RU2611229C2 - Способ переработки металлургического сырья и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ переработки металлургического сырья и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2611229C2 RU2611229C2 RU2015141095A RU2015141095A RU2611229C2 RU 2611229 C2 RU2611229 C2 RU 2611229C2 RU 2015141095 A RU2015141095 A RU 2015141095A RU 2015141095 A RU2015141095 A RU 2015141095A RU 2611229 C2 RU2611229 C2 RU 2611229C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- burner
- tuyere
- air
- slag
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 239000002994 raw material Substances 0.000 title claims description 10
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 52
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 18
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 27
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 16
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 15
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 13
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 12
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 9
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 6
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 6
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 4
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 26
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 18
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000000047 product Substances 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 6
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 6
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 5
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 5
- 239000002529 flux (metallurgy) Substances 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 3
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 2
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 2
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 2
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 2
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001071864 Lethrinus laticaudis Species 0.000 description 1
- 102220521910 THAP domain-containing protein 1_S21C_mutation Human genes 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000012173 estrus Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical group 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000010310 metallurgical process Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
-
- 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
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для производства железа, цинка, меди, никеля, кобальта и других металлов. Способ включает приготовление исходной ванны шлакового расплава путем заполнения мобильной емкости шлаками, выпускаемыми из различных металлургических агрегатов. Затем осуществляют подачу в расплав шихты, состоящей из перерабатываемого сырья, твердого углеродсодержащего материала и флюсов, и продувку расплава воздухом и газообразным топливом. Устройство содержит емкость с расплавом, погружную камеру без дна, связанную с отсасывающим устройством и механизм передвижения. В купол камеры встроена многоканальная вертикальная двухъярусная фурма-горелка, по центральному каналу которой подают шихту, инжектируемую воздухом, а по периферийным - воздух и газообразное топливо непосредственно под уровень исходной ванны шлакового расплава. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности восстановительной плавки в жидкой шлаковой ванне при сокращении количества используемых агрегатов, уменьшениe капитальных и энергетических затрат, а также улучшениe экологических показателей. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к металлургии и относится к жидкофазным процессам переработки металлосодержащего оксидного природного сырья, а также техногенных отходов черной и цветной металлургии. Изобретение может быть использовано для производства железа, цинка, меди, никеля, кобальта и других металлов, а также их сплавов и композиций.
Известно, что во многих жидкофазных процессах в металлургии используют барботаж расплавов газами. Одним из способов жидкофазного барботажного восстановления с разделенными окислительной и восстановительной зонами является процесс COREX (Вегман Е.Ф., Роменец В.А. «Современное состояние и перспективы развития процессов жидкофазного восстановления железа», Сталь, 1993, №6, С. 10-13). Сущность способа заключается в следующем: в восстановительную шахтную печь загружают кусковую руду (или агломерат, или окатыши), которые, проходя навстречу потоку восстановительного газа, восстанавливаются до губчатого железа. Затем губчатое железо подается в плавильную газификационную камеру, где уже в объеме шлака, вспененного барботажом расплава кислородсодержащим дутьем, происходит окончательное восстановление железа из шлакового расплава, плавление металла и науглероживание до состава чугуна. Выпуск чугуна и шлака осуществляется через специальные летки так же, как и в доменной печи. Процесс COREX обладает рядом недостатков: использование только окускованных шихтовых материалов определенных фракций, низкая производительность, сложная конструкция тракта для подачи газа в восстановительную шахтную печь из-за ограничения температуры газа-восстановителя (не выше 850-900°С). Кроме того, для этого процесса характерен высокий расход угля вследствие того, что углерод угля в плавильной газификационной камере сжигается только до СО.
