RU2006101164A - Процесс и устройство для прямого производства стали из железосодержащих материалов - Google Patents

Claims (25)

1. Процесс прямого непрерывного производства стали из железосодержащих материалов, находящихся в виде слоя жидкого рафинируемого металла и слоя жидкого шлака, содержащего перерабатываемые окислы железа и примеси, включающий следующие стадии:

образование единого реакционного пространства указанным слоем рафинируемого металла, расположенным под слоем жидкого шлака, содержащим перерабатываемые железосодержащие материалы и капли восстановленного металла, чтобы обозначить между указанными слоями промежуточный эмульсионный слой "шлак - металлический расплав - газ",

непрерывная подача в реакционное пространство железосодержащих материалов, включая легирующие и разжижающие добавки, кислородосодержащее дутье и подачу твердого углеродистого топлива,

а также непрерывное удаление жидкого металла, шлака и отходящих газов из реакционного пространства,

подача потока кислорода и/или кислородсодержащего газа или инертного газа и/или их смеси в промежуточный эмульсионный слой и рафинировочный слой,

создание в промежуточном эмульсионном слое условий для турбулентно-диффузионного переноса оксидов железа и капель восстановленного металла, содержащихся в шлаковом слое, в промежуточный эмульсионный слой и рафинировочный слой, с обеспечением при этом взаимодействия кислорода, выделяющегося при распаде окислов железа, и подаваемого извне потока кислорода и/или кислородсодержащего газа и/или их смеси, с углеродом восстановленного железа и обеспечением одновременного протекания процесса рафинирования в промежуточном эмульсионном и рафинировочном слоях,

интенсификация переноса капель восстановленного металла и оксидов железа из шлакового слоя и интенсификация протекания процесса рафинирования выделяющейся в процессе рафинирования окисью углерода с приведением к вскипанию (барботированию) рафинирумого металла, действующего совместно с промежуточным эмульсионным слоем как единая динамическая система с положительной обратной, имеющая по крайней мере две отделенные друг от друга области притяжения к состояниям равновесия - в одной к состоянию "производство чугуна", в другой к состоянию "производство стали",

обеспечение заранее заданного содержания растворенного углерода, кислорода и примесей в указанном рафинируемом слое и, соответственно в производимой стали, - в желаемом операционном режиме динамической системы в области равновесии "производство стали",

реализуемым при пуске путем формирования импульсного или непрерывного управления подачей загружаемого твердого углеродистого топлива, и/или подачей кислорода и/или кислородосодержащего газа и/или инертного газа и/или их смеси,

а также управления потоком перерабатываемой шихты,

обеспечение стабилизации технологического режима в условиях нормальной непрерывной эксплуатации подачей, в основном, указанных выше управляющих компонентов, необходимых для осуществления процесса производства стали в соответствии с заданным регламентом по температуре процесса, содержанию углерода, кислорода и примесей в производимой стали, содержанию окислов железа и углерода в шлаке и др.

2. Процесс по п.1, при котором слои указанного жидкого рафинируемого металла и шлака образованы безкок-совым восстановлением железа и некоторых примесей из перерабатываемых железосодержащих материалов, выбранных из группы, включающей в себя в частности измельченные железосодержащие руды, железорудные концентраты, железосодержащие отходы, железосодержащий лом и т.д.

3. Процесс по п.1, где указанное рафинирование включает обезуглероживание жидкого металла и удаление определенных примесей.

4. Процесс по п.2, при котором безкоксовое восстановление реализуется в указанном едином реакционном пространстве.

5. Процесс по п.1, при котором указанный слой рафинируемого металла имеет желаемое содержание углерода и примесей.

6. Процесс по п.1, при котором желаемое содержание углерода в производимом металле в пределах ~0,2-2,0% обеспечивается реализацией одного из имеющихся равновесии динамической системы рафинирования железоуглеродистого продукта.

7. Процесс по п.1, при котором для интенсификации процесса рафинирования возбуждаются колебания в рафинируемом слое металла, например с помощью импульсных прерываний подачи твердого топлива с продолжительностью импульсов (0,01-0,5) ч и амплитудой (0,1-0,7)·Fpy, где Fpy - поток подаваемого топлива.

8. Процесс по п.1, при котором заданное содержание кислорода в рафинируемом металле обеспечивается поступающим кислородом от распада окислов железа, а в случае нехватки, - дополнительным дутьем по схемам верхней и/или комбинированной продувки через боковые и/или донные и/или вертикальные фурмы.

9. Процесс по п.8, при котором подаваемое дополнительное дутье может содержать до 99,5% кислорода.

10. Процесс по п.8, при котором момент достижения желаемого операционного режима определяется по содержанию углерода и примесей в стали, после чего подача кислорода дополнительными фурмами осуществляется в соответствии с операционным режимом стационарного управления.

11. Процесс по п.9, при котором в случае устойчивого поддержания заданного операционного режима рассматривается возможность уменьшения или полного прекращения подачи кислорода дополнительными фурмами.

12. Процесс по п.10, при котором при прекращении подачи кислорода дополнительными фурмами осуществляется переход этих фурм на подачу инертного газа для поддержания достигнутого операционного режима.

13. Процесс по п.12, при котором обеспечивается в инертном газе содержание кислорода до 75%.

14. Процесс по п.1, при котором указанный слой рафинируемого металла имеет содержание кислорода в желаемом диапазоне 0,005-1,0%.

