RU2367687C2 - Method of iron receiving by means of direct reduction in furnace and in furnace and device for insufflation of natural gas into plasma jet - Google Patents
Method of iron receiving by means of direct reduction in furnace and in furnace and device for insufflation of natural gas into plasma jet Download PDFInfo
- Publication number
- RU2367687C2 RU2367687C2 RU2007137364/02A RU2007137364A RU2367687C2 RU 2367687 C2 RU2367687 C2 RU 2367687C2 RU 2007137364/02 A RU2007137364/02 A RU 2007137364/02A RU 2007137364 A RU2007137364 A RU 2007137364A RU 2367687 C2 RU2367687 C2 RU 2367687C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- natural gas
- plasma
- furnace
- plasma jet
- melting
- Prior art date
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 114
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 title claims abstract description 57
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 38
- 230000009467 reduction Effects 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 19
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 28
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 15
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 25
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 4
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 15
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 abstract description 13
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 abstract description 5
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 abstract description 5
- 238000007664 blowing Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 abstract description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 abstract 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 23
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 13
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 10
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 9
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102220579497 Macrophage scavenger receptor types I and II_F23C_mutation Human genes 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 239000012084 conversion product Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
- Y02P10/143—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions of methane [CH4]
Landscapes
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Взаимосвязанная группа изобретений относится к черной металлургии, а именно к способу получения расплавленного металлического материала при использовании аппарата для вдувания углеводородсодержащего газа в плазменную струю при прямом восстановлении в плазменной плавильной печи.An interrelated group of inventions relates to ferrous metallurgy, and in particular to a method for producing molten metal material using an apparatus for injecting a hydrocarbon-containing gas into a plasma jet during direct reduction in a plasma melting furnace.
Процессы прямого получения жидкого металла непосредственно из железорудных материалов, как достигшие промышленных масштабов, так и находящиеся в стадии лабораторных и полупромышленных испытаний, очень многообразны по типу агрегатов, используемых восстановителей и получаемых продуктов.The processes of direct production of liquid metal directly from iron ore materials, both on an industrial scale and in the stage of laboratory and semi-industrial testing, are very diverse in the type of aggregates used, reducing agents and the resulting products.
Все предложенные технологические схемы прямого получения жидкого металла можно разделить на две группы: многоступенчатые процессы, которые предусматривают две и более стадий на пути переработки железорудных материалов в жидкий металл, и одностадийные - процессы, осуществляемые в одном агрегате.All the proposed technological schemes for the direct production of liquid metal can be divided into two groups: multistage processes that involve two or more stages on the way of processing iron ore materials into liquid metal, and single-stage processes that are carried out in one unit.
Разделение во времени и пространстве стадий восстановления и плавления железорудных материалов, осуществляемых при различных температурах, является основным преимуществом многоступенчатых процессов. Этот процесс позволяет также повысить эффективность использования тепловой и химической энергии газов, отходящих из агрегатов последующих ступеней.The separation in time and space of the stages of reduction and melting of iron ore materials carried out at different temperatures is the main advantage of multi-stage processes. This process also allows you to increase the efficiency of the use of thermal and chemical energy of gases leaving the units of subsequent stages.
Недостатком многоступенчатых процессов является взаимозависимость работы отдельных агрегатов. Это исключает возможность существенного повышения скорости восстановления и, следовательно, производительности многоступенчатого процесса в целом (Юсфин Ю.С., Гиммельфарб А.А., Пашков Н.Ф. Новые процессы получения металла (металлургия железа): Учебник для вузов. - М.: Металлургия, 1994, с.272-274).The disadvantage of multi-stage processes is the interdependence of the operation of individual units. This excludes the possibility of a significant increase in the recovery rate and, consequently, the productivity of the multi-stage process as a whole (Yusfin Yu.S., Gimmelfarb A.A., Pashkov NF New metal production processes (iron metallurgy): Textbook for high schools. - M. : Metallurgy, 1994, p. 272-274).