Известен способ жидкофазного восстановления железа ROMELT (Усачев А.Б. Разработка теоретических и технологических основ производства чугуна процессом жидкофазного восстановления РОМЕЛТ: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук: М., 2003, 357с.). Процесс осуществляют в агрегате, снабженном двумя рядами фурм, расположенных на разных уровнях по высоте для разделения окислительных и восстановительных зон. Восстановительную плавку по этому процессу проводят в жидкой шлаковой ванне, барботируемой кислородсодержащим дутьем с содержанием кислорода 50-90%. Дутье подают через нижние фурмы. Шлак движется в горизонтальной плоскости, одновременно перемешиваясь по высоте. Лишь примыкающий к жидкому металлу слой шлака оставляют спокойным. На поверхность барботируемой шлаковой ванны подают железосодержащие материалы, флюсы и энергетический уголь, который служит как источником тепла, так и восстановителем. Уголь захватывается шлаком и горит в его массе перед нижними фурмами до образования СО. Оксиды железа и других металлов восстанавливаются в шлаковой ванне твердым углеродом, содержащимся в угле. Образующиеся в барботируемом слое шлака капли железа, опускаясь вниз, науглероживаются в покоящемся слое шлака, коагулируют, образуя слой чугуна. Чугун и шлак через перетоки поступают в соответствующие копильники с последующим удалением. Данный способ обладает рядом недостатков. Для разделения восстановительной и окислительной зоны используется специализированный агрегат сложный и по конструкции, и в обслуживании. Компенсация затрат тепла на проведение эндотермических реакций восстановления осуществляется в большей части только за счет тепла от сжигания подаваемого топлива. Нагрев холодных шихтовых материалов, загружаемых в шлаковый расплав до температуры проведения реакций восстановления (1300-1400°С), осуществляется за счет физического тепла ванны шлакового расплава и требует постоянного поддержания перегрева расплава, что приводит к дополнительным расходам энергоносителей. Наличие водоохлаждаемых кессонов в конструкции агрегатов с большой поверхностью охлаждения, а также большой объем барботируемой ванны, из-за которого увеличивается расход кислородсодержащего дутья, приводит к неизбежным потерям тепла. Стоит отметить, что неравномерное распределение шихтовых и углеродсодержащих материалов в барботируемой ванне из-за ее большой протяженности в горизонтальном направлении и наличии всего одной течки для подачи шихты затрудняет контактирование реагентов и, как следствие, осложняет протекание процессов. Напряженный тепловой баланс требует высокую степень обогащения воздуха кислородом с доведением содержания кислорода в дутье до 50-90%. Большим недостатком является также неизбежный вынос пылевидных фракций шихты из окислительной зоны дожигания, что усложняет и удорожает газоотводящий тракт, так как требует оснащения его дорогими газоочистительными средствами.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявленному способу является «Способ переработки сырья, содержащего цветные металлы и железо» (Пат. РФ № 2194781, МПК С22В 23/02, 19/00, опубл. 20.12.2002). Способ предусматривает использование окисленного металлсодержащего природного сырья, техногенных отходов черной и цветной металлургии, в том числе содержащих примеси цветных металлов. Шихту, состоящую из исходного сырья, флюсов и углеродсодержащих материалов, загружают в окислительную плавильную зону двухзонной печи, где ее расплавляют в шлаковом расплаве, барботируемом кислородсодержащим дутьем. Затем осуществляют дожигание отходящих газов, а расплав через переток подают в восстановительную зону. В этой зоне происходит восстановление оксидов извлекаемых металлов углеродсодержащими материалами, загруженными в эту зону совместно с флюсующими добавками. После этого дожигают отходящие из ванны восстановления горючие газы, а продукты плавки - металл и шлак выпускают из восстановительной зоны печи раздельно. Основные недостатки способа сходны с вышеперечисленными недостатками процесса ROMELT. Кроме этого, потребность в двух изолированных друг от друга зонах (плавильной и зоны восстановления) усложняет конструкцию агрегата, в котором осуществляют процесс. Требуется наличие специального перетока между зонами, стойкость которого весьма ограничена.
