UA119892C2 - Металургійна піч для виробництва металевих сплавів - Google Patents

Abstract

Наданий винахід належить до металургійної печі, що містить щонайменше одну верхню шахту (1), щонайменше одну нижню шахту (2), щонайменше один пристрій подачі палива, розташований по суті щонайменше між однією верхньою шахтою (1) і щонайменше однією нижньою шахтою (2), щонайменше один ряд фурм (3, 4), розташований в щонайменше одній з щонайменше однієї верхньої шахти (1) і щонайменше однієї нижньої шахти (2), причому щонайменше один ряд фурм (3, 4), що забезпечує зв'язок по текучому середовищу внутрішньої частини печі і зовнішнього оточення, розташований в щонайменше одній з щонайменше однієї верхньої шахти (1) і щонайменше однієї нижньої шахти (2), причому піч додатково містить щонайменше одну колону проникного палива, що подається через щонайменше один ковпак (6), розміщений у верхній шахті (1), який проходить подовжньо через піч.

Description

Галузь техніки, до якої належить винахід

ІОО1| Наданий винахід належить до металургійних процесів і пристроїв. Більш конкретно, наданий винахід належить до металургійних процесів і пристроїв для виробництва металевих сплавів.

Опис рівня техніки 002 Відомі класичні процеси для виробництва доменного чавуну, які можуть виконуватися, наприклад, у доменних печах і електричних відновних печах. Також відомі інші процеси для виробництва сплавів з оксиду заліза або залізної руди після гранулометричного кондиціонування, класичних котунів або інших традиційних агломератів, що одержують за допомогою традиційних операцій у цих печах рідке або тверде залізо визначеного складу.

ІЇ0О3| У доменних печах сировина, яка може бути складена з сортованої руди, котунів, агломерату або інших класичних агломератів, коксу і вапняку, завантажується послідовно через верх печі, формуючи неперервну колону. Біля основи доменної печі атмосферне повітря, підігріте у регенеративних нагрівачах або ні, з температурою приблизно від 300 до 1200 "С, вводиться через ряд фурм у верхній частині горна. У цьому місці зона з відновним газовим середовищем формується завдяки присутності оксиду вуглецю, що утворюється реакцією СО?» з вуглецем коксу. Цей СО об'єднується з киснем з оксиду заліза, відновлюючи його до металевого заліза і виробляючи доменний чавун.

І004| Домішки, тобто рудна порожня порода і зола від коксу утворюють з вапняком менш густу рідину, тобто шлак, який спливає на поверхню рідкого доменного чавуну.

І00О5) Гази, що утворюються у протитечії з сировиною, підігрівають її і виходять зверху. Цей газ складається головним чином з СО, СО», Н»5 і М»2, і проходить до регенеративних підігрівачів повітря для горіння, що входить у піч, і інших нагрівальних пристроїв.

І0О6) Також відомо, що, у сировині, що складається з класифікованої руди, котунів, спечених у шматки шихтових матеріалів або інших класичних агломератів, відновлення проходить, за рахунок відновлення окисненої сировини оксидом вуглецю, що утворюється при неповному згоранні коксу. СО дифундує всередину агломерату або рудних частинок, і відбувається відновлення згідно з реакцією Меб-сСО -3 Ме-бО». СО», що утворюється у цій реакції, поширюється у напрямку, протилежному СО, і включається у газовий потік, який виходить через

Зо верх печі. Ця реакція потребує деякого часу для повної дифузії СО всередину сировини, потребуючи таким чином печей з тривалими часом перебування сировини, якими зазвичай і є доменні печі.

І0О0О7| Самовідновні агломерати, з іншого боку, створюють умови, набагато більш сприятливі для відновлення. Найближчий контакт між рудою або оксидом і вуглецевмісним матеріалом, які є тонко роздробленими, забезпечує більш короткий час реакції, впродовж якого немає ніякої потреби у стадії дифузії СО всередину самовідновного агломерату, оскільки він попередньо заглиблений всередину агломератів з цією метою: 2МеО-о з 2Ме-СО»2 бо» з 200

Меб-я-СО -3 Ме-СО» 008) У цьому розумінні сам агломерат встановлює практично напівзамкнену систему, в якій атмосфера є відновлювальною протягом того проміжку часу, коли всередині є доступний вуглець. Альтернативно, самовідновні агломерати згідно зі своєю назвою підтримують у своїй внутрішній частині відновне газове середовище, яке не залежить від характеристик зовнішньої атмосфери, тобто типу атмосфери в шахтній печі, що забезпечується висхідними газами.

І009| Таким чином, можливо перетворити СО, присутній в пічній атмосфері у результаті неповного згорання палива і реакції відновлення всередині самовідновних агломератів, у енергію для процесу. 00101 З іншого боку, у процесі плавлення в шахтних печах кокс або інше тверде паливо, що завантажується зверху під час роботи, переміщається вниз разом з іншою частиною сировини, реагуючи з СО»г, що рухається протитечією вгору, згідно з реакцією Будуара СОг-б - 200, збільшуючи таким чином витрату вуглецевмісного матеріалу і заважаючи його ефективному використовуванню у процесі відновного плавлення. Якби було можливо спалювати цей газоподібний СО у самому процесі, то була б досягнена більш висока ефективність, що призвело б до економії паливного коксу у вагранках, а також палива і відновника в доменних печах, як і у випадку усіх інших шахтних печей, що використовуються для відновлення/плавлення або тільки плавлення будь-яких інших сплавів.

ЇО0О11| Патентний документ РІ9403502-4, наданого Заявника, вирішує згадану вище проблему шляхом забезпечення печі, що містить подачу палива окремо від вхідного отвору для бо завантажування (сировини). Зокрема піч, описана у патентному документі РІ9403502-4, має верхню шахту, яка приймає сировину (наприклад оксиди/руди), і нижню шахту, причому паливо подається приблизно у місці з'єднання між цими двома шахтами. 0012) Гази з нижньої зони, переміщаючись у протитечії з сировиною, передають їй теплову енергію, потрібну для нагрівання і відновлення або простого плавлення.

ЇО013| Однак для використовування самовідновних агломератів належне керування газоподібним потоком є істотним, щоб забезпечити їх самовідновлення однорідним чином.

Незважаючи на наявність у печі, описаній у патентному документі РІб9403502-4, численних переваг, таких як згадані вище, вона не дає належного керування газоподібним потоком у верхній шахті, допускаючи раптовий витік газів у деяких точках печі, перешкоджаючи таким чином керуванню обміном енергією між газом і сировиною у верхній шахті.

Завдання наданого винаходу

І0014| Завдання наданого винаходу полягає у тому, щоб запропонувати металургійну піч для виробництва металевих сплавів шляхом самовідновлення агломератів, що містять -оксиди металу, включаючи виробництво рідкого заліза, доменного- чавуну і ливарного чавуну, а також металевих сплавів, щоб забезпечує належний контроль над потоком газів і обміном енергії для того, щоб забезпечити відновлення самовідновних агломератів однорідним чином.

Суть винаходу

ЇО015| Для того, щоб вирішити описані вище завдання, наданий винахід пропонує металургійну піч, що містить ()) щонайменше одну верхню шахту, (її) щонайменше одну нижню шахту, (ії) щонайменше один пристрій подачі палива, розташований по суті щонайменше між однією верхньою шахтою і щонайменше однією нижньою шахтою, (ім) щонайменше один ряд фурм, розташованих в щонайменше одній з щонайменше однієї верхньої шахти і щонайменше однієї нижньої шахти, причому цей щонайменше один ряд фурм забезпечує з'єднання по текучому середовищу внутрішньої частини печі і зовнішнього оточення, розташований в щонайменше одній з щонайменше однієї верхньої шахти і щонайменше однієї нижньої шахти, і додатково містить (м) щонайменше одну колону проникного палива, що подається через щонайменше один ковпак (витяжний ковпак), що проходить подовжньо через піч.