Характерные для многоступенчатых способов недостатки можно устранить организацией высокотемпературного процесса прямого получения жидкого металла в одну стадию.The disadvantages characteristic of multistage methods can be eliminated by organizing a high-temperature process for the direct production of liquid metal in one stage.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип) принят способ получения железа прямым восстановлением, включающий загрузку в окислительную зону печи исходного сырья, содержащего железооксидный материал и углеродсодержащий материал, согласно изобретению в окислительную зону печи подают окислитель и топливо через окислительные горелки и сжигают их для нагрева исходного сырья. При этом в качестве окислителя используют газ с концентрацией кислорода, по крайней мере, 25 мол.%. Нагретое исходное сырье подают из окислительной зоны в восстановительную зону печи. В восстановительную зону печи подают окислитель и топливо через восстановительные горелки и сжигают их с получением продуктов реакции сгорания, включающих монооксид углерода, и получают железо прямым восстановлением за счет реагирования железоокисного материала с углеродсодержащим материалом и монооксидом углерода. При этом в качестве окислителя используют газ с концентрацией кислорода, по крайней мере, 25 мол.%. Окислитель подают в печь из каждой горелки двумя потоками, один из которых представляет собой основной более высокоскоростной поток окислителя, а второй - дополнительный поток окислителя, имеющий более низкую скорость, чем скорость основного потока (патент России №2220209, кл. C21B 13/08, C22B 5/10, опубл. 2003.12.27).The closest in technical essence and the achieved result (prototype) method of direct reduction of iron is adopted, which includes loading into the oxidation zone of the furnace a feedstock containing iron oxide material and a carbon-containing material, according to the invention, an oxidizer and fuel are fed into the oxidation zone of the furnace through oxidizing burners and burned for heating the feedstock. In this case, a gas with an oxygen concentration of at least 25 mol% is used as an oxidizing agent. The heated feedstock is supplied from the oxidation zone to the reduction zone of the furnace. Oxidant and fuel are fed into the reduction zone of the furnace through reduction burners and burned to produce products of the combustion reaction, including carbon monoxide, and iron is obtained by direct reduction by reacting the iron oxide material with carbon-containing material and carbon monoxide. In this case, a gas with an oxygen concentration of at least 25 mol% is used as an oxidizing agent. The oxidizing agent is fed into the furnace from each burner in two streams, one of which is the main higher-speed oxidizing stream, and the second is an additional oxidizing stream having a lower speed than the main stream (Russian patent No. 2220209,
Повышение производительности печей и улучшение качества получаемого железа зависит полностью от скорости протекания тепло- и массообменных процессов. При горении топлива достигается низкая плотность теплового потока в исходный материал, что не обеспечивает в полной мере необходимой скорости плавления вследствие низкой температуры нагрева, требуется большой промежуток времени для плавления и получения металла.Increasing the productivity of furnaces and improving the quality of the obtained iron depends entirely on the rate of heat and mass transfer processes. When burning fuel, a low heat flux density into the starting material is achieved, which does not fully provide the necessary melting rate due to the low heating temperature; a large period of time is required for melting and metal production.
Известна горелка с кислородной струей, включающая средства для подачи основного окислителя для инжекции в зону горения, соединенное трубопроводом с источником окислителя, и состоит из центральной кислородподающей трубы и сопла на конце инжектора подающей трубы, сопло имеет как минимум одно отверстие для прохождения окислителя от подающей трубы в зону горения; кольцевого отверстия вокруг сопла для обеспечения подачи второстепенного окислителя в зону горения в непосредственной близости к инжекции основного окислителя, так что второстепенный окислитель увлекается в основной окислитель сразу же после инжекции основного окислителя в зону горения и средств для подачи газообразного топлива в зону горения в непосредственной близости со средствами подачи второстепенного окислителя так, что газообразное топливо и второстепенный окислитель образует границу раздела в зоне горения до контакта газообразного топлива и основного окислителя, при этом газообразное топливо, такое как природный газ, водород, коксовый печной газ, пропан, подаются в зону горения через проход, который соосен с внешней поверхностью кольцеобразного канала окислителя (патент США №4907961, кл. F23C 5/00, заявл. 