Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ РУДНО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к получению титановых шлаков при плавке и восстановлении титансодержащего сырья в рудно-термических печах, в частности к способам очистки отходящих газов, образующихся в процессе плавки.

Известен способ отвода тепла от конструктивных элементов рудно-термических печей (кн. Испарительное охлаждение печей в цветной металлургии. - Багров О.Н. - М.: Металлургия, 1979, с.10-17, 65-70, 126-130). В способе использована система испарительного охлаждения с помощью кессонов, размещенных на охлаждаемом элементе печи и выполненных в виде двух труб, соединенных с барабаном-сепаратором. Воду подводят из барабана-сепаратора в кессон по трубе, а из кессона нагретую воду отводят по паропроводу в барабан-сепаратор. Вода в системе циркулирует непрерывно. Образующийся пар можно использовать для технологических нужд. Убыль воды пополняется подпиткой барабана-сепаратора химически очищенной водой.

Недостатком данного способа является низкая степень очистки газов от пыли и вредных примесей.

Известен способ очистки газов рудно-термических печей (кн. Улавливание и утилизация пылей и газов: Учебное пособие. - Денисов С.И. - М., Металлургия, 1991, с.18-32), включающий процесс плавки, сжигание реакционных газов в шахте с установкой для дожига реакционных газов, отвод отходящих газов через установку для дожига газов и газоходы с одновременным охлаждением газов с помощью системы испарительного охлаждения, двухстадