UA160481U

UA160481U - Method of steel production by direct reduction of iron oxide

Info

Publication number: UA160481U
Application number: UAU202500830U
Authority: UA
Inventors: Віктор Іванович Верещак; Валерій Петрович Іващенко; Віталій Олександрович Петренко; Олексій Леонідович Чайка; Денис Вікторович Верещак; Олександр Васильович Івченко; Максим Миколайович Бойко; Дмитро Юрійович Ковальов
Original assignee: Товариство З Обмеженою Відповідальністю Науково-Виробнича Фірма "Кош"
Priority date: 2025-02-25
Filing date: 2025-02-25
Publication date: 2025-09-10

Abstract

Спосіб виробництва сталі шляхом прямого відновлення оксиду заліза включає переробку залізовмісної сировини в шахтній печі протитечією сировини, що завантажується зверху, і гарячого відновлювального газу, що рухається знизу при подальшому нагріванні та плавленні сировини плазмовим струменем з отриманням розплаву заліза. Використовують піч, яка має шахтну камеру попереднього відновлення (А), горизонтальні камеру довідновлення (Б) та камеру накопичення рідкого металу (В), які сполучені перехідними каналами. Як сировину використовують окатиші з сировини, які не містять в своєму складі домішок вуглецю. Нагрівання, відновлення та плавлення сировини здійснюють за рахунок тепла від низькотемпературної плазми, яку наводять плазмотронами, через які також подають відновлювальний газ. Енергію для реалізації процесу виробництва забезпечують шляхом застосування малого модульного атомного реактора, який виробляє електричну енергію для живлення плазмотронів та генерації відновлювального газу у вигляді водню, коли нагрівання та попереднє відновлення сировини здійснюють струменем плазми, забезпечуючи середньомасову температуру газу в інтервалі 2500-3000 °C при подачі потоку відновлювального газу складу до 100 % водню у розрахунку 500-700 м3/т сировини у камері попереднього відновлення (А). Нагрівання і кінцеве відновлення заліза до отримання рідкої фази розплаву здійснюють струменем плазми, забезпечуючи температуру розплаву в інтервалі 1400-1600 °C при подачі потоку відновлювального газу складу до 100 % водню у розрахунку 500-700 м3/т розплаву у камері довідновлення (Б). Надлишки нагрітого відновлювального газу з камери довідновлення (Б) спрямовують на фурми в камері попереднього відновлення (А), які розміщені вище рівня розташування плазмотронів. Доведення рідкої фази розплаву заліза до заданого хімічного складу сталі здійснюють в камері накопичення рідкого металу (В) шляхом введення необхідних елементів та феросплавів у розплав, підтримуючи температуру розплаву в інтервалі 1550-1650 °C пристроєм-нагрівачем СВЧ. Після контролю хімічного складу розплаву та за його відповідності заданому, підвищують температуру розплаву до 1560-1580 °C та зливають сталь та шлак.The method of steel production by direct reduction of iron oxide includes processing of iron-containing raw materials in a shaft furnace by counterflow of raw materials loaded from above and hot reducing gas moving from below with subsequent heating and melting of the raw materials by a plasma jet to obtain molten iron. A furnace is used that has a shaft chamber of preliminary reduction (A), horizontal chambers of post-reduction (B) and a chamber of accumulation of liquid metal (C), which are connected by transition channels. Pellets of raw materials that do not contain carbon impurities are used as raw materials. Heating, reduction and melting of raw materials are carried out due to heat from low-temperature plasma, which is induced by plasma torches, through which reducing gas is also supplied. Energy for the production process is provided by using a small modular nuclear reactor that generates electrical energy to power plasma torches and generate reducing gas in the form of hydrogen, when heating and preliminary reduction of raw materials is carried out by a plasma jet, ensuring an average mass gas temperature in the range of 2500-3000 °C when supplying a reducing gas flow with a composition of up to 100% hydrogen at a rate of 500-700 m3/t of raw materials in the preliminary reduction chamber (A). Heating and final reduction of iron to obtain a liquid phase of the melt is carried out by a plasma jet, ensuring a melt temperature in the range of 1400-1600 °C when supplying a reducing gas flow with a composition of up to 100% hydrogen at a rate of 500-700 m3/t of melt in the post-reduction chamber (B). The excess heated reducing gas from the post-reduction chamber (B) is directed to the lances in the pre-reduction chamber (A), which are located above the plasma torches. The liquid phase of the iron melt is brought to the specified chemical composition of the steel in the liquid metal accumulation chamber (B) by introducing the necessary elements and ferroalloys into the melt, maintaining the melt temperature in the range of 1550-1650 °C with a microwave heater. After checking the chemical composition of the melt and ensuring that it meets the specified requirements, the melt temperature is increased to 1560-1580 °C and the steel and slag are poured off.

Description

Корисна модель належить до чорної металургії зокрема до виробництва сталі із залізорудної сировини шляхом прямого відновлення оксиду заліза по одностадійній технології.The utility model belongs to ferrous metallurgy, in particular to the production of steel from iron ore raw materials by direct reduction of iron oxide using a single-stage technology.

В світі існує велика кількість технологій (способів) для отримання заліза прямого відновлення з різним рівнем промислового випробування та використання, про що свідчить безмежна кількість патентів багатьох країн. В одних мова йде лише про отримання різного виду напівпродуктів (металізованих окатишів, гарячебрикетованого заліза та інше), які далі використовують замість металобрухту при виготовленні сталі. В інших наведені приклади про дослідно- промислове випробування виробництва сталі по технології відновлення оксиду заліза, але масового використання нової технології ще не відбувається. Тому пошуки технології та обладнання для реального виробництва сталі з оксиду заліза по одностадійній технології в одному агрегаті продовжуються в різних країнах, в тому числі і в Україні.There are a large number of technologies (methods) in the world for obtaining iron by direct reduction with different levels of industrial testing and use, as evidenced by the infinite number of patents of many countries. Some of them are only about obtaining various types of semi-products (metallized pellets, hot briquetted iron, etc.), which are then used instead of scrap metal in the production of steel. Others give examples of experimental and industrial testing of steel production using iron oxide reduction technology, but the mass use of the new technology has not yet occurred. Therefore, the search for technology and equipment for the real production of steel from iron oxide using a single-stage technology in one unit continues in different countries, including Ukraine.

Відомо про спосіб прямого відновлення оксидів заліза (патент ША 63283. Спосіб прямого відновлення оксидів заліза. МПК С21В 13/00, опубл. 10.10.2011, Бюл. Мо 19), що включає відновлення заліза у псевдозрідженому шарі відновним газом з вмістом водню. При цьому відновлення здійснюють, використовуючи оксиди заліза з розмірами шматків менше 50 мкм, у водневому середовищі при температурі «374 "С і оптимальному значенні абсолютного тиску, при якому забезпечується конденсація водяної пари, що утворюється при реакції відновлення.A method for direct reduction of iron oxides is known (patent SHA 63283. Method for direct reduction of iron oxides. MPK S21V 13/00, publ. 10.10.2011, Bull. Mo 19), which includes the reduction of iron in a fluidized bed with a reducing gas containing hydrogen. In this case, the reduction is carried out using iron oxides with particle sizes less than 50 microns, in a hydrogen environment at a temperature of "374 "C and an optimal value of absolute pressure, at which condensation of water vapor formed during the reduction reaction is ensured.

