UA120814C2 - Плавильний агрегат, що містить плавильну ємність, та спосіб плавки з його використанням - Google Patents

Abstract

Плавильна ємність для одержання розплавленого металу містить горно із вогнетривким футеруванням, яке при використанні контактує із розплавленим шлаком або розплавленим металом. Горно містить множину теплових труб, розташованих в вогнетривкому футеруванні принаймні частини горна, та призначених для охолодження принаймні частини вогнетривкого футерування. Принаймні одна із теплових труб містить рідку фазу теплоносія, зазвичай воду, в нижній частині теплової труби; та парову фазу теплоносія, зазвичай пару, у верхній частині теплової труби; і клапан, що містить шноркель, який проходить в теплову трубу. Шноркель містить відкритий кінець, що знаходиться всередині теплової труби, і закритий кінець, який знаходиться за межами теплової труби. Закритий кінець шноркеля відкривається, коли тиск пари або температура в тепловій трубі перевищує задане граничне значення тиску або температури, щоб парова фаза могла вийти з теплової труби для зменшення тиску або температури всередині теплової труби.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНІКИ

Даний винахід належить до процесу та пристрою для прямої плавки металовмісного шихтового матеріалу, такого як залізовмісний шихтовий матеріал (наприклад, залізна руда) або шлак з двоокису титану або шихтовий матеріал, що містить мідь.

Даний винахід належить, зокрема, до плавки металовмісного шихтового матеріалу в агрегаті прямої плавки, що містить плавильну ванну із шаром розплавленого металу та шаром розплавленого шлаку, а також має матеріал-підкладку горна із вогнетривким футерування, що потребує охолодження, щоб максимально збільшити термін експлуатації горна. Даний винахід відноситься, зокрема, до охолодження матеріалу-підкладки горна із вогнетривким футеруванням агрегату прямої плавки для максимального збільшення терміну експлуатації горна.

РІВЕНЬ ТЕХНІКИ

Існує низка загальновідомих процесів плавки у плавильній ванні.

Один процес плавки у плавильній ванні, який зазвичай називають процесом "Нібтеїї", описаний у значній кількості патентів і патентних заявок від імені заявника.

Інший процес плавки у плавильній ванні далі називається процесом "Нізата". Процес та пристрій Нізагтта описані в міжнародній заявці РСОТ/АШЯ9/00884 (МО 00/022176) від імені заявника.

Інші відомі процеси плавки у плавильній ванні включають, наприклад, лише процеси для плавки шлаку із двоокису титану та плавки шихтового матеріалу, що містить мідь.

Наступний опис винаходу зосереджується на процесах Ніхтеї та Нізагпа.

Процеси Ніхтеїї та Нізагтта пов'язані, зокрема, з виробництвом розплавленого чавуну із залізної руди або іншого залізовмісного матеріалу.

У контексті виробництва розплавленого чавуну процес Нізхтеїї включає наступні етапи: (а) формування ванни розплавленого чавуну та розплавленого шлаку в плавильній ємності плавильної ємності; (Б) введення у ванну: (ї) залізної руди, зазвичай у вигляді дрібних фракцій; і (її) твердого вуглецевмісного матеріалу, зазвичай вугілля, який використовується в якості відновника матеріалу, що переплавляється, для залізовмісної сировини та джерела енергії; і

Зо (с) плавка залізної руди із утворенням чавуну у ванні.

Термін "плавка" тут розуміється як термічна обробка, при якій відбуваються хімічні реакції, що відновлюють оксиди металів, для одержання розплавленого чавуну.

Процес Нізхтеї забезпечує велику кількість розплавленого чавуну, як правило, щонайменше 0,5 млн. тон у рік, що виробляється шляхом плавки в одному компактному агрегаті.

Процес Нізата здійснюється в плавильному пристрої, який містить (а) плавильний агрегат, який містить плавильну ємність, а також фурми для введення твердих шихтових матеріалів, та кисневмісного газу в плавильну камеру, та пристосований для утримання ванни плавленого металу та шлаку, а також (Б) плавильний циклон для попередньої обробки металовмісної шихти, який розташований вище і безпосередньо взаємодіє з плавильним агрегатом.

У даному випадку термін "плавильний циклон" розуміється як агрегат, який зазвичай визначає вертикальну циліндричну камеру і конструюється таким чином, що матеріали, що переплавляються, подаються в камеру і переміщуються по шляху навколо вертикальної центральної осі камери і можуть витримувати високі робочі температури, достатні для того, щоб принаймні частково розплавити металовмісні шихтові матеріали.

Процес Нізата - це двоступеневий протиточний процес. Металовмісний шихтовий матеріал нагрівається та частково відновлюється вихідними реакційними газами з плавильної ємності (з додаванням кисневмісного газу), а також тече вниз в плавильну ємність і плавиться до розплавленого чавуну в плавильній ємності плавильної ємності. У загальному сенсі подібний протиточний процес підвищує продуктивність та енергоефективність.

Термін "переднє горно" в даному розумінні означає ємність плавильної ємності, яка сполучується із атмосферою та з'єднана з плавильною ємністю плавильної ємності через прохідний отвір (згадується тут як "приєднання до переднього горна"), і містить в стандартних умовах експлуатації розплавлений метал в ємності, причому приєднання до переднього горна повністю заповнене розплавленим металом.

У міжнародній публікації МУО 00/01854 на ім'я заявника описується агрегат прямої плавки, який є прикладом агрегату, що може використовуватися в процесах Ністеї та Нізагтпа, і містить горно, який утворений з матеріалу вогнетривкого футерування, і бічних стінок, що простягаються вгору від країв горна, з бічними стінками, включаючи водоохолоджувані панелі, а також передній горно, з'єднаний з плавильною ємністю через приєднання до переднього горна, бо що дозволяє металевому продукту безперервно витікати з агрегатів. Сутність винаходу, яка описана в міжнародній публікації включена до цього документу шляхом перехресного посилання.

Процеси Нівтей та Нізата є вельми турбулентними, і це призводить до зносу вогнетривкого футерування верхньої частини горна через хімічний вплив та фізичний знос розплавленим шлаком, а також внаслідок дії вируючого розплавленого металу та бризок металу на матеріал вогнетривкого футерування у верхній частині горна. Цей знос є більшим, ніж зазвичай спостерігається у горнах доменних печей, в яких гарячий метал та шлак відносно спокійні.

Щоб мінімізувати знос вогнетривкого футерування, зазначеного у попередньому параграфі, в міжнародній публікації УМО 2015/081376 на ім'я заявника описується використання теплових труб, розташованих у горні із вогнетривким футеруванням плавильної ємності, наприклад, у вигляді агрегату прямої плавки для процесів Нізтеї та Нізата. Ці труби забезпечують істотне зменшення зносу матеріалу вогнетривкого футерування горна через контакт з розплавленим матеріалом у вигляді розплавленого шлаку або розплавленого металу. Теплові труби дозволяють використовувати у горні більш широкий спектр матеріалів вогнетривкого футерування, ніж це було раніше, і отримати оперативні переваги внаслідок більш широкого вибору матеріалів.

У даному випаду термін "теплова труба" розуміється як герметизована подовжена труба, яка передає тепло без використання прямої провідності. В якості основного механізму теплопередачі використовується теплоносій, такий як вода, який знаходиться всередині труби.

При умовах, в яких знаходиться гарячий кінець труби, рідка фаза теплоносія випаровується та утворює парову фазу, яка конденсується на холодному кінці труби для утворення рідкої фази і тим самим виділяє тепло. При цьому рідка фаза протікає від холодного кінця труби до її гарячого кінця.

Наведений вище опис не можна розглядати як визнання загальних знань в Австралії або в інших країнах.

КОРОТКИЙ ОПИС СУТОСТІ ВИНАХОДУ

Даний винахід стосується підвищення ефективності теплових труб типу, описаного в міжнародній публікації М/О 2015/081376, проте треба зазначити, що даний винахід не

Зо обмежується цими тепловими трубами. Зокрема, даний винахід стосується мінімізації ризику неконтрольованого вивільнення рідкого теплоносія з теплових труб у агрегаті прямої плавки, що може створити проблеми під час експлуатації та загрожувати безпеці під час роботи плавильної ємності. Наприклад, у ситуації, коли рідким теплоносієм є вода, даний винахід стосується мінімізації ризику неконтрольованого вивільнення води з теплових труб, що може спричинити

З5 утворення великої кількості пари в плавильному агрегаті, що, в свою чергу, може створити проблеми під час експлуатації та викликати загрозу безпеці під час роботи плавильної ємності.

Винахід було зроблено в процесі розробки плавильної ємності з тепловими трубами, описаними в міжнародній публікації М/О 2015/081376.

В процесі виконання дослідно-конструкторських робіт заявник зрозумів, що важливо проектувати теплові труби, щоб усунути несподівану несправність теплових труб, наприклад, при розриві теплових труб, коли внутрішні тиски і/або температури перевищують граничну величину, і, як наслідок, теплові труби виходять з ладу. Наприклад, заявник зазначив, що вихід з ладу теплових труб є потенційною проблемою ближче до кінця терміну експлуатації теплових труб, коли труба знаходилася під занадто великим тепловим навантаженням протягом дуже тривалого періоду часу.

У широкому сенсі, даний винахід забезпечує плавильну ємність для виробництва розплавленого металу, що містить горно із вогнетривким футеруванням, який при використанні контактує із розплавленим шлаком або розплавленим металом в агрегаті, із горном, що містить декілька теплових труб, розташованих у вогнетривкому обкладенні щонайменше частини горна для охолодження принаймні частини вогнетривкого футерування, з принаймні однією з теплових труб, у тому числі (а) рідку фазу теплоносія, як правило воду, у нижній частині теплової труби і (5) парову фазу теплоносія, як правило пари, у верхній частині теплової труби, а також (с) клапан, що дозволяє паровій фазі виходити з теплової труби для зниження тиску або температури всередині теплової труби, коли тиск пари або температура в тепловій трубі перевищує заданий граничний тиск або температуру.

Тиск пари або температура в тепловій трубі, що перевищує заданий граничний тиск або температуру, вибирається на підставі вказівки на те, що теплова труба більше не працює ефективно, і існує ризик неконтрольованого виходу з ладу теплової труби з потенційним випуском води з теплової труби у розплавлений метал або розплавлений шлак у плавильному бо агрегаті.

Вибране порогове значення тиску або температури призводить до того, що клапан відкривається, перш ніж відбудеться неконтрольований вихід з ладу теплової труби.

Заздалегідь визначений граничний тиск або температура може бути граничною величиною тиску та температури для теплової труби при стандартних умовах експлуатації. Заздалегідь визначений граничний тиск або температура може бути граничною величиною тиску та температури для теплової труби плюс запас вище проектної межі.

Клапан можна пристосувати для того, щоб з теплової труби виходила парова фаза, а не рідка фаза, і щоб зберігати рідку фазу в тепловій трубі. Це вигідно, оскільки рідка фаза є більш летючою, якщо вона вступає в контакт із розплавленим металом та розплавленим шлаком у плавильному агрегаті а летючість може вплинути на експлуатаційні показники та характеристики безпеки плавильної ємності. Як зазначалось вище, у ситуації, коли теплоносієм є вода, неконтрольований випуск води з теплових труб може спричинити утворення великої кількості пари в плавильному агрегаті, що може викликати проблеми з безпекою та експлуатацією плавильної ємності. Клапан можна пристосувати для того, щоб парова фаза, а не рідка фаза, виходила з теплової труби, і щоб утримувати рідку фазу в тепловій трубі, наприклад, шляхом розташування клапану в тепловій трубі.

Клапан може бути будь-яким відповідним отвором в тепловій трубі, який закритий при нормальних умовах експлуатації, завдяки якому теплова труба працює належним чином, тобто нижче заданого граничного значення тиску або температури, а також який відкривається і дозволяє паровій фазі вийти з теплової труби, щоб зменшити тиск або температуру всередині теплової труби, коли тиск або температура в теплових трубах перевищують заданий граничний тиск або температуру.

Клапан може дозволити паровій фазі вийти з теплової труби у вогнетривке футерування горна агрегату. Клапан може дозволити паровій фазі вийти у розплавлений шлак або у розплавлений метал. Клапан може дозволити паровій фазі вийти за межі агрегату.

Перевага клапану у тому, що дозволяє паровій фазі, а не рідкій фазі, вийти з теплової труби, встановлює обмеження на розташування клапану в тепловій трубі, яке повинне враховуватися при проектуванні агрегату.

