furnace and the size of its diameter of the opening, on which the intermediate product and the finished product are obtained, depending on the intensity of the process and in combination with the proposed design options for the furnace elements and the elements of the refractory masonry, almost any steel can be obtained, since the proposed the furnace has a number of new technological capabilities, with the help of which it is possible to regulate and control the process of steelmaking in a wide range, for example, using technological parameters in, such as:
- regulation of the mass of the return fraction of the superheated melt from zone III to zone I, which is achieved by the rotational speed of the furnace,
- regulation of the flow into the furnace of the required amount of oxidizing gas,
- regulation of the receipt in the furnace of the necessary mass of the mixture with a certain temperature,
- regulation of the inclination of the furnace, in which either the movement of the melt along the opening of the furnace is accelerated, or the movement of the melt along the furnace stops completely,
- regulation of the supply to the furnace of an additional liquid or gaseous coolant,
- regulation of the speed of rotation of the furnace.

Исходя из вышеперечисленных возможностей регулирования ряда параметров технологического процесса плавки стали данная установка обладает способностью по ходу плавки исправлять непредвиденные нарушения процесса плавки. Например, когда нарушения вызваны: недостатком энергоресурса, поступающего в печь, повышенным содержанием примесей в готовой стали, недостатком или избытком CO в отходящих газах или появления настылей в зоне I. Based on the above possibilities of regulating a number of parameters of the steelmaking process, this unit has the ability to correct unforeseen violations of the melting process during the smelting process. For example, when the violations are caused by: a lack of energy entering the furnace, an increased content of impurities in the finished steel, a lack or excess of CO in the exhaust gases, or the appearance of accretions in zone I.

Для исправления непредвиденного нарушения процесса плавки достаточно снизить темп выпуска стали из печи и подачу шихты в печь. Увеличить или снизить обороты вращения печи, т.е. изменить возвратную долю расплава из зоны III в зону I, изменить расход окислительного газа, изменить энергоресурс в печи. Этого можно достичь путем изменения расхода жидкого или газообразного топлива, подаваемого в зону I, которые обычно используются для стабильности и быстрого реагирования на процесс плавки. Любое из возможных нарушений процесса плавки можно исправить за весьма короткое время. To correct an unforeseen violation of the smelting process, it is enough to reduce the rate of steel release from the furnace and the supply of the charge to the furnace. Increase or decrease the rotational speed of the furnace, i.e. change the return fraction of the melt from zone III to zone I, change the flow of oxidizing gas, change the energy resource in the furnace. This can be achieved by changing the flow rate of liquid or gaseous fuel supplied to zone I, which are usually used for stability and quick response to the smelting process. Any of the possible violations of the melting process can be corrected in a very short time.

Производительность печи, в основном, зависит от энергонасыщенности в зоне I, куда поступает не вполне прогретая шихта. Общая энергонасыщенность складывается: от поступления в зону I угля, тепла, поступающего с нагретой шихтой, тепла, поступающего с возвратной долей расплава, и тепла, поступающего в зону III от сжигания в ней жидкого или газообразного топлива. The productivity of the furnace mainly depends on the energy saturation in zone I, where the incompletely heated mixture enters. The total energy saturation consists of: coal entering zone I, heat coming from the heated mixture, heat coming from the return fraction of the melt, and heat coming into zone III from burning liquid or gaseous fuel in it.

Таким образом, чтобы иметь высокую производительность печи, кроме оптимальных размеров зон печи и достоинств конструкции огнеупорной кладки, необходимо иметь оптимальную энергонасыщенность в зоне I. Для этого ведение непрерывного процесса плавки может быть поручено автоматическому управлению. С той и другой стороны рассмотрения этого вопроса такая возможность есть. Thus, in order to have high furnace productivity, in addition to the optimal dimensions of the furnace zones and the advantages of the design of the refractory masonry, it is necessary to have the optimal energy saturation in zone I. For this, the continuous melting process can be entrusted to automatic control. On both sides of this issue there is such an opportunity.

Исходя из перечисленных особенностей конструкции печи степень усвоения тепла в печи может достигать 75%, тогда как в обычных конвертерах эта величина составляет всего лишь около 43%. Остальное тепло уходит в трубу. Based on the listed design features of the furnace, the degree of heat absorption in the furnace can reach 75%, while in conventional converters this value is only about 43%. The rest of the heat goes into the pipe.

Представляет интерес и весьма выгодно применение набивных и заливных масс для ремонтов огнеупорной футеровки цилиндрических частей предложенной печи и торкрет-масс для текущих ремонтов. Применение набивных и заливных масс широко применяется на НЛМК. Там же освоено факельное торкретирование. Набивка может осуществляться с помощью установок типа "Орбита". Форма проема предложенной печи, ее вращение может полностью способствовать этому варианту. It is of interest and very advantageous to use ramming and casting masses for repairs of the refractory lining of the cylindrical parts of the proposed furnace and shotcrete masses for current repairs. The use of ramming and filling compounds is widely used at NLMK. Torch shotcrete was also mastered there. Stuffing can be carried out using installations such as "Orbit". The shape of the opening of the proposed furnace, its rotation can fully contribute to this option.

Сопоставляя и анализируя возможности предложенной печи и действующих в настоящее время ряда разновидностей печей, для производства стали, в том числе и доменных печей, напрашивается однозначный вывод: предложенная печь выгодно отличается от всех ранее известных печей, т.к. все возможные затраты, естественно, будут намного меньше. Отпадает необходимость в дорогостоящем коксе. Подготовка шихтовых материалов не потребует такого обилия оборудования, какое имеется на современных аглофабриках. Можно плавить практически все: железную руду, окалину, шлам, отходы доменного производства из отвалов, метилизированные окатыши и мелкую стружку, которой ряд регионов затоварились. Печь может стать экологическим санитаром. Если смотреть в перспективу, то она позволит отказаться от доменного производства. В 21-м веке будут работать только печи, сопоставимые с предложенным вариантом вращающейся печи. Comparing and analyzing the capabilities of the proposed furnace and a number of varieties of furnaces currently operating, for the production of steel, including blast furnaces, an unambiguous conclusion suggests itself: the proposed furnace compares favorably with all previously known furnaces, because all possible costs, of course, will be much less. There is no need for expensive coke. The preparation of charge materials does not require such an abundance of equipment as is available in modern sinter plants. Almost everything can be melted: iron ore, scale, sludge, blast furnace waste from dumps, methylated pellets and small shavings, which some regions have overstocked. The stove can become an environmental health officer. If you look in the future, it will allow you to abandon blast furnace production. In the 21st century, only furnaces comparable to the proposed rotary kiln option will operate.

Claims

The method of obtaining the finished steel and intermediate from iron ore, blast furnace waste from dumps and other iron-containing materials of fine and pulverulent fractions in a rotary kiln, including loading charge materials, melting, restoring and mixing the molten molten bath in the reaction zones due to the rotation of the kiln, due to protrusions made on the surface of the refractory lining of the furnace and installed at an angle to the central axis of the furnace, as well as due to communicating channels made at an angle in the lining the furnace and providing for the forced movement of part of the melt from the site of the overheated volume of the melt into the charge zone of the charge materials, characterized in that they additionally capture part of the melt from the liquid bath, transport it around the circumference and uniformly disperse in the form of film jets and small droplets in a reaction gas zones of the furnace due to pockets made in the refractory lining of the furnace and having a three-dimensional shape in the form of a retort, the outlet of which is associated with a generatrix opening rotary kiln.