Наиболее близким устройством к заявленному по совокупности существенных признаков является «Устройство для обработки металлургического расплава» (Пат. РФ № 2173715, МПК С21С 7/10, опубл. 20.09.2001, Бюл. 26 - прототип), содержащее ковш, в днище которого расположены фурмы, футерованную погружную камеру, выполненную в виде цилиндра без дна и связанную с вакуумным насосом, механизм передвижения погружной камеры. При этом в стенке погружной камеры выполнены продувочные устройства для подачи инертного газа на часть поверхности металла, находящегося внутри погружной камеры. Продувочные устройства расположены по периметру поперечного сечения погружной камеры на длине дуги, равной 0,1-0,75 длины данного периметра, а фурмы в днище ковша расположены таким образом, что их центр в проекции поперечного сечения расположен от футеровки погружной камеры со стороны продувочных устройств на расстоянии, равном 0,1-0,7 радиуса погружной камеры, и ось симметрии расположения фурм в днище ковша совпадает с осью симметрии расположения продувочных устройств, расположенных в стенках погружной камеры. Данное устройство предназначено для повышения эффективности вакуумирования стали. Одновременная продувка жидкого металла аргоном через симметрично расположенные фурмы в днище ковша и продувочные устройства в стенке погружной камеры позволяет интенсифицировать процесс дегазации стали. В то же время в конструкции прототипа не предусмотрено устройство для ввода вглубь расплава твердых и газообразных реагентов.
В предлагаемом изобретении ставится задача создания нового технологического процесса переработки металлургического сырья – природных металлсодержащих оксидных материалов, а также техногенных отходов черной и цветной металлургии.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности восстановительной плавки в жидкой шлаковой ванне при сокращении количества используемых агрегатов, уменьшении капитальных и энергетических затрат, а также улучшении экологических показателей.
Поставленная задача решается тем, что способ переработки металлургического сырья, включающий приготовление исходной ванны шлакового расплава, подачу в расплав шихты, состоящей из перерабатываемого сырья, твердого углеродсодержащего материала и флюсов, и продувку расплава воздухом и газообразным топливом, отличается тем, что:
- подачу в расплав шихты и продувку его воздухом и газообразным топливом осуществляют посредством двухъярусной многоканальной вертикальной фурмы-горелки с погруженным в расплав нижним ярусом, по центральному каналу которой подают шихту, инжектируемую воздухом, а по периферийным - воздух и газообразное топливо непосредственно под уровень исходной ванны шлакового расплава;
- осуществляют нагрев компонентов шихты факелом нижнего яруса фурмы-горелки и перемещают их в замкнутый барботажный реактор, который предварительно образован погруженным в ванну колпаком-камерой, изолирующим от атмосферы гидрозатвором часть поверхности расплава вокруг фурмы-горелки;
- производят наполнение созданного таким образом замкнутого барботажного реактора шлаковой пеной, образуемой продуктами горения газообразного топлива и твердого углеродсодержащего материала в факеле нижнего яруса фурмы-горелки и поднимаемой газлифтом;
- осуществляют в полученной шлаковой пене прямое и косвенное восстановление оксидов металлов с гравитационным осаждением из нее восстановленных металлов и дожиганием избытка всплывающих восстановителей воздухом, вдуваемым в реактор через верхний ярус фурмы-горелки, и отведением из замкнутого барботажного реактора газов и возгонов металлов по специальному газоотводящему тракту путем создания над шлаковой пеной разрежения.
В частном случае возгонами металлов могут быть пары цинка и/или его соединений при переработке цинкосодержащих металлургических отходов, например шламов доменного или кислородно-конвертерного производства.