Запропонована технологія потребує значної кількості водню на відновлення оксидів заліза та великих витрат на подрібнення залізовмісної сировини до пилоподібного стану, що позначається на доцільності її використання.The proposed technology requires a significant amount of hydrogen to reduce iron oxides and high costs for grinding iron-containing raw materials to a powder state, which affects the feasibility of its use.

Також відомо про спосіб прямого відновлення заліза (патент ША 36157. Спосіб прямого відновлення заліза. МПК С21В 13/00, опубл. 10.10.2008, Бюл, Мо 19), що включає нагрівання шихти, яка складається із залізорудної сировини та вуглецевмісного відновлювача, до температури відновлення оксидів заліза, витримку при цій температурі й охолодження відновленого заліза, коли нагрівання шихти ведуть до температури 1050-1200 С, витримку здійснюють протягом 0,5-2,0 годин, а як вуглецевмісний відновлювач використовують кокс із вугілля із низьким ступенем метаморфізму й показником реакційної здатності (СК), що перевищує 4595. При цьому цей спосіб включає операції дозованої подачі на змішування, попередньо здрібнених, складових компонентів шихти у вигляді залізовмісного концентрату, о вуглецевого відновлювача і присадок, виготовлення брикетів розміром 50-100 мм з отриманої суміші, сушіння брикетів та їх наступне введення в процес рідкофазного прямого відновлення заліза в електродуговій печі. Недоліком цього способу є те, що процес відновлення оксидів заліза недостатньо ефективний, оскільки вуглецевмісний матеріал, як такий використовують коксовий дрібняк, бітумінозне вугілля, буре вугілля і його напівкокс, має невисоку реакційну здатність, що знижує швидкість відновлення й ступінь відновлення заліза. До недоліків процесу належить також високий вміст золи і сірки, 70 95 обсягу якої переходить у відновлене залізо, і призводить до одержання багатосіркового заліза з великим вмістом порожньої породи з неоднорідними фізико-хімічними характеристиками, що вимагає додаткових витрат для одержання готового продукту (наприклад сталі).Also known is a method of direct iron reduction (patent SHA 36157. Method of direct iron reduction. MPK S21V 13/00, publ. 10.10.2008, Byul, Mo 19), which includes heating the charge, which consists of iron ore raw materials and a carbon-containing reducing agent, to the temperature of reduction of iron oxides, holding at this temperature and cooling the reduced iron, when heating the charge is carried out to a temperature of 1050-1200 C, holding is carried out for 0.5-2.0 hours, and as a carbon-containing reducing agent, coke from coal with a low degree of metamorphism and a reactivity index (RC) exceeding 4595 is used. At the same time, this method includes the operations of dosed feeding for mixing, pre-crushed, components of the charge in the form of an iron-containing concentrate, a carbon-containing reducing agent and additives, manufacturing briquettes of size 50-100 mm from the resulting mixture, drying the briquettes and their subsequent introduction into the process of liquid-phase direct iron reduction in an electric arc furnace. The disadvantage of this method is that the process of reducing iron oxides is not effective enough, since the carbon-containing material, such as coke fines, bituminous coal, brown coal and its semi-coke, has a low reactivity, which reduces the rate of reduction and the degree of iron reduction. The disadvantages of the process also include a high content of ash and sulfur, 70-95 of which is converted into reduced iron, and leads to the production of high-sulfur iron with a high content of voids with heterogeneous physicochemical characteristics, which requires additional costs for the production of the finished product (for example, steel).

Також відомо про спосіб отримання сталі в рідкій ванні із застосуванням шихтових матеріалів, до складу яких входять залізовмісна сировина і шлакоутворюючі флюси (Похвиснеєв А.Н. и др. Внедоменноеє получениє железа за рубежом. - М.: Металлургия, 1964. -There is also a known method of producing steel in a liquid bath using charge materials, which include iron-containing raw materials and slag-forming fluxes (Pokhvisneev A.N. et al. Non-domestic production of iron abroad. - M.: Metallurgy, 1964. -

С. 314-315), що полягає в отриманні низьковуглецевої сталі шляхом взаємодії оксидів заліза з відновлювачем, спалюванні палива в кисневовмістному газі для забезпечення технологічного процесу теплом та введенні позапічним методом в низьковуглецеву сталь добавок, що забезпечують отримання заданого хімічного складу сталі. В цьому способі спочатку утворюють рідку ванну шляхом плавлення металевого заліза, наприклад сталевого брухту. Розплав заліза безперервно або періодично насичують вуглецем та відновником шляхом вдування в цей розплав вугільного порошку за допомогою метану. На поверхню залізовуглецевого розплаву безперервно або періодично завантажують куски залізної руди і шлакоутворюючих флюсів. В результаті тісного контакту з відновником вуглецем, розчиненим у залізному розплаві, залізо відновлюється, збільшуючи масу залізовуглецевого розплаву. При цьому окисли порожньої породи, що містяться в залізній руді, плавляться разом зі шлакоутворюючими флюсами, утворюючи на поверхні розплаву заліза шлаковий розплав. Процеси плавлення шихтових матеріалів і відновлення заліза забезпечуються теплом від спалювання палива в кисневовмісному газі над рідкою ванною. Перед випуском залізовуглецевий розплав зневуглецьовують, припиняючи заздалегідь подачу в нього вуглецю відновника. Отриману низьковуглецеву сталь направляють на коригування її хімічного складу до заданого, яку здійснюють позапічним методом. Тобто в іншому агрегаті, що є великим недоліком.P. 314-315), which consists in obtaining low-carbon steel by the interaction of iron oxides with a reducing agent, burning fuel in an oxygen-containing gas to provide the technological process with heat and introducing additives into low-carbon steel by the non-furnace method, which ensure the obtaining of a given chemical composition of the steel. In this method, a liquid bath is first formed by melting metallic iron, for example, steel scrap. The iron melt is continuously or periodically saturated with carbon and a reducing agent by blowing coal powder into this melt using methane. Pieces of iron ore and slag-forming fluxes are continuously or periodically loaded onto the surface of the iron-carbon melt. As a result of close contact with the reducing agent and carbon dissolved in the iron melt, the iron is reduced, increasing the mass of the iron-carbon melt. In this case, the oxides of the waste rock contained in the iron ore melt together with the slag-forming fluxes, forming a slag melt on the surface of the iron melt. The processes of melting the charge materials and reducing the iron are provided by heat from the combustion of fuel in an oxygen-containing gas above a liquid bath. Before being released, the iron-carbon melt is decarburized, stopping the supply of reducing agent carbon to it in advance. The resulting low-carbon steel is sent to adjust its chemical composition to the specified one, which is carried out by the off-furnace method. That is, in another unit, which is a major drawback.