05.05.1988, дата выдачи 13.03.1990).Known burner with an oxygen stream, including means for supplying the main oxidizing agent for injection into the combustion zone, connected by a pipe to the source of the oxidizing agent, and consists of a central oxygen supply pipe and a nozzle at the end of the injector of the supply pipe, the nozzle has at least one opening for the passage of oxidizer from the supply pipe to the combustion zone; an annular hole around the nozzle to provide a secondary oxidizer to the combustion zone in close proximity to the injection of the main oxidizer, so that the secondary oxidizer is entrained in the main oxidizer immediately after the main oxidizer is injected into the combustion zone and means for supplying gaseous fuel to the combustion zone in close proximity to by means of supplying a secondary oxidizing agent such that the gaseous fuel and the secondary oxidizing agent form an interface in the combustion zone before gas contact shaped fuel and the main oxidizing agent, while gaseous fuel, such as natural gas, hydrogen, coke oven gas, propane, are fed into the combustion zone through a passage that is coaxial with the outer surface of the annular channel of the oxidizing agent (US patent No. 4907961,
Однако конструкция горелки приведет к снижению технологических и экономических показателей плавки, так как такой ввод топлива деформирует слои дутьевого потока, слабо смешиваясь с ними из-за неравномерного распределения газовых струй в поперечном сечении дутья, их низкой пробивной способностью, а отсутствие развитого прямолинейного участка смешения приводит к формированию нестабилизированного потока.However, the design of the burner will lead to a decrease in the technological and economic indicators of smelting, since such a fuel injection deforms the layers of the blast stream, mixing slightly with them due to the uneven distribution of gas jets in the cross section of the blast, their low breakdown ability, and the absence of a developed rectilinear mixing section leads to the formation of an unstabilized flow.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату (прототип) принята горелка, прикрепленная к полости огнеупорной стены, являющая частью печной стены. Средство подачи окислителя имеет внешнюю трубу, содержащую съемное сопло, которое меньше чем внешняя труба, в котором выполнен кольцеобразный проход. Топливо, например природный газ, подается через внешний проход, между средством подачи окислителя и наружной топливной трубой. Торец узла средства подачи окислителя, со стороны стенки печи, расположен с зазором относительно плоскости установки модульной пластины, с помощью которой горелка прикреплена к полости огнеупорной стены (патент США №5100313, кл. F23R 3/2, заявл. 05.02.1991, дата выдачи 31.03.1992).The closest in technical essence and the achieved result (prototype) adopted a burner attached to the cavity of the refractory wall, which is part of the furnace wall. The oxidizing agent supply means has an outer pipe containing a removable nozzle, which is smaller than the outer pipe, in which an annular passage is made. Fuel, for example natural gas, is supplied through an external passage, between the oxidizer supply means and the external fuel pipe. The end face of the oxidizer feed assembly, on the side of the furnace wall, is positioned with a gap relative to the installation plane of the modular plate with which the burner is attached to the cavity of the refractory wall (US Pat. No. 5,100,313,
Однако данная конструкция горелки в процессе работы не позволяет получать жидкое металлическое железо более дешевым путем, так как тепловая энергия расходуется непроизводительно, вследствие чего тепловой баланс, а также экономичность процесса неудовлетворительны.However, this design of the burner during operation does not allow the production of liquid metal iron in a cheaper way, since the heat energy is consumed unproductively, as a result of which the heat balance and the efficiency of the process are unsatisfactory.
В основу первого из группы изобретений поставлена задача усовершенствования способа получения железа прямым восстановлением путем ведения процесса плавления высокотемпературной окислительной плазменной струей, а процесс восстановления пироуглеродсодержащей плазменной струей с температурой, близкой к температуре плавления материалов шихты, и за счет этого сокращается время плавления, энергозатраты и интенсифицируются процессы восстановления в жидкой фазе.The basis of the first of the group of inventions is the task of improving the method for producing iron by direct reduction by conducting a melting process with a high-temperature oxidizing plasma jet, and the process of reducing a pyrocarbon-containing plasma jet with a temperature close to the melting temperature of the charge materials, and this reduces the melting time, energy consumption and intensifies recovery processes in the liquid phase.
В основу второго из группы изобретений поставлена задача усовершенствования устройства для вдувания углеводородов в плазменную струю, в котором путем модификации конструкции узла ввода природного газа обеспечить разделение во времени процессы плавления и восстановления шихтовых материалов и за счет этого сократить время плавления и энергозатраты.The second of the group of inventions is based on the task of improving a device for injecting hydrocarbons into a plasma jet, in which by modifying the design of the natural gas input unit, the processes of melting and reduction of charge materials are separated in time and thereby reduce melting time and energy consumption.