Клапан може містити шноркель, який поширюється в теплову трубу і має відкритий кінець,

Зо що знаходиться всередині теплової труби і взаємодіє лише з паровою фазою (при стандартних робочих умовах) та закритий кінець, що знаходиться за межами теплової труби, причому закритий кінець формується таким чином, що під час використанні закритий кінець відкривається та дозволяє паровій фазі, а не рідкій фазі, вийти з теплової труби для зменшення тиску або температури всередині теплової труби, коли тиск пари або температура в тепловій трубі перевищує задане порогове значення тиску або температури, тим самим мінімізуючи ризик неконтрольованого виходу з ладу теплової труби. Отже, при такій умові рідка фаза зберігається у теплових трубах, або поступово випаровується і випускається з теплової труби.

Закритий кінець шноркелю може бути у формі пробки, яка відкривається, або запобіжнику, який плавиться, коли тиск пари або температура в тепловій трубі перевищує задане порогове значення тиску або температури. Винахід не обмежується цими варіантами для формування закритого кінця і поширюється на будь-який варіант, який відкривається у відповідь на температуру або тиск всередині теплової труби, що перевищує заздалегідь заданий поріг.

Наприклад, закритий кінець шноркелю може бути у формі запаяного способом холодного зварювання кінця шноркелю, що відкривається, коли температура або тиск всередині теплової труби перевищують заздалегідь заданий поріг.

Теплова труба може бути у вигляді подовженої порожнистої труби, яка містить рідку фазу в нижній частині труби, та парову фазу у верхній частині труби.

Теплова труба може містити стінку нижнього кінця.

Теплова труба може містити стінку верхнього викидного кінця.

Теплова труба може містити бічну стінку.

Клапан може знаходитись у боковій стінці над рівнем рідкої фази в тепловій трубі.

Шноркель може проходити через стінку нижнього кінця. Шноркель може проходити через бокову стінку нижче рівня рідкої фази в тепловій трубі. З обома розташуваннями, як описано вище, відкритий кінець шноркелю знаходиться всередині теплової труби і взаємодіє лише з паровою фазою (при стандартних умовах експлуатації), а закритий кінець знаходиться поза тепловою трубою.

Теплові труби можуть розташовуватися так, щоб вони не виходили з плавильної ємності.

Горно із вогнетривким футеруванням може містити верхню частину, яка при використанні контактує із розплавленим у зоні шлаку в агрегаті, а також нижню частину, яка при використанні бо контактує із розплавленим металом у зоні металу в агрегаті.

Теплові труби можуть розташовуватися у вогнетривкому облицюванні верхньої частини горна для охолодження вогнетривкого футерування.

Теплові труби можуть бути будь-якої відповідної форми.

Теплові труби можуть містити нижні секції, які розташовані у вертикальному положенні у вогнетривкому облицюванні.

Нижні секції можуть бути прямими секціями.

Нижні секції можуть мати, наприклад, вигнуту форму, враховуючи Геометрію горна.

Нижні секції теплових труб можуть бути паралельними одна до одної.

Нижні секції теплових труб можуть розташовуватися окремо одна від одної.

Відстань між нижніми секціями теплових труб може бути однакова.

Відстань між нижніми секціями теплових труб може бути різна.

Відстань між нижніми секціями теплових труб може бути однакова в одній частині горна і відрізнятися в іншій частині горна.

Наприклад, в областях, що потребують більшого охолодження, може бути відносно більше теплових труб. Наприклад, шлакова фурма спускного шлакового жолобу може вимагати додаткового охолодження.

Існує низка факторів, які мають відношення до вибору відстані між тепловими трубами, у тому числі, наприклад, розташування теплових труб, кількість тепла, яке буде вилучено з матеріалу вогнетривкого футерування, теплопровідність та інші відповідні характеристики матеріалу вогнетривкого футерування, а також теплопровідність теплових труб.

Теплові труби можуть розташовуватися повністю навколо горна.

Теплові труби можуть розташовуватися в кільці повністю навколо горна.

Теплові труби можуть розташовуватися у кількох радіально відокремлених кільцях, повністю навколо горна.

Теплові труби одного кільця можуть розташовуватися в шаховому порядку по окружності по відношенню до теплових труб радіально зовнішнього або радіально внутрішнього кільця.

Теплові труби можуть мати однакову довжину.

Теплові труби можуть бути різної довжини.

Довжина теплових труб може збільшуватися зі збільшенням радіальної відстані між

Зо тепловими трубами від внутрішньої поверхні горна, в якому розташовані теплові труби.

Вогнетривке футерування горна, в якому розташовані теплові труби, може мати циліндричну внутрішню поверхню, яка знаходиться перед зоною плавки в агрегаті.

Плавильна ємність може містити охолоджувач шлакової зони, розташований у вогнетривкому облицюванні горна для охолодження вогнетривкого футерування, при цьому теплові труби розташовуються нижче охолоджувача шлакової зони, причому верхні секції теплових труб виступають в якості теплоносія з охолоджувачем шлакової шлакової зони для передачі тепла від теплових труб до охолоджувача шлакової зони.

Охолоджувач шлакової зони може бути такого типу, як описано в міжнародній публікації УУО 2007/134382 від імені заявника.

Охолоджувач шлакової зони може сформуватися у вигляді кільця декількома елементами охолоджувача.

Кожен елемент охолоджувача може мати форму частини кільця, при цьому бічні стінки простягаються радіально від кільця.

Кожен елемент охолоджувача може містити порожнисту відкриту конструкцію з литим корпусом, яка має основну стінку, пару бічних стінок, передню стінку та верхню стінку, що утворюються цілісно в конструкції із литим корпусом і містить проточні канали охолоджуючої рідини для протоку охолоджуючої рідини через них.

Теплові труби можуть містити верхні секції, які розташовані в радіальному положенні поблизу охолоджувача шлакової зони, щоб максимізувати передачу тепла охолоджувачу шлакової зони.

Наприклад, теплові труби можуть, як правило, простягатися зверху вниз, мати І-подібну форму або форму хокейної ключки з вертикально направленими нижніми секціями та радіально або загальному сенсі радіально направленими верхніми секціями.

Плавильна ємність може містити бічні стінки, які простягаються вгору від горна та декілька охолоджувальних панелей, що розташовані навколо бічних стінок таким чином, щоб утворити внутрішню обшивку цих бічних стінок.