Процесс восстановления протекает в трех зонах, распределенных по высоте (Фиг. 1). В нижней зоне - в области погруженного факела (зона 1), происходит практически полное сгорание вдуваемого газообразного топлива. Окислителем здесь служит воздух, нагнетаемый в нижний ярус фурмы после предварительного подогрева в проточном канале охлаждения стен погружной камеры (колпака-камеры). При стехиометрическом соотношении газообразного топлива и воздуха, подогретого до ~300°С, образуется высокотемпературный факел с температурой горения ~1900°С, при этом азот воздуха также нагревается до температуры горения. Продукты горения факела будут взаимодействовать с находящимися в его объеме компонентами шихты, содержащей окислы восстанавливаемых металлов, флюсы и углеродсодержащий материал, преимущественно, в виде мелкого угля или коксика. Однако ввиду незначительного времени контакта твердого углерода с продуктами горения факела (Н2О и СО2) обратные эндотермические реакции разложения СО2+С=2СО и Н2О+С=Н2+СО в нижней зоне 1 будут проходить в весьма малой степени, поэтому ее можно отнести к окислительной зоне с выделением большого количества тепла, передаваемого шихтовым материалам, азоту воздуха и шлаковому расплаву. Раскаленные газообразные продукты факельного горения, создавая в расплаве газлифт, поднимаются в среднюю зону (зона 2) барботажного реактора, где протекают эндотермические реакции прямого восстановления окислов металлов твердым углеродом. Восходящие потоки горячего азота также способствуют переносу тепла в эту зону. В верхней части зоны 2 по мере выгорания твердого углерода развиваются реакции косвенного восстановления окислов водородом и окисью углерода. Избыток восстановителей дожигается до СО2 и Н2О в верхней зоне (зона 3) при помощи воздуха, вдуваемого в расплав через сопла верхнего яруса фурмы-горелки. Опускающиеся периферийные нагретые потоки расплава возвращают тепло дожигания СО и Н2 в эндотермическую зону (зона 2). Таким образом, эндотермическая зона прямого восстановления обогревается как снизу, так и сверху двумя окислительными зонами.
Вся совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения обеспечивает эффективный металлургический процесс восстановления оксидов металлов с устранением недостатков, присущих прототипу. Вводом в расплав шихтовых материалов и твердых восстановителей непосредственно в барботируемую зону шлака достигается равномерное распределение в ней реагентов и увеличивается скорость их взаимодействия. Одновременно при этом пылевые потоки фильтруются непосредственно в расплаве и исключается вынос пыли за пределы установки.
В предлагаемом способе средством ввода реагентов в барботируемую зону выбрана двухъярусная (двухуровневая) многоканальная вертикальная фурма-горелка с заглубленными в шлак факелами. Это помогает исключить необходимость создания сложного тракта подачи шихты в барботируемую зону. Для улучшения распределения твердых реагентов в расплаве и интенсификации реакций восстановления шихту подают дискретными порциями. Для повышения температуры горения факелов возможно обогащение кислородом воздуха, вдуваемого под уровень шлакового расплава. Дополнительное увеличение температуры горения факелов в нижней зоне барботажного реактора можно достичь подачей в нижний ярус фурмы-горелки воздуха, предварительно подогретого в проточном канале охлаждения стен погружной камеры.
Все процессы по предлагаемому способу в отличие от прототипа ведут в замкнутом пространстве небольшого объема, создаваемого погружаемым в шлак колпаком-камерой с обеспечением гидрозатвора. Именно это позволяет сформировать барботируемую зону небольшого объема и малого сечения в горизонтальной плоскости, что значительно облегчает взаимодействие реагентов и снижает потери тепла из зоны реакций. Кроме того, в замкнутом пространстве под колпаком можно создавать высокое разрежение, оборудовав газоотводящий тракт, например, водокольцевым вакуумным насосом или высокооборотным дымососом, что благоприятно сказывается на полноте и скорости реакций с образованием газообразных продуктов, а также интенсифицирует возгонку легко испаряемых металлов, например цинка.
Замкнутый барботажный реактор, образованный колпаком-камерой, может иметь достаточно большую высоту, способствующую более полному завершению химических реакций и усвоению тепла от дожигания избытка восстановителей, происходящему непосредственно в расплаве. Пенообразная структура реакционной зоны обеспечивает огромную межфазную поверхность, что не только оказывает влияние на полноту и скорость всех процессов, но и создает условия для высокой степени фильтрации пылевых потоков и исключает потребность в сложной газоочистке. В способе-прототипе барботируемую зону создают в агрегате, не позволяющем регулировать ее высоту и интенсифицировать скорость потоков. В предлагаемом способе размеры самой барботируемой зоны и зоны спокойного шлака легко регулировать глубиной погружения в шлак вертикальной фурмы-горелки и степенью разрежения в отводящем тракте.