Первая поставленная задача решается тем, что в способе получения железа прямым восстановлением в печи, включающем загрузку в печь исходного сырья, содержащего железооксидный материал, кислорода и природного газа, расплавление и восстановление с получением железа за счет нагрева и реагирования железооксидного материала с углеродсодержащим материалом и монооксидом углерода, в котором расплавление осуществляют окислительной плазменной струей, получаемой из плазмообразующего газа с массовым соотношением расхода кислорода к расходу природного газа 1,5-2,5 при минимальном рабочем расходе плазмообразующего газа через плазмотрон, а после полного расплавления исходного материала дополнительно подают природный газ в плазменную струю за срезом сопла плазмотрона, осуществляют в струе плазмы конверсию природного газа на водород и пироуглерод и вдувают их в расплав исходных материалов, при этом расход дополнительно подаваемого природного газа выбирают из условия поддержания температуры струи с пироуглеродом на 250-350°С выше температуры плавления материалов шихты, а перед сливом готового металла и в процессе слива прекращают подачу природного газа на плазменную струю, а состав плазмообразующего газа, проходящего через плазмотрон, устанавливают с массовым соотношением расхода кислорода к расходу природного газа 0,8-1.The first task is solved in that in the method for producing iron by direct reduction in a furnace, which includes loading into a furnace a feedstock containing iron oxide material, oxygen and natural gas, melting and reduction to produce iron by heating and reacting the iron oxide material with a carbon-containing material and monoxide carbon, in which the fusion is carried out by an oxidizing plasma jet obtained from a plasma-forming gas with a mass ratio of oxygen to oxygen consumption native gas 1.5-2.5 with a minimum working flow rate of the plasma-forming gas through the plasma torch, and after the source material is completely melted, natural gas is additionally fed into the plasma jet behind the nozzle of the plasma torch, the natural gas is converted to hydrogen and pyrocarbon in the plasma jet and blown into the melt of the starting materials, while the flow rate of the additionally supplied natural gas is selected from the condition of maintaining the temperature of the jet with pyrocarbon 250-350 ° C higher than the melting temperature of the charge materials, and before draining m and finished metal during discharge stop flow of natural gas to the plasma jet, and the composition of plasma gas passing through the plasma torch, mounted with the mass flow ratio of oxygen to natural gas flow rate of 0.8-1.
Приведенные признаки обеспечивают высокую степень восстановления металла из расплава за счет повышения количества восстановительного газа только на стадии окончательного восстановления.The above characteristics provide a high degree of reduction of the metal from the melt by increasing the amount of reducing gas only at the stage of final reduction.
Изобретение позволяет снабжать только стадию восстановления теоретически минимальным, однако достаточным для полного восстановления металла количеством восстановительного газа и уменьшать до минимума расход природного газа.The invention allows to provide only the reduction stage with a theoretically minimal, but sufficient for a complete metal reduction amount of reducing gas and to minimize the consumption of natural gas.
При плазменном нагреве и плавлении шихты струей со стехиометрическим соотношением кислорода и природного газа плотность теплового потока на порядок выше, чем горение, и поэтому обеспечивается большая скорость плавления шихты с минимальными энергозатратами.During plasma heating and melting of the charge with a jet with a stoichiometric ratio of oxygen to natural gas, the heat flux density is an order of magnitude higher than combustion, and therefore a high melting rate of the charge is ensured with minimal energy consumption.
Способ позволяет упростить технологию, связанную с процессом плавки, увеличить скорость плавления и, следовательно, производительность процесса прямого получения жидкого металла.The method allows to simplify the technology associated with the melting process, to increase the melting rate and, consequently, the productivity of the process of direct production of liquid metal.
