SU1118292A3

SU1118292A3 - Способ получени жидкого чугуна или стального полупродукта из железосодержащего материала и установка дл его реализаций

Info

Publication number: SU1118292A3
Application number: SU813266249A
Authority: SU
Inventors: Штифт Курт; Лугшайдер Вальтер
Original assignee: Фоест-Альпине Аг (Фирма); Корф-Шталь Аг (Фирма)
Priority date: 1980-04-03
Filing date: 1981-04-02
Publication date: 1984-10-07
Also published as: EP0037809B1; JPS56156708A; US4396421A; ES501074A0; AU537907B2; ES8205266A1; NO153144B; ES8302102A1; FI68264C; DD157915A5; BR8102003A; AU6907181A; FI811014L; AT367453B; ES508210A0; CA1160056A; PL230508A1; NO811138L; DE3171978D1; ATA182880A

Abstract

1. Способ получени жидкого чугуна или стального полупродукта из железосодержащего материала, включающий его загрузку, подогрев, восстановление и расплавление в кип щем слое из угольных частиц, газифицируемьпс в,кислородсодержащем газе, подаваемом от краев в центр кип п4его сло , отличающийс тем, что, с целью снижени расхода энергии , кип щий слой нагревают плазменными горелками в верхней и/или средней част х.

Description

г г

fj

2. Установка дл реализахщи способа по п. t, содержаща плавильный сосуд с огнеупорной футеровкой, отверстй дл загрузки сырь , выпуска шлака и металла, отверсти дл ввода кислородсодержащего газа, выполненные в стенках сосуда в направлении к его середине, и сопла дл подачи углерода, отличающа с тем, что, с целью снижени рас92

хода энергии, плавильный сосуд снабжен расположенными вверхней и/или средней част х плазменными горелками.

3. Установка по п. 2, отли чаю1ца с тем, что плазменные горелки выполнены с возможностью поворота в горизонтальной и/или вертикальной плоскост х, а сосуд снабжен дополнительными соплами дл подачи реагентов, расположенными в днище.

1

Изобретение относитс к способам получени жидкого чугуна или стального полупродукта из материала, содержщего окись железа, в частности из предварительно восстановленной желез ной руды.

Наиболее близким по технической СУЩНОСТИ и достигаемому результату к предлагаемому вл етс способ получени чугуна или стального полупродукта из содержащего железо материала , включающий его загрузку сверху, подогрев, восстановление и расплавление в кип щем слое из угольных частиц, газифицируемых в кислородсодержащем несущем газе, которьй подают от краев в центр кип щего -сло .

Способ осзпцествл етс в установке дл получени чугуна или стального полупродукта из железосодержащего материала, содержащей плавильный сосуд с огнеупорной футеровкой, отверсти дл загрузки сырь , выпуска шлака и металла, а также отверсти дл ввода кислородсодержащего несущего газа, расположенного на стенках в направлении середины сосуда Clj.

Недостатком известного способа вл етс высокое энергопотребление, вследствие чего тепловой баланс, а также экономичность неудовлетворительны .

Цель изобретени - снижение расхода энергии. ,

Поставленна цель достигаетс тем что согласно способу получени жидкого чугуна или стального полупродукта из железосодержащего материала, включающему его загрузку, подогрев, восстановление и расплавление в кип щем слое из угольных частиц, газифицируемых в кислородсодержащем газе подаваемом от краев в центр кип щего сло , кип щий слой нагревают плазменными горелками в верхней и/или средней част х.

В установке дл реализации способа получени чугуна или стального полупродукта, содержащей плавильный сосуд с огнеупорной футеровкой, отверсти дл загрузки сырь , выпуска шпака и металла, отверсти дл ввода кислородсодержащего газа, выполненные в стенках сосуда в направлении его середины, плавильный сосуд снабжен расположенными в верхней и/или средней част х плазменными горелками.

Причем плазменные горелки выполнены с возможностью поворота в горизонтальной и/или вертикальней плоскост х , а сосуд снабжен дополнительными соплами дп подачи реагентов, расположенными в днище.

Согласно изобретению к кип щему слою подводитс дополнительна энерги за счет нагрева плазмы, что дает возможность существенно снизить общее потребление энергии благодар лучистой энергопередаче, обусловленной высокими температурами плазменЬрго газа.

