WO2020139147A1 - Рол-камера для реализации термохимических процессов - Google Patents

Рол-камера для реализации термохимических процессов Download PDF

Info

Publication number
WO2020139147A1
WO2020139147A1 PCT/RU2019/000930 RU2019000930W WO2020139147A1 WO 2020139147 A1 WO2020139147 A1 WO 2020139147A1 RU 2019000930 W RU2019000930 W RU 2019000930W WO 2020139147 A1 WO2020139147 A1 WO 2020139147A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
chamber
inserts
roll
slag
housing
Prior art date
Application number
PCT/RU2019/000930
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Сергей Викторович Ласанкин
Original Assignee
Сергей Викторович Ласанкин
МАРДАНОВ, Тимур Талгатович
ПАНАРИН, Виталий Игоревич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Викторович Ласанкин, МАРДАНОВ, Тимур Талгатович, ПАНАРИН, Виталий Игоревич filed Critical Сергей Викторович Ласанкин
Publication of WO2020139147A1 publication Critical patent/WO2020139147A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined

Definitions

  • the invention relates to metallurgy, energy, production of mineral binders and can be used for hardware design of various technological processes.
  • Bubbling skull skull melting chambers are used that are used in the liquid metallurgy for the liquid-phase production of Cast iron “Romelt Process” [1] and in non-ferrous metallurgy for the production of sulfide alloy - matte “Melting in a liquid bath” [2].
  • These chambers are characterized by the following disadvantages: firstly, the skull heat-insulating layer has large heat losses; secondly, bubbling heat and mass transfer processes are ineffective and very sensitive to the viscosity of the processed melt.
  • rotating technological chambers Such chambers are used in ferrous metallurgy in the production of Dored-process cast iron [3] and Kaldo-process steel [4].
  • the rotating lined surface allows creating good conditions for heat and mass transfer processes in the chamber.
  • rotating process chambers have several disadvantages. Firstly, a complex drive, since in addition to rotation around the longitudinal axis, the drive must provide a tilt of the chamber for the release of melting products. This makes the equipment bulky and difficult to operate. Secondly, cameras have low economic efficiency due to long downtimes associated with lining repair.
  • the objective of the invention is the development of a technological chamber for the implementation of thermochemical processes, which will eliminate the disadvantages known from the prior art.
  • the chamber should be universal, that is, it should allow carrying out the basic thermochemical processes associated with the production of cast iron, steel, non-ferrous metals, mineral binders and so on. In this case, the processes should take place with a low level of heat loss and a high level of heat - mass transfer between the working phases. In addition, camera downtime associated with lining repair needs to be reduced.
  • the proposed roll chamber has a housing that is a hollow roller, roll or drum [roll (eng.) - roller, roll, drum etc.
  • roll-camera the roll is the subject, and the camera is the predicate, indicating the sign of the subject.
  • the terms roll, camera and camera body can be used as. equivalent.] with a symmetrical cylindrical-conical surface with a large diameter in the central zone along its length.
  • the inner working surface of the housing is lined.
  • the roll is rotatably mounted about a horizontal axis. On both sides, non-rotating inserts are introduced into it, in which supply channels are formed, which ensure the supply of materials and gas mixtures into the chamber and a discharge channel through which the resulting dust-gas mixture is withdrawn from the chamber.
  • cameras and devices are placed on non-rotating inserts that allow controlling processes in the chamber and channels of inserts.
  • Each insert is installed to form a gap between the inner surface of the housing and the outer surface of the insert.
  • the slot is used as a channel for supplying gas mixtures to the roll chamber.
  • the inserts are made with the possibility of their removal from the chamber, and in the places where the inserts come in contact with the rotating case, sealing cuffs are installed.
  • a loading hatch is installed in the central part of the camera body.
  • a slide gate for the release of liquid products and a sampling mechanism are installed in the central part of the housing.
  • non-rotating inserts are equipped with burners for burning additional fuel.
  • a shutter system is installed in the outlet channel, which allows controlling the flow rate and logistics of the dust and gas mixture.
  • thermochemical processes are carried out in a rotating lined roll chamber, and the problem of wear lining is solved by quickly replacing the old chamber (with a worn lining) with a new one, which is already ready for operation.
  • the drive of the camera is greatly simplified, which means that there is nothing to prevent the roll with the worn liner from being removed from the support rollers and to install a new roll ready to work in its place.
  • the implementation of the technological chamber in a single housing allows you to create the necessary atmosphere or vacuum in it, which greatly expands the range of physicochemical processes carried out in the chamber.
  • FIG. 1 longitudinal vertical section of the roll chamber in the working position
  • FIG. 2 is a sectional view of a roll chamber along line AA of FIG. 1 ;
  • FIG. 3 roll camera of figure 1 in the position of replacing the camera
  • FIG. 4-a Schematic diagram of the operation of the sealing sleeve when creating excessive pressure in the chamber.
  • FIG. 4-6 Schematic diagram of the sealing cuff when creating a vacuum in the chamber.
  • FIG. 5-a Schematic diagram of the creation of a given atmosphere in the chamber.
  • FIG. 5-6 Schematic diagram of the creation of a vacuum in the chamber.
  • the camera body 1 is made of several symmetrically located sections formed by conical and cylindrical surfaces.
  • the central cylindrical section 2 has the largest diameter. It has a loading hatch 3, slide gates 4 and a sampling mechanism 5.
  • Conical sections 6 are located on both sides of the central one, which again pass into the lateral cylindrical sections 7 of smaller diameter.
  • On the central cylindrical section 2 there are bandages of rolling bearings (not shown in the drawings), and on the side 7 - drive gears of gears (not shown in the drawings).
  • the inner surface of the chamber 1 has a lining 8, which allows to minimize heat loss through the housing.
  • non-rotating inserts 9 and 10 are introduced into the necks of the chamber 1. In the particular case of FIG.
  • Insert 9 and 10 perform with the possibility of their quick removal from the camera 1 to replace the old camera with a new one.
  • the chambers are mounted on wheeled carts 11.
  • channels for supplying materials and gas mixtures (in the drawing are shown partially and positions not marked).
  • the materials involved in the process can be represented by melts, solid materials and gas mixtures.
  • burners are placed on insert 9 for burning additional fuel above the melt (shown in the drawings, but not indicated by positions).
  • Burner - a device that provides stable controlled combustion of fuel by mixing it with an oxidizing agent. The burning of additional fuel (gaseous or liquid) is resorted to if there is not enough heat in the chamber, and solid fuel cannot be introduced for some reason.
  • a channel is placed in the outlet insert 10, through which the dust and gas mixture is removed from the chamber (shown in the drawing, but not indicated by the position).
  • a discharge system is placed in the outlet channel, which allows controlling the flow rate and logistics of the exhaust gases.
  • the system may consist of one or more shutters.
  • the most commonly used gates are: a lock gate (see Fig. 5-a pos.19) connecting (separating) the chamber from the recovery boiler or other units located behind the chamber (in the direction of the gas); a vacuum shutter (see Fig. 5-b pos. 20) connecting (separating) the chamber from the steam-ejector vacuum pump (used to create a vacuum in the chamber).
  • a gap 12 is formed between the rotating surface of the chamber 1 and the fixed surface of the inserts 9, 10, through which the gas components necessary for carrying out a given thermochemical process are introduced into the roll chamber. It can be an oxidizing agent, an inert gas, a reducing gas, or mixtures of these gases. In addition, their supply through the slots 12 prevents melt from flowing into them when the bath is boiling.
  • Positions 14 and 15 indicate liquid working phases.
  • the working gas phase in FIGS. 5-a and 5-6 is shown conditionally and is indicated, respectively, “Argon” and “Vacuum”.
  • the liquid phases can be represented by metal 14 and slag 15, matte 14 and slag 15, and so on.
  • the maximum allowable volume of liquid phases in the chamber is shown in the drawings.
  • the working gas phase is created in such a way as to ensure the occurrence of physical and physicochemical processes in the liquid phases in a given direction with a given intensity.
  • the lining 8 of the rotating chamber plays a key role in the movement of reagents and energy between the working phases. So, in order to dose the gas phase into the bath, it is introduced through slots 12 into the chamber, and the lining irregularities, as a result of rotation, bring it into the melt. Heat transfer energies between the working phases are also produced by lining, by rotating the chamber. In this case, there may be cases when the heat source is in the gas phase (afterburning of the gases leaving the bath) or in the melt (conducting exothermic reactions in the liquid phase). In any case, the lining 8, as a result of rotation of the chamber, removes heat from the warmer phase to the cold one. In addition, during the rotation of the chamber, active mixing of the working phases occurs by the lining 8. In particular cases of execution, in order to further activate the mass transfer processes in the bath, artificial irregularities are applied to the surface of the lining 8 - lifters (not shown in the drawings).
  • the chamber is replaced.