Вторая поставленная задача решается тем, что устройство для вдувания природного газа в плазменную струю печи для получения железа прямым восстановлением, содержащее корпус с патрубками подвода природного газа и плазмотрон косвенного действия, анодное сопло которого коаксиально расположено относительно цилиндрической гильзы, жестко закрепленной в корпусе с образованием между наружной и внутренней поверхностями соответственно цилиндрической гильзы и корпуса кольцевой камеры с патрубками ввода и вывода хладагента, причем корпус с одной стороны связан зажимами с плазмотроном, а с другой - с кессоном, расположенным в проеме стенки печи под углом к поду, и установлен с зазором относительно торцевой плоскости плазмотрона с образованием полости, связанной с патрубком подвода природного газа и сообщенной с внутренней полостью гильзы. Патрубок подвода природного газа снабжен обратным клапаном. Корпус с гильзой в плоскости закрепления зажимов снабжен уплотнительными элементами, причем гильза выполнена из меди с внутренним начальным участком в форме усеченного конуса.The second task is solved in that a device for injecting natural gas into the plasma jet of a direct reduction iron furnace, comprising a housing with natural gas supply pipes and an indirect plasma torch, the anode nozzle of which is coaxially located relative to a cylindrical sleeve rigidly fixed in the housing with the formation between the outer and inner surfaces of the cylindrical sleeve and the housing of the annular chamber, respectively, with refrigerant inlet and outlet pipes, the housing with one Second side terminals connected to the plasmatron, and on the other - a caisson, disposed in the opening of the furnace wall at an angle to the hearth, and is mounted with clearance relative to the end plane of the plasma torch to form a cavity connected with the nozzle for supplying natural gas and communicating with the interior of the sleeve. The natural gas supply pipe is equipped with a check valve. The case with a sleeve in the plane of clamping is equipped with sealing elements, and the sleeve is made of copper with an internal initial section in the form of a truncated cone.
В соответствии с технологией прямого получения жидкого металла из рудного сырья разработана конструкция устройства для вдувания природного газа в плазменную печь с использованием плазмотрона косвенного действия.In accordance with the technology for the direct production of liquid metal from ore raw materials, a device was developed for injecting natural gas into a plasma furnace using an indirectly acting plasma torch.
Конструкция является оптимальной и обеспечивает необходимую степень термохимической подготовки газовой смеси, кроме того, плазменная система надежная, проста в эксплуатации, обладает малой инерционностью.The design is optimal and provides the necessary degree of thermochemical preparation of the gas mixture, in addition, the plasma system is reliable, easy to operate, has a low inertia.
Сущность изобретения поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where
на фиг.1 показан общий вид плазменной печи с устройством для вдувания природного газа для реализации способа получения железа прямым восстановлением;figure 1 shows a General view of a plasma furnace with a device for injecting natural gas to implement a method of producing iron by direct reduction;
на фиг.2 - общий вид устройства, установленного в кессоне;figure 2 is a General view of the device installed in the box;
на фиг.3 - узел установки в продольном разрезе;figure 3 - installation site in longitudinal section;
на фиг.4 - график, изображающий зависимость максимального расхода природного газа, подаваемого в устройство (GMAX П.Г) от электрической мощности (WПЛ) плазмотрона и расхода плазмообразующего газа (GПЛ).figure 4 is a graph depicting the dependence of the maximum flow rate of natural gas supplied to the device (G MAX P. G) from the electric power (W PL ) of the plasma torch and the flow rate of plasma-forming gas (G PL ).
Заявленный способ реализуют следующим образом.The claimed method is implemented as follows.
Способ прямого получения жидкого металла из рудного сырья реализован в плазменной плавильной печи.A method for the direct production of liquid metal from ore materials is implemented in a plasma melting furnace.
После разогрева печи до температуры 800-900°С в нее загружают исходный материал - окатыши. В боковых стенках печи под углом к поду устанавливают устройства для вдувания природного газа в плазменную струю, каждое из которых представляет собой плазмотрон косвенного действия, анодное сопло которого жестко связано с водоохлаждаемым корпусом с цилиндрической гильзой, для транспортирования через нее природного газа в плазменную струю, истекающую из плазмотрона.After heating the furnace to a temperature of 800-900 ° C, the source material is loaded into it - pellets. Devices for injecting natural gas into a plasma jet are installed at the side walls of the furnace at an angle to the hearth, each of which is an indirect-acting plasma torch, the anode nozzle of which is rigidly connected to a water-cooled casing with a cylindrical sleeve for transporting natural gas through it into a plasma jet that flows out from the plasma torch.