При осуществлении процесса восстановительной плавки в жидкой шлаковой ванне по способу прототипа в компенсации затрат тепла на проведение эндотермических реакций восстановления используется только тепло химических реакций от сжигания подаваемого в агрегат топлива. В предлагаемом изобретении приготовление исходной ванны шлакового расплава осуществляют частичным заполнением мобильной емкости шлаками, выпускаемыми из различных металлургических агрегатов. Это позволяет использовать физическое тепло горячего шлакового расплава, обновляемого в каждом цикле плавки, и перенесенное из других источников, не связанных с расходом энергоносителей в объекте изобретения. Поскольку это физическое тепло шлака, как правило, не используется в других альтернативных процессах, а в изобретении составляет положительную статью теплового баланса, то удельные затраты энергоносителей на единицу произведенной продукции в изобретении будут значительно ниже, чем в прототипе. Следует отметить, что в качестве мобильной емкости может служить обычная шлаковая чаша, что сокращает количество используемых агрегатов и существенно уменьшает технологический цикл переработки в условиях действующего производства металлургического завода.
Гравитационное осаждение восстановленных металлов на дно мобильной емкости в твердой фазе обеспечивает снижение затрат на процесс по сравнению с прототипом за счет отсутствия необходимости полностью расплавлять конечный продукт и перегревать его над линией ликвидуса для выпуска продукта из агрегата. Сравнительные расчеты теплового баланса (например, для процесса восстановления железа из окислов) показывают, что с учетом всех статей теплового баланса удельный расход условного топлива на реализацию процесса по изобретению примерно в два раза ниже, чем в способе реализации по аналогу (процессу ROMELT, на который имеются опубликованные данные по энергозатратам).
Все перечисленные преимущества нового процесса дополняются возможностью извлечения металлов из жидких шлаков, которые используются в качестве исходных. Так, например, из конвертерных шлаков можно извлечь большую часть содержащегося в них железа.
Следует отметить, что в заявляемом способе используется обычный компримированный воздух. Обогащение технологического воздуха кислородом может использоваться в отдельных случаях и вовсе не обязательно, следовательно, существенно снижаются капитальные затраты.
Для реализации нового способа предлагается устройство, содержащее емкость с расплавом, погружную камеру без дна, связанную с отсасывающим устройством и механизм передвижения, при этом в купол камеры встроена вертикальная двухъярусная фурма-горелка, содержащая несколько концентрично расположенных труб, образующих каналы для подачи твердых и газообразных реагентов; центральный канал фурмы-горелки соединен с дозатором подачи твердых реагентов, а периферийные - с источниками воздуха и газообразного топлива; один из периферийных каналов фурмы-горелки выполнен с укороченной длиной, обеспечивающей выход воздуха в расплав на верхнем ярусе; уровень истечения реагентов из каналов нижнего яруса фурмы-горелки расположен выше уровня нижней кромки погружной камеры, стенки которой снабжены проточным каналом охлаждения, входной патрубок которого соединен с магистралью сжатого воздуха, а выходной - с центральным каналом фурмы-горелки.