  • non-rotating inserts 9.10 are removed from the neck of the housing.
  • the insertion is carried out by moving the wheel trolleys 11. After the insertions are removed, the roll chamber is changed.
  • a new camera if necessary, is heated at the stand before installation. After the insertion of inserts 9.10, the new roll camera begins to work as usual.
  • quick replacement (transshipment) of the camera can significantly reduce the downtime of technological equipment associated with the repair of the lining.
  • the roll camera is an aggregate of periodic action.
  • the periodicity of the thermochemical process and good heat and mass transfer between the working phases are an important advantage of the roll chamber. Indeed, intensive mixing of the working phases under specially created conditions can be carried out arbitrarily long, only under conditions of periodic melting. This allows you to complete the most lengthy operations, such as separation of the liquid phases, refining or degassing of the target product.
  • sealing cuffs are used. Sealing cuffs allow creating in the roll chamber both excess and residual pressure (vacuum).
  • Figure 4-a shows a schematic diagram of the operation of the cuff when creating excessive pressure in the chamber 1.
  • the corresponding gas mixtures are fed into the chamber 1.
  • the inner lobe of the cuff 17 is pressed against the connecting ring 18, mounted on the housing of the chamber 1, preventing the gas from entering the workshop.
  • the gas supply through the gap 12 in addition to the goals already listed, allows you to create comfortable temperature conditions for the operation of the sealing sleeve.
  • Figure 4-b shows a schematic diagram of the operation of the cuff when creating a vacuum in the chamber. When creating a vacuum in the melting chamber, channel 16, through which the gas mixture is supplied to the chamber, is closed.
  • FIG. 5-a shows a schematic diagram of the creation of an argon atmosphere in a chamber.
  • the lock gate 19 connecting the chamber to other equipment is not completely closed (the flow rate of the dust and gas phase is regulated), and argon is fed through the slots 12 into the chamber. Joint regulation of the gas flow through the slots 12, the charge of the charge mixture through the insert 9 and the throttling of the outgoing dust and gas phase by the shutter 19 allows creating an optimal overpressure in the roller chamber, which ensures reliable operation of the sealing cuffs (see Fig. 4-a) and does not interfere with the flow of thermochemical processes in a given direction.
  • Figure 5-b shows a schematic diagram of the creation of a vacuum in the chamber.
  • the slots 12 and the material supply channels located in the feed insert 9 are closed.
  • the lock gate 19 connecting the chamber to the recovery boiler is closed, and the vacuum lock 20 connecting the chamber to the steam ejection vacuum pump is opened.
  • the slide gate 4, the sampling mechanism 5 and the loading hatch 3 are not compacted, since they become impermeable to gas during rotation and interaction with the melt.
  • the release of liquid smelting products is carried out through the slide gate 4 located on the central cylindrical section 2 of the chamber 1.
  • the outlet of the slide gate 4 is brought to the liquid phase 14 or 15, depending on which the product must be released and the shutter is opened.
  • the camera 1 is rotated so that the shutter 4 is in the upper position.
  • two slide shutters are installed on the housing of the chamber 1, placing them diametrically opposite (not shown in the drawings). In this case, the tinning of one gate 4 is combined with the release of the liquid phase 14 through another.
  • a loading hatch 3 is used. After the maximum possible release of phase 15, through the slide gate 4, the chamber 1 is rotated so that the surface of the phase to be removed was at the lower edge of the hatch 3. Then, scrapers or other special mechanisms are introduced into the chamber to remove the phase.
  • the sampling process from the chamber is mechanized.
  • the sampling mechanism 5 is installed on the cylindrical section 2 of the chamber body 1.
  • the operator brings the sampling mechanism 5 to the place where it is necessary to take the melt.
  • the melt is sucked into the intake, similar to how a syringe draws medicine.
  • the melt drawn into the receiver passes through the window of the refrigerator, which, shifting, cuts the sample from the retracted melt cylinder.
  • the sample is pushed out of the refrigerator window into the container with a stream of gas or water, and the frame of the refrigerator returns to its original position, passing the rod of the intake, which, moving in the opposite direction, pushes the unused melt back into the chamber.
  • the supply of solid reagents to the chamber, depending on their fractional composition, is carried out through the loading hatch 3 or insert 9.
  • piping is used for pneumatic conveying or air chute.
  • the air used is oxygen-enriched blasting, neutral gas, or other gas mixtures.
  • the composition of the gas mixture used as a transport medium may not coincide with the composition of the gas mixture introduced through the slots 12.
  • a loading hatch 3 or a channel in the supplying insert 9 is used for feeding the melt into the roll chamber.
  • a ladle or feeder is used to raise the melt in the channel, in which excess pressure is created.
  • the input of the melt through the feed insert 9 is made without interrupting the rotation of the melting chamber, that is, in the process of melting.
  • tuyeres To supply large volumes of gas to the roll chamber, tuyeres (tuyeres) are installed on the feed insert 9.
  • the materials used in the roll chamber can be represented by melts, solid materials and gas mixtures.
  • the products formed in the roll chamber are represented mainly by melts and dust-gas mixtures.
  • half- The product captured in the roll chamber can be reused as starting material in another roll chamber. This opens up wide prospects for the use of roll chambers in metallurgy, energy and the production of binders for the processing of secondary material and energy resources (BMP and VER).
  • Copper-nickel ores and concentrates coming for processing are prepared for smelting in the traditional way.
  • the charge mixture acquires a given particle size, moisture content, a constant composition in terms of the content of slag-forming elements, and an optimal ratio of metal to sulfur.
  • a roll chamber is used (see Figs. 1-3) lined with acid refractories.
  • the housing 1 rotates around a horizontal axis 13 on the support rollers.
  • Four symmetrically located drives set the rotation, the operation of which is synchronized by hydraulic couplings.
  • the torque from the drive to the chamber is transmitted through two gears symmetrically located relative to the center of the chamber 1 in the cylindrical sections 7 (the drive is not shown in the drawings).
  • Iron sulfide oxidation occurs both in suspension when the charge mixture enters the chamber, and in a liquid bath when the charge mixture reaches the melt.
  • the joint regulation of the gas flow through the slots 12, the charge of the charge mixture through the insert 9 and the throttling of the outgoing dust and gas phase by the shutter 19 allows creating a slight excess pressure in the roller chamber necessary for the normal operation of the sealing collars.
  • the supply of the gas mixture through the slots 12 provides thermal thermal mode for cuff operation and prevents melt from the boiling bathtub from falling into the slot.
  • the oxidation of iron sulfides is the main exothermic process of melting on matte, and the delivery of oxygen to the bath is the most important parameter of the heat balancing of the process.
  • the amount of oxygen entering the bath depends on its content in the gas mixture supplied through slots 12 and the rotational speed of the roll chamber. In this example, matte is melted at a chamber rotation speed of 20 rpm.
  • phase separation during melting on matte is carried out as follows. First, the oxidation of iron sulfide is stopped. To this end, interrupt the supply of the charge mixture into the chamber and change the oxidizing atmosphere in it to a neutral one. For this, the lock gate 19 is covered, and inert gas is supplied through the slots 12 to the chamber.
  • the speed of the camera is increased to 30 rpm.
  • the suspension passes from slag to matte.
  • the chamber rotation is stopped and held for several minutes so that the phases disperse in layers.
  • the outlet of the slide gate 4 is set above the matte level by rotation of the chamber 1 and the slag located in the melting chamber is released. After the slag is released, melting on the matte is repeated several times until a predetermined amount of matte is collected into the chamber.
  • the composition of the obtained matte is 1 1% Ni, 9% Cu, 55% Fe and 25% S.
  • the slag released from the roller chamber enters the mixer, where its composition is averaged.
  • the resulting slag composition in the mixer is 60% FeO, 22% SiC> 2 , 15% AI 2 O 3 , 3% CaO.
  • the temperature of the slag melt is controlled at 1450 ° C and, if necessary, the lime content is adjusted to ensure the required viscosity.
  • the slag remains in the roll chamber.
  • Composition of recycled slag 0.1% FeO, 8.9% Si0 2 , 21.4% A1 2 0 ⁇ , 68.3% CaO.
  • slag melt from the mixer is poured into the roll chamber (see Example 1) and lime is loaded.
  • charge materials are introduced into the initial melt.
  • the composition of the charge materials include iron-containing raw materials, reducing agent and flux.
  • iron-containing material except for slag from smelting to matte
  • “T” grade coal is used as a reducing agent, and lime is used as a flux.
  • Fractional composition of charge materials (0-5) mm.
  • the charge mixture is fed into the roll chamber by pneumatic conveying. As a transporting medium, an oxygen-containing blast is used.
  • the charge of charge materials is controlled so that the foam on the surface of the bath does not go into spray mode, and uniformly covers the entire mirror of the melt.
  • the source of heat in the roll chamber at the recovery stage of the smelting is the afterburning zone, and the lining delivers heat to the melt.