Також відомо про заявку на спосіб відновлювальної плавки сталі (Способ восстановительной плавки стали и устройство для его осуществления. МПК С218 13/14, С218 13/02. Международная заявка М/О 2016148555, опубликованная в соответствии с договором о патентной кооперации (РСТ) 22.09.2016, який включає завантаження шихти в шахтну відновлювально-плавильну піч, вдування в фурми збагаченого киснем дуття для створення факела горіння коксу і паливних добавок, де шихта представляє собою моношихту. що складається з вуглецьгранул оксидів заліза і легуючих металів, фракції 8-20 мм зі стехіометричним змістом вуглецьвмісних реагентів на повне відновлення оксидів заліза і легуючих металів, нагрів шару шихти здійснюють противотоком гарячого газу-теплоносія, металізовані гранули періодично порціями випускають через шлюзову камеру в плавильну камеру і розплавляють продувкою високотемпературним факелом з температурою на вході 2200-2400 С, газ, що відходить, змішують з низькотемпературним колошниковим газом з шахтної печі, суміш газового потоку з температурою 1150-1220 "С як теплоносій вводять в нижню частину шару вуглецевовмісних гранул в шахтній печі, виплавлений в плавильній камері розплав сталі випускають через льотку. Недолік цього способу полягає у великій потребі газу, що спалюється для отримання високих температур при проведенні процесу, а також наявність двох агрегатів (шахтної відновлювально-плавильної печі та окремої плавильної камери).It is also known about the application for a method of reducing steel melting (Method of reducing steel melting and device for its implementation. MPK S218 13/14, S218 13/02. International application M/O 2016148555, published in accordance with the Patent Cooperation Treaty (PCT) 22.09.2016, which includes loading the charge into a shaft reduction and melting furnace, blowing oxygen-enriched blast into the lances to create a torch of burning coke and fuel additives, where the charge is a monocharge. consisting of carbon granules of iron oxides and alloying metals, fractions of 8-20 mm with a stoichiometric content of carbon-containing reagents for the complete reduction of iron oxides and alloying metals, heating the charge layer is carried out by a countercurrent flow of hot heat-carrying gas, metallized granules periodically in portions is released through the sluice chamber into the melting chamber and melted by blowing with a high-temperature torch with an inlet temperature of 2200-2400 C, the exhaust gas is mixed with low-temperature top gas from the shaft furnace, a mixture of gas streams with a temperature of 1150-1220 "C is introduced as a heat carrier into the lower part of the layer of carbon-containing granules in the shaft furnace, the molten steel melted in the melting chamber is released through the inlet. The disadvantage of this method is the large need for gas, which is burned to obtain high temperatures during the process, as well as the presence of two units (shaft reduction and melting furnace and a separate melting chamber).

Найбільш близьким аналогом корисної моделі за своєю технічною суттю і результатом, який досягається, є спосіб прямого одержання заліза прямим відновленням у печі (патент ОА 81737,The closest analogue of the utility model in terms of its technical essence and the result achieved is a method for directly obtaining iron by direct reduction in a furnace (patent OA 81737,

МПК С218 13/00. Спосіб та піч для одержання заліза прямим відновленням, опубл. 25.01.2008,MPK C218 13/00. Method and furnace for producing iron by direct reduction, published 25.01.2008,

Бюл. Мо 2), що включає завантаження зверху в піч вихідної сировини, що містить залізооксидний матеріал, подачу в піч окислювача й палива та одержання розплаву заліза за рахунок нагрівання й реагування залізооксидного матеріалу з вуглевмісним матеріалом і монооксидом вуглецю, де процес розплавлювання оксидів здійснюють окисним плазмовим струменем, одержуваним із плазмоутворюючого газу з масовим співвідношенням втрат кисню і втрат природного газу 1,5-2,5 при мінімальній робочій витраті плазмоутворюючого газу через плазмотрон, а після повного розплавлювання вихідної сировини додатково подають природний газ у плазмовий струмінь за зрізом сопла плазмотрона, здійснюють у струмені плазми конверсію природного газу на водень і піровуглець і вдувають їх у розплав вихідної сировини, при цьому зо витрату природного газу вибирають такою, щоб підтримувати температуру струменя з піровуглецем на 250-350 "С вище температури плавлення вихідної сировини, а перед зливом готового металу й у процесі зливу припиняють подачу природного газу на плазмовий струмінь, а склад плазмоутворюючого газу, що проходить через плазмотрон, установлюють із масовим співвідношенням витрати кисню і витрати природного газу 0,8-1.Bull. Mo 2), which includes loading the starting material containing iron oxide material from above into the furnace, feeding the oxidant and fuel into the furnace and obtaining molten iron by heating and reacting the iron oxide material with carbon-containing material and carbon monoxide, where the process of melting the oxides is carried out by an oxidizing plasma jet obtained from a plasma-forming gas with a mass ratio of oxygen losses to natural gas losses of 1.5-2.5 at a minimum operating flow rate of the plasma-forming gas through a plasma torch, and after complete melting of the starting material, natural gas is additionally fed into the plasma jet through the cut of the plasma torch nozzle, natural gas is converted into hydrogen and pyrocarbon in the plasma jet and they are blown into the melt of the starting material, while the flow rate of natural gas is chosen such as to maintain the temperature of the jet with pyrocarbon 250-350 "C above the melting temperature of the starting material, and before the discharge of the finished metal and during the discharge process, the supply of natural gas to the plasma jet is stopped, and the composition of the plasma-forming gas passing through the plasma torch is set with a mass ratio of oxygen consumption to natural gas consumption of 0.8-1.

Недоліком даного способу є висока енергоємність та відсутність можливості виробляти сталь як кінцевий продукт. Це обумовлено тим, що в одному робочому просторі печі, де одержують залізо прямим відновленням не можливо його довести до стану сталі певного хімічного складу. Там відбувається неповне відновлення заліза, що призводить до підвищених втрат хімічно зв'язаного заліза (сировини), зниженню коефіцієнта корисної дії печі та ефективності даного способу. Недоліком вказаного способу також є те, що піч потрібно кожний раз підігрівати до 900 "С, очікувати, поки розплавляться окатиші, відновиться залізо та знову завантажувати окатиші та повторювати цикл, це не дозволяє вийти на великі обсяги виробництва сталі. Енергетично цей спосіб не вигідний - димові гази містять багато не прореагованого водню та СО, та залишають піч з високою температурою, зіставленою з температурою розплаву 1400 "С та вище, що суттєво знижує коефіцієнт корисної дії агрегату.The disadvantage of this method is the high energy intensity and the inability to produce steel as a final product. This is due to the fact that in one working space of the furnace, where iron is obtained by direct reduction, it is not possible to bring it to the state of steel of a certain chemical composition. There, incomplete reduction of iron occurs, which leads to increased losses of chemically bound iron (raw material), a decrease in the efficiency of the furnace and the efficiency of this method. The disadvantage of this method is also that the furnace must be heated to 900 "C each time, wait until the pellets melt, the iron is reduced, and then load the pellets again and repeat the cycle, which does not allow for large volumes of steel production. This method is not energetically advantageous - the flue gases contain a lot of unreacted hydrogen and CO, and leave the furnace with a high temperature, compared with the melt temperature of 1400 "C and higher, which significantly reduces the efficiency of the unit.

Задачею корисної моделі є удосконалення процесу виробництва сталі з залізовмісної (залізорудної) сировини методом прямого відновлення оксиду заліза по одностадійній технології, зниження капітальних витрат і зменшення собівартості виробництва, зниження навантаження на довкілля за рахунок зменшення шкідливих викидів СО» та інших газів і пилу в навколишнє середовище.The objective of the utility model is to improve the process of producing steel from iron-containing (iron ore) raw materials by the method of direct reduction of iron oxide using a single-stage technology, reduce capital costs and reduce production costs, and reduce the burden on the environment by reducing harmful emissions of CO2 and other gases and dust into the environment.