Включают плазмотроны в устройствах для вдувания. На первой стадии плавки плазмообразующий газ состоит из природного газа и окислителя (воздуха). Соотношение природного газа и окислителя подбирается таким, чтобы массовое соотношение расхода кислорода в воздухе к расходу природного газа составило 1,5÷2,5. Суммарный расход плазмообразующего газа выбирают минимальным при условии сохранения стабильной работы плазмотронов данной конструкции. По мере расплавления производят дозагрузку шихтовых материалов. По окончании цикла дозагрузки по температуре расплава определяют полное расплавление шихтовых материалов. После этого в устройство для вдувания подают природный газ. Расход природного газа выбирают из условия поддержания температуры струи с пироуглеродом на 250-350°С выше температуры плавления шихтовых материалов с учетом заданного объема расплава и мощности плазмотронов. Работу устройства для вдувания природного газа в плазменную струю продолжают до полного восстановления металла в расплаве.They include plasmatrons in blowing devices. At the first stage of melting, the plasma-forming gas consists of natural gas and an oxidizing agent (air). The ratio of natural gas and oxidizing agent is selected so that the mass ratio of oxygen consumption in air to natural gas consumption is 1.5 ÷ 2.5. The total consumption of plasma-forming gas is chosen to be minimal, provided that the stable operation of the plasmatrons of this design is maintained. In process of melting, charge materials are re-loaded. At the end of the reloading cycle, the complete melting of the charge materials is determined by the melt temperature. After that, natural gas is supplied to the blowing device. The consumption of natural gas is selected from the condition of maintaining the temperature of the jet with pyrocarbon at 250-350 ° C higher than the melting temperature of the charge materials, taking into account the given volume of the melt and the power of the plasma torches. The operation of the device for injecting natural gas into a plasma jet is continued until the metal is completely reduced in the melt.
Перед сливом металла прекращают подачу природного газа в устройство для вдувания, а состав плазмообразующего газа изменяют так, чтобы массовое соотношение расхода кислорода в окислителях к расходу природного газа составило 0,8-1. Производят слив металла и шлака. Выключают плазмотроны.Before draining the metal, the supply of natural gas to the blowing device is stopped, and the composition of the plasma-forming gas is changed so that the mass ratio of oxygen consumption in oxidizing agents to the consumption of natural gas is 0.8-1. Metal and slag are drained. Turn off the plasma torches.
Способ получения железа прямым восстановлением был реализован на плазменной плавильной печи объемом 3,5 т исходных окатышей. Печь оснащена четырьмя плазмотронами косвенного действия, мощностью каждый 0,5 мВт, установленными в устройствах для вдувания природного газа в плазменную струю, выполненных в соответствии с предложенной формулой изобретения. Каждое устройство закреплено в кессоне и расположено в проеме стенки печи под углом к поду. Печь предварительно разогрели до температуры 900°С. Загрузили окатыши и включили плазмотроны. Плазмотроны проработали в режиме плавления 30 мин. Момент полного расплавления шихты определяли по показаниям термопар. Расплав перегревали до температуры 1900°С. Затем одновременно в четыре устройства для вдувания подавали природный газ с суммарным расходом 140 г/с в течение 20 мин. После истечения этого времени подачу природного газа в устройство прекращали, состав плазмообразующего газа, проходящего через плазмотрон, устанавливали с массовым соотношением расхода кислорода к расходу природного газа 0,8 и осуществляли слив металла через летку. Выход металла составил 1900 кг.The direct reduction method for producing iron was implemented on a plasma melting furnace with a volume of 3.5 tons of initial pellets. The furnace is equipped with four indirect-action plasma torches, each 0.5 mW in power, installed in devices for injecting natural gas into a plasma jet, made in accordance with the proposed claims. Each device is fixed in a caisson and located in the opening of the furnace wall at an angle to the hearth. The furnace was preheated to a temperature of 900 ° C. Pellets were loaded and plasmatrons were turned on. The plasmatrons worked in the melting mode for 30 min. The moment of complete melting of the charge was determined by the readings of thermocouples. The melt was overheated to a temperature of 1900 ° C. Then, simultaneously, natural gas was supplied to four injection devices with a total flow rate of 140 g / s for 20 minutes. After this time, the supply of natural gas to the device was stopped, the composition of the plasma-forming gas passing through the plasmatron was established with a mass ratio of oxygen to natural gas consumption of 0.8, and metal was drained through the tap hole. The metal yield amounted to 1900 kg.