  • the dust and gas mixture leaving the roller chamber with a temperature of 1615 ° C and a degree of afterburning for carbon components - 45% is taken to a recovery boiler for complete afterburning.
  • Joint regulation of the gas flow through the slots 12, the charge mixture flow through the insert 9 and the throttling of the outgoing dust and gas phase by the shutter 19 allows create a slight excess pressure in the roll chamber necessary for the normal operation of the sealing lips.
  • the supply of the gas mixture through the slots 12 provides a comfortable thermal regime for the cuff to work and prevents melt drops from boiling bath from entering it.
  • the rotational speed of the chamber at the recovery stage of melting is 15 rpm.
  • the melt volume in the roll chamber reaches the maximum permissible value, the supply of charge materials to the chamber is stopped. After attenuation of the recovery processes in the bath, the rotation of the chamber is stopped. After 10 minutes of settling, the slag is discharged. To do this, the outlet of the slide gate is set higher than the metal level by rotation of the chamber and excess slag is released. In order to accelerate the outflow of slag from the chamber, the lock gate 19 is closed and argon is fed into the chamber through slots 12 under pressure. After the excess slag is discharged, the reduction smelting is repeated until the specified volume of cast iron is reached. In this example, reducing smelting is repeated 5 times. Excess slag released from the roll chamber is sent to a mixer.
  • the slag formed during the liquid phase reduction of cast iron has the following composition: 0.1% FeO, 28.4% SiC> 2 , 8.4% A1 2 0 ⁇ , 62.6% CaO.
  • Cast iron obtained in the process of liquid-phase reduction proceeds to the oxidative stage of smelting.
  • Cast iron composition 4.49% ⁇ , 0.04% Mn, 0.03% Si, 0.01% S, 0.04 ⁇ .
  • Refining of metal from impurities is completed by the release of slag containing phosphorus.
  • the composition of the main components of the slag 10.5% FeO, 24.7% Si0 2 , 6.3% A1 2 0h, 56.8% CaO.
  • slag-forming components are introduced in parallel, namely lime and bauxite.
  • Bauxite contains AI 2 O 3 — a fluidizing component in deoxidized slag.
  • materials are added to the slag, which will be restored at the deoxidation-doping stage.
  • manganese ore is introduced for direct alloying.
  • the final period of the oxidation phase of the smelting combines particular technological processes associated with the deoxidation and alloying of steel.
  • the lock gate 19 is closed, and the vacuum shutter 20 is opened, connecting the roller chamber with a steam jet vacuum pump (see Fig. 5-6).
  • the rotational speed of the chamber during the evacuation process is 10 rpm. In this case, all hydrogen and, in part, nitrogen and oxygen are removed from the steel.
  • the vacuum shutter is closed.
  • discharge lowering the partial pressure of CO
  • the melting chamber is filled with argon.
  • the vacuum shutter 20 is closed, the lock gate 19 is slightly opened, and argon is fed through the slots 12 into the roller chamber.
  • deoxidizers are introduced into the bath through the feed insert 9: ferrosilicon and aluminum.
  • natural gas mixed with oxygen is supplied to the afterburning zone using burners (shown, but not indicated by the figure).
  • steel and deoxidized alumina slag remain in the roll chamber.
  • Steel composition 0.085% C, 0.5% Mn, 0.3% Si, 0.006% S, 0.008% P (st 08 GOST 1050-2013).
  • Slag composition 0.01% FeO, 9.8% SiC> 2 , 24.5% Al2O3, 64.3% CaO.
  • lime is fed into the rotating roll chamber through the feed insert 9.
  • Lime is served by pneumatic conveying. Argon is used as a transport. With stirring, the slag thickens, and the metal is discharged into the ladle, and the thickened slag proceeds to the next heat.
  • a roll chamber For the production of Portland cement, a roll chamber is used (see Figs. 1-3). The chamber is lined with basic refractories. Camera drive as in example 1. A clinker cooler is located under the roll chamber for accelerated air cooling of the resulting clinker.
  • the temperature of the raw material mixture in the chamber begins to decrease.
  • the mixture is cooled.
  • limestone is introduced into the chamber through the feed insert 9.
  • the temperature of the mixture decreases to 1292 ° C.
  • Clinker is released into the refrigerator when about 3% of the liquid phase remains in the chamber.
  • the loading hatch 3 is opened, the camera is turned with the hatch down and, swinging the roller chamber, the clinker balls are released into the refrigerator.
  • Example 4 Processing waste from a coal-fired thermal power plant to produce a steel semi-product and Portland cement clinker.
  • Brown coal produced at the Berezovsky deposit of the Kansk-Achinsky coal basin is used as fuel at a coal-fired thermal power plant. Coal is burned in boilers with liquid slag removal, on which accumulators are provided, which allows organizing the periodic production of slag melt.
  • the temperature of the slag melt is 1500 ° C.
  • Slag composition 9.2% FeO, 30.6% SiC> 2 , 11.2% A1 2 0 ⁇ , 42.8% CaO, 4.6% MgO.
  • fly ash is generated in the TPP dust cleaning system. Ash temperature - 26 ° ⁇ . Ash composition: 3.6% FeO, 12.0% SiO 2 , 4.4% A1 2 0 3 , 16.8% CaO, 2.4% MgO, 52.8% C.
  • a roll chamber For the processing of coal TPP waste, a roll chamber is used (see Figs. 1-3). The chamber is lined with basic refractories. Camera drive as in example 1. Under the roll the camera has a clinker refrigerator for accelerated air cooling of the clinker.
  • the slag melt arriving from the TPP is poured into the roll chamber through the loading hatch 3. Burden materials are fed through the feed insert 9 into the rotating chamber by pneumatic transport.
  • the composition of the charge materials includes fly ash, coal, iron ore, dust from the air treatment system of the roll chamber and lime.
  • the charge of charge materials is controlled so that the foam on the surface of the bath does not go into spray mode, but uniformly covers the entire melt mirror. The reduction smelting is continued until a predetermined melt volume is collected into the chamber.
  • Thermal balancing of the process is carried out by afterburning the combustible gases generated in the bath.
  • an oxygen-containing blow is introduced into the chamber through the slots 12.
  • the composition of the charge mixture and the oxygen flow rate in the blast are controlled so that the degree of afterburning of CO in the exhaust gas mixture is 99.9%.
  • the dust-gas mixture with a temperature of 1655 ° C enters the boiler, and then into the aspiration system.
  • the dust extracted from the exhaust gases is used in the formation of the charge mixture.
  • oxygen-containing blast is fed into the afterburning zone through slots 12.
  • Part of the blast as a result of the rotation of the chamber by lifters and irregularities of the lining is delivered through a slag layer to the metal, and the remaining part is involved in the oxidation of the CO leaving the bath.
  • the rotational speed of the roller chamber at this stage of smelting is 30 rpm.
  • lime is introduced into the melt.
  • steel semi-product and slag are obtained.
  • the composition of the intermediate: C 1.0%, 0.02% S, 0.02% P.
  • Slag composition 0.4% FeO, 25.3% SiO 2 , 8.5% A1gO3, 60.6% CaO.
  • the temperature of the liquid smelting products is 1530 ° C.
  • the temperature of the dust and gas mixture at the outlet of the chamber is 1690 ° C.
  • the degree of afterburning of CO in the exhaust gas mixture is 99.9%.
  • the release of smelting products is carried out through a clinker refrigerator. To do this, open the loading hatch in the clinker refrigerator, open the gas distribution grilles and open the outlet. Then, by turning the roller chamber, the slide gate 4 is set to the lower position and all the metal is released and, if necessary, part of the slag. Steel after deoxidation in the ladle is sent for further transfer. processing, and the slag is sent to granulation to obtain as the target product an active mineral additive for cement.
  • slag remains in the roll chamber, which is processed into clinker.
  • the temperature of the slag melt is -1530 ° C.
  • Corrective additives lime and iron ore are introduced into the rotating roller chamber through the feed insert 9. Given the high temperature of the initial melt, the feed mixture is not heated. As a result of the introduction of corrective additives, the temperature of the raw mix is reduced to 1483 ° C. The synthesis of elite and belita lasts about 30 minutes. To start the synthesis of fusible minerals, the mixture is cooled. For this purpose, limestone is introduced into the chamber. As a result of the endothermic decarbonization reaction, the temperature of the mixture decreases to 1292 ° C.
  • Clinker is released into the refrigerator when about 3% of the liquid phase remains in the chamber.
  • the loading hatch is opened, the chamber is turned downward with the hatch and, swinging the chamber, the material is released into the refrigerator on the gas distribution grill.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии и производству минеральных вяжущих веществ. Камера содержит корпус, выполненный футерованным с симметричной цилиндрическо-конической поверхностью с большим диаметром в центральной по его длине зоне, установленный с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси и содержащий введенные в него с обеих сторон невращающиеся вставки. Вставки обеспечивают подачу в камеру материалов и газовых смесей, с возможностью формирования отводящего канала, предназначенного для отвода из камеры пылегазовой смеси с возможностью размещения на вставках видеокамер и приборов. Вставки выполнены с возможностью их выведения из камеры, а в местах контакта невращающихся вставок с вращающимся корпусом установлены уплотнительные манжеты. Изобретение позволяет создать универсальную камеру для производства чугуна, стали и цветных металлов, в которой все термохимические процессы проходят с низким уровнем тепловых потерь и высоким уровнем тепло-массообмена между работающими фазами, а также снизить простои на техобслуживание и ремонт.