Короткий опис креслень 0016) Докладний опис, приведений нижче, посилається на креслення, що прикладаються, в

Зо яких: - Фіг. 1 показує піч з ковпаком згідно з одним переважним варіантом здійснення наданого винаходу; - Фіг. 2 показує засіб подачі згідно з одним переважним варіантом здійснення наданого винаходу; - Фіг. ЗА ї ЗВ показують потік газу, що одержується за допомогою наданого винаходу, у порівнянні з потоком газу в печах, - описаних у попередньому рівні техніки.

Докладний опис винаходу 0017) Цей опис розпочинається з переважного варіанту здійснення наданого винаходу. Тим не менш, наданий винахід не обмежується цим конкретним варіантом здійснення, як це буде очевидно для фахівця у даній галузі техніки. Крім того, зміст документу РІ94.03502-4 включений у наданий документ за допомогою посилання,

І0018| Наданий винахід пропонує металургійну піч з нововведеннями, що забезпечують належне керування газоподібним потоком для того, щоб забезпечити відновлення самовідновних агломератів однорідним чином, керуючи при цьому обміном енергій між газом і сировиною, що є основним принципом процесу самовідновлення. 0019) Металургійна піч за наданим винаходом показана на Фіг. 1 і складається з верхньої шахти 1, де сировина (вихідна шихта) завантажується у піч. Важливо зазначити, що шахта може мати множину форм, таких як, наприклад, циліндрична форма, що має круглий поперечний переріз, або форма паралелепіпеда, що має прямокутний поперечний переріз. Отже, можна зазначити, що наданий винахід не обмежується якою-небудь конкретною формою печі.

І0020) У верхній шахті 1 є вузол з щонайменше одного ряду других фурм 4, які переважно є отворами, які забезпечують вдування гарячого або холодного атмосферного повітря для спалювання СО і інших горючих газів, що є присутніми в газі, що піднімається. Повітря, що вдувається, може за необхідністю бути збагачене киснем. Крім того, газоподібне, рідке або тверде паливо може вводитися у фурми 4 разом з повітрям, що вдувається. 0021) Піч за наданим винаходом додатково містить нижню шахту 2, переважно круглого або прямокутного поперечного перерізу, що має достатній діаметр або розміри для подачі твердого палива. Діаметр або ширина поперечного перерізу шахти 2 більше, ніж у шахти 1, на величину, достатню для встановлення пристроїв подачі палива. У цих пристроях подачі палива, бо розташованих навколо з'єднання верхньої шахти 1 і нижньої шахти 2, трубопроводи 5 подачі палива можуть з'єднуватися для того, щоб гарантувати проходження палива, що подається всередину печі, уникаючи при цьому віднесення сировини під час використовування дрібнодисперсних матеріалів. В міру того, як сировина падає на пристрій подачі палива, відбувається попереднє, нагрівання, підсушування і дистиляція летких фракцій, що є присутніми у твердих паливах і у горючих вуглецевмісних залишках.

І0022| Нижня шахта 2 має один або більше рядів перших фурм 3, які, разом з другими фурмами, описаними вище, служать для вдування гарячого або холодного повітря, яке може бути збагачене киснем або ні. Також можливо вводити порошкові, рідкі, газоподібні тверді палива для неповного спалювання палива, виробляючи газ і забезпечуючи теплову енергію, необхідну для відновлення і/або плавлення сировини.