Плавильна ємність може містити пристрій для випуску розплавленого металу та пристрій для вилучення шлаку із плавильної ємності, одну або декілька фурм для подачі твердих матеріалів, що переплавляються, тому числі твердого металовмісного матеріалу та/або бо вуглецевого матеріалу в плавильній ємності, та однієї або декількох кисневих фурм для транспортування газу, що містить кисень, в агрегат для продуктів газоподібної реакції, утворених після горіння, які утворені в процесі прямої плавки.

Пристрій для випуску розплавленого металу може бути переднім горном.

Плавильна ємність може містити плавильний циклон для часткового відновлення та часткового плавлення твердого металовмісного шихтового матеріалу для горна, розміщеного над ємністю.

Плавильна ємність може бути пристосована, наприклад, для одержання залізовмісних сплавів методом прямої плавки на основі плавильної ванни.

Згідно із винаходом, передбачено збірку(а) охолоджувального елементу із зоною шлаку для охолодження частини вогнетривкого футерування горна плавильної ємності та (б) теплових труб, які мають тепловий зв'язок із охолоджувачем шлакової зони для перенесення тепла від теплових труб до охолоджувача шлакової зони принаймні однією з теплових труб, включаючи (Її) рідку фазу теплоносія, зазвичай води, у нижній частині теплової труби і (ії) парову фазу теплоносія, зазвичай пари, у верхній частині теплової труби, і (її) клапан, щоб парова фаза могла вийти з теплової труби для зменшення тиску або температуру всередині теплової труби, якщо тиск пари або температура в теплових трубах перевищує заданий тиск або температуру.

Клапан може бути таким, як описано вище.

Під час використання множина збірок може бути сформована як кільце у горні плавильної ємності.

Кожен елемент охолоджувача може бути сформований як сегмент кільця, при цьому бічні стінки проходять радіально.

Кожен елемент охолоджувача може містити порожнисту відкриту структуровану оболонку з підкладкою, яка має основну стінку, пару бічних стінок, передню стінку та верхню стінку, що утворюються цілісно в структурі оболонки, і містять канали потоку охолоджуючої рідини для потоку теплоносія через них.

Відповідно до винаходу пропонується плавильна ємність для одержання розплавленого металу, яка містить горно із вогнетривким футеруванням, що має верхню частину, яка при використанні контактує з шлаком у зоні шлаку агрегату, а нижня частина, яка при використанні контактує з розплавом металу у металевій зоні агрегату, горно, в тому числі охолоджувач

Зо шлакової зони, розташований у вогнетривкому футеруванні верхньої частини горна для охолодження вогнетривкої футеровки і (б) декілька теплових труб, розташованих у вогнетривкій футерівці верхньої частини горна нижче охолоджувача шлакової зони для охолодження вогнетривкого футерування, причому верхні секції теплових труб пов'язані теплопередачею із охолоджувачем шлакової зони для передачі тепла від теплових труб до охолоджувача шлакової зони та нижніх секцій що проходять вниз усередині верхньої частини горна з охолоджувачу шлакової зони і принаймні з однієї з теплових труб, включаючи (ї) рідку фазу теплоносія, як правило, воду, в воду частина теплової труби і (її) парова фаза теплоносія, зазвичай пари, у верхній частині теплової труби і (ії) клапан, щоб парова фаза могла вийти з теплової труби для зменшення тиску або температури всередині теплової труби, якщо тиск пари або температура в теплових трубах перевищує заданий граничний тиск або температуру.

Клапан може бути такою, як описано вище.

Охолоджувач шлакової зони та теплові труби можуть бути сформовані як збірка цих двох компонентів.

Відповідно до винаходу запропоновано спосіб плавки металовмісного матеріалу, у тому числі виплавку металовмісного матеріалу, що переплавляється, в плавильній ванні у вищеописаному плавильному агрегаті.

Спосіб може включати: (а) принаймні часткове відновлення та часткове розплавлення металовмісного матеріалу під час циклонної плавки та (б) повне виплавляння щонайменше частково відновленого/розплавленого матеріалу в плавильній ванні вищезазначеного плавильної ємності.

Металовмісним матеріалом, що переплавляється, може бути будь-який матеріал, що містить оксиди металів.

Металовмісним матеріалом, що переплавляється, може бути руда, частково відновлені руди та метал, що містить відпрацьовані потоки.

Металовмісним шихтовим матеріалом може бути залізовмісний матеріал, що переплавляється, такий як залізна руда. У цьому випадку спосіб може характеризуватися підтримкою температури щонайменше 1100 "С, як правило, принаймні, 1200 "С у плавильному циклоні.

Металовмісним шихтовим матеріалом може бути титановий шлак. бо Металовмісним шихтовим матеріалом може бути матеріал, що містить мідь.

Спосіб може включати підтримку кисневого потенціалу в плавильному циклоні, достатнього для того, щоб відхідний газ від плавильного циклону міг мати ступінь дожигу, щонайменше, на 80 об.

Відповідно до даного винаходу також передбачено пристрій для плавки металовмісного шихтового матеріалу, який містить вищеописаний плавильний агрегат.

КОРОТКИЙ ОПИС ФІГУР

Даний винахід описаний далі на прикладі з посиланням на супроводжуючі фігури, з яких: на Фіг. 1 проілюстровано збільшення нижньої секції частини варіанту винаходу агрегату прямої плавки згідно з винаходом до початку процесу прямої плавки в агрегаті, причому фігура ілюструє рівні розплавленого металу та розплавленого шлаку, який буде знаходитися в агрегаті при стаціонарному режимі роботи, при цьому рівні, що відображаються в спокійних, тобто невиробничих, умовах в агрегаті; на Фіг. 2 проілюстрований схематичний вигляд у перспективі, який ілюструє сегмент верхньої частини горна агрегату, проілюстрованому на Фіг. 1, з матеріалом вогнетривкого футерування, видаленим для показу охолоджувача шлакової зони та теплових труб за варіантом здійснення винаходу; на Фіг. З проілюстрований нижній вигляд розташування, проілюстрованого на фіг.2; на Фіг. 4 проілюстрований кінцевий вигляд розташування, проілюстрованого на Фіг. 2; та на Фіг. 5 проілюстрований схематичний поперечний переріз хоча б одної із теплових труб, проілюстрованих на фігурах 1-4, яка детально ілюструє клапан теплової труби.