Поставлена задача вирішується тим, що у способі виробництва сталі шляхом прямого відновлення оксиду заліза, що включає переробку залізовмісної сировини в шахтній печі протитечією сировини, що завантажується зверху, і гарячого відновлювального газу, що рухається знизу при подальшому нагріванні та плавленні сировини плазмовим струменем з отриманням розплаву заліза, згідно з корисною моделлю, використовують піч, яка має шахтну камеру попереднього відновлення (А), горизонтальні камеру довідновлення (Б) та камеру накопичення рідкого металу (В), які сполучені перехідними каналами, де як сировину використовують окатиші з сировини, які не містять в своєму складі домішок вуглецю, нагрівання, відновлення та плавлення сировини здійснюють за рахунок тепла від низькотемпературної 60 плазми, яку наводять плазмотронами, через які також подають відновлювальний газ, при цьому енергію для реалізації процесу виробництва забезпечують шляхом застосування малого модульного атомного реактора, який виробляє електричну енергію для живлення плазмотронів та генерації відновлювального газу у вигляді водню, коли нагрівання та попереднє відновлення сировини здійснюють струменем плазми, забезпечуючи середньомасову температуру газу в інтервалі 2500-3000 "С при подачі потоку відновлювального газу складу до 100 95 водню у розрахунку 500-700 м3/г сировини у камері попереднього відновлення (А), нагрівання і кінцеве відновлення заліза до отримання рідкої фази розплаву здійснюють струменем плазми, забезпечуючи температуру розплаву в інтервалі 1400-1600 С при подачі потоку відновлювального газу складу до 100 95 водню у розрахунку 500-700 м3/т розплаву у камері довідновлення (Б), при цьому надлишки нагрітого відновлювального газу з камери довідновлення (Б) спрямовують на фурми в камері попереднього відновлення (А), які розміщені вище рівня розташування плазмотронів, доведення рідкої фази розплаву заліза до заданого хімічного складу сталі здійснюють в камері накопичення рідкого металу (В) шляхом введення необхідних елементів та феросплавів у розплав, підтримуючи температуру розплаву в інтервалі 1550-1650 "С пристроєм-нагрівачем СВЧ (струм високої частоти), після контролю хімічного складу розплаву та за його відповідності заданому, підвищують температуру розплаву до 1560- 1580 "С та зливають сталь та шлак.The problem is solved by the fact that in the method of steel production by direct reduction of iron oxide, which includes processing of iron-containing raw materials in a shaft furnace by counterflow of raw materials loaded from above and hot reducing gas moving from below with subsequent heating and melting of the raw materials by a plasma jet to obtain molten iron, according to the utility model, a furnace is used that has a shaft chamber of preliminary reduction (A), horizontal chamber of post-reduction (B) and a chamber of liquid metal accumulation (C), which are connected by transition channels, where pellets of raw materials that do not contain carbon impurities are used as raw materials, heating, reduction and melting of the raw materials are carried out due to heat from low-temperature plasma, which is induced by plasma torches, through which reducing gas is also supplied, while the energy for the implementation of the production process is provided by using a small modular nuclear reactor that generates electrical energy to power the plasma torches and generation of reducing gas in the form of hydrogen, when heating and preliminary reduction of raw materials are carried out by a plasma jet, ensuring an average mass temperature of the gas in the range of 2500-3000 "C when supplying a flow of reducing gas of composition up to 100 95 hydrogen at the rate of 500-700 m3/g of raw materials in the preliminary reduction chamber (A), heating and final reduction of iron to obtain a liquid phase of the melt are carried out by a plasma jet, ensuring a melt temperature in the range of 1400-1600 C when supplying a flow of reducing gas of composition up to 100 95 hydrogen at the rate of 500-700 m3/t of melt in the post-reduction chamber (B), while excess heated reducing gas from the post-reduction chamber (B) is directed to the lances in the preliminary reduction chamber (A), which are located above the level of the plasma torches, bringing the liquid phase of the melt iron to a given chemical composition of steel is carried out in the liquid metal accumulation chamber (B) by introducing the necessary elements and ferroalloys into the melt, maintaining the melt temperature in the range of 1550-1650 "C with a microwave heater (high frequency current), after controlling the chemical composition of the melt and its compliance with the given one, the melt temperature is increased to 1560-1580 "C and the steel and slag are poured out.

Загальними ознаками найбільш близького аналога та корисної моделі є використання та переробка залізовмісної сировини шляхом прямого відновлення оксиду заліза в шахтній печі протитечією сировини, що завантажується зверху і гарячого відновлювального газу, що рухається знизу при подальшому нагріванні та плавленні сировини, плазмовим струменем з отриманням розплаву заліза.The general features of the closest analogue and utility model are the use and processing of iron-containing raw materials by direct reduction of iron oxide in a shaft furnace by counterflow of raw materials loaded from above and hot reducing gas moving from below with subsequent heating and melting of the raw materials by a plasma jet to obtain molten iron.

Відмінними ознаками способу є наступне: - використовують піч, яка має шахтну камеру попереднього відновлення (А), горизонтальні камеру довідновлення (Б) та камеру накопичення рідкого металу (В), які сполучені перехідними каналами; - як сировину використовують окатиші з сировини, які не містять у своєму складі домішок вуглецю; - нагрівання, відновлення та плавлення сировини здійснюють за рахунок тепла від низькотемпературної плазми, яку наводять плазмотронами, через які також подають відновлювальний газ; - енергію для реалізації процесу забезпечують шляхом застосування малого модульного атомного реактора, який виробляє електричну енергію для живлення плазмотронів та генерації відновлювального газу; - як відновлювальний газ використовують водень; - нагрівання та попереднє відновлення сировини здійснюють струменем плазми, забезпечуючи середньомасову температуру газу в інтервалі 2500-3000 "С при подачі потоку відновлювального газу складу до 100 95 водню у розрахунку 500-700 м3/г сировини у камері попереднього відновлення (А); - нагрівання і кінцеве відновлення заліза до отримання рідкої фази розплаву здійснюють струменем плазми, забезпечуючи температуру розплаву в інтервалі 1400-1600 "С при подачі потоку відновлювального газу складу до 100 95 водню у розрахунку 500-700 м3/г розплаву у камері довідновлення (Б); - надлишки нагрітого відновлювального газу з камери Б спрямовують на фурми в камері А, які розміщені вище рівня розташування плазмотронів; - доведення рідкої фази розплаву заліза до заданого хімічного складу сталі здійснюють в камері накопичення рідкого металу (В) шляхом введення необхідних елементів та феросплавів у розплав; - підтримку температури розплаву в інтервалі 1550-1650 "С в камері накопичення рідкого металу (В) здійснюють пристроєм-нагрівачем СВУ; - після контролю хімічного складу розплаву та за його відповідності заданому, підвищують температуру розплаву до 1560-1580 "С та зливають сталь та шлак.The distinctive features of the method are the following: - a furnace is used, which has a shaft chamber of preliminary reduction (A), horizontal chambers of post-reduction (B) and a chamber of liquid metal accumulation (C), which are connected by transition channels; - pellets of raw materials are used as raw materials, which do not contain carbon impurities in their composition; - heating, reduction and melting of raw materials are carried out due to heat from low-temperature plasma, which is induced by plasma torches, through which the reducing gas is also supplied; - energy for the implementation of the process is provided by using a small modular nuclear reactor, which generates electrical energy to power the plasma torches and generate the reducing gas; - hydrogen is used as the reducing gas; - heating and preliminary reduction of the raw material is carried out by a plasma jet, ensuring an average mass temperature of the gas in the range of 2500-3000 "C when supplying a flow of reducing gas with a composition of up to 100 95 hydrogen at a rate of 500-700 m3/g of raw material in the preliminary reduction chamber (A); - heating and final reduction of iron to obtain a liquid phase of the melt is carried out by a plasma jet, ensuring a melt temperature in the range of 1400-1600 "C when supplying a flow of reducing gas with a composition of up to 100 95 hydrogen at a rate of 500-700 m3/g of melt in the post-reduction chamber (B); - excess heated reducing gas from chamber B is directed to the lances in chamber A, which are located above the level of the plasma torches; - bringing the liquid phase of the iron melt to the specified chemical composition of the steel is carried out in the liquid metal accumulation chamber (B) by introducing the necessary elements and ferroalloys into the melt; - maintaining the melt temperature in the range of 1550-1650 "C in the liquid metal accumulation chamber (B) is carried out by a SVU heater device; - after controlling the chemical composition of the melt and if it complies with the specified one, the melt temperature is increased to 1560-1580 "C and the steel and slag are poured off.