Ї0023| Якщо гаряче повітря вдувається у перші і/або другі фурми 4, можуть використовуватися вузли нагнітання повітря, які можуть бути зв'язані з будь-якою системою нагрівання повітря (не показана), відомою з попереднього рівня техніки. (0024) За необхідністю нижня шахта 2 може мати вогнетривку футерівку і/або охолоджувані панелі. 0025) Крім того, піч за наданим винаходом містить щонайменше одну колону проникного палива з високою проникністю для газів, що подається щонайменше через один ковпак, що проходить подовжньо через піч, як показано на згаданій Фіг. 1. Цей ковпак 6, який переважно є вертикальним трубопроводом, встановленим по центральній вертикальній осі печі, складається з обладнання, яке служить для каналізування газу, що утворюється, протитечією до потоку сировини, забезпечуючи краще керування розподілом газів в усій верхній шахті 1. Отже, наданий винахід забезпечує чудове керування енергообміном між газом і сировиною, забезпечуючи відновлення самовідновних агломератів однорідним чином і підвищуючи стійкість процесу.

І0026| Ковпак 6 розміщується зверху верхньої шахти 1 і проходить подовжньо через піч, переважно будучи обмеженим вище других фурм 4. Ковпак б переважно складається з набору структурованих панелей, виконаних з ливарного чавуну, сталі або будь-якого іншого сплаву, заповнених вогнетривким бетоном і закріплених у листі, привареному до конструкції печі.

Ковпак б також може бути повністю або частково виконаний з охолоджуваних панелей. Під час

Зо роботи частина ковпака б є зануреною у сировину, створюючи прохід для газів, що утворюються як у ділянці перших фурм 3, так і у ділянці других фурм 4, тобто ковпак діє як газова каналізація.

І0027| Слід зазначити, що є ділянка, що називається зоною, когезії, в якій відбувається розм'якшення і плавлення металевої сировини, і у результаті вона є зоною низької проникності, що значною мірою перешкоджає проходженню газів. Ця трудність проходження газів викликає переважне проходження газу в окремих точках верхньої шахти 1, роблячи неможливим керування газоподібним потоком і викликаючи нерегулярний теплообмін між сировиною і газом.

Основна операційна модель передбачає розміщення деякого об'єму проникного палива з високою проникністю для газів як матеріал, що подається, у центрі, який не лише забезпечує підведення тепла, але також і має функцію забезпечення проходження газів у зоні 11 когезії, як показано на Фіг. 2. Коли металева сировина плавиться, вона формує зону рідкого і густого матеріалу з дуже низькою проникністю (зону 11 когезії). Коли деякий об'єм проникного палива з високою проникністю розміщується як матеріал, що подається, разом із завантажуванням металу в верхній частині печі, це дозволяє газам з нижньої шахти легко досягати верхньої шахти. Таким чином, в ідеалі проникне паливо з високою проникністю для газів формується щонайменше з одного матеріалу, який не плавиться при внутрішніх температурах металургійної печі, переважно на вуглецевій (С) основі, такого як, наприклад, доменний кокс, нафтовий кокс, кам'яне вугілля, деревне вугілля, антрацит, брикетоване паливо і т.п. 0028) Крім того, передбачається засіб 8 подачі палива для забезпечення завантажування проникного палива з високою проникністю для газів в піч. Такий засіб 8 подачі палива може бути переважно простою системою, що наприклад містить закритий бункер 9 і відкритий бункер 10 з дозувальними клапанами на виході кожного бункера; він може опціонально мати систему вирівнювання тиску для того, щоб забезпечити завантажування проникного палива з високою проникністю для газів із закритого бункера в піч. Засіб 8 подачі палива разом з ковпаком 6 забезпечує каналізування газу, що утворюється при згоранні палива в нижній шахті 2 з повітрям, що вдувається першими фурмами З і другими фурмами 4, більш ефективно керуючи розподілом, газу в печі. 0029) Фіг. ЗА і ЗВ показують відмінності у потоці газу в печі 12 за наданим винаходом і в печі 13, описаної у документі попереднього рівня техніки. Слід зазначити, що в печі за наданим винаходом відбувається каналізування газу, що утворюється, завдяки ділянці збільшеної 60 проникності, що утворюється проникним паливом з високою проникністю для газів, що завантажується засобом 8 подачі палива. Як було згадано вище, це забезпечує більший контроль над проникністю верхньої шахти 1, і таким чином над керуванням обміном енергією між газом і сировиною, забезпечуючи відновлення самовідновних агломератів однорідним чином і підвищуючи стійкість процесу.