Description

Рол-камера для реализации термохимических процессов
Изобретение относится к металлургии, энергетике, производству минеральных вя- жущих веществ и может использоваться для аппаратурного оформления различных тех- нологических процессов.
Известны барботажные гарнисажные плавильные камеры, используемые в черной металлургии для жидкофазного получения чугуна «Процесс Ромелт» [1] и в цветной ме- таллургии при получении сульфидного сплава - штейна «Плавка в жидкой ванне» [2]. Данным камерам свойственны следующие недостатки: во-первых, гарнисажный тепло- изоляционный слой имеет большие тепловые потери; во-вторых, барботажные тепло- мас- сообменные процессы малоэффективны и очень чувствительны к вязкости перерабатыва- емого расплава.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту являются футерованные вращающиеся технологические камеры. Такие камеры используют в чер- ной металлургии при производстве чугуна «Доред-процесс» [3] и стали «Калдо-процесс» [4]. Вращающаяся футерованная поверхность позволяет создать хорошие условия для тепло- массообменных процессов в камере. Вместе с тем, вращающиеся технологические камеры имеют ряд недостатков. Во-первых, сложный привод, так как кроме вращения во- круг продольной оси привод должен обеспечивать наклон камеры для выпуска продуктов плавки. Это делает оборудование громоздким и сложным в эксплуатации. Во-вторых, ка- меры имеют низкую экономическую эффективность из-за длительных простоев, связан- ных с ремонтом футеровки.
Задачей изобретения является разработка технологической камеры для реализации термохимических процессов, которая позволит устранить недостатки, известные из уров- ня техники. Камера должна быть универсальной, то есть позволять проводить основные термохимические процессы, связанные с производством чугуна, стали, цветных металлов, минеральных вяжущих веществ и так далее. При этом процессы должны проходить с низ- ким уровнем тепловых потерь и высоким уровнем тепло - массообмена между работаю- щими фазами. Кроме этого необходимо снизить простои камеры, связанные с ремонтом футеровки.
Предлагаемая рол-камера имеет корпус, представляющий собой пустотелый ролик, валок или барабан [roll (англ.) - ролик, валок, барабан т.д. В выражении «рол-камера», рол - подлежащее, а камера - сказуемое, обозначающее признак подлежащего. В описании термины рол, камера и корпус камеры могут использоваться как. равнозначные.], с сим- метричной цилиндрическо-конической поверхностью с большим диаметром в централь- ной по его длине зоне. Внутренняя рабочая поверхность корпуса футерована. Рол уста- новлен с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси. С обеих сторон в него вве- дены невращающиеся вставки, в которых сформированы подводящие каналы, обеспечи- вающие подачу в камеру материалов и газовых смесей и отводящий канал, по которому из камеры отводят образующуюся пылегазовую смесь. Кроме этого на невращающихся вставках размещают видеокамеры и приборы, позволяющие контролировать процессы в камере и каналах вставок. Каждая вставка установлена с образованием щели между внут- ренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью вставки. Щель используют в ка- честве канала для подачи в рол-камеру газовых смесей. Вставки выполнены с возможно- стью их выведения из камеры, а в местах контакта вставок с вращающимся корпусом установлены уплотнительные манжеты. В центральной части корпуса камеры установлен загрузочный люк.
В частных случаях выполнения в центральной части корпуса установлен шибер- ный затвор для выпуска жидких продуктов и механизм для отбора проб.
В частных случаях выполнения на поверхность футеровки нанесены неровности- лйфтеры.
В частных случаях выполнения на невращающихся вставках установлены горелки для сжигания дополнительного топлива.
В частных случаях выполнения в отводящем канале установлена система затво- ров, позволяющая регулировать расход и логистику пылегазовой смеси.
Из уровня техники известно, что в черной и цветной металлургии используют гар- нисажные плавильные камеры, в которых можно проводить длительные плавильные ком- пании без ремонта футеровки. Однако создать в таких камерах хорошие условия для плав- ки сложно. Этим камерам свойственна высокая потеря тепла через стенки камеры, плохая передача тепла из зоны дожигания в расплав и недостаточное перемешивание образую- щихся фаз в ванне. Кроме этого, в черной металлургии для реализации термохимических процессов, связанных с производством чугуна и стали используют вращающиеся футеро- ванные камеры. Такие камеры позволяют создать хорошие условия для плавки, но значи- тельно снижают продолжительность плавильной компании из-за вынужденных простоев, связанных с ремонтом футеровки.
В предлагаемом изобретении термохимические процессы проводят во вращающей- ся футерованной рол-камере, а проблему изнашиваемой футеровки решают посредством быстрой замены старой камеры (с изношенной футеровкой) на новую - уже готовую к ра- боте. Это становится возможным благодаря тому, что выпуск продуктов плавки произво- дят не наклоном камеры, а через загрузочный люк (шиберный затвор), расположенный на ее корпусе. Теперь вращение происходит вокруг неподвижной горизонтальной оси. В свя- зи с этим, значительно упрощается привод камеры, а значит, уже ничто не мешает снять с опорных роликов рол с изношенной футеровкой и установить на его место новый рол, го- товый к работе. Кроме этого, выполнение технологической камеры в едином корпусе поз- воляет создавать в ней необходимую атмосферу или вакуум, что значительно расширяет диапазон физико-химических процессов, проводимых в камере.
Возможная конструкционно-компоновочная схема рол-камеры показана на черте- жах, где схематично представлены:
Фиг. 1 - продольный вертикальный разрез рол-камеры в рабочем положении;
Фиг. 2 - разрез рол-камеры по линии А-А по Фиг. 1 ;
Фиг. 3 - рол-камера по Фиг.1 в положении замены камеры
Фиг. 4-а - Принципиальная схема работы уплотнительной манжеты при создании избыточного давления в камере.
Фиг. 4-6 - Принципиальная схема работы уплотнительной манжеты при создании в камере вакуума.
Фиг. 5-а - Принципиальная схема создания заданной атмосферы в камере.
Фиг. 5-6 - Принципиальная схема создания в камере вакуума.
Корпус камеры 1 выполняют из нескольких симметрично расположенных участ- ков, образованных коническими и цилиндрическими поверхностями. Центральный ци- линдрический участок 2 имеет наибольший диаметр. На нем располагают загрузочный люк 3, шиберные затворы 4 и механизм 5 для отбора проб. С обеих сторон от центрально- го - расположены конические участки 6, которые опять переходят в боковые цилиндриче- ские участки 7 меньшего диаметра. На центральном цилиндрическом участке 2 располо- жены бандажи опор качения (на чертежах не изображены), а на боковых 7 - приводные венцы зубчатых передач (на чертежах не изображены). Внутренняя поверхность камеры 1 имеет футеровку 8, позволяющую минимизировать потери тепла через корпус. С обеих сторон в горловины камеры 1 вводят невращающиеся вставки 9 и 10. В частном случае выполнения по Фиг.1 одна вставка 9 - подающая, через нее вводят материалы, а другая вставка 10 - отводящая, через нее отводят пылегазовую фазу. Вставки 9 и 10 выполняют с возможностью их быстрого выведения из камеры 1 для замены старой камеры на новую. Так, в соответствии с формой выполнения по Фиг. 3 для возможности быстрого выведе- ния вставки 9, 10 камеры установлены на колёсных тележках 11.
В частном случае исполнения в подающей вставке 9 размещают каналы (механиз- мы) подачи материалов и газовых смесей (на чертеже изображены частично и позициями не обозначены). Материалы, участвующие в процессе, могут быть представлены распла- вами, твердыми материалами и газовыми смесями.
В частном случае исполнения на вставке 9 размещают горелки для сжигания над расплавом дополнительного топлива (на чертежах изображены, но позициями не обозна- чены). Горелка - устройство, обеспечивающее устойчивое регулируемое сгорание топлива посредством смешивания его с окислителем. К сжиганию дополнительного топлива (газо- образного или жидкого) прибегают в том случае, если в камере не хватает тепла, а вносить твердое топливо по каким-то причинам нельзя.
В частном случае исполнения по Фиг.1 в отводящей вставке 10 размещают канал, по которому из камеры отводят пылегазовую смесь (на чертеже показан, но позицией не обозначен). В частных случаях исполнения в отводящем канале размещают систему за- творов, позволяющую регулировать расход и логистику отходящих газов. Система может состоять из одного или нескольких затворов. Наиболее часто используют следующие за- творы: шлюзовой затвор (см.Фиг.5-а поз.19), соединяющий (отделяющий) камеру от кот- ла-утилизатора или других агрегатов, расположенных за камерой (по ходу движения газа); вакуумный затвор, (см.Фиг.5-б поз.20), соединяющий (отделяющий) камеру от паро- эжекторного вакуумного насоса (используется при создании вакуума в камере).
Между вращающейся поверхностью камеры 1 и неподвижной поверхностью вста- вок 9, 10 формируют щель 12, через которую в рол-камеру вносят газовые компоненты, необходимые для проведения заданного термохимического процесса. Это может быть окислитель, инертный газ, газ - восстановитель или смеси указанных газов. Кроме этого, их подача через щели 12 предотвращает затекание в них расплава при кипении ванны.