Если нагрев плазмы происходит в верхней и/или примыкающей к ней.средней зоне кип щего сло , там образуетс и поддерживаетс зона с наиболее высокими температурами в кип щем слое. Вследствие этого в области, расположенной непосредственно выше поверхности шлакового расплава, температура может быть установлена относительно более низкой и поэтому можно предотвратить вторичное окисле ние восстановленных и уже расплавлен ных частиц железной руды непосредственно перед прохождением их через слой расплавленного шлака. Экономичность способа становитс вьше, если в качестве газа, образующего плазму, используетс часть восстановительного газа из кип щего сло . Предпочтительно в факельную область плазменного нагрева дополнительно вводить носители углерода .в твердой и/или жидкой форме. Снижение общего потреблени энергии до 50 возможно в том случае, если в качест ве исходного сьфь , содержащего окис железа, в кип щий слой поступают и восстанавливаютс в нем частицы железной руды, предварительно восстановленные на 50-70%. Носители углерода в твердой и/иЛи жидкой форме предпочтительно подавать в кип щий слой снизу. Кислород или кислородсодержащий газ нагнетают в кип щий слой снизу, причем в качестве конечного продукта в этом случае можно получить стальной полупродукт . Дл регулировани процесса в кип щий слой подают снизу инертные газы. Плазменные горелки расположены в верхней и/или средней по высоте част х пространства, заполненного кип щим слоем. Кроме того, предусмот рены сопла дл подачи носителей углерода в твердой и/или жидкой формах, направленные в факельную зону плазменных горелок. Плазменные горелки устанавливают направленными к центральной оси плавильного сосуда и располагают по кольцу вокруг этой оси, причем они размещены в нескольких плоскост х одна над другой Чтобы можно было измен ть положение зон максимальных температур в кип щем слое по высоте по прот женности , плазменные горелки выполн ют поворотными, в частности поворотными в вертикальной и горизонталь ной плоскост х. В основании плавильного сосуда предусмотрены сопла дл подвода носителей углерода и/или кис лорода, и/или кислородсодержащих газов , и/или инертных газов. На фиг. 1 изображена установка дл реализации способа, общий вид. Установка содержит плавильный сосуд 1 (схематично изображен в разрезе ) с огнеупорной футеровкой 2. В верхней стенке .3 плавильного сосу .да имеютс три отверсти 4-6. Отверстие 5 служит дл подачи угл или кокса, преимущественно некоксующегос угл различной зернистости, в плавильный сосуд 1. Второе отверстие 4 служит дл загрузки частиц исходного материала, содержащего окись железа, причем в плавильный сосуд 1 вводитс железна руда, предварительно восстановленна преимущественно на 50-70%. Через отверстие 6 в верхней стенке плавильного сосуда выходит восстановительный газ, который используетс дл предварительного восстановлени железной руды. В боковых стенках 7 и 8 плавильного сосуда 1 размещены плазменные горелки 9, направленные к центральной оси плавильного сосуда, т.е. выполненные с замкнутой электрической дугой, которые могут работать-как на посто нном, так и на переменном токе. Плазменные горелки 9 целесообразно размещать в боковых стенках по кольцу в одной или нескольких плоскост х, причем преимущественно с возможностью поворота.как в вертикальном направлении, так и по отношению к горизонту. В качестве газа, образующего плазму . Используют часть восстановительного газа, возникающего в сосуде 1 и вытекающего через отверстие 6. В качестве газа, образующего плазму, могут примен тьс также многоатомные газы и/или двух- или одноатомные инертные газы. Ниже плазменных горелок ,9 через стенки 7 и 8 плавильного сосуда 1 проход т сопла 10 дл подвода углерода преимущественно в твердой и/или жидкой формах , которые поступают в факельную зону плазменных горелок. Кислородсодержащий газ-носитель, который служит дл создани кип щего сло , поступает в плавильный сосуд 1 через газовые сопла 11, которые также расположены в боковых стенках сосуда ниже плазменных горелок. Сопла 10 и газовые сопла 11 выполнены, как и плазменные горелки поворотными. Немного ниже газовых сопел 11 находитс отверстие 12 дл выпуска шлака. Вблизи основани плавильного сосуда имеетс выпускное отверстие 13 дл металла. В самом основании наход тс несколько сопел 14-18, через которые в плавильный сосуд подаютс угольна и/или коксова пыль, кислород, инертные газы, природный газ или жидкий носитель углерода.