ДЕТАЛЬНИЙ ОПИС СУТНОСТІ ВИНАХОДУ

Винахід належить до агрегатів прямої плавки, що використовується у процесах Ніззата та

Нівтей. Винахід не обмежується агрегатом прямої плавки, що використовується у цих технологічних процесах, і є доречним для будь-якого придатного агрегату прямої плавки, який містить плавильну ванну, що містить розплавлений шар металу і шар розплавленого шлаку, і має вогнетривке футерування горна, яка потребує охолодження, щоб максимально збільшити термін експлуатації горна, зокрема, щоб зменшити несприятливе зношування вогнетривкого матеріалу футерування горна, через контакт з розплавленим матеріалом у вигляді розплавленого шлаку або розплавленого металу.

Зо На фігурах проілюстрована частина агрегату прямої плавки 4, що відповідає варіанту здійснення винаходу. Агрегат плавки 4 відповідає виробничому процесу Ніззата та Нізтей і є типовим зразком, викладеним у вищезгаданій міжнародній публікації М/О 2015/081376 від імені заявника. Плавильна ємність 4, містить горн, який, загалом, ідентифіковано цифрою 9 на фігурі 1, який утворений з вогнетривкого матеріалу та бічних стінок 11, що простягаються вгору від боків горна з бічними стінками 11, а також містять панелі, які охолоджуються водою. Розкриття інформації в міжнародній публікації включено до цього документу шляхом перехресного посилання.

На Фіг. 1 проілюстровано збільшення нижньої секції частини плавильної ємності 4 до початку прямого процесу плавки в ємності.

З посиланням на Фіг. 1, горн 9 містить верхню частину 25, яка під час використанні контактує із розплавленим шлаком у шлаковій зоні 18, у плавильному агрегаті 4, та нижню частину 26, яка при використанні контактує з розплавленим металом зони металу 19, плавильної ємності 4.

Шлакова зона 18 та зона металу 19 проілюстровані в умовах спокою, тобто в неробочому стані.

Добре зрозуміло, що шлакової зони та металу, можуть сильно розжаритись при стаціонарному режимі процесів Ніззата та Ністеїй і, в меншій мірі, перемішуватися при стаціонарному режимі роботи інших процесів плавки у плавильній ванні. З подальшим посиланням на Фіг. 1, горн 9 містить в собі основу 43, та сторони 44, які містять вогнетривке футерування у вигляді вогнетривкої цегли, та передній горн 27, для безперервного розливання розплавленого металу, і отвір відводу 28, для звільнення від розплавленого шлаку. Верхня кільцеподібна поверхня 31 звуженого горна, спрямовується вгору та назовні до бічної стінки 11 плавильної ємності 4. При використанні агрегату, ця частина горна піддається дії бризок розплавленого металу та шлаку.

З подальшим посиланням на Фіг. 1, горн 9 містить: (а) охолоджувач шлакової зони 20, розташований у вогнетривкому облицюванні верхньої частини горна 9, для охолодження вогнетривкого футерування в цій частині горна;і (Б) множина теплових труб 21, розташованих у вогнетривкому футерування верхньої частини горна під охолоджувачем шлакової зони 20, для охолодження вогнетривкого футерування в цій частині горна.

Охолоджувач шлакової зони 20, описаний у Міжнародній публікації УУО 2007/134382 від імені заявника, розкриття інформації із Міжнародної публікації, включено до цього документу бо шляхом перехресного посилання. Охолоджувач шлакової зони 20, утворений у вигляді численних охолоджуючих елементів 35, один з яких проілюстрований на фігурах 2-4. Кожен охолоджуючий елемент 35, сформований як сегмент кільця, причому бічні стінки простягаються по радіусу кільця. Кожний елемент охолоджувача 35, містить порожнисту відкриту структуровану оболонку із підкладкою 41, що має нижню стінку 69, пару бічних стінок 64, складену з двох частин передню стінку бб5а, 65Фб, нижню стінку 49, та верхню стінку 63, сформовану як єдине ціле у вигляді об'єднаної оболонки із підкладкою 41, та містить проточні канали охолоджуючої рідини, у формі труб 48 (тільки на Фіг. 1), для протікання через них охолоджувача. Оболонка із підкладкою 41, виконана з металу або металевого сплаву з високою теплопровідністю, такого як мідь або мідний сплав. Труби охолоджувальної рідини утворені з міді або нікелю.

Кожний елемент охолоджувача шлакової зони 35, і пов'язані з ним теплові труби 21, які поєднані теплопередачею з елементом охолоджувача шлакової зони 35, можуть бути утворені як збірка, яка може бути встановлена як збірка на місці монтажу. Як альтернатива, елемент охолоджувача шлакової зони 35, та теплові труби 21, можуть бути встановлені окремо на місці монтажу.

Вогнетривке футерування верхньої частини горна 25 ефективно охолоджується і підтримується охолоджувачем шлакової зони 20. Охолоджувач шлакової зони 20, суттєво зменшує темп зношування вогнетривкого матеріалу в цій частині горна. Зокрема, експлуатація охолоджувача шлакової зони 20, охолоджує вогнетривке футерування нижче температури переходу у твердий стан розплавленого шлаку в області футерування і викликає затвердіння шлаку на її поверхні, а твердий шлак являє собою бар'єр для подальшого зносу вогнетривкого матеріалу.

Як описано в Міжнародній публікації МО 2015/081376 і більш докладно нижче, при використанні теплових труб 21, в значній мірі зменшується несприятливе зношування вогнетривкого матеріалу горна 9, через контакт з розплавленим матеріалом у вигляді розплавленого шлаку або розплавленого металу, що дає можливість використовувати більш широкий спектр вогнетривких матеріалів у горні 9, ніж це було раніше, і отримати оперативні переваги, внаслідок більш широкого вибору матеріалів. Теплові труби 21 розташовані таким чином, що вони не виходять з плавильної ємності 4. Кожна теплова труба 21 містить секцію, яка

Зо простягається вертикально. Результатом є розташування паралельних прямих вертикально витягнутій секції труби у вогнетривкому облицюванні.

Як можна краще побачити на Фіг. 5, кожна теплова труба 21, являє собою подовжену порожнисту трубу, яка має бічну стінку 47, верхню кінцеву стінку 49, і нижню торцеву стінку 51.

Труба містить (а) переважно воду 53, у нижній секції труби і (Б) головним чином пару 55, у верхній секції труби.