Позицией 13 обозначена горизонтальная ось вращения камеры 1. Из уровня техни- ки известно, что вращающаяся футерованная поверхность позволяет создать хорошие условия для тепло - массообменных процессов между работающими фазами в камере. Позициями 14 и 15 обозначены жидкие работающие фазы. Работающая газовая фаза на Фиг.5-а и 5-6 показана условно и обозначена соответственно «Аргон» и «Вакуум». В частном случае исполнения жидкие фазы могут быть представлены металлом 14 и шлаком 15, штейном 14 и шлаком 15 и так далее. Максимально допустимый объем жидких фаз в камере показан на чертежах. Работающую газовую фазу создают таким образом, чтобы обеспечить протекание физических и физико-химических процессов в жидких фазах в за- данном направлении с заданной интенсивностью. Футеровка 8 вращающейся камеры иг- рает ключевую роль в перемещении реагентов и энергии межу работающими фазами. Так, чтобы дозировано подать газовую фазу в ванну, ее вводят через щели 12 в камеру, а не- ровности футеровки, в результате вращения, заносят ее в расплав. Передачу тепловой энергии между работающими фазами также производят футеровкой, посредством враще- ния камеры. При этом возможны случаи, когда источник тепла находится в газовой фазе (дожигание отходящих из ванны газов) или в расплаве (проведение экзотермических ре- акций в жидкой фазе). В любом случае, футеровка 8 в результате вращения камеры отво- дит тепло из более теплой фазы в холодную. Кроме этого, в процессе вращения камеры происходит активное перемешивание рабочих фаз футеровкой 8. В частных случаях ис- полнения, чтобы еще больше активизировать массообменные процессы в ванне, на по- верхность футеровки 8 наносят искусственные неровности - лифтеры (на чертежах не изображены).
В случае износа футеровки 8 производят замену камеры. Для этого невращающие- ся вставки 9,10 выводят из горловин корпуса. В частном случае исполнения по Фиг.З вы- вод вставок производят путем перемещения колёсных тележек 11. После выведения вста- вок рол-камеру меняют. При этом новую камеру, если это необходимо, перед установкой разогревают на стенде. После введения вставок 9,10 новая рол-камера начинает работать в штатном режиме. Таким образом, быстрая замена (перевалка) камеры позволяет значи- тельно сократить простои технологического оборудования, связанные с ремонтом футе- ровки.
Рол-камера является агрегатом периодического действия. Периодичность термохи- мического процесса и хороший тепло-массообмен между работающими фазами является важным достоинством рол-камеры. Действительно, интенсивное перемешивание работа- ющих фаз в специально созданных условиях можно проводить сколь угодно долго, только в условиях периодической плавки. Это позволяет доводить до конца наиболее продолжи- тельные операции, такие как разделение жидких фаз, рафинирование или дегазация целе- вого продукта.
Для организации газонепроницаемого соединения между вращающимся корпусом 1 и отводящими вставками 9 и 10 используют уплотнительные манжеты. Уплотнительные манжеты позволяют создавать в рол-камере как избыточное, так и остаточное давление (вакуум).
На Фиг.4-а показана принципиальная схема работы манжеты при создании избы- точного давления в камере 1. При работе под давлением по каналу 16 через щель 12 в ка- меру 1 подают соответствующие газовые смеси. При этом, под действием избыточного давления внутренний лепесток манжеты 17 прижимается к соединительному кольцу 18, закрепленному на корпусе камеры 1, препятствуя выходу газа в цех. Следует заметить, что подача газа через щель 12, кроме уже перечисленных целей, позволяет создать ком- фортные температурные условия для работы уплотнительной манжеты. На Фиг.4-б показана принципиальная схема работы манжеты при создании в каме- ре вакуума. При создании в плавильной камере вакуума канал 16, по которому в камеру подают газовую смесь, закрывают. Под действием атмосферного давления наружный ле- песток манжеты 17 прижимается к соединительному кольцу 18, закрепленному на корпусе камеры 1 , препятствуя поступлению газа из цеха в камеру. В частных случаях исполнения у наружного лепестка манжеты 17 создают избыточное давление инертного газа. Это поз- воляет, с одной стороны, плотнее прижать манжету 17 к соединительному кольцу 18, а с другой - в случае подсоса, позволит заполнить камеру инертным газом, но не воздухом.
На Фиг. 5-а показана принципиальная схема создания в камере атмосферы аргона. Для заполнения рол-камеры аргоном шлюзовой затвор 19, соединяющий камеру с другим оборудованием, закрывают не полностью (регулируют расход пылегазовой фазы), а через щели 12 в камеру подают аргон. Совместное регулирование расхода газа через щели 12, расхода шихтовой смеси через вставку 9 и дросселирование отходящей пылегазовой фазы затвором 19 позволяет создать в рол-камере оптимальное избыточное давление, которое обеспечивает надежную работу уплотнительных манжет (см Фиг.4-а) и не препятствует протеканию термохимических процессов в заданном направлении.
На Фиг.5-б показана принципиальная схема создания в камере вакуума. Для созда- ния в рол-камере вакуума щели 12 и каналы подачи материалов, расположенные в пода- ющей вставке 9, закрывают. Шлюзовой затвор 19, соединяющий камеру с котлом- утилизатором, закрывают, а вакуумный затвор 20, соединяющий камеру с пароэжектор- ным вакуумным насосом, открывают. Шиберный затвор 4, механизм отбора проб 5 и за- грузочный люк 3 не уплотняют, поскольку они в процессе вращения и взаимодействия с расплавом становятся непроницаемыми для газа.
Выпуск жидких продуктов плавки производят через шиберный затвор 4, располо- женный на центральном цилиндрическом участке 2 камеры 1. При этом, поворотом каме- ры 1 выпускное отверстие шиберного затвора 4 подводят к жидкой фазе 14 или 15, в зави- симости от того, какой продукт необходимо выпустить, и открывают затвор. Для обслу- живания шиберного затвора 4 камеру 1 поворачивают так, чтобы затвор 4 находился в верхнем положении. В частных случаях выполнения, для удобства эксплуатации на кор- пусе камеры 1 устанавливают два шиберных затвора, размещая их диаметрально противо- положно (на чертежах не изображено). В этом случае облуживание одного затвора 4 сов- мещают с выпуском жидкой фазы 14 через другой.
В частных случаях исполнения, когда необходимо полностью удалить из камеры жидкую фазу 15, используют загрузочный люк 3. После максимально возможного выпус- ка фазы 15 через шиберный затвор 4 камеру 1 поворачивают таким образов, чтобы по- верхность удаляемой фазы находилась у нижней кромки люка 3. Затем в камеру вводят скребки или другие специальные механизмы для удаления фазы.
В частных случаях исполнения процесс отбора проб из камеры механизирован. Механизм 5 для отбора проб устанавливают на цилиндрическом участке 2 корпуса камеры 1. Оператор подводит механизм 5 отбора проб в то место, где необходимо произвести за- бор расплава. По команде с пульта происходит всасывание расплава в заборник, подобно тому, как шприц втягивает лекарство. Втянутый в приемник расплав проходит через окно холодильника, который, смещаясь, вырезает пробу из втянутого цилиндра расплава. Обра- зец струей газа или воды выталкивается из окна холодильника в контейнер, а рамка холо- дильника возвращается в исходное положение, пропуская шток заборника, который, дви- гаясь в обратную сторону, вталкивает неиспользованный расплав обратно в камеру.
Подачу твердых реагентов в камеру, в зависимости от их фракционного состава, производят через загрузочный люк 3 или вставку 9. При подаче материалов через вставку 9 используют трубопроводный пневмотранспорт или пневможелоб. При этом в качестве транспортирующей среды, в зависимости от создаваемых в камере условий, используют воздух, обогащенное кислородом дутье, нейтральный газ или другие газовые смеси. Со- став газовой смеси, используемой в качестве транспортирующей среды, может не совпа- дать с составом газовой смеси, вводимой через щели 12.
Для подачи расплава в рол-камеру используют загрузочный люк 3 или канал в по- дающей вставке 9. При этом для подъема расплава в канал используют ковш или пита- тель, в котором создают избыточное давление. Ввод расплава через подающую вставку 9 производят, не прерывая вращения плавильной камеры, то есть в процессе плавки.
Для подачи в рол-камеру таких материалов, как раскислители, ферросплавы, мик- родобавки и т.д. на подающей вставке 9 устанавливают специальные механизмы или по- дающие устройства.
Для подачи в рол-камеру больших объемов газа на подающей вставке 9 устанавли- вают фурму (фурмы).
В частных случаях использования для вовлечения в производство материалов, ко- торые не могут быть загружены в камеру через подающую вставку 9, используют загру- зочный люк 3, расположенный в центральной части камеры. Через люк вводят большие объемы расплава, крупный лом и так далее. Это позволяет расширить перечень использу- емых в рол-камере материалов и сократить время их загрузки.
Материалы, используемые в рол-камере, могут быть представлены расплавами, твердыми материалами и газовыми смесями. Продукты, образующиеся в рол-камере, представлены, в основном, расплавами и пылегазовыми смесями. Таким образом, полу- ченный в рол-камере продукт, можно повторно использовать как исходный материал в другой рол-камере. Это открывает широкие перспективы использования рол-камер в ме- таллургии, энергетике и производстве вяжущих для переработки вторичных материаль- ных и энергетических ресурсов (BMP и ВЭР).
Далее, упомянутые выше и другие достоинства рол-камеры будут проиллюстриро- ваны на примерах. Рассмотренные примеры не ограничивают возможности использования рол-камер.
Пример 1 Получение белого штейна (файнштейна) из сульфидных медно- никелевых руд и концентратов.
