UA60371C2 - Шахтна піч - Google Patents

Abstract

Винахід відноситься до шахтної печі, зокрема шахтної печі прямого відновлення шихти, що складається з подрібненого матеріалу, зокрема подрібненого матеріалу, що включає оксид заліза і/або губчасте залізо, де згаданий матеріал може подаватися в шахтну піч зверху, що містить велику кількість розташованих в одній площині впускних сопел для відновного газу в області нижньої третини шахтної печі, при цьому контур шахти має діаметральне розширення і порожнину, утворену між соплами для подачі газу і шихтою. Шахтна піч за винаходом забезпечує можливість подачі газу в шахтну піч таким чином, щоб він рівномірно розподілявся по її колу.

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до шахтної печі, зокрема, шахтної печі прямого відновлення шихти, з подрібненим матеріалом, зокрема, подрібненим матеріалом, що включає оксид заліза і/або губчасте залізо, де згаданий матеріал може подаватися в шахтну піч зверху, яка містить велику кількість розташованих в одній площині впускних сопел для відновного газу в області нижньої третини шахтної печі, при цьому шахтна піч зовні оточена кільцевим простором, сполученим із впускними соплами для газу газоподаючими каналами, що проходять в напрямку зверху вниз. 70 Відомі різні шахтні печі, зокрема, шахтні печі прямого відновлення описаного вище типу. Така шахтна піч виконана по суті у вигляді циліндричного порожнистого тіла і заповнюється, наприклад, шихтою, що складається з подрібненого матеріалу, що включає оксид заліза і/або губчасте залізо, при цьому матеріал, що включає оксид заліза, подають у верхню частину шахтної печі. Відновний газ, що виходить, наприклад, з плавильно-газифікаційного апарату, вдувається в шахтну піч і, отже, в тверду шихту через велику кількість 12 впускних сопел для газу, розташованих по колу шахтної печі в області її нижньої третини. Гарячий запилений відновний газ проходить вгору Через тверду шихту і одночасно відновлює оксид заліза в шихті повністю або частково до губчастого заліза.

Повністю або частково відновлений оксид заліза відводиться з шахтної печі за допомогою розвантажувальних пристроїв, розташованих між нижньою областю шахтної печі і областю впускних сопел для газу, при цьому стовп шихтових матеріалів в шахтній печі осідає вниз під дією сили тяжіння.

Внаслідок своєї конструкції шахтна піч повинна забезпечувати можливість однорідного протікання реакції, яка повинна бути найбільш повною, і умови для рівномірного осідання стовпа шихтових матеріалів.

У АТ В 387,037 описана шахтна піч для термічної обробки шихтових матеріалів за допомогою газоподібного середовища. У цьому випадку для подачі відновного газу є впускні сопла, закриті кільцевою юбкою від шихтових с матеріалів, введених в шахтну піч. Є кільцева порожнина між кільцевою юбкою і кільцевим розширенням Ге) обшивки шахтної печі, так що відновний газ, що вводиться, може подаватися в шихтові матеріали так, щоб він розподілявся по колу шахтної печі.

Ця конструкція системи подачі газу має істотні недоліки. Внутрішні стінки шахтної печі звичайно забезпечені шаром вогнетривкої футеровки, наприклад, з шамотної цегли. Однак така кільцева юбка не може -- бути виконана з окремих шамотних цеглин, оскільки вона сполучається з обшивкою шахтної печі тільки своїм - верхнім колом. У принципі, така система подачі газу може бути виконана монолітною, тобто може бути виготовлена з суцільного шматка матеріалу. Але для цього в кожному випадку з одного шматка вогнетривкого о матеріалу повинен бути виготовлений окремий сегмент обшивки шахтної печі разом з тією частиною кільцевої су юбки, яка підвішена на згаданій юбці. Однак здійснити це практично неможливо через великі розміри сегментів і 39 їх складну геометрію. ее,