Установка работает следующим образом.

Предварительно восстановленна железна руда, подаваема сверху преимущественно путем свободного падени , попадает в кип щий слой, который занимает в сосуде объем от линии , проход щей несколько выше вьшускного шлакового отверсти 12, до лиНИИ , расйоложенной выше плоскости размещени плазменньк горелок 9, проходит через него сверху вниз, нагреваетс в нем, восстанавливаетс и плавитс . Металлический расплав собираетс в объеме ниже шлакового расплава . Получение восстановительного газа происходит при плазменном нагре ,ве жидких и/или твердых носителей углерода, которые поступают в факельную зону плазменных горелок 9 через сопла 10. Дальнейший подвод тепла дл требуемого теплового процесса происходит за счет частичного сгорани носителей углерода.. Такое комбинированный процесс дегазации, восста новлени и плавлени может производитьс как при нормальном, так и при повьшгенном давлении. Носители углерода (угольна и/или коксова пьшь, жидкие углеводороды, природный газ, SNg-синтетический натуральный газ) и газы (кислород и/или инертный газ), поступающие через сопла 14-18 в основанииf служат дл корректировки теплового баланса в кип щем слое и стабилизации условий течени . При применении кислорода в плавильном сосуде 1, служащем дл получени стального полупродукта , может происходить процесс рафинировани (окислени ). .Преимущество подвода дополнительной энергии в комбинированный процесс восстановлени и плавлени заключаетс в том, что передача знергии осуществл етс в основном путем излучени , которое обусловливаетс высокими температурами плазменного газа (4000-15000 К). Вследствие того, что зона наиболее высоких температур возникает и поддерживаетс в средней по высоте или верхней части кип щего сло .

температура в зоне кип щего сло , расположенной немного вьш1е пшаковой щихты, может поддерживатьс относительно низкой, так что вторичное окисление уже восстановленных час .тиц железной руды может быть устранено . Веро тность повторного окислени в верхней или средней по высоте части кип щего сло значительно меньше, чем в нижней части, и, кроме того, если повторное окисление все же имеет место, оно уменьшаетс в зоне кип щего сло .

Диаметр плавильного сосуда может быть выбран сколь угодно большим, что св зано с наличием сопел в основании - достигаетс лучшее перемешивание кип щего сло .

Путем изменени высоты положени или прот женности высокотемпературной зоны, т.е. зоны наиболее высоких температур в кип щем слое, при помощи изменени угла наклона плазменных горелок 9 и сопел 10 и 11 можно дл различных условий проведени процесса всегда найти оптимальное решение, например оптимальные скорости течег ; ни в плавильном сосуде или оптималь У высоту кип щего сло , котора зависит от величины частиц вводимой руды и кокса. Пример. При технологическом применении предлагаемого способа следует отметить его большую гибкость с точки зрени возможности использовани различных носителей энергии. Нар ду с твердыми топливами в качестве добавки можно примен ть также жидкие или газообразные носители энергии. При режиме работы с одним сортом угл или с аналогичной по качеству угольной смесью 24% летучих составт ных частей, 4,5% золы 63,5% твердого углерода, при теплоте сгорани 28 800 кДж/кг, при удельной загрузке на 1 т жидкого металла (чугуна) 1 224 кг угл ,который неполностью сжигаетс с 693 норм, м 0 (до СО и Н2), получаетс следующий тепловой баланс: Приход тепла, кДж/т: Уголь 35 233 207 Губчатое железо (подогретое ) 530 898 35 764 105