Теплові труби 21, простягаються вниз по вертикалі та паралельно одна одній у верхній частині горна 9, від охолоджувача шлакової зони 20. В процесі використання, теплові труби 21, охолоджують вогнетривке футерування верхньої частини горна, що знаходиться нижче охолоджувача шлакової зони 20. Верхні секції теплових труб 21, перебувають у співвідношенні теплопередачі з охолоджувачем шлакової зони 20,та передають тепло від теплових труб 21, до охолоджувача шлакової зони 20. У процесі експлуатації, відбувається випаровування водної фази і конденсація парової фази у відповідь на теплопередачу від вогнетривкої підкладки до теплових труб 21, та теплопередачі від теплових труб 21 охолоджувачу шлакової зони 20.

Кожна теплова труба 21, передає тепло без використання прямої провідності як основного механізму, причому вода випаровується на гарячому нижньому кінці та конденсується, утворюючи воду на більш холодному верхньому кінці. Під час конденсації пари випускається тепло, яке переноситься в охолоджувач шлакової зони 20. Із посиланням на Фіг. 5, конденсована вода тече вниз і повертається до гарячого нижнього кінця, щоб замкнути кругообіг внутрішнього охолодження. Наприклад, конденсована вода може утворювати плівку, як правило, тонку плівку, на внутрішній поверхні бічної стінки 47, яка тече вниз до гарячої нижньої частини. Шар тонкої плівки позначений цифрою 67 на Фіг. 5.

Як правило, теплові труби 21 розташовуються загалом навколо горна. Теплові труби 21, розташовані в чотирьох окремих радіально направлених кільцях, у варіанті здійснення винаходу, проілюстрованому на фігурах 1-4. Найкраще це можна побачити на Фіг. 2. Теплові труби 21, у кожному кільці розміщені по колу по відношенню до теплових труб 21, у радіально вхідних та радіально зовнішніх кільцях теплових труб 21. Довжина теплових труб 21, збільшується при радіальній відстані теплових труб 21 від внутрішньої поверхні верхньої частини горна 25, в якому розташовані теплові труби. Теплові труби 21 можуть бути в будь- якому іншому відповідному розташуванні та орієнтації. До речі, наприклад, винахід не бо обмежується пристроями, в яких теплові труби 21 є вертикальними. За додатковим прикладом,

винахід не обмежується пристроями, в яких теплові труби 21 є прямими, - теплові труби 21, можуть містити зігнуті секції що відповідають конструкційним особливостям горна. Як додатковий приклад, винахід не обмежується пристроями, в яких довжина теплових труб 21 збільшується з радіальною відстанню теплових труб 21, від внутрішньої поверхні верхньої частини 25 горна.

Теплові труби 21 можуть мати будь-яку відповідну конструкцію.

Зазвичай теплові труби 21 містять воду. Будь-який інший придатний теплоносій може бути використаний при поточній температурі процесу, зокрема спирт, ацетон або навіть рідкий метал, такий як натрій. Теплові труби 21, забирають тепло із матеріалу вогнетривкого футерування, та будь-якого захисного затверділого матеріалу (шлаку або металу), який утворюється на внутрішній поверхні вогнетривкого футерування. Завданням теплових труб 21, є підтримання якомога більшого об'єму вогнетривкого матеріалу вогнетривкого футерування, в якому розташовані теплові труби 21, нижче температури затвердіння шлаку в області вогнетривкого футерування, щоб спричинити затвердіння шлаку (або металу) на поверхні горна і тим самим утворити шар затверділого шлаку (або металу), який запобігає зносу.

З посиланням на фіг. 5, принаймні одна з теплових труб 21 містить клапан, який загалом ідентифікується цифрою 63, що дозволяє парі а не воді виходити з теплової труби 21, коли тиск або температура в теплових трубах перевищують заздалегідь визначений поріг, що свідчить про те, що теплова труба 21, більше не працює ефективно, і існує ризик неконтрольованого збою роботи теплової труби 21, з потенційним викидом води з теплової труби 21, у розплавлений метал або розплавлений шлак у плавильному агрегаті.

З подальшим посиланням на Фіг. 5, клапан містить шноркель 57, у вигляді подовженої трубки, яка простягається в теплову трубу 21, через стінку нижнього кінця 51, і має відкритий кінець 59, який знаходиться всередині теплової труби 21 і який сполучений тільки парою 55 в теплових трубах 21, та закритий кінець 61, який розташований поза тепловою трубою 21, та знаходиться у межах вогнетривкого футерування горна 9. Закритий кінець 61 шноркелю 57, формується за допомогою пробки (запобіжнику) 75 із відповідного матеріалу, який блокує кінець. Закритий кінець 61 відкривається, як тільки тиск пари або температура в теплових трубах 21, перевищує заданий граничний тиск або температуру. Коли шноркель 57 відкритий,

Зо пара може виходити з теплової труби 21, через шноркель 57, щоб зменшити тиск і температуру всередині теплової труби 21 і тим самим мінімізує ризик неконтрольованого збою в тепловій трубі 21. Отже, в цьому стані рідка вода спочатку зберігається у теплових трубах 21, поки вона не випарується поступово, шляхом безперервного надходження теплового потоку.

Випаровування пари здійснюється за допомогою шноркелю 57 у вогнетривке футерування горна 9.

З подальшим посиланням на Фіг. 5 бачимо, що шноркель 57 містить секцію всередині теплової труби 21 та секцію, яка є зовнішньою стороною теплової труби 21. Вибір цих значень довжини шноркелю 57, всередині і за межами теплової труби 21, та вибір внутрішнього діаметру шноркелю 57, є підсумком ряду факторів, в тому числі розміру теплової труби 21, та кількості теплоносія в тепловій трубі 21, та умовами експлуатації, в яких знаходиться теплова труба 21.

Клапан переважно забезпечує зменшення ризику витікання рідкої води з теплової труби 21, та утворення непередбачуваного об'єму пари. Це є вигідним, з точки зору зменшення ризику наближення води до розплавленого металу та розплавленого шлаку в плавильному агрегаті, тим самим запобігаючи створюванню неконтрольованих проявів в плавильному агрегаті 4, наприклад, проблеми вибуху або неконтрольованого зростання тиску. Шноркель 57, дозволяє виходити пару, а не рідину безпосередньо з теплової труби 21, коли граничний тиск і температура є перевищеними.