Технічним результатом корисної моделі є розробка способу (технології) виробництва сталі, що дозволяє реалізувати пряме відновлення заліза за одну стадію та отримати готовий продукт (сталь) з залізовмісної сировини, вилучивши процес одержання чавуну при доменному виробництві, що відіб'ється на зниженні собівартості та покращенні екологічного стану навколишнього середовища.The technical result of the utility model is the development of a method (technology) for steel production, which allows for direct iron reduction in one stage and obtaining a finished product (steel) from iron-containing raw materials, eliminating the process of producing pig iron in blast furnace production, which will reduce costs and improve the ecological state of the environment.

Досягнення зазначеного технічного результату забезпечується тим, що в способі виробництва сталі з залізорудної сировини методом прямого відновлення оксиду заліза як бо сировину використовують окатиші з сировини, які не містять в своєму складі домішок вуглецю;The achievement of the specified technical result is ensured by the fact that in the method of producing steel from iron ore raw materials by the method of direct reduction of iron oxide, pellets of raw materials that do not contain carbon impurities are used as raw materials;

- для здійснення процесу використовують піч, яка має шахтну камеру попередньою відновлення (А), горизонтальні камеру довідновлення (Б) та камеру накопичення рідкого металу (В), які сполучені перехідними каналами; - нагрівання, відновлення та плавлення сировини здійснюють за рахунок тепла від низькотемпературної плазми, яку наводять плазмотронами, через які також подають відновлювальний газ; - енергію для реалізації процесу забезпечують шляхом застосування малого модульного атомного реактора, який виробляє електричну енергію для живлення плазмотронів за генерації відновлювального газу; - як відновлювальний газ використовують водень; - нагрівання та попереднє відновлення сировини здійснюють струменем плазми, забезпечуючи середньомасову температуру газу в інтервалі 2500-3000 "С при подачі потоку відновлювального газу складу до 100 95 водню у розрахунку 500-700 м3/т сировини у камері попереднього відновлення (А); - нагрівання і кінцеве відновлення заліза до отримання рідкої фази розплаву здійснюють струменем плазми, забезпечуючи температуру розплаву в інтервалі 1400-1600 "С при подачі потоку відновлювального газу складу до 100 95 водню в розрахунку 500-700 м3/г розплаву у камері довідновлення (Б); - надлишки нагрітого відновлювального газу з камери Б спрямовують на фурми в камері А, які розміщені вище рівня розташування плазмотронів; - доведення рідкої фази розплаву заліза до заданого хімічного складу сталі здійснюють в камері накопичення рідкого металу (В) шляхом введення необхідних елементів та феросплавів у розплав; - підтримку температури розплаву в інтервалі 1550-1650 "С в камері накопичення рідкого металу (В) здійснюють пристроєм-нагрівачем СВУ; - після контролю хімічного складу розплаву та за його відповідності заданому, підвищують температуру розплаву до 1560-1580 "С та зливають сталь та шлак.- to carry out the process, a furnace is used, which has a shaft chamber for preliminary reduction (A), horizontal chambers for post-reduction (B) and a chamber for liquid metal accumulation (C), which are connected by transition channels; - heating, reduction and melting of the raw material are carried out due to heat from low-temperature plasma, which is induced by plasma torches, through which the reducing gas is also supplied; - energy for the process is provided by using a small modular nuclear reactor, which generates electrical energy to power the plasma torches while generating the reducing gas; - hydrogen is used as the reducing gas; - heating and preliminary reduction of the raw material is carried out by a plasma jet, ensuring an average mass gas temperature in the range of 2500-3000 "C when supplying a flow of reducing gas with a composition of up to 100 95 hydrogen at a rate of 500-700 m3/t of raw material in the preliminary reduction chamber (A); - heating and final reduction of iron to obtain a liquid phase of the melt is carried out by a plasma jet, ensuring a melt temperature in the range of 1400-1600 "C when supplying a flow of reducing gas with a composition of up to 100 95 hydrogen at a rate of 500-700 m3/g of melt in the post-reduction chamber (B); - excess heated reducing gas from chamber B is directed to the lances in chamber A, which are located above the level of the plasma torches; - bringing the liquid phase of the iron melt to the specified chemical composition of the steel is carried out in the liquid metal accumulation chamber (B) by introducing the necessary elements and ferroalloys into the melt; - maintaining the melt temperature in the range of 1550-1650 "C in the liquid metal accumulation chamber (B) is carried out by a SVU heater device; - after controlling the chemical composition of the melt and if it complies with the specified one, the melt temperature is increased to 1560-1580 "C and the steel and slag are poured off.