Устройство в соответствии с фиг. 1 содержит: емкость с расплавом 1, показанную в поднятом рабочем состоянии, погружную камеру 2, механизм передвижения 3, патрубок 4 для подачи рабочего воздуха в проточный канал охлаждения камеры 2, патрубок 5 для отвода из камеры газообразных продуктов, двухъярусную вертикальную фурму-горелку 6, закрепленную в стенке купола камеры и снабженную подводящими патрубками подачи воздуха 7 и 8, твердых материалов 9, горючих газов 10. Фурма содержит несколько концентрично расположенных труб, образующих каналы для введения в расплав указанных твердых и газообразных реагентов. В исходном состоянии емкость с расплавом установлена на горизонтально перемещаемой тележке 11. Уровень истечения реагентов из нижнего конца фурмы-горелки расположен выше уровня нижней кромки погружной камеры, образующей гидрозатвор для предотвращения выбросов пыли и газов в атмосферу и обеспечения работы газлифта. Корпус погружной камеры выполнен с проточным каналом охлаждения, соединенным с одной стороны с магистралью сжатого воздуха (посредством патрубка 4), а с другой - с трактом подачи воздуха на нижний ярус фурмы-горелки 6 (посредством патрубка 7), с целью использования в технологическом процессе подогретого воздуха. Подвод воздуха на верхний (второй) ярус фурмы-горелки осуществляется напрямую от магистрали сжатого воздуха (через патрубок 8), что обеспечивает охлаждение периферийного канала фурмы-горелки до уровня истечения воздуха из верхнего яруса. Ниже корпус фурмы-горелки охлаждается горючими газами, подаваемыми в нижний ярус через патрубок 10, за счет теплопередачи газовому потоку и эндотермическому разложению углеводородов, присутствующих в горючих газах. Отвод дымовых газов и продуктов возгонки осуществляется через патрубок 5, связанный с отсасывающим устройством.
Подача твердых реагентов осуществляется в центральный канал фурмы-горелки для увеличения надежности и упрощения процесса шихтоподачи. Уровень истечения реагентов из каналов фурмы расположен выше уровня нижней кромки погружной камеры для повышения надежности гидрозатвора и предотвращения выбросов пыли и газов через кольцевой зазор между мобильной емкостью и погружной камерой. Корпус погружной камеры имеет проточный канал охлаждения, связанный с магистралью сжатого воздуха, что обеспечивает охлаждение стен погружной камеры и использование подогретого воздуха в технологическом процессе.
В предпочтительном варианте осуществления устройства погружная камера выполнена в виде цилиндрического сосуда с конусным сужением в нижней части с целью создания максимальной реакционной поверхности. Емкость с расплавом установлена на горизонтально перемещаемую тележку для снижения времени установки емкости под погружную камеру и увоза емкости после обработки.
Процесс переработки металлургического сырья осуществляется следующим образом. Емкость с расплавом 1, например чашу с конвертерным шлаком, заполненную на 2/3 объема, устанавливают под погружную камеру 2, включают отсасывающее устройство, соединенное с патрубком 5, и через патрубок 4 в проточный канал охлаждения камеры нагнетают охлаждающий воздух, который затем отводится в патрубок 7. Далее через патрубок 10 производят подачу в фурму-горелку 6 горючих газов и зажигают факел. При помощи механизма вертикального передвижения 3 чашу с расплавом поднимают до замыкания гидрозатвора. В центральный канал фурмы через патрубок 9 инжектируют твердые шихтовые материалы. В процессе обработки при необходимости производят корректировку высоты погружения камеры с помощью механизма вертикального передвижения 3. Выделяющиеся газы дожигаются в слое пенистого шлака воздухом, вдуваемым через верхний ярус фурмы-горелки, и далее все газообразные продукты отводятся через патрубок 5. После завершения технологического процесса подачу твердых материалов прекращают, уменьшают подачу воздуха, производят опускание чаши на тележку 11 при помощи механизма вертикального передвижения, отключают или снижают подачу горючих газов. Емкость с обработанным расплавом и твердым полупродуктом передают на дальнейший передел.