Значення граничного тиску та температури можуть бути будь-якими відповідними значеннями, за умови належної конструкції теплової труби 21 та умов експлуатації (включаючи необхідні теплові навантаження) теплових труб 21. Заздалегідь визначений граничний тиск або температура, можуть бути проектною межею тиску та температури для теплової труби в стандартних умовах експлуатації. Заздалегідь встановлений граничний тиск або температура, можуть бути проектною межею тиску або температури для теплової труби плюс гранична межа, яка знаходиться вище межі проектування. Як приклад, у випадку процесу плавки Нізтеїї або

Нівзата, металовмісного шихтового матеріалу у вигляді залізної руди, типова конструкція теплової труби 21 така, що теплова труба 21 пошкодиться, тобто не зможе бути керованою, при температурах в межах «- 270 "С теплової труби 21. У цій ситуації, гранична температура буде вибрана нижче 270 "С, так що шноркель 57 відкриється і надасть можливість вийти пару з 60 шноркелю, перш ніж температура теплової труби досягне несприятливого показника.

Заявник виконав лабораторне тестування винаходу. Зокрема, був здійснений опис двох типів клапанів із шноркелем 57 теплових труб, вказаних на фігурах, а потім протестовавши, і описаний нижче. Обладнання " Теплові труби: 95 зовнішній діаметр (ЗД) та довжиною 24.5", утворені із монелю, які містять 30 г (приблизно 25 95 від внутрішнього об'єму) води в якості теплоносія. " Шноркелі: розміри труби 1/8" ЗД та 1/16" ЗД, відповідно, утворені з міді та припаяні пайкою у вакуумі до теплових труб, з довжиною шноркелю «22" в межах теплових труб, і довжиною шноркелю 6-7" за межами теплових труб. " Кінці шноркелів закриті загортанням та запаяні холодним зварюванням. Опис налаштувань тесту. "- Тепло поступало до нижньої частини теплових труб. " Тепло відводилося із теплових труб, шляхом природної конвекції та випромінювання над відкритою довжиною теплових труб (-- 21,5"). "- Термопари були приєднані точковим зварюванням до теплових труб. " Тест на постійну подачу тепла: вплив постійної величини теплового потоку потужністю 450

Вт на теплові труби та вимірювання температури, при якій шноркель випускав пару. " Тест на стабільність температури: використовується регулятор температури, щоб поступово змінювати робочу температуру теплових труб. " Утримування кожної заданої температури, протягом приблизно 30 хвилин, щоб визначити, чи шноркель випускає пару, залежно від часу/температури.

Результати тестів " До руйнування з'єднання, виконаного способом холодного зварювання, обидві теплові труби продемонстрували належну роботу, про що свідчили ізотермічні показники температур на кожній поверхні труби. "- В усіх тестах вода залишалася в стані випаровування (або пари), під час випускання із шноркелів. " Результати тестів показали, що шноркелі можуть безпечно випускати пару тільки через клапани на теплових трубах.

Може бути зроблено багато модифікацій у варіанті здійснення способу даного винаходу,

Зо описаного вище, не відхиляючись від духу та обсягу винаходу.

Як приклад, в той час як варіанти здійснення винаходу містять отвори у вигляді шноркелів 57, які дозволяють парі, а не воді виходити з теплових труб 21, коли тиск або температура в теплових трубах перевищує заздалегідь визначений поріг, даний винахід не обмежується шноркелями і поширюється на будь-які придатні клапани.

Як приклад, в той час як варіанти здійснення винаходу містять шноркелі 57, що мають закриті кінці, утворені у вигляді пробки (запобіжнику) 75 із відповідного матеріалу, який блокує кінець, даний винахід не настільки обмежений, і поширюється на будь-який відповідний варіант для герметизації кінців шноркелю. Вимога полягає в тому, щоб забезпечити герметизацію, яка відповідає обраному граничному тиску або температурі в тепловій трубі. Вибране порогове значення тиску або температури призводить до відкриття клапану до того, як виникне неконтрольований збій в роботі теплової труби.

Як приклад, в той час як варіанти здійснення винаходу містять збірки теплових труб 21, в яких довжини теплових труб 21 збільшуються з радіальним інтервалом теплових труб 21, від внутрішньої поверхні верхньої частини горна, в якому розташовані теплові труби, даний винахід не є обмеженим, і теплові труби 21, можуть мати будь-яку відповідну довжину.

Як приклад, хоча варіанти здійснення винаходу містять охолоджувач шлакової зони 20, даний винахід не є обмеженим, і поширюється на пристрої, в яких відсутні охолоджувачі 20 шлакової зони. Відзначено, що охолоджувачі шлакової зони 20 цієї моделі, представлені у варіантах здійснення винаходу є зручним варіантом для полегшення теплопередачі від теплових труб 21 назовні до агрегату 4.

Як приклад, в той час як здійснення винаходу зосереджено на контакті вогнетривкого футерування із розплавленим шлаком, даний винахід не є обмеженим, а також поширюється на ситуації, коли вогнетривкі футерування контактують із розплавленим металом.

Claims (16)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Плавильна ємність для одержання розплавленого металу, що містить горно із вогнетривким футеруванням, яке при використанні контактує із розплавленим шлаком або розплавленим металом, причому горно містить множину теплових труб, розташованих в вогнетривкому футеруванні принаймні частини горна, та призначених для охолодження принаймні частини вогнетривкого футерування, принаймні одна із теплових труб містить: рідку фазу теплоносія, зазвичай воду, в нижній частині теплової труби; та парову фазу теплоносія, зазвичай пару, у верхній частині теплової труби; і клапан, що містить шноркель, який проходить в теплову трубу та містить: відкритий кінець, що знаходиться всередині теплової труби, і закритий кінець, який знаходиться за межами теплової труби, причому закритий кінець шноркеля відкривається, коли тиск пари або температура в тепловій трубі перевищує задане граничне значення тиску або температури, щоб парова фаза могла вийти з теплової труби для зменшення тиску або температури всередині теплової труби.

2. Плавильна ємність за п. 1, яка відрізняється тим, що клапан налаштовують таким чином, щоб дозволити паровій, а не рідкій фазі, виходити з теплової труби та утримувати таким чином рідку фазу в теплових трубах.