Кроме того, были проведены испытания, во время которых плазмотроны работали на менее эрозионных режимах с пониженной электрической мощностью. Исходя из полученных данных, построена зависимость максимального расхода природного газа, подаваемого в устройство, Gмах П.Г от электрической мощности WПЛ плазмотрона и расхода плазмообразующего газа GПЛ, приведенная на фиг.4.In addition, tests were conducted during which the plasma torches operated in less erosive conditions with reduced electrical power. Based on the obtained data, the dependence of the maximum flow rate of natural gas supplied to the device, G max P.G. on the electric power W PL of the plasma torch and the flow rate of the plasma-forming gas G PL , is shown in Fig.4.
Устройство включает плазмотрон косвенного действия 1, анодное сопло 2 которого коаксиально расположено относительно медной цилиндрической гильзы 3, жестко закрепленной в корпусе 4 с образованием кольцевой камеры 5 между наружной и внутренней поверхностями соответственно цилиндрической гильзы и корпуса с патрубками 6 и 7 ввода и вывода хладагента. Корпус с одной стороны связан зажимами 8 с плазмотроном, а с другой - с кессоном 9, расположенным в проеме стенки печи 10 под углом к поду. Корпус установлен с зазором относительно торцевой плоскости плазмотрона с образованием полости 11, связанной с патрубком 12 подвода природного газа и сообщенной с внутренней полостью гильзы, внутренний начальный участок которой выполнен в форме усеченного конуса. Корпус с гильзой в плоскости установки зажимов снабжен уплотнительными элементами 13, а в патрубке 12 подвода природного газа установлен обратный клапан 14.The device includes a plasma torch of indirect action 1, the
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
В каждое устройство для вдувания углеводородов в плазменную струю через патрубок 6 подается хладагент, например вода в кольцевую камеру 5, образованную между наружной и внутренней поверхностями соответственно цилиндрической гильзы 3 и корпуса 4 и отводом воды через патрубок 7. На плазмотроны 1 подается напряжение и возбуждается дуга. Образующийся плазменный поток в каждом плазмотроне истекает через цилиндрическую гильзу 3 корпуса 4 во внутреннюю полость печи 10, предварительно загруженной шихтовыми материалами. Плазмотроны 1 работают в режиме плавления до полного расплавления шихты. После чего дополнительно во все устройства подается природный газ через патрубок 12 в полость 11, образованную торцевой плоскостью плазмотрона (анода 2) и корпусом 4. Природный газ из полости 11 попадает в плазменную струю за срезом плазмотрона, конвертируется, и продукты конверсии через цилиндрическую гильзу 3 вдуваются в расплав. С учетом мощности плазмотронов и суммарного расхода природного газа устанавливают продолжительность по времени подачи природного газа. После истечения этого времени подачу природного газа на плазменную струю прекращали, а состав плазмообразующего газа, проходящего через каждый плазмотрон, устанавливали с массовым соотношением расхода кислорода к расходу природного газа 0,8, после чего осуществляли слив металла.Refrigerant is supplied to each device for injecting hydrocarbons into the plasma stream through the nozzle 6, for example, water into the
Таким образом, предлагаемая взаимосвязанная группа изобретений позволяет значительно повысить скорость протекания реакций восстановления до значений, обеспечивающих высокую степень восстановления металла из расплава за счет повышения количества восстановительного газа только на стадии окончательного восстановления при плазменном нагреве исходного материала.Thus, the proposed interrelated group of inventions can significantly increase the rate of reduction reactions to values that provide a high degree of metal recovery from the melt by increasing the amount of reducing gas only at the stage of final reduction during plasma heating of the starting material.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA200704554 | 2007-04-24 | ||
| UAA200704554A UA81737C2 (en) | 2007-04-24 | 2007-04-24 | Method and furnace for iron production by direct reducing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007137364A RU2007137364A (en) | 2009-04-20 |