Поступающие на переработку медно-никелевые руды и концентраты готовят к плавке традиционным способом. В результате подготовки шихтовая смесь приобретает заданную крупность, влажность, постоянный состав по содержанию шлакообразующих элементов и оптимальное отношение металла к сере.
Для переработки используют рол-камеру (см Фиг. 1-3), футерованную кислыми ог- неупорами. Корпус 1 вращается вокруг горизонтальной оси 13 на опорных роликах. Вра- щение задают четыре, симметрично расположенных привода, работа которых синхрони- зируется гидромуфтами. Крутящий момент от привода к камере передается через два зуб- чатых колеса, симметрично расположенных относительно центра камеры 1 на цилиндри- ческих участках 7 (привод на чертежах не показан).
В рол-камере после предыдущего металлургического цикла остался конвертерный шлак 70% FeO, 5% (Cu+Ni) и 25% S1O2, который используют в начале плавки как жид- кую ванну. Через подающую вставку 9 в рол-камеру вводят подготовленную шихтовую смесь. Фракционный состав смеси (0-5)мм. Подачу материалов в рол-камеру производят пневмотранспортом, используя в качестве транспортирующей среды обогащенный кисло- родом воздух. Через щели 12 в рол-камеру тоже подают обогащенный кислородом воздух, но содержание кислорода в этой смеси регулируют таким образом, чтобы обеспечить за- данную скорость окисления сульфида железа, вносимого с шихтовой смесью. Окисление сульфида железа происходит как во взвешенном состоянии, когда шихтовая смесь попада- ет в камеру, так и в жидкой ванне, когда шихтовая смесь достигает расплава. Совместное регулирование расхода газа через щели 12, расхода шихтовой смеси через вставку 9 и дросселирование отходящей пылегазовой фазы затвором 19 позволяет создать в рол- камере небольшое избыточное давление, необходимое для нормальной работы уплотни- тельных манжет. Кроме этого, подача газовой смеси через щели 12 обеспечивает ком- фортный тепловой режим для работы манжеты и предотвращает попадание в щель ка- пель расплава из кипящей ванны.
Окисление сульфидов железа - основной экзотермический процесс плавки на штейн, а доставка кислорода в ванну - важнейший параметр тепловой балансировки про- цесса. Количество кислорода, поступающего в ванну, зависит от его содержания в газо- вой смеси, подаваемой через щели 12 и частоты вращения рол-камеры. В рассматривае- мом примере плавку на штейн проводят при частоте вращения камеры 20 об/мин.
После того как объем жидкой фазы (шлака и штейна) в рол-камере достигнет мак- симально допустимого значения, проводят мероприятия, направленные на разделение штейна от шлака. Удельный вес сульфидов и оксидов отличается незначительно, поэтому в известных способах производства [2] большое количество сульфидной взвеси удаляется из агрегата со шлаком. Плавка в рол-камере позволяет решить эту проблему. Разделение фаз при плавке на штейн проводят следующим образом. Сначала прекращают процесс окисления сульфида железа. С этой целью прерывают подачу шихтовой смеси в камеру и меняют окислительную атмосферу в ней на нейтральную. Для этого шлюзовой затвор 19 прикрывают, а через щели 12 в камеру подают инертный газ. Частоту вращения камеры увеличивают до 30 об/мин. В результате интенсивного перемешивания сульфидной и ок- сидной фазы происходит переход взвеси из шлака в штейн. Перед выпуском шлака вра- щение камеры прекращают и выдерживают несколько минут, чтобы фазы разошлись по слоям.
Для выпуска шлака выпускное отверстие шиберного затвора 4 вращением камеры 1 устанавливают выше уровня штейна и выпускают находящийся в плавильной камере шлак. После выпуска шлака плавку на штейн повторяют несколько раз, до тех пор, пока не наберут заданный объем штейна в камеру. Состав полученного штейна 1 1% Ni, 9% Си, 55%Fe и 25%S. Выпущенный из рол-камеры шлак поступает в миксер, где его состав усредняют. Результирующий состав шлака в миксере 60%FeO, 22%SiC>2, 15% AI2O3, 3%СаО. В ожидании дальнейшей переработки (см. Пример 2) контролируют температуру шлакового расплава 1450°С и, если необходимо, корректируют содержание извести, что- бы обеспечить требуемую вязкость.
После выпуска избыточного шлака приступают к конвертации полученного штей- на. Для этого шлюзовой затвор 19 открывают. Через щели 12 в камеру подают обогагцен- ный кислородом воздух. Через подающую вставку 9 вводят кремневку. Частота вращения камеры - 20 об/мин. О ходе процесса окисления сульфида железа судят по содержанию свободного кислорода в отходящей газовой фазе. По мере необходимости, на всех этапах плавки берут пробы штейна и шлака. Перед выпуском файнштейна проводят разделение фаз. Процедура разделения фаз описана выше. Оставшийся в рол-камере конвертерный шлак переходит на следующий металлургический цикл, а файнштейн направляют на дальнейшую переработку для отделения меди от никеля.
Пример 2 Получение стали.
Для получения стали используют рол-камеру (см Фиг. 1-3). Камера футерована ос- новными огнеупорами. Привод камеры как в примере 1.
В рол-камере после предыдущего металлургического цикла остается оборотный шлак. Состав оборотного шлака: 0.1% FeO, 8.9%Si02, 21.4%А120з, 68,3%СаО. Перед началом восстановительного этапа плавки через загрузочный люк 3 в рол-камеру залива- ют шлаковый расплав из миксера (см.Пример 1) и загружают известь. Расход шлакового расплава и извести регулируют таким образом, чтобы основность реакционной среды пе- ред началом плавки была положительной. В рассматриваемом примере восстановитель- ную плавку проводят при повышенной основности В=2.2. Это позволяет перевести в шлак серу, поступившую с сульфидной плавки. В процессе плавки в исходный расплав вводят шихтовые материалы. В состав шихтовых материалов входят железосодержащее сырье, восстановитель и флюс. В качестве железосодержащего материала (кроме шлака с плавки на штейн) в рассматриваемом примере используют смесь, состоящую из 80% же- лезной руды - Fe06m=58% и 20% прокатной окалины - Fe06m=71%. В качестве восстанови- теля используют уголь марки «Т», а в качестве флюса - известь. Фракционный состав шихтовых материалов (0-5)мм. Шихтовую смесь подают в рол-камеру пневмотранспор- том. В качестве транспортирующей среды используют кислородсодержащее дутье. Расход шихтовых материалов регулируют таким образом, чтобы пена на поверхности ванны не переходила в брызговой режим, а равномерно покрывала все зеркало расплава.
Для поддержания теплового баланса в рол-камере часть образующихся газов дожи- гают над ванной. Для этого через щели 12 вводят технический кислород. Таким образом, источником тепла в рол-камере на восстановительном этапе плавки является зона дожига- ния, а футеровка доставляет тепло в расплав.
Отходящую из рол-камеры пылегазовую смесь с температурой 1615°С и степенью дожигания по углеродным компонентам - 45% отводят в котел-утилизатор для полного дожигания.
Совместное регулирование расхода газа через щели 12, расхода шихтовой смеси через вставку 9 и дросселирование отходящей пылегазовой фазы затвором 19 позволяет создать в рол-камере небольшое избыточное давление, необходимое для нормальной ра- боты уплотнительных манжет. Кроме этого, подача газовой смеси через щели 12 обеспе- чивает комфортный тепловой режим для работы манжеты и предотвращает попадание на неё капель расплава из кипящей ванны. Частота вращения камеры на восстановительном этапе плавки - 15 об/мин.
Когда объем расплава в рол-камере достигнет максимально допустимого значе- ния, подачу шихтовых материалов в камеру прекращают. После затухания восстанови- тельных процессов в ванне, вращение камеры прекращают. После 10 минутного отстаи- вания ванны производят выпуск шлака. Для этого, выпускное отверстие шиберного затво- ра вращением камеры устанавливают выше уровня металла и выпускают избыточный шлак. Чтобы ускорить истечение шлак из камеры, шлюзовой затвор 19 закрывают и в ка- меру через щели 12 под давлением подают аргон. После выпуска избыточного шлака вос- становительную плавку повторяют до тех пор, пока не наберут заданный объём чугуна. В рассматриваемом примере восстановительную плавку повторяют 5 раз. Выпущенный из рол-камеры избыточный шлак направляют в миксер. Шлак, образующийся в процессе жидкофазного восстановления чугуна, имеет следующий состав: 0.1% FeO, 28.4%SiC>2, 8.4%А120З, 62.6%СаО. Чугун, полученный в процессе жидкофазного восстановления, пе- реходит на окислительный этап плавки. Состав чугуна: 4.49%С, 0.04%Mn, 0.03%Si, 0.01%S, 0.04Р.
В начале окислительного этапа плавки проводят удаление из металла фосфора по- средством продувки расплава кислородом. Кислород подают в рол-камеру через фурму, которая находится в подающей вставке 9. Чтобы снизить образрвание бурого дыма, в струю кислорода вводят известь. В результате продувки и интенсивного перемешивания жидкой фазы в рол-камере образуется шлак с основностью В=2.3, в который из металла переходят удаляемые примеси. Поскольку в результате окислительного рафинирования выделяется значительное количество тепла, дожигание отходящих из ванны газов не про- изводят. Степень дожигания СО в отходящем газе - 1.52%, а температура газовой смеси - 1630°С. Рафинирование металла от примесей заканчивают выпуском шлака, содержащего фосфор. Состав основных компонентов шлака: 10.5% FeO, 24.7%Si02, 6.3%А120з, 56.8%СаО.