Всі відмітні ознаки корисної моделі взаємопов'язані і сприяють досягненню поставленої задачі. о 1. Оскільки як сировину використовують залізовмісні окатиші, які не містять в своєму складі домішок вуглецю, отримують кінцевий продукт (сталь) з низькім вмістом вуглецю, що дозволяє виробляти широкий спектр марочного складу сталей без зайвих витрат на видалення вуглецю з розплаву заліза при низьких показниках шкідливих викидів у довкілля. 2. Коли для здійснення процесу використовують піч, яка має шахтну камеру попереднього відновлення (А), горизонтальні камеру довідновлення (Б) та камеру накопичення рідкого металу (В), які сполучені перехідними каналами, є можливість здійснювати процес виробництва сталі в режимі безперервного процесу, поступово завантажуючи сировину (окатиші) та порційно зливаючи готовий продукт (сталь). 3. Коли нагрівання, відновлення та плавлення сировини здійснюють за рахунок тепла від низькотемпературної плазми, яку наводять плазмотронами, через які також подають відновлювальний газ, то відпадає потреба застосовувати для нагріву та плавлення сировини коксу, мазуту та інших енергоносіїв, що супроводжується дуже шкідливими викидами в довкілля. 4. Якщо енергію для реалізації процесу виробництва сталі забезпечують шляхом застосування малого модульного атомного реактора, який виробляє електричну енергію для живлення плазмотронів та генерації відновлювального газу та живлення іншого устаткування, то це робить процес автономним та незалежним від сусідніх зовнішніх споживачів (підприємств, електричного транспорту та інші). 5. Якщо як відновлювальний газ використовують водень, то це робить процес екологічно чистим, оскільки у довкілля виходить зайва водяна пара, кисень та водень. б. Нагрівання та попереднє відновлення сировини здійснюють струменем плазми, забезпечуючи середньомасову температуру газу в інтервалі 2500-3000 "С при подачі потоку відновлювального газу складу до 100 95 водню у розрахунку 500-700 м3/г сировини у камері попереднього відновлення (А), що призводить до оплавлення окатишів та виділення крапель заліза, яке поступово перетікає в камеру Б. Вибір середньомасової температури газу в інтервалі 2500-3000 "С обумовлено тим, температура менше 2500 "С не забезпечує своєчасного прогріву окатишів навколо факела горіння плазмотрону і не буде відбуватися процес відновлення заліза, температура більше 3000 "С призведе до надмірного перегріву і випаровування заліза, що є енергетично не ефективно. Подача потоку відновлювального газу, коли у складі буде до 100 95 водню прискорить процес відновлення. Також можливо в складі відновлювального газу мати 60 невелику кількість інших газів, наприклад продукти конверсії природного газу СО до 30 95.All distinctive features of the utility model are interconnected and contribute to the achievement of the task. o 1. Since iron-containing pellets are used as raw materials, which do not contain carbon impurities, the final product (steel) is obtained with a low carbon content, which allows the production of a wide range of steel grades without unnecessary costs for removing carbon from molten iron at low levels of harmful emissions into the environment. 2. When a furnace is used to carry out the process, which has a shaft chamber for preliminary reduction (A), horizontal chambers for post-reduction (B) and a chamber for accumulating liquid metal (C), which are connected by transition channels, it is possible to carry out the steel production process in a continuous process mode, gradually loading raw materials (pellets) and portionwise draining the finished product (steel). 3. When heating, reduction and melting of raw materials are carried out due to the heat from low-temperature plasma, which is induced by plasma torches, through which the reduction gas is also supplied, there is no need to use coke, fuel oil and other energy carriers for heating and melting raw materials, which is accompanied by very harmful emissions into the environment. 4. If the energy for the implementation of the steel production process is provided by using a small modular nuclear reactor that generates electrical energy to power the plasma torches and generate reduction gas and power other equipment, this makes the process autonomous and independent of neighboring external consumers (enterprises, electric transport and others). 5. If hydrogen is used as the reduction gas, this makes the process environmentally friendly, since excess water vapor, oxygen and hydrogen are released into the environment. b. Heating and preliminary reduction of the raw material is carried out by a plasma jet, ensuring an average mass gas temperature in the range of 2500-3000 "C when supplying a flow of reducing gas with a composition of up to 100 95 hydrogen at the rate of 500-700 m3/g of raw material in the preliminary reduction chamber (A), which leads to melting of the pellets and the release of iron drops, which gradually flow into chamber B. The choice of an average mass gas temperature in the range of 2500-3000 "C is due to the fact that a temperature of less than 2500 "C does not provide timely heating of the pellets around the plasma torch and the iron reduction process will not occur, a temperature of more than 3000 "C will lead to excessive overheating and evaporation of iron, which is energy inefficient. Supplying a flow of reducing gas when the composition contains up to 100 95 hydrogen will accelerate the reduction process. It is also possible to have a small amount of other gases in the composition of the recovery gas, for example, products of the conversion of natural gas to CO 30 95.

АAND

Кількість подачі водню в камеру попереднього відновлення (А) у розрахунку 500-700 м3/г на одну тону сировини (окатишів) обумовлена наступним. При обсязі менше 500 м3/г його буде недостатньо для процесу відновлення заліза, а при обсязі більше 700 м3/г будуть залишки, які не задіяні в технологічному процесі. 7. Нагрівання і кінцеве відновлення заліза до отримання рідкої фази розплаву здійснюють струменем плазми, забезпечуючи температуру розплаву в інтервалі 1400-1600 "С при подачі потоку відновлювального газу складу до 100 95 водню у розрахунку 500-700 м3/г розплаву у камері довідновлення (Б). Вибір забезпечення температури розплаву не менше 1400" обумовлено своєчасним довідновленням зазіза та його очищенням від зайвих домішок, а температура не більше 1600 С обумовлена утриманням його від надмірного перегріву та окислення. 8. Перенаправлення надлишків нагрітого відновлювального газу з камери Б на фурми в камері А, які розміщені вище рівня розташування плазмотронів обумовлено зменшенням енергетичних втрат за рахунок утилізації тепла від розігрітого в камері А відновлювального газу.The amount of hydrogen supplied to the preliminary reduction chamber (A) at the rate of 500-700 m3/g per ton of raw material (pellets) is determined by the following. If the volume is less than 500 m3/g, it will not be enough for the iron reduction process, and if the volume is more than 700 m3/g, there will be residues that are not involved in the technological process. 7. Heating and final reduction of iron to obtain a liquid phase of the melt is carried out by a plasma jet, ensuring the melt temperature in the range of 1400-1600 "C when supplying a flow of reducing gas with a composition of up to 100 95 hydrogen at the rate of 500-700 m3/g of melt in the secondary reduction chamber (B). The choice of ensuring a melt temperature of not less than 1400" is due to timely secondary reduction of the slag and its purification from excess impurities, and the temperature of not more than 1600 C is due to keeping it from excessive overheating and oxidation. 8. Redirection of excess heated reducing gas from chamber B to lances in chamber A, which are located above the level of plasma torches, is due to the reduction of energy losses due to the utilization of heat from the reducing gas heated in chamber A.

Подача цього розігрітого відновлювального газу у фурми, що розташовані в камері А вище рівня розташування плазмотронів, буде сприяти більшому підігріву окатишів і попередньому відновлюванню їх (сировини) на ділянці камери А, ще до зони, де розігрів відбувається за рахунок діючих плазмотронів. 9. Доведення рідкої фази розплаву заліза до заданого хімічного складу сталі здійснюють в камері накопичення рідкого металу (В) шляхом введення необхідних елементів та феросплавів у розплав в необхідних обсягах. 10. Підтримка температури розплаву в інтервалі 1550-1650 "С в камері накопичення рідкого металу (В) здійснюють пристроєм-нагрівачем СВЧ. Додаткова енергія потрібна для плавлення необхідних елементів та феросплавів, що додаються до розплаву заліза для отримання певного хімічного складу сталі. Потрібна температура (1550-1650 С) підтримується для прискорення розчину введених компонентів, а її рівень залежить від кількості останніх. 11. Після контролю хімічного складу розплаву та за його відповідності заданому, підвищують температуру розплаву до 1560-1580 "С та зливають сталь та шлак. Рівень температури готової сталі, що зливають у ківш, обумовлюється подальшим регламентом переробки (розливка в о виливниці, розливка на МБРЗ в заготовку різної форми та перерізу).The supply of this heated reducing gas to the lances located in chamber A above the level of the plasma torches will contribute to greater heating of the pellets and their preliminary reduction (of the raw material) in the area of chamber A, even before the zone where heating occurs due to the operating plasma torches. 9. Bringing the liquid phase of the iron melt to the specified chemical composition of the steel is carried out in the liquid metal accumulation chamber (B) by introducing the necessary elements and ferroalloys into the melt in the required volumes. 10. Maintaining the melt temperature in the range of 1550-1650 "С in the liquid metal accumulation chamber (B) is carried out by a microwave heater. Additional energy is required for melting the necessary elements and ferroalloys added to the iron melt to obtain a certain chemical composition of steel. The required temperature (1550-1650 С) is maintained to accelerate the dissolution of the introduced components, and its level depends on the amount of the latter. 11. After checking the chemical composition of the melt and its compliance with the specified one, the melt temperature is increased to 1560-1580 "С and steel and slag are poured. The temperature level of the finished steel, which is poured into the ladle, is determined by the further processing regulations (casting in a tundish, casting on the MBRZ into a billet of various shapes and cross-sections).