Крім того, кільцева сорочка, виготовлена таким способом, може бути зруйнована під час першого завантаження шахтної печі. Бокові зусилля, зумовлені шихтовими матеріалами, наприклад, через збільшення об'єму внаслідок процесу, що відбувається, значні. Тому кільцева юбка може відразу зруйнуватися і випасти « назовні. З 50 У патенті Німеччини З 422 185 описаний пристрій, що складається з газифікаційного апарату і шахтної печі с прямого відновлення. Шахтна піч прямого відновлення містить розташовані вище за дно шнекові транспортери,

Із» розміщені у вигляді зірки, за допомогою яких подрібнений матеріал відводиться з шахтної печі. Внутрішні кінці шнекових транспортерів закріплені в конічному фітингу посередині шахтної печі. Цей конічний фітинг сполучений знизу з плавильно-газифікаційним апаратом, так що відновний газ може пройти з плавильно-газифікаційного апарату через конічний фітинг в шахтну піч. Крім того, відновний газ подається в шахтну піч через щонайменше б одне впускне сопло, яке відкривається в кільцевий простір, утворений кільцевою юбкою та обшивкою шахтної ав | печі. Для цієї кільцевої юбки характерно все те, що описано для кільцевої юбки по патенту АТ В 387,037, тобто, вона може відразу руйнуватися в боковому напрямку і/або, внаслідок абразивних навантажень з боку о шихти, що проходить мимо неї, може сточуватися. Ці явища ще більше посилюються, оскільки конічний фітинг, -І 20 розташований на тій же висоті, що і кільцева юбка, зумовлює, з точки зору шихтового матеріалу, зменшення вільного поперечного перетину шахтної печі. Отже, бокові зусилля, що створюються шихтою в області конічного та фітингу і кільцеподібної юбки, також значно вище, ніж в інших областях шахтної печі. Крім того, в областях зменшеного поперечного перетину в шихті насамперед утворюються зони спікання, агломерати і перемички. Це перешкоджає рівномірному осіданню шихтового матеріалу. 52 Відомі, наприклад, патент США 3,816,101 або патент СІЛА 4,046,557, в яких описані шахтні печі, в яких

ГФ) відновний газ спочатку вводять у порожнину, яка кільцем оточує шахтну піч і з якої велика кількість газоподаючих каналів відкривається в розширення у вигляді усіченого конуса в обшивці шахтної печі. Ця о кільцева порожнина має прямокутну форму у вертикальному перетині, і газоподаючі канали, що відкриваються в шахтну піч, ведуть від дна і/або від внутрішньої стінки цього кільцевого простору. 60 Ця система подачі газу незручна в тих випадках, коли відновний газ повинен подаватися таким чином, щоб він рівномірно розподілявся по колу шахтної печі. Оскільки шихтовий матеріал розташовується безпосередньо навпроти кожного впускного сопла для газу, кількість точок для впускання газу в шахтну піч і, отже, в шихту, дорівнює кількості впускних сопел для газу.

Якщо використовується запилений відновний газ, то пил може осідати в гирлах газоподаючих каналів, бо ведучих в шахтну піч, і знижувати проходимість газу в шихту, внаслідок чого пил буде осідати ще більше і більше, і зрештою газоподаючі канали будуть закупорені. Крім того, пил може також відкладатися на дні кільцевого простору. У окремих випадках навіть подрібнений матеріал із шихти може попасти в кільцевий простір. Тверді частки, які осіли в системі подачі газу, неможливо видалити без зупинки і розвантаження шахтної печі. Збої в проходженні газу Через шихту, що викликаються закупоркою газоподаючих каналів, приводять до нерівномірного відновлення шихтового матеріалу і зниження якості продукту.

Тому задача винаходу складається в створенні шахтної печі, зокрема, шахтної печі прямого відновлення, система подачі газу якої позбавлена недоліків відомих технологій.

Зокрема, система подачі газу повинна бути такою, щоб вона могла бути виготовлена простим способом із /о звичайного вогнетривкого матеріалу, і повинна мати механічну міцність, достатню для сприйняття бокових навантажень з боку шихти. Повинна бути можливість рівномірного розподілу запиленого відновного газу по колу шахтної печі і, отже, в шихті, при цьому повинна бути усунена можливість закупорки газоподаючих каналів.