Далее из металла удаляют избыточный углерод и готовят шлак для раскисления- легирования. Вначале окисление углерода проводят дутьем через фурму. Чтобы использо- вать образующееся в ванне тепло, параллельно вводят шлакообразующие компоненты, а именно: известь и боксит. Боксит содержит AI2O3 - разжижающий компонент в раскис- ленном шлаке. Основность шлака на этом этапе В=6.6, а отношение В/А12Оз=0.27. Кроме этого, в шлак вносят материалы, которые будут восстанавливаться на этапе раскисления- легирования. В рассматриваемом примере для прямого легирования вносят марганцевую руду. После того как в ванну подано заданное количество дутья, его подачу прекращают, а окисление углерода продолжают за счет восстановления оксидов железа, содержащихся в шлаке. Для поддержания теплового баланса производят частичное дожигание отходя- щих из ванны горючих газов. Для этого в зону дожигания через щели подают кислородсо- держащее дутье. Пылегазовая смесь, отходящая на этом этапе плавки, имеет температуру 1680°С. Степень дожигания углеродных компонентов в газовой фазе - 27.0%.
Заключительный период окислительного этапа плавки объединяет частные техно- логические процессы, связанные с раскислением и легированием стали. Шлюзовой затвор 19 закрывают, а вакуумный затвор 20 открывают, соединяя рол-камеру с пароэжекторным вакуумным насосом (см.Фиг 5-6). Частота вращения камеры в процессе вакуумирования - 10 об/мин. При этом происходит удаление из стали всего водорода и, частично, азота и кислорода. После выхода на заданное остаточное давление бОПа вакуумный затвор закры- вают. При разряжении (снижении парциального давления СО) в плавильной камере со- здаются условия для восстановления из шлака марганцевой руды и вакуумно-углеродного раскисления стали. Чтобы уменьшить испарение металла, плавильную камеру заполняют аргоном. Для этого вакуумный затвор 20 закрывают, шлюзовой затвор 19 приоткрывают, а через щели 12 в рол-камеру подают аргон. Для окончательного раскисления и легирова- ния в ванну через подающую вставку 9 вводят раскислители: ферросилиций и алюминий. Чтобы пополнить приходную часть теплового баланса и разогреть металл до заданной температуры, в зону дожигания, используя горелки (на чертеже показаны, но позицией не обозначены) подают природный газ, уже смешанный с кислородом. После раскисления- легирования в рол-камере остается сталь и раскислинный глиноземистый шлак. Состав стали: 0.085%С, 0.5%Mn, 0.3%Si, 0.006%S, 0.008%Р (ст 08 ГОСТ1050-2013). Состав шла- ка: 0.01% FeO, 9.8%SiC>2, 24.5%А1гОз, 64.3%СаО. Чтобы шлак при выпуске не попал в сталь, производят его загущение. Для этого во вращающуюся рол-камеру через подаю- щую вставку 9 подают известь. Известь подают пневмотранспортом. В качестве транспор- та используют аргон. При перемешивании шлак густеет, и металл выпускают в ковш, а загущенный шлак переходит на следующую плавку.
Шлак, выпущенный из рол-камеры на всех этапах плавки стали поступает в миксер для усреднения его состава. Состав усредненного шлака после миксера: 0.9% FeO, 25.8%Si02, 9.3%А1 0З, 62.3%СаО. Полученный шлаковый расплав используют в примере 3 для получения портландцементного клинкера. Пример 3 Производство портландцементного клинкера.
Для производства портландцемента используют рол-камеру (см Фиг. 1-3). Камера футеро- вана основными огнеупорами. Привод камеры как в примере 1. Под рол-камерой распола- гают клинкерный холодильник для ускоренного воздушного охлаждения получаемого клинкера.
Температура футеровки рол-камеры перед загрузкой материала -1300°С. Сначала во вращающуюся камеру через подающую вставку 9 вводят корректирующие добавки (известь и железную руду). В результате вращения камеры происходит разогрев материла. Далее через загрузочный люк 3 заливают порцию шлака из миксера (см.Пример2). Для активизации процесса алитообразования сырьевую смесь в рол-камере подогревают. С этой целью в камеру через подающую вставку 9 вводят уголь, а через боковые щели 12 кислородно- воздушную смесь. В результате сжигания топлива и образования клинкерных минералов температура сырьевой смеси поднимается до 1433°С. Синтез элита и белита продолжается около 30 минут. По истечении этого времени температура сырьевой смеси в камере начинает снижаться. Для начала синтеза легкоплавких минералов смесь охлажда- ют. С этой целью в камеру через подающую вставку 9 вводят известняк. В результате эн- дотермической реакции декарбонизации температура смеси снижается до 1292°С. Выпуск клинкера в холодильник производят, когда в камере остается около 3% жидкой фазы. Для выгрузки открывают загрузочный люк 3, поворачивают камеру люком вниз и, раскачивая рол-камеру, выпускают клинкерные шары в холодильник. После ускоренного охлаждения портландцементный клинкер с модульными характеристиками: КН=0.91, п=2.01, р=2.33 отправляют на склад.
Пример 4 Переработка отходов угольной ТЭС с получением стального полупро- дукта и портландцементного клинкера.
В качестве топлива на угольной ТЭС используют бурый уголь, добываемый на Бе- резовском месторождении Канско-Ачинского угольного бассейна. Сжигание угля произ- водят в котлах с жидким шлакоудалением, на которых предусмотрены накопители, позво- ляюхцие организовать периодический выпуск шлакового расплава. Температура шлаково- го расплава - 1500°С. Состав шлака: 9.2% FeO, 30.6%SiC>2, 11.2%А120з, 42.8%СаО, 4.6%MgO. Кроме шлака в системе пылеочистки ТЭС образуется зола-унос. Температура золы - 26°С. Состав золы: 3.6% FeO, 12.0%SiO2, 4.4%А1203, 16.8%СаО, 2.4%MgO, 52.8%С.
Для переработки отходов угольной ТЭС используют рол-камеру (см Фиг. 1-3). Ка- мера футерована основными огнеупорами. Привод камеры как в примере 1. Под рол- камерой располагают клинкерный холодильник для ускоренного воздушного охлаждения клинкера.
В рассматриваемом примере в рол-камере последовательно проводят жидкофазное восстановление чугуна, окислительное рафинирование стали и получение портландце- ментного клинкера.
Поступающий с ТЭС расплав шлака заливают в рол-камеру через загрузочный люк 3. Через подающую вставку 9 во вращающуюся камеру пневмотранспортом подают ших- товые материалы. В состав шихтовых материалов входит зола-унос, уголь, железная руда, пыль из системы воздухоочистки рол-камеры и известь. Расход шихтовых материалов ре- гулируют таким образом, чтобы пена на поверхности ванны не переходила в брызговой режим, а равномерно покрывала все зеркало расплава. Восстановительную плавку про- должают до тех пор, пока не наберут заданный объём расплава в камеру.
Тепловую балансировку процесса проводят посредством дожигания образующихся в ванне горючих газов. Для этого в камеру через щели 12 вводят кислородсодержащее ду- тье. Состав шихтовой смеси и расход кислорода в дутье регулируют таким образом, чтобы степень дожигания СО в отходящей газовой смеси была 99.9%.
Пылегазовая смесь с температурой 1655°С поступает в водогрейный котел, а затем - в систему аспирации. Извлеченную из отходящих газов пыль используют при формиро- вании шихтовой смеси.
Для удаления из чугуна вредных примесей и избыточного углерода в зону дожига- ния через щели 12 подают кислородсодержащее дутье. Часть дутья в результате вращения камеры лифтерами и неровностями футеровки доставляется через слой шлака в металл, а оставшаяся часть участвует в окислении отходящего из ванны СО. Частота вращения рол- камеры на этом этапе плавке - 30 об/мин. Чтобы повысить основность шлака, в расплав вводят известь. В результате окислительного рафинирования получают стальной полу- продукт и шлак. Состав полупродукта: С=1.0%, 0.02%S, 0.02%Р. Состав шлака: 0.4% FeO, 25.3%Si02, 8.5%А1гОз, 60.6%СаО. Температура жидких продуктов плавки - 1530°С. Температура пылегазовой смеси на выходе из камеры - 1690°С. Степень дожигания СО в отходящей газовой смеси - 99.9%.
Выпуск продуктов плавки производят через клинкерный холодильник. Для этого в клинкерном холодильнике открывают загрузочный люк, разводят газораспределительные решетки и открывают выпускное отверстие. Затем поворотом рол-камеры шиберный за- твор 4 устанавливают в нижнее положение и выпускают весь металл и, если это необхо- димо, то и часть шлака. Сталь после раскисления в ковше отправляют для дальнейшей пе- реработки, а шлак отправляют на грануляцию с получением в качестве целевого продукта активной минеральной добавки для цемента.
После выпуска жидких продуктов плавки в рол-камере остается шлак, который пе- рерабатывают в клинкер. Температура шлакового расплава -1530°С. Во вращающуюся рол-камеру через подающую вставку 9 вводят корректирующие добавки: известь и желез- ную руду. Учитывая высокую температуру исходного расплава, сырьевую смесь не подо- гревают. В результате внесения корректирующих добавок температура сырьевой смеси снижается до 1483°С. Синтез элита и белита продолжается около 30 минут. Для начала синтеза легкоплавких минералов смесь охлаждают. С этой целью в камеру вводят извест- няк. В результате эндотермической реакции декарбонизации температура смеси снижает- ся до 1292°С. Выпуск клинкера в холодильник производят, когда в камере остается около 3% жидкой фазы. Для выгрузки клинкера открывают загрузочный люк, поворачивают ка- меру люком вниз и, раскачивая камеру, выпускают материал в холодильник на газорас- пределительную решетку. После ускоренного охлаждения в холодильнике портландце- ментный клинкер с модульными характеристиками: КН=0.91, п=2.15, р=2.35 отправляют на склад
Литература:
1. Процесс Ромелт / Под ред. В.А.Роменца - М.: «МИСиС». Изд. «Руда и Металлы», 2005.- 400с.
2.Плавка в жидкой ванне / Под ред. А.В.Ванюкова - М.: «Металлургия», 1988. - 208с.
3.Кожевников И.Ю. Бескоксовая металлургия железа. - М.: «Металлургия», 1970. 336с.
4.Кудрин В.А. Металлургия стали: учебник для вузов. 2-е изд., переработ. и доп. - М: «Металлургия», 1989, - 560с.