Послідовне здійснення всіх етапів, які необхідні для перетворення оксиду заліза в кінцеву продукцію: подача сировині (загрузка окатишів) -» відновлювальний процес -» отримання напівфабрикату (розплаву заліза) -» отримання кінцевого продукту (сталі) -» злив продукту (сталі) дозволяють реалізувати запропоновану технологію виробництва сталі.The sequential implementation of all stages necessary for the conversion of iron oxide into the final product: raw material supply (pellet loading) -» reduction process -» obtaining a semi-finished product (iron melt) -» obtaining the final product (steel) -» discharging the product (steel) allows the implementation of the proposed steel production technology.

Порівняльний аналіз корисної моделі з найближчим аналогом дозволяє зробити висновок, що всі заявлені ознаки є відмінними.A comparative analysis of the utility model with the closest analogue allows us to conclude that all the claimed features are distinctive.

Виходячи з запропонованої технології виробництва сталі шляхом прямого відновлення оксиду заліза, зрозуміло, що для її реалізації потрібен певний набір устаткування та агрегатів, тобто відповідна мережа установок.Based on the proposed technology for steel production by direct reduction of iron oxide, it is clear that its implementation requires a certain set of equipment and units, that is, an appropriate network of installations.

Приклад здійснення способу.Example of implementing the method.

Спосіб виробництва сталі, згідно з корисною моделлю, може бути здійснено з використанням мережі установок (обладнання), що забезпечить реалізацію технологічного процесу.The method of steel production, according to the utility model, can be implemented using a network of installations (equipment), which will ensure the implementation of the technological process.

Структурна схема запропонованої мережі установок для виробництва сталі наведена на кресленні, де представлено: 1 - піч з верхнім завантажуванням сировини, яка складається з: А - камера попереднього відновлення оксиду заліза: Б - горизонтальна камера довідновлення оксиду заліза; В - горизонтальна камера накопичення рідкого заліза; 2 - окремий малий модульний атомний реактор; З - установка гідролізу; 4 - ємність накопичення водню; 5 - горловина для завантаження залізорудної сировини; 6 - перехідні канали, що з'єднують камериThe structural diagram of the proposed network of installations for steel production is shown in the drawing, which shows: 1 - a furnace with top loading of raw materials, which consists of: A - a chamber for preliminary reduction of iron oxide: B - a horizontal chamber for secondary reduction of iron oxide; C - a horizontal chamber for accumulating liquid iron; 2 - a separate small modular nuclear reactor; C - a hydrolysis unit; 4 - a hydrogen storage tank; 5 - a neck for loading iron ore raw materials; 6 - transition channels connecting the chambers

А з Б та Б з В; 7 - плазмотрони з прискорювачем іонізованих частин; 8 - система електропостачання; 9 - система газопостачання; 10 - система водопостачання; 11 - трубопроводи для подача води на систему охолодження футеровки камер А, Б і В; 12 - система газоочистки; 13 - фурми, що розташовані в бокових стінках камери А; 14 - газопровід для відводу гарячих газів з камери В та їх подачі на фурми 13 в камері А; 15 - люк для засипки необхідних елементів та феросплавів у розплав заліза; 16 - пристрій-нагрівач СВЧ для підігріву розплаву; 17 - отвір для зливу сталі або шлаку; 18 - ківш для прийому сталі або шлаку.A with B and B with C; 7 - plasma torches with an ionized particle accelerator; 8 - power supply system; 9 - gas supply system; 10 - water supply system; 11 - pipelines for supplying water to the cooling system of the lining of chambers A, B and C; 12 - gas purification system; 13 - lances located in the side walls of chamber A; 14 - gas pipeline for removing hot gases from chamber B and supplying them to lances 13 in chamber A; 15 - hatch for filling the necessary elements and ferroalloys into the iron melt; 16 - microwave heater device for heating the melt; 17 - hole for draining steel or slag; 18 - ladle for receiving steel or slag.

Технологічні операції виробництва сталі відбуваються в такій послідовності. Проводиться підготовка до роботи всіх основних установок. Відбувається загрузка камери А печі 1 окатишами. Окремий малий модульний атомний реактор 2 починає виробляти електроенергію 60 та через систему електропостачання 8 живлення усіх споживачів (установку гідролізу 3,Technological operations of steel production occur in the following sequence. Preparation for operation of all main installations is carried out. Pellets are loaded into chamber A of furnace 1. A separate small modular nuclear reactor 2 begins to produce electricity 60 and, through the power supply system 8, supplies all consumers (hydrolysis unit 3,

плазмотрони 7, пристрій-нагрівач СВЧ 16 та інші). Установка гідролізу З виробляє водень за наповнює їм ємність накопичення водню 4 (сховище). В цей час запускаються плазмотрони 7, які в певному просторі навколо себе нагрівають окатиші, що призводить до розплавлення останніх. При одночасній подачі через плазмотрони 7 потоку відновлювального газу складу до 10095 водню у розрахунку 500-700 мЗ/ сировини (з ємності накопичення водню 4) розпочинається процес відновлення оксиду заліза, що містився в окатишах. Частина розігрітого відновлювального газу підіймається вгору по камері попереднього відновлення А та підігріває окатиші, що рухаються вниз та займають простір, де раніше були окатиші, які вже розплавилися, коли краплі заліза через перехідний канал 6 перетекли в камеру довідновленняplasma torches 7, microwave heater 16, etc.). The hydrolysis unit C produces hydrogen by filling the hydrogen storage tank 4 (storage) with it. At this time, the plasma torches 7 are started, which heat the pellets in a certain space around them, which leads to the melting of the latter. With the simultaneous supply through the plasma torches 7 of a flow of reducing gas with a composition of up to 10095 hydrogen at the rate of 500-700 m3/ raw material (from the hydrogen storage tank 4), the process of reducing the iron oxide contained in the pellets begins. Part of the heated reducing gas rises up the preliminary reduction chamber A and heats the pellets, which move down and occupy the space where the pellets were previously, which had already melted when the iron drops through the transition channel 6 flowed into the post-reduction chamber

Б. При поступовому завантаженні камери А печі 1 окатишами, безперервній роботі плазмотронів 7 і подачі відновлювального газу відбувається безперервний процес попереднього відновлення заліза та його перетікання і накопичення в камері до відновлення Б.B. With the gradual loading of chamber A of furnace 1 with pellets, continuous operation of plasma torches 7 and supply of reducing gas, a continuous process of preliminary reduction of iron and its flow and accumulation in chamber B occurs before reduction.