І0030| Конфігурація ковпака б визначає розподіл сировини в печі 12. Отже, сировина набуває надані їй розміри, тобто ширина між стінками ковпака 6 є шириною колони проникного палива з високою проникністю для газів у верхній шахті, яка буде відповідати розмірам і відстаням між стінками. Під час роботи частина ковпака 6 є зануреною у сировину, створюючи прохід для газів, що утворюються як у ділянці перших фурм 3, так і у ділянці других фурм 4, як показано на Фіг. ЗА. 0031) Таким чином, піч за наданим винаходом запобігає повне завантажування палива разом з сировиною зверху шахти, відрізняючись тим самим від класичних виробничих процесів і мінімізуючи реакції газифікації вуглецю (реакції Будуара) і збільшення тепловиділення і витрати палива в печі.

І0032| Крім того, піч за наданим винаходом відрізняється від інших печей попереднього рівня техніки, тому що проникне паливо з високою проникністю для газів використовується у невеликих кількостях нагорі шахти тільки для того, щоб одержати керування проникністю верхньої шахти 1. У більшості випадків використовування цього проникного палива з проникністю для газів не впливає на відновлення і плавлення сировини, оскільки в цій печі використовуються самовідновні брикети (але не лише вони). У цьому випадку, вуглець, потрібний для відновлення сировини, міститься всередині самовідновного брикету, не потребуючи таким чином, щоб весь газ проходив через колону сировини, як це має місце у звичайних печах попереднього рівня техніки і у класичних виробничих процесах. 0033) Можливі також незліченні варіації, що впливають на ділянку захисту наданої заявки.

Отже, необхідно підкреслити, що цей винахід не обмежується описаними вище конкретними конфігураціями/варіантами здійснення.

Claims (6)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Зо 1. Металургійна піч, яка містить: щонайменше верхню шахту (1); щонайменше нижню шахту (2); щонайменше один пристрій подачі палива, розташований між щонайменше однією верхньою шахтою (1) іщонайменше однією нижньою шахтою (2); щонайменше один ряд фурм (4), розташований в щонайменше одній з щонайменше однієї верхньої шахти (1), ії щонайменше один ряд фурм (3), розташований в щонайменше одній зі щонайменше однієї нижньої шахти (2), яка відрізняється тим, що вона додатково містить щонайменше один ковпак (6), який розташований у верхній шахті (1) і проходить поздовжньо через піч, що забезпечує подачу палива і формування в печі колони проникного палива з високою проникністю для газів.
2. 2. Металургійна піч за п. 1, яка відрізняється тим, що згаданий щонайменше один ковпак (6) складається з набору структурованих панелей, виконаних з ливарного чавуну або сталі або будь-якого іншого сплаву, заповнених вогнетривким бетоном і закріплених у листі, привареному до конструкції печі.
3. 3. Металургійна піч за п. 1 або 2, яка відрізняється тим, що згаданий щонайменше один ковпак (6) повністю або частково виконаний з охолоджуваних панелей.
4. 4. Металургійна піч за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що вона додатково містить засіб (8) подачі палива, який забезпечує подачу проникного палива через ковпак (б).
5. 5. Металургійна піч за п. 4, яка відрізняється тим, що засіб (8) подачі палива містить закритий бункер (9) і відкритий бункер (10), з дозувальними клапанами на виході кожного бункера.
6. 6. Металургійна піч за будь-яким з пп. 4, 5, яка відрізняється тим, що засіб (8) подачі палива містить систему вирівнювання тиску.