Claims

Формула изобретения
1. Рол-камера для реализации термохимических процессов, содержащая корпус, выполненный футерованным с симметричной цилиндрическо-конической поверхностью с большим диаметром в центральной по его длине зоне, установленный с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси и содержащий введенные в него с обеих сторон невращающиеся вставки, выполненные с возможностью формирования подводящих ка- налов, обеспечивающих подачу в камеру материалов и газовых смесей, с возможностью формирования отводящего канала, предназначенного для отвода из камеры пылегазовой смеси с возможностью размещения на вставках видеокамер и приборов, позволяющих контролировать ход процессов, при этом каждая вставка установлена с образованием щели между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью вставки для подачи в камеру газовых смесей, при этом невращающиеся вставки выполнены с воз- можностью их выведения из камеры, а в местах контакта невращающихся вставок с вращающимся корпусом установлены уплотнительные манжеты, а в центральной части корпуса камеры установлен загрузочный люк.
2. Рол-камера по п.1, отличающаяся тем, что в центральной части корпуса уста- новлен шиберный затвор для выпуска жидких продуктов и механизм для отбора проб.
3. Рол-камера по п.1,2, отличающаяся тем, что на поверхности футеровки камеры выполнены неровности - лйфтеры.
4. Рол-камера по п.1-3, отличающаяся тем, что на невращающихся вставках уста- новлены горелки для сжигания дополнительного топлива.
5. Рол-камера по п.1-4, отличающаяся тем, что в отводящем канале установлена система затворов, позволяющая регулировать расход и логистику пылегазовой смеси.
PCT/RU2019/000930 2018-12-25 2019-12-12 Рол-камера для реализации термохимических процессов WO2020139147A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018146247 2018-12-25
RU2018146247A RU2692532C1 (ru) 2018-12-25 2018-12-25 Рол-камера для реализации термохимических процессов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020139147A1 true WO2020139147A1 (ru) 2020-07-02

Family

ID=67038216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2019/000930 WO2020139147A1 (ru) 2018-12-25 2019-12-12 Рол-камера для реализации термохимических процессов

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2692532C1 (ru)
WO (1) WO2020139147A1 (ru)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2080973A1 (en) * 2008-01-10 2009-07-22 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Rotary furnaces
RU2606349C1 (ru) * 2015-07-20 2017-01-10 Владимир Александрович Трусов Роторная наклонная печь

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2080973A1 (en) * 2008-01-10 2009-07-22 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Rotary furnaces
RU2606349C1 (ru) * 2015-07-20 2017-01-10 Владимир Александрович Трусов Роторная наклонная печь

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KOZHEVNIKOV I. JU.: "Beskoksovaya metallurgiya zheleza", METALLURGIYA, 1970, pages 300 - 320 *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2692532C1 (ru) 2019-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5619021B2 (ja) 製錬炉、製鋼設備、及び製鋼方法
EP1331278B1 (en) Refining agent and refining method
US6508853B2 (en) Process for the production of metal melts
SU1496637A3 (ru) Способ непрерывного рафинировани стали в электропечи и устройство дл его осуществлени
US6419724B1 (en) Method for reducing iron oxides and for melting iron and installations therefor
WO2013145686A1 (ja) 転炉における溶銑の精錬方法
CN110923394A (zh) 炼钢设备及炼钢方法
RU2147039C1 (ru) Установка и способ для получения расплавов железа
CN211367630U (zh) 炼钢设备
WO2018110171A1 (ja) 電気炉
RU2710088C1 (ru) Способ получения стали и портландцемента и технологические камеры для реализации способа
PL198159B1 (pl) Termiczny sposób wytwarzania metalu z tlenku metalu oraz urządzenie do termicznego wytwarzania metalu z tlenku metalu
WO2020139147A1 (ru) Рол-камера для реализации термохимических процессов
US6214085B1 (en) Method for direct steelmaking
RU2674048C2 (ru) Способ совместного получения стали и портландцемента и технологическая камера для реализации способа
US4891822A (en) Inductor apparatus for metal treatment
JP5471151B2 (ja) 転炉製鋼方法
KR0161961B1 (ko) 다용도 제강 용기 및 이를 이용한 제강 방법
US5336296A (en) Method of obtaining steel in a liquid bath and the device to carry it out
RU2768304C1 (ru) Способ производства ферросплавов и портландцемента
JP5272378B2 (ja) 溶銑の脱燐処理方法
RU2534682C1 (ru) Способ получения плавленых минеральных компонентов для шлакопортландцемента ( варианты)
US4147334A (en) Method and apparatus of producing iron
US4867787A (en) Mill arrangement with temporary storage vessel and a process of operating the same
JP2002241820A (ja) ロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19905862

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19905862

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1