По винаходу ця задача вирішується тим, що контур шахти має діаметральне розширення в області впускних сопел для газу, а стінка шахтної печі виконана таким чином, що утворюється кільцева порожнина між впускними /5 Соплами для газу, розташованими в області цього діаметрального розширення, і шихтою.

Така конструкція системи подачі газу вперше забезпечила можливість подавати газ в шахтну піч таким чином, щоб він рівномірно розподілявся по її колу, без необхідності використання механічно неміцної кільцевої сорочки, яку практично неможливо виготувати із звичайних вогнетривких цеглин.

Згідно з іншою переважною особливістю, в області діаметрального розширення розміщено декілька 2о пристроїв для розділення кільцевої порожнини на секції, відділені одна від одної. Ці пристрої прикріплені до стінки шахтної печі або вбудовані в неї.

Декілька таких пристроїв для розділення кільцевої порожнини, наприклад, від 2 до 16, але переважно від 4 до 8, розміщені загалом на приблизно однаковій відстані один від одного в області діаметрального розширення, внаслідок чого кільцева порожнина розділяється на стільки ж секцій. сч

Переважно, ці пристрої для розділення кільцевої порожнини утворені вертикально встановленими металевими листами і/або пластинами, які в кожному випадку мають такі розміри, що такий пристрій проходить і) щонайменше повністю через вертикальний поперечний перетин порожнини.

Згідно з наступним переважним варіантом здійснення, крім пристроїв розділення порожнини в кільцевому просторі є додаткові пристрої для розділення кільцевого простору на частини, відділені одна від одної, при «- зо цьому газ може подаватися зовні шахтній печі, незалежно в кожну з частин, відділених одна від одної.

Розділення кільцевої порожнини на секції, відділені одна від одної, разом з розділенням кільцевого - простору на частини, відділені один від одної, виявилося доцільним, оскільки це усуває або знижує небезпеку с того, що, у разі тимчасових збоїв в проходженні газу через шихту, відновний газ буде слідувати по шляху найменшого опору, внаслідок чого відновний газ буде проходити через окремі області шихти більш інтенсивно, а о інші окремі області шихти будуть "недоотримувати" відновний газ. «о

У цьому випадку переважно, щоб пристрої для розділення кільцевого простору і пристрою для розділення кільцевої порожнини були розташовані так, щоб кожна частина кільцевого простору призначалася для деякої кількості секцій порожнини, внаслідок чого газ може подаватися через певну частину в секцію або секції, відповідні їй. «

У цьому випадку особливо переважно, щоб кількість пристроїв для розділення кільцевого простору з с дорівнювала кількості пристроїв для розділення порожнини і щоб кожна частина кільцевого простору призначалася для однієї секції. ;» При розділенні кільцевого простору і порожнини за допомогою відповідних пристроїв, наприклад, за допомогою вогнетривкого матеріалу, металевих листів і т.д., утворюються закриті ділянки, кожна з яких може бути оброблена своїм об'ємом газу індивідуально і контролюємим чином. Наприклад, незважаючи на локальні

Ге» відмінності в проникності шихти, можна вводити однакові кількості газу у всі області шихти. Однак, якщо цього вимагає технологічний процес, можна також спеціально вводити різні кількості газу в різні області шихти. о Згідно з наступним переважним варіантом здійснення шахтної печі по винаходу, радіальний розмір оо вертикального поперечного перетину кожної частини кільцевого простору звужується в напрямку від місця подачі азу до відповідних кінців частини. - Внаслідок цього швидкість запиленого газу від місця подачі газу до відповідного кінця частини не

Кк знижується або знижується не так сильно, як було б у разі постійного радіального розміру поперечного перетину кільцевого простору. Тому швидкість газу залишається досить високою на всіх ділянках кільцевого простору, що дозволяє уникнути пилового відкладення в кільцевому просторі.