Расхода тепла, кДж, т: Остаток после 715 787 восстановлени 1 395 270 10 638 Р - , Теплосодержание жидких пша184 242 ков Теплосодержание жидкого 1 236 050 чугуна Потери от из419 000 лучени Ощутима теп3 947 734 лота газа Химически выделенна теп27 855 384 лота газа 35 764 105 Уменьшить удельное количество угл нельз несмотр на повьппенную теплоту отход щих газов (в сумме 31 803 118 кДж/т), так как большое количество газа требуетс дл восс новлени железной руды в губчатое ж лезо, а также ввиду сравнительно ни кой температуры неполного сгорани с низким коэффициентом полезного действи теплопередачи. Если, например, определенное кол чество тепла от угл замен етс на электрическую энергию, то коэффици ент полезного действи теплопередач улучшаетс вследствие более высокой разности температур между сечением отдакщей тепло среды и воспринимающ ми тепло веществами. Одновременно снижаетс количество отход щих газ Еслйч..0лагодар этому в предварител но вьщервканной восстановительной ши те восстанавливаетс , например, хо бы более 60% количества кислорода железной руды и оставшийс остаток 40% снижаетс благодар углероду при эндотермической реакции, то несмотр на это общее удельное потреб ление угл снижаетс до 734 кг. Пра да необходимо дополнительно вносит 949 кВт«ч/т электрической энергии. Дл неполного сгорани 734 кг угл требуетс 415 норм, м 0. При этом получаетс следующий тепловой б аланс: Приход тепла, кДж/т: Уголь21 128 410 Губчатое железо, восстановленное час11182928

тично (подогретое) 530 898 Электрический ток 3 420 883 25 080 191 Расход тепла, кДж/т: Восстановление2 751 353 СРезС1 395 270 РPjOy10 638 Теплосодержание жидкого шлака184 242 Теплосодержание жидкого чугуна1 236 050 Потери от излучени 419 000 Ощутима теплота газа2 368 984 Xи чecки вьделенна теплота газа16 714 644 - -. - 25 080 19 Г Аналогичным образом возможна час- тична или полна замена других носителей энергии, причем необходимо принимать во внимание взаимосв зь между достижимыми и применимыми температурами неполного сгорани , количествами восстановительного газа и количествами тепла. Где ввиду заданных природой условий (прежде всего в отношении температурных величин) существует неув зка теплового баланса, можно с помощью электрической энергии осуществить соответствующее согласование. Количество св занного кислорода руды, подлежащее извлечению на 1 т чугуна, практически всегда посто нно и составл ет около 400 кг. В зависимости от количества св занного кислорода руды, извлекаемого при помощи восстановительного газа, определ етс потребность в восстановительном газе, удельное вьщеление которого различно в зависимости от вида и качества топлива. Если рассматривать экстремум, то из 1 кг природного газа (СН 4) получают около 4,2 норм, м СО + Hj, однако достисима температура неполного сгорани при применении 0 составл ет только около . Если при этом необходимо получать температуру, требующуюс дл производства чугуна, то нужно дополнительно вводить около 6 кВт ч на 1 кг природного газа. Если рассматривать угли упрощенно в виде смеси из кокса и углеводо-; родов, то в зависимости от доли углеводородов измен етс выдел ющеес количество газа и величина температуры от неполного сгорани . Дл тоги.

9 111829210

чтобы довести последнюю до требуе-д щих газов; это могут быть также

мой величины дл расплавлени чугунаопределенные металлотермические реаки шлака необходимо в зависимостищи). .

от качества угл или угольной смеси,Таким образом, использование

а также от добавок жидких или газо-5 изобретени обеспечивает минимизацию

образных углеводородов вводить в со--удельного расхода энергии при зараответствукщем количестве электричес нее заданных качественных показатекую энергию (вид энергии без отхо-л х носителей энергии.

Claims

ИЗ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ. 1.* Способ получения жидкого чугуна или стального полупродукта из железосодержащего материала, включающий его загрузку, подогрев, восстановление и расплавление в кипящем слое из угольных частиц, газифицируемых в,кислородсодержащем газе, подаваемом от краев в центр кипяЩего слоя, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода энергии, кипящий слой нагревают плазменными горелками в верхней и/или средней частях.

Ш8292.
2. Установка для реализации способа по π. 1, содержащая плавильный сосуд с огнеупорной футеровкой, отверстия для загрузки сырья, выпуска шлака и металла, отверстия для ввода кислородсодержащего газа, выполненные в стенках сосуда в направлении к его середине, и сопла для подачи углерода, отличающаяс я тем, что, с целью снижения рас хода энергии, плавильный сосуд снабжен расположенными в'верхней и/или средней частях плазменными горелками.
3. Установка поп. 2, отливающаяся тем, что плазменные горелки выполнены с возможностью поворота в горизонтальной и/или вертикальной плоскостях, а сосуд снабжен дополнительными соплами для подачи реагентов, расположенными в днище.