3. Плавильна ємність за п. 1, яка відрізняється тим, що шноркель проходить в теплову трубу і має відкритий кінець, який взаємодіє лише з паровою фазою, а закритий кінець виконаний із можливістю відкривання при використанні, що дозволяє паровій, а не рідкій фазі виходити із теплової труби, щоб зменшити тиск або температуру всередині теплової труби, коли тиск пари або температура в теплових трубах перевищує заданий граничний тиск або температуру.

4. Плавильна ємність за п. 3, яка відрізняється тим, що закритий кінець шноркеля має форму пробки, яка відкривається, запобіжника, який плавиться, або загорнутого кінця, який відкривається, коли тиск пари або температура в тепловій трубі перевищує заданий граничний тиск або температуру.

5. Плавильна ємність за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що горно містить верхню частину, яка при використанні контактує з розплавленим шлаком у шлаковій зоні ємності, а нижня частина при використанні контактує з розплавом у зоні розплавленого металу ємності, причому теплові труби розташовані у вогнетривкому футеруванні верхньої частини горна для охолодження вогнетривкого футерування.

6. Плавильна ємність за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що теплові труби містять нижні секції, які проходять вертикально у вогнетривкому футеруванні. Зо

7. Плавильна ємність за п. 6, яка відрізняється тим, що нижні секції теплових труб є прямими секціями.

8. Плавильна ємність за п. б, яка відрізняється тим, що нижні секції теплових труб мають форму, наприклад криволінійну, з урахуванням геометрії горна.

9. Плавильна ємність за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що містить охолоджувач шлакової зони, розташований у вогнетривкому футеруванні горна для охолодження вогнетривкого футерування, при цьому теплові труби розташовуються нижче охолоджувача шлакової зони, при цьому верхні секції теплових труб мають тепловий зв'язок із охолоджувачем шлакової зони для передачі тепла від теплових труб до охолоджувача шлакової зони.

10. Збірка (а) охолоджувального елемента шлакової зони для охолодження частини вогнетривкого футерування горна плавильної ємності та (б) теплових труб, які виконані із тепловим зв'язком з охолоджувачем шлакової зони для передачі тепла від теплових труб до охолоджувача шлакової зони, принаймні однією з теплових труб, яка містить (ї) рідку фазу теплоносія, зазвичай воду, у нижній частині теплової труби, і (ії) парову фазу теплоносія, зазвичай пари, в верхній частині теплової труби і (ії) клапан, який містить шноркель, що поширюється у теплову трубу, шноркель містить: відкритий кінець, який знаходиться в тепловій трубі, і закритий кінець, який знаходиться за межами теплової труби, причому закритий кінець шноркеля відкривається, якщо тиск пари або температура в тепловій трубі перевищує задане граничне значення тиску або температури, щоб парова фаза могла вийти з теплової труби для зменшення тиску або температури всередині теплової труби.

11. Плавильна ємність для продукування розплавленого металу, що містить горно із вогнетривким футеруванням, який має верхню частину, яка при використанні контактує з шлаком у шлаковій зоні ємності, а нижня частина, яка при використанні контактує з розплавленим металом в металевій зоні ємності, у тому числі: (а) охолоджувач шлакової зони, розташований у вогнетривкому футеруванні верхньої частини горна для охолодження вогнетривкого футерування; і (б) декілька теплових труб, розташованих у вогнетривкому футеруванні верхньої частини горна нижче охолоджувача шлакової зони для охолодження вогнетривкого футерування, причому верхні секції теплових труб мають тепловий зв'язок із 60 охолоджувачем шлакової зони для передачі тепла від теплових труб до охолоджувача шлакової зони, а нижні секції простягаються вниз у верхню частину горна охолоджувача шлакової зони та принаймні одна з теплових труб містить (ї) рідку фазу теплоносія, звичайно воду, у нижній частині теплової труби і (ї) парову фазу теплоносія, зазвичай пари, у верхній частині теплової труби, і (ії) клапан, який містить шноркель, що поширюється в теплову трубу, шноркель містить: відкритий кінець, який знаходиться в тепловій трубі, і закритий кінець, який знаходиться за межами теплової труби, причому закритий кінець шноркеля відкривається, якщо тиск пари або температура в тепловій трубі перевищує задане граничне значення тиску або температури, щоб парова фаза могла вийти з теплової труби для зменшення тиску або температури всередині теплової труби.

12. Плавильна ємність за п. 11, яка відрізняється тим, що клапан містить шноркель, який поширюється в теплову трубу і має відкритий кінець, який знаходиться усередині теплової труби, і взаємодіє з паровою фазою, та закритий кінець, що знаходиться за межами теплової труби, причому закритий кінець сформований таким чином, що в процесі використання закритий кінець відкривається та дає можливість паровій, а не рідкій фазі, виходити з теплової труби, щоб зменшити тиск або температуру в тепловій трубі, якщо тиск пари або температура в тепловій трубі перевищує заданий граничний тиск або температуру.

13. Плавильна ємність за п. 12, яка відрізняється тим, що закритий кінець шноркеля має форму пробки, яка відкривається, або запобіжника, який розплавляється, або загорнутого кінця, який відкривається, якщо тиск пари або температура в теплових трубах перевищує заданий граничний тиск або температуру.

14. Спосіб виплавки матеріалу із металовмісного шихтового матеріалу, що переплавляється, який включає переплавку металовмісного матеріалу в плавильній ємності плавильного агрегату, як визначено в будь-якому з попередніх пунктів.

15. Спосіб за п. 14, який включає (а) принаймні часткове відновлення та часткове розплавлення металовмісного шихтового матеріалу в плавильному циклоні та (б) повне плавлення щонайменше частково відновленого/розплавленого матеріалу в вищезазначеній плавильній ємності.

16. Плавильний агрегат для виплавки металовмісного шихтового матеріалу, який містить плавильну ємність, як визначено за будь-яким з пп. 1-13. "Ж ши ши чер ц-о В ся . йНне6 й ГЬ Я .

ї . І ог І . І: " не Фон т я в 2 же ДР У ря дБИх ке КО ; І їй КЕ фот Й і ії - 1 І: 3 Кі . р зі й» | ї ші

- . - я екс, і : : ОО КИ Дт тютюн я ши ЛИ І й ві ї - / «МИНОНИИИИНИНИИ ВОК НО НИ ВИ АВМ НВ НЯ нки Ж СОС Но 4у І Фіг