Claims (11)
1. Способ переработки металлургического сырья, включающий приготовление в мобильной емкости исходной ванны шлакового расплава, подачу в расплав шихты, состоящей из перерабатываемого сырья, твердого углеродсодержащего материала и флюсов, и продувку расплава воздухом и газообразным топливом, отличающийся тем, что подачу в расплав шихты и продувку его воздухом и газообразным топливом осуществляют посредством двухъярусной многоканальной вертикальной фурмы-горелки с погруженным в расплав нижним ярусом, по центральному каналу которой подают шихту, инжектируемую воздухом, а по периферийным - воздух и газообразное топливо непосредственно под уровень исходной ванны шлакового расплава, при этом факелом нижнего яруса фурмы-горелки нагревают компоненты шихты и направляют их в замкнутый барботажный реактор, предварительно образованный погруженной в ванну камерой, изолирующей от атмосферы гидрозатвором часть поверхности расплава вокруг фурмы-горелки, и замкнутый барботажный реактор наполняют шлаковой пеной, образуемой продуктами горения газообразного топлива и твердого углеродсодержащего материала в факеле нижнего яруса фурмы-горелки и поднимаемой газлифтом, при этом в полученной шлаковой пене осуществляют прямое и косвенное восстановление оксидов металлов шихты с гравитационным осаждением из нее восстановленных металлов, дожиганием избытка всплывающих восстановителей воздухом, вдуваемым через верхний ярус фурмы-горелки, и отведением из замкнутого барботажного реактора газов и возгонов восстановленных металлов по газоотводящему тракту путем создания над шлаковой пеной разрежения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что приготовление исходной ванны шлакового расплава осуществляют путем частичного заполнения мобильной емкости шлаками, выпускаемыми из различных металлургических агрегатов.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве мобильной емкости используют шлаковую чашу.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что под уровень исходной ванны шлакового расплава подают воздух, обогащенный кислородом.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что шихту подают в расплав дискретными порциями.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на нижний ярус фурмы-горелки подают воздух, подогретый в проточной системе охлаждения стен погружной камеры.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гравитационное осаждение восстановленных металлов на дно мобильной емкости осуществляют в твердой фазе.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что возгонами металлов являются пары цинка и/или его соединений.
9. Устройство для переработки металлургического сырья, содержащее мобильную емкость с расплавом, погружную камеру без дна, связанную с отсасывающим устройством, механизм передвижения погружной камеры, отличающееся тем, что в купол камеры встроена вертикальная двухъярусная фурма-горелка, содержащая несколько концентрично расположенных труб, образующих каналы для подачи твердых и газообразных реагентов, при этом центральный канал фурмы-горелки соединен с дозатором подачи твердых реагентов, а периферийные - с источниками воздуха и газообразного топлива, а один из периферийных каналов фурмы-горелки выполнен с укороченной длиной, обеспечивающей выход воздуха в расплав на верхнем ярусе, при этом уровень истечения реагентов из каналов нижнего яруса фурмы-горелки расположен выше уровня нижней кромки погружной камеры, стенки которой выполнены с проточным каналом охлаждения, входной патрубок которого соединен с магистралью сжатого воздуха, а выходной - с центральным каналом фурмы-горелки.
10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что погружная камера выполнена в виде цилиндрического сосуда с конусным сужением в нижней части.
11. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что мобильная емкость с расплавом установлена на горизонтально перемещаемую тележку и выполнена с возможностью вертикального перемещения.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015141095A RU2611229C2 (ru) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | Способ переработки металлургического сырья и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015141095A RU2611229C2 (ru) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | Способ переработки металлургического сырья и устройство для его осуществления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015141095A RU2015141095A (ru) | 2016-02-10 |
| RU2611229C2 true RU2611229C2 (ru) | 2017-02-21 |
Family