Згідно з наступним переважним варіантом здійснення, кожному з всіх газоподаючих каналів відповідає пристрій очищення, який може управлятися зовні шахтній печі і за допомогою якого скупчення, що спікаються, (Ф, можуть бути видалені з газоподаючих каналів або з кільцевого простору перед газоподаючими каналами. ка Збої процесу також можуть приводити до утворення або відкладення скупчень, які спікаються, в кільцевому просторі або газоподаючих каналах. Це відкладення може бути видалене за допомогою пристрою очищення або бо пристроїв очищення. Особливо доцільно, якщо порожнина, утворена діаметральним розширенням, створює досить великий об'єм для того, щоб вмістити матеріал, що видаляється, оскільки в іншому випадку це просто може привести до закупорки газоподаючих каналів. Таким чином, усувається необхідність складної процедури розвантаження печі або витягання матеріалу назовні.

У найпростішому прикладі кожний із пристроїв очищення раціонально виконати у вигляді турового пристрою, 65 який проходить через зовнішню стінку кільцевого простору загалом в напрямку відповідного газоподаючого каналу.

Згідно з переважним варіантом здійснення, огинаюча поверхня діаметрального розширення має форму усіченого конуса, створююча якого складає з горизонталлю кут, який менше кута природного укосу матеріалу, що знаходиться в шахтній печі.

Це приводить до утворення кільцевої порожнини, яка обмежена огинаючою поверхнею в формі усіченого конуса, частиною вертикальної внутрішньої стінки шахтної печі і шихтою, і газ, що подається через впускні сопла, може розподілятися в цій порожнині рівномірно. Вираз "кут природного укосу" в цьому випадку означає кут укосу, який складає поверхню шихтового конуса з горизонталлю.

Переважно, кут, який твірна огинаючої поверхні складає з горизонталлю, рівний 0-25", за рахунок чого /о Діаметральне розширення розширяється зверху вниз. Кут природного укосу подрібненого губчастого заліза, окатишів руди або подрібненої руди складає близько 35-40". Тому різниця між цими двома кутами досить велика для утворення кільцевого простору, в якому відновний газ може розподілятися оптимальним чином.

Особливо переважно, коли кут, який твірна огинаючій поверхні складає з горизонталлю, рівний 0". У цій конструкції відстань між шихтою і огинаючою поверхнею або впускними соплами для газу, розташованою в /5 огинаючій поверхні, так, що небезпека попадання пилоподібного або подрібненого матеріалу з шихти в один з газоподаючих каналів стає мінімальною.

Система подачі газу також має високу механічну міцність, оскільки розміри газоподаючих каналів, які проходять Через стінку шахтної печі, можуть бути такими малими, щоб впускні сопла для газу або система подачі газу, що утворюється газоподаючими каналами і вогнетривким матеріалом, оточуючим газоподаючі канали,

Могли витримувати бокові навантаження з боку шихти.

Система подачі газу також може бути виготовлена звичайним способом із звичайного вогнетривкого матеріалу, наприклад, із шамотних цеглин, оскільки кожна частина системи подачі газу спирається на частини, розташовані під нею. У конструкції не потрібно застосування ніяких пристроїв типу кільцевої юбки, які б сполучалися зі стінкою шахтної печі виключно за допомогою верхньої кромки. сч

Внаслідок доцільного удосконалення газоподаючі канали мають загалом прямокутний поперечний перетин і виконані так, що звужуються знизу вгору, при цьому внутрішні кромки газоподаючих каналів закруглені. Це і) гарантує, що газоподаючі канали, в яких відбувається накопичення матеріалу, незважаючи на наявність вільної від матеріалу кільцевої порожнини, утвореної всередині шахтної печі, будуть очищуватися автоматично, тобто за рахунок переміщення матеріалу в шахтній печі вниз. «- зо Згідно з наступним переважним варіантом, між кільцевим простором, який оточує зовні шахтну піч, і газоподаючими каналами виконаний перехід, що спускається похилю вниз. Таким чином, пилоподібний матеріал - з відновного газу не може нагромаджуватися в кільцевому просторі, а матеріал, який виходить із шихти і со попадає в кільцевий простір через збої процесу, не може залишатися там. Замість цього під дією сили тяжіння такий матеріал знов повертається в шахтну піч через впускні сопла для газу, які розширюються донизу. о