15. Процесс по п.1, при котором указанный быстрый перенос оксидов железа и капель восстановленного металла из шлакового слоя в промежуточный эмульсионный слой "шлак рафинируемый металл - газ" и из этого слоя в слой рафинируемого металла обеспечивается кислородсодержащим дутьем и реакционными газами, поступающими из рафинировочного слоя посредством барботажа шлакового слоя, турбулентной диффузией и изменениями межфазной поверхности промежуточного эмульсионного слоя, кипением (барбатажем) рафинируемого расплава и, в случае необходимости, также подачей дополнительными боковыми, донными или вертикальными фурмами кислородсодержащего дутья и/или смеси кислорода и инертного газа и/или инертного газа.

16. Процесс по п.1, при котором осуществляется стадия управления желаемым содержанием углерода, кислорода и примесей в производимой стали, содержанием окислов железа и углерода в шлаке, достигающем промежуточного эмульсионного слоя "шлак - рафинируемый металл - газ", а также температурой процесса.

17. Процесс по п.16, при котором указанное желаемое содержание окислов железа в шлаке обеспечивается в пределах 0,1-15%.

18. Процесс по п.16, при котором указанное управление включает дискретно-непрерывное определение содержания кислорода, углерода и примесей в металле, углерода и окислов железа в шлаке на выходе из реактора, содержания СО и CO₂ и др. в отходящих из печи газах и др.

19. Процесс по п.16, при котором указанное управление включает регулирование состава и количества подаваемого железосодержащего продукта, углеродистого топлива и остальных входных потоков, при этом твердое углеродистое топливо подается целиком в барботирующий шлаковый слой сверху.

20. Процесс по п.16, при котором указанное управление включает регулирование состава и количества подаваемого железоуглеродистого продукта, углеродистого топлива и остальных входных потоков, при этом мелкие фракции углеродистого топлива отсеиваются от основного потока твердого углеродистого топлива и подаются через специальные фурмы в потоке инертного газа.

21. Процесс по п.1, при котором в случае необходимости для достижения требуемого содержания углерода и примесей в производимой стали реакционное подпространство рафинировочного слоя разделяется по меньшей мере на две зоны, действующие последовательно по отношению к проведению отдельных операционных стадий рафинирования производимой стали.

22. Процесс по п.18, при котором в случае необходимости последние операционные стадии рафинирования производимой стали осуществляются за пределами основного реакционного пространства, но с подачей из последнего промежуточного рафинируемого железоуглеродистого продукта (чугуна).

23. Устройство для прямого непрерывного одностадийного производства стали из железосодержащих материалов, имеющее

входные отверстия для непрерывной подачи всех заранее определенных входных продуктов,

емкость для одностадийного рафинирования поступающего железоуглеродистого продукта,

по меньшей мере одну фурму, соединенную с желаемой областью внутри устройства для подачи кислорода и/или кислородсодержащего газа и/или инертного газа с обеспечением реализации режимов с верхней или комбинированной продувкой, с обеспечением определенного заранее заданного содержания углерода, кислорода и примесей в рафинируемом слое металла, связанным с заданным рабочим режимом,

панели из тепловых труб с высокотемпературным заполнителем для облицовки стен, пода и перегородки реакционных емкостей, выполненных из огнеупорной кладки, защищаемой указанными панелями от сильного износа в связи с практически непрерывным кипением (барботированием) металла в условиях нормальной эксплуатации,

выходные отверстия для непрерывного удаления жидкого шлака и металла из реакционного пространства и подачи металла в случае необходимости на внепечную обработку и доводку под заданный регламент.

24. Устройство для прямого непрерывного многостадийного производства стали, включающее

блоки и узлы устройства для одностадийного рафинирования характеризующееся тем, что

реакционное пространство для процесса рафинирования с обеспечением осуществления верхней и комбинированной продувки, образовано по меньшей мере двумя емкостями, позволяющими проведение процесса по меньшей мере в две стадии в пределах этого пространства,

использование для рафинирования более одной емкости в пределах реакционного пространства обеспечивает возможность установки по меньшей мере одной вертикальной передвижной фурмы для подачи кислорода и/или кислородосодержащего газа, начиная со второй по длине емкости,

дополнительные форсунки на торцевой стене печи у выхода металла установлены на уровне шлака с обеспечением хотя бы частичного противотока "шлак - металл",

сифонные устройства, соединенные с основным пространством печи через выходные отверстия для непрерывного выведения производимой стали и шлака,

патрубок для объединения отходящих газов второй стадии с отходящими газами первой стадии процесса,

подача стали в случае необходимости на внепечную обработку и доводку под заданный регламент.

25. Устройство для прямого непрерывного многостадийного производства стали, включающее

блоки и узлы для одностадийного рафинирования с верхней или комбинированной продувкой,

внешний рафинировочный блок, имеющий

реакционное пространство с емкостью по меньшей для одной с стадии рафинирования;

отверстие для непрерывного поступления на рафинирование металла из устройства для одностадийного рафинирования и/или промежуточной обогреваемой емкости,

отверстие для загрузки скрапа и других шлакообразующих,

по меньшей мере одну вертикальную фурму для подачи кислорода и/или кислородосодержащего газа,

емкость для разделения шлако-металлической эмульсии,

сифонные устройства, соединенные с основным пространством печи через выходные отверстия для непрерывного выведения произведенной стали и шлака,

патрубок для отвода отходящих газов и объединения их с отходящими газами первой стадии процесса,

желоб для подачи стали в случае необходимости на внепечную обработку и доводку под заданный регламент.