| RU2367687C2 true RU2367687C2 (en) | 2009-09-20 |
Family
ID=39312001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007137364/02A RU2367687C2 (en) | 2007-04-24 | 2007-10-08 | Method of iron receiving by means of direct reduction in furnace and in furnace and device for insufflation of natural gas into plasma jet |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2367687C2 (en) |
| UA (1) | UA81737C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4907961A (en) * | 1988-05-05 | 1990-03-13 | Union Carbide Corporation | Oxygen jet burner and combustion method |
| US5100313A (en) * | 1991-02-05 | 1992-03-31 | Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation | Coherent jet combustion |
| RU2220209C2 (en) * | 1997-06-16 | 2003-12-27 | Праксайр Текнолоджи, Инк. | Method of direct reduction of iron |
| RU60936U1 (en) * | 2006-10-11 | 2007-02-10 | Ооо "Твинн" | DEVICE FOR DIRECT METAL RECOVERY |
-
2007
- 2007-04-24 UA UAA200704554A patent/UA81737C2/en unknown
- 2007-10-08 RU RU2007137364/02A patent/RU2367687C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4907961A (en) * | 1988-05-05 | 1990-03-13 | Union Carbide Corporation | Oxygen jet burner and combustion method |
| US5100313A (en) * | 1991-02-05 | 1992-03-31 | Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation | Coherent jet combustion |
| RU2220209C2 (en) * | 1997-06-16 | 2003-12-27 | Праксайр Текнолоджи, Инк. | Method of direct reduction of iron |
| RU60936U1 (en) * | 2006-10-11 | 2007-02-10 | Ооо "Твинн" | DEVICE FOR DIRECT METAL RECOVERY |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| UA81737C2 (en) | 2008-01-25 |
| RU2007137364A (en) | 2009-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU588829B2 (en) | Method and apparatus for flame generation | |
| CN104073655B (en) | Tin smelting technique by continuous side blowing | |
| ITUD980194A1 (en) | INTEGRATED DEVICE FOR THE INJECTION OF OXYGEN AND TECHNOLOGICAL GASES AND FOR THE INSUFFLATION OF POWDER SOLID MATERIAL AND PROCEDURE FOR THE USE OF THE INTEGRATED DEVICE FOR THE METALLURGICAL TREATMENT OF METALLIC MELTING BATHS | |
| NZ504325A (en) | Rotary hearth furnace with roof burners for burning flammable gases produced from raw materials | |
| EP1435484A2 (en) | Burner-lance and combustion method for heating surfaces susceptible to oxidation or reduction | |
| RU2367687C2 (en) | Method of iron receiving by means of direct reduction in furnace and in furnace and device for insufflation of natural gas into plasma jet | |
| JPWO2022234762A5 (en) | ||
| CN100404652C (en) | Staged gasifier for coal and coke gasification | |
| CN105980800B (en) | Metallurgical furnace | |
| RU2627091C2 (en) | Managed injection of solid particles | |
| CN201548065U (en) | Multifunctional spray gun for electric furnace steelmaking | |
| CN201440036U (en) | Thermal phosphorus refining equipment | |
| RU2295574C2 (en) | Method of production of metal and plant for realization of this method | |
| WO2024185211A1 (en) | Molten-iron production method | |
| US20150176900A1 (en) | Hybrid oxy-coal burner for eaf steelmaking | |
| TW202419632A (en) | Iron ore reducing and melting apparatus | |
| RU2361927C1 (en) | Device for receiving of iron from steel made of ironoxide materials | |
| KR101429636B1 (en) | Apparatus for manufacturing molten irons and method for manufacturing the same | |
| CN111094597A (en) | Melting and refining furnace operation method and melting and refining furnace | |
| RU2237079C1 (en) | Hydrocarbon-containing feedstock gasifier | |
| RU2285047C1 (en) | Method of production of iron by direct reduction and device for realization of this method | |
| RU2833060C1 (en) | Method of direct reduction of iron (versions) | |
| RU203961U1 (en) | Small-sized reactor for producing carbon black by controlled pyrolysis of hydrocarbon gas | |
| RU2401867C2 (en) | Installation for production of metals and alloys by reduction smelting | |
| WO2024165238A1 (en) | A method for heating or refining a liquid material in a furnace |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101009 |