Шахтна піч по винаходу більш детально описана нижче за допомогою Фіг.1-5, де: «о на Фіг.1 показаний загальний вигляд шахтної печі; на Фіг.2 показана ділянка осьового перетину шахтної печі з газоподаючим каналом і кільцевим простором; на Фіг.3 показаний перетин Фіг.1 по А-А; на Фіг.А4 показаний перетин Фіг.2 по В-В; на Фіг.5 показаний перетин Фіг.2 по С-С. «

На Фіг.1 показана шахтна піч 1 по винаходу, з шихтою 2 з подрібненого матеріалу 2, який може подаватися в з с шахтну піч 1 зверху (пристрій подачі не показаний). Велика кількість впускних сопел З для газу розташована в одній площині в області нижньої третини шахтної печі 1. Відновний газ вдувається в шихту 2 через щ впускні ;» сопла З для газу. Шнекові транспортери 4, за допомогою яких подрібнений матеріал вивантажується з шахтної печі 1, розташовані вище за дно згаданої шахтної печі 1.

На Фіг.2 показане одне з впускних сопел З для газу, яке має кільцевий простір 5, оточуючий шахтну піч 1

Ге» зовні, і один із газоподаючих каналів б, який з'єднує впускні сопла для газу з кільцевим простором 5.

Діаметральне розширення 7 контура шахти виконане у вигляді горизонтального уступу в обшивці шахтної печі 1, о так що утворюється кільцева порожнина 8 між впускними соплами для газу З і шихтою 2. Відновний газ, що 2) подається через газоподаючі канали 6, і впускні сопла для газу З може бути оптимально розподілений в цій порожнині 8. Пунктирними лініями на Фіг.2 показаний також пристрій 11 для розділення порожнини і пристрій 12

Ш- для розділення кільцевого простору 5, при цьому кожний із згаданих пристроїв виконаний у вигляді вертикально

Кк розташованого металевого листа. Отвір для очищення 13 проходить через зовнішню обшивку кільцевого простору 5, таким чином, що центральна вісь отвору для очищення 13 співпадає з центральною віссю газоподаючого каналу 6. Отвори для очищення 13 виконані що герметично закриваються зовні. Коли необхідно, ов Відкладення можуть видалятися з газоподаючого каналу б і частини кільцевого простору 5, наприклад, за допомогою стержня 14 (прямого або зігненого). (Ф) На Фіг.3 показаний перетин Фіг.1 по лінії А-А, вигляд знизу в напрямку одного з газоподаючих каналів 6. ка Внутрішні кромки 9 газоподаючих каналів б закруглені і газоподаючі канали 6 виконані так, що звужуються догори. У результаті пилоподібний матеріал із відновного газу не буде осідати в газоподаючих каналах б, а у 6о вазі його накопичення газоподаючі канали 6 будуть автоматично очищуватися по мірі переміщення подрібненого матеріалу вниз.

На Фіг.4 показаний перетин Фіг.2 по лінії В-В, вигляд зсередини шахти. Газоподаючі канали 6, що розширюються зверху вниз, і переходи 10 з кільцевого простору 5 до газоподаючих каналів б виконані так, що спускаються похило вниз. Це забезпечує те, що пилоподібний матеріал зі відновного газу не буде осідати в 65 кільцевому просторі 5, а буде вводитися разом з відновним газом в шахтну піч 1.

На Фіг.5 показаний перетин Фіг.2 по лінії С-С, на якому видно, що радіальний розмір поперечного перетину кільцевого простору 5 зменшується в напрямку від місця введення газу 15 до частини, обмеженої пристроєм 12.

Винахід не обмежений прикладом здійснення, показаним на Фіг.1-5, а включає також всі пристрої, які відомі фахівцям в даній галузі і які можуть бути використані для здійснення винаходу.

Наприклад, металеві листи або пластини не обмежені за формою і розміром показаними на Фіг.2, а можуть також, в залежності від вимог до матеріалу і технологічного процесу, мати прямокутні контури або контури, подібні сегменту кола, а також можуть мати менші розміри, так що вони не виступають в шихту, як показано на

Фіг.2.