В цій камері за рахунок роботи плазмотронів 7 на подачі відновлювального газу складу до 100 95 водню у розрахунку 500-700 м3/т розплаву при температурі 1400-1600 "С відбувається повне відновлення оксиду заліза та отримання розплаву заліза та шлаку. Частина залишкового розігрітого відновлювального газу з камери Б по газопроводу 14 подається на фурми 13, що розміщені в камері А та підігріває нові порції окатишів (утилізація залишків тепла). Згодом розплав заліза та шлаку з камери довідновлення Б через перехідний канал 6 потрапляє в одну з камер (перша) накопичення рідкого металу В. В цей час доступ розплаву заліза до іншої (друга) камер накопичення рідкого металу В перекрито шиберною засувкою (на схемі не показано). При наповненні достатньої (необхідної) кількості рідкого заліза в першій камері накопичення рідкого металу В доступ нових порцій рідкого заліза перекривається шиберною засувкою. В цей же час відкривається інша шиберна засувка і рідке залізо починає потрапляти (наповнювати) іншу (другу) камеру накопичення рідкого металу В, а в першій камері накопичення рідкого металу В починається доводка розплаву заліза до запланованої марки сталі шляхом введення (засипки) необхідних елементів та феросплавів у розплав через люк 15. Температуру розплаву на потрібному рівні (1550-1650 "С) підтримують працюючим індуктор-нагрівачем СВЧ 16. Після контролю хімічного складу розплаву та за його відповідності запланованій марці сталі, підвищують температуру розплаву до 1560-1580 "С та зливають почергово через отвір 17 сталь о та шлак у ківш 18. Весь процес виробництва сталі відбувається при синхронізації та злагодженій роботі всіх запропонованих установок та допоміжного обладнання.In this chamber, due to the operation of plasma torches 7 on the supply of reducing gas with a composition of up to 100% hydrogen at a rate of 500-700 m3/t of melt at a temperature of 1400-1600 "C, complete reduction of iron oxide and production of molten iron and slag occurs. Part of the residual heated reducing gas from chamber B through the gas pipeline 14 is fed to the lances 13, which are located in chamber A and heats new portions of pellets (residual heat utilization). Subsequently, the molten iron and slag from the secondary reduction chamber B enters one of the chambers (first) for the accumulation of liquid metal B through the transition channel 6. At this time, the access of the molten iron to the other (second) chambers for the accumulation of liquid metal B is blocked by a gate valve (not shown in the diagram). When a sufficient (necessary) amount of liquid iron is filled in the first chamber for the accumulation of liquid metal metal B access of new portions of liquid iron is blocked by a gate valve. At the same time, another gate valve opens and liquid iron begins to enter (fill) another (second) chamber for accumulating liquid metal B, and in the first chamber for accumulating liquid metal B, the iron melt is refined to the planned steel grade by introducing (filling) the necessary elements and ferroalloys into the melt through the hatch 15. The melt temperature is maintained at the required level (1550-1650 "C) by a working microwave inductor-heater 16. After checking the chemical composition of the melt and its compliance with the planned steel grade, the melt temperature is increased to 1560-1580 "C and steel and slag are poured alternately through the hole 17 into the ladle 18. The entire steel production process occurs with synchronization and coordinated operation of all the proposed installations and auxiliary equipment.

Виробництво сталі з залізорудної сировини методом відновлення оксиду заліза відбувається в мережі установок без використання природнього газу, чавуну (вилучення процесу плавки сировини в доменній печі) та металобрухту, що призводить до зниження капітальних витраті зменшення собівартості виробництва, а також покращенню екологічного стану за рахунок зменшення шкідливих викидів СО» та інших газів і пилу в навколишнє середовище. Переваги нового способу також призведуть до збільшення конкурентоспроможності отриманої сталі в порівнянні з усіма технологіями, які присутні на сьогодні на металургійному просторі.Steel production from iron ore raw materials by the method of iron oxide reduction takes place in a network of installations without the use of natural gas, pig iron (removal of the raw material smelting process in a blast furnace) and scrap metal, which leads to a reduction in capital costs and a reduction in the cost of production, as well as an improvement in the environmental situation by reducing harmful emissions of CO2 and other gases and dust into the environment. The advantages of the new method will also lead to an increase in the competitiveness of the resulting steel compared to all technologies currently present in the metallurgical space.

Корисна модель може знайти широке застосування в галузі чорній металургії для прямого отримання якісних сталей необхідних марок, що відіб'ється на конкурентоздатності готової продукції та екологічній привабливості самої технології виробництва сталі.The utility model can be widely used in the field of ferrous metallurgy for the direct production of high-quality steels of the required grades, which will affect the competitiveness of finished products and the environmental attractiveness of the steel production technology itself.

Claims

UTILITY MODEL FORMULA A method of producing steel by direct reduction of iron oxide, which includes processing of iron-containing raw materials in a shaft furnace by counterflow of raw materials loaded from above and hot reducing gas moving from below with subsequent heating and melting of the raw materials by a plasma jet to obtain molten iron, which is characterized in that a furnace is used that has a shaft chamber for preliminary reduction (A), horizontal chambers for post-reduction (B) and a chamber for accumulating liquid metal (C), which are connected by transition channels, where pellets of raw materials that do not contain carbon impurities are used as raw materials, heating, reduction and melting of the raw materials are carried out due to heat from low-temperature plasma, which is induced by plasma torches, through which reducing gas is also supplied, while the energy for implementing the production process is provided by using a small modular nuclear reactor that produces electrical energy to power the plasma torches and generate reducing gas in the form of hydrogen, when heating and preliminary reduction of the raw material is carried out by a plasma jet, ensuring an average mass temperature of the gas in the range of 2500-3000 "C when supplying a flow of reducing gas of composition up to 10095 hydrogen at the rate of 500-700 m3/t of raw material in the preliminary reduction chamber (A), heating and final reduction of iron to obtain a liquid phase of the melt is carried out by a plasma jet, ensuring a melt temperature in the range of 1400-1600 "C when supplying a flow of reducing gas of composition up to 100 95 hydrogen at the rate of 500-700 m3/g of melt in the post-reduction chamber (B), while the excess heated reducing gas from the post-reduction chamber (B) is directed to the lances in the pre-reduction chamber (A), which are located above the level of the plasma torches, bringing the liquid phase The melting of iron to a given chemical composition of steel is carried out in the chamber for the accumulation of liquid metal (B) by introducing the necessary elements and ferroalloys into the melt, maintaining the temperature of the melt in the range of 1550-1650 "With the SVU heater device, after controlling the chemical composition of the melt and its compliance with the given one, the temperature of the melt is increased to 1560-1580 and the steel and slag are poured. e dp I V E 5 p s i om, psi, ; mch shk ke b y ch no, X x Sh- mliko xxx ti xxx Zh re s zhk tu sect nyat xxx a t E u 1 Deu tetoststttnhx olenya z e llyan t t ; r ii x u pet yam tk tyam i ; i ke, ' a E i z Her M ru nu BOB i, She oisuhkhk dzh i ECON ZH V san Esh y - Z. ey s-y-Ve sdrnik dnya i Sh i She gya Her one ; h dk K, ek S i dityati je x pek dili, B "I V pd nn ot shen M det y I pn v V y ' «i zo shche ben BI M Shk set u heni i svi - z ooo dr diki dnk Z Kh v | Ko dya MO 505 dune ee oserei VEK sok h ro vatny dnyni p ey sho shiy vh | sha KZ i tm y y y » ek dit Ko t I en shk Y i shirita mVnnani nn I sht y nini ! Yan T I N I. zgol ltig p do pi foge poetesi KO Kk g. 1 i v nehe V v she Shk YAK ON i ! ' Zhe eh for rev re re er og lori i 5 ! i ! p ne EK ooo zhen Ku I I shi y 1 ; I G t MUKY, MM OH yam, xxx to soy s» dm podh cursing I i : x di rif per i CHE pe VK M Fe