ID=55313283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015141095A RU2611229C2 (ru) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | Способ переработки металлургического сырья и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2611229C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2796390C1 (ru) * | 2020-02-26 | 2023-05-22 | Маерц Офенбау Аг | Способ обжига карбонатосодержащего материала в прямоточно-противоточной регенеративной шахтной печи |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0446860A1 (en) * | 1990-03-13 | 1991-09-18 | Cra Services Limited | A process for producing metals and metal alloys in a smelt reduction vessel |
| RU2173715C2 (ru) * | 1999-11-15 | 2001-09-20 | Открытое акционерное общество "Северсталь" | Способ обработки металлического расплава и устройство для его осуществления |
| RU2194781C2 (ru) * | 2000-11-28 | 2002-12-20 | Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) | Способ переработки сырья, содержащего цветные металлы и железо |
| RU2364631C1 (ru) * | 2007-11-02 | 2009-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный вечерний металлургический институт | Способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи и устройство для его осуществления |
| EA200970169A1 (ru) * | 2006-08-01 | 2009-08-28 | Осмелт Лимитед | Восстановление свинцового шлака |
| RU2431681C2 (ru) * | 2006-03-01 | 2011-10-20 | Текнолоджикал Ресорсиз Пти. Лимитед | Установка для прямой выплавки |
-
2015
- 2015-09-25 RU RU2015141095A patent/RU2611229C2/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0446860A1 (en) * | 1990-03-13 | 1991-09-18 | Cra Services Limited | A process for producing metals and metal alloys in a smelt reduction vessel |
| RU2173715C2 (ru) * | 1999-11-15 | 2001-09-20 | Открытое акционерное общество "Северсталь" | Способ обработки металлического расплава и устройство для его осуществления |
| RU2194781C2 (ru) * | 2000-11-28 | 2002-12-20 | Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) | Способ переработки сырья, содержащего цветные металлы и железо |
| RU2431681C2 (ru) * | 2006-03-01 | 2011-10-20 | Текнолоджикал Ресорсиз Пти. Лимитед | Установка для прямой выплавки |
| EA200970169A1 (ru) * | 2006-08-01 | 2009-08-28 | Осмелт Лимитед | Восстановление свинцового шлака |
| RU2364631C1 (ru) * | 2007-11-02 | 2009-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный вечерний металлургический институт | Способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи и устройство для его осуществления |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2796390C1 (ru) * | 2020-02-26 | 2023-05-22 | Маерц Офенбау Аг | Способ обжига карбонатосодержащего материала в прямоточно-противоточной регенеративной шахтной печи |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015141095A (ru) | 2016-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR0131266B1 (ko) | 컨버터를 이용한 철의 제조방법 | |
| US4913734A (en) | Method for preparing ferrocarbon intermediate product for use in steel manufacture and furnace for realization thereof | |
| US6270553B1 (en) | Direct reduction of metal oxide agglomerates | |
| AU2009287392B2 (en) | Method for processing solid or molten materials | |
| CA2636155C (en) | Use of an induction furnace for the production of iron from ore | |
| JP2003506570A (ja) | 直接製錬法 | |
| CA2603121A1 (en) | Operation of iron oxide recovery furnace for energy savings, volatile metal removal and slag control | |
| RU2682192C1 (ru) | Способ и устройство для плавления | |
| JP5033302B2 (ja) | 直接製錬法および装置 | |
| CZ20004920A3 (cs) | Způsob přímého tavení | |
| RU2611229C2 (ru) | Способ переработки металлургического сырья и устройство для его осуществления | |
| CA2928766C (en) | Smelting apparatus and method of using the same | |
| RU2346056C2 (ru) | Способ прямого производства стали из железосодержащих материалов | |
| RU2344179C2 (ru) | Способ непрерывной переработки содержащих оксиды железа материалов и агрегат для его осуществления | |
| RU2295574C2 (ru) | Способ получения металла и установка для его осуществления | |
| RU2422538C2 (ru) | Способ металлургической многоцелевой газификации твердого топлива | |
| CN210215494U (zh) | 金属固废与有机废液协同连续冶炼装置 | |
| AU2012209477B2 (en) | Method and apparatus for making liquid iron and steel | |
| UA79476C2 (en) | Method for direct reduction of ferric oxides with obtaining iron melt and unit for realizing the same | |
| RU2151197C1 (ru) | Способ выплавки чугуна и агрегат для его осуществления | |
| RU2815145C1 (ru) | Агрегат восстановления железа | |
| RU2336478C2 (ru) | Печь ванюкова для плавки материалов, содержащих цветные и черные металлы | |
| RU2336355C2 (ru) | Способ выплавки ферроникеля из окисленных никелевых руд и продуктов их обогащения и агрегат для его осуществления | |
| RU2361926C1 (ru) | Способ прямого получения железоуглеродистых сплавов и устройство для его осуществления | |
| AU2012209477A1 (en) | Method and apparatus for making liquid iron and steel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20210611 |