Як показано в зразкових варіантах здійснення, кільцевий простір може бути конструктивно пов'язаний з /о шахтою, але можливо також, що кільцевий простір буде утворений кільцевим каналом, концентрично оточуючим шахту на деякій відстані від останньої. З'єднання між кільцевим каналом і газоподаючими каналами виконується через відгалужувальні канали, встановлені з нахилом вниз. Це створює додаткові переваги в конструкції відновної печі, зокрема, в конструкції футеровки, а також поліпшує доступ до кільцевого простору для здійснення його очищення.

Можливо також, що зменшення поперечного перетину частин кільцеподібного простору буде виконане не просто як зменшення його горизонтального розміру перетину, як показано на Фіг.5, а, як альтернатива або додатково, як зменшення вертикального розміру кільцеподібного простору або, у разі кільцевого каналу, як конічне звуження.

Claims (9)

Формула винаходу

1. Шахтна піч (1), зокрема шахтна піч прямого відновлення шихти, з подрібненим матеріалом (2), зокрема подрібненим матеріалом, що включає оксид заліза і/або губчасте залізо, де згаданий матеріал може подаватися сч ов В шахтну піч (1) зверху, що містить велику кількість розташованих в одній площині впускних сопел (3) для відновного газу в області нижньої третини шахтної печі (1), при цьому шахтна піч (1) зовні оточена кільцевим (о) простором (5), сполученим з впускними соплами для газу (3) за допомогою орієнтованих в напрямку зверху вниз газоподаючих каналів (6), яка відрізняється тим, що контур шахти має діаметральне розширення (7) в області впускних сопел для газу (3), а стінка шахтної печі (1) виконана так, що утворює порожнину (8) між впускними «- зо боплами для газу (3), розташованими в області цього діаметрального розширення (7), і шихтою (2).

2. Шахтна піч (1) за п. 1, яка відрізняється тим, що в області діаметрального розширення (7) встановлені о пристрої (11), що розділяють порожнину (8) на секції, відділені одна від одної, при цьому пристрої со прикріплені до стінки шахтної печі або вбудовані в неї.

3. Шахтна піч (1) за п. 2, яка відрізняється тим, що в області діаметрального розширення (7) встановлено від (2 2 до 16, переважно від 4 до 8, пристроїв (11) для розділення порожнини (8), які розташовані загалом на со однакових відстанях один від одного.

4. Шахтна піч (1) за одним з пп. 2 або 3, яка відрізняється тим, що пристрої (11) для розділення порожнини (8) виконані у вигляді вертикально встановлених металевих листів і/або пластин.

5. Шахтна піч (1) за одним з пп. 1-4, яка відрізняється тим, що діаметральне розширення (7) має огинаючу « 0 поверхню у вигляді зрізаного конуса, твірна (12) якого складає з горизонталлю (13) кут с, який менше кута з с природного укосу матеріалу, що знаходиться в шахтній печі.

6. Шахтна піч (1) за пп. 1-5, яка відрізняється тим, що діаметральне розширення (7) розширюється зверху :з» вниз, огинаюча його поверхня має форму зрізаного конуса, твірна (12) якого складає з горизонталлю (13) кут від 0" до 257.

7. Шахтна піч (1) за п. б, яка відрізняється тим, що твірна (12) конуса огинаючої поверхні складає з ФО горизонталлю (13) кут 0".

8. Шахтна піч (1) за одним з пп. 1-7, яка відрізняється тим, що газоподавальні канали (б) мають загалом о прямокутний переріз і виконані таким чином, що звужуються знизу вгору, а внутрішні кромки газоподавальних с каналів (6) виконані закругленими.

9. Шахтна піч (1) за п. 8, яка відрізняється тим, що переходи (10) від кільцевого простору (5), який оточує - шахтну піч (1) зовні, до газоподавальних каналів (6) виконані таким чином, що спускаються похило вниз. - Ф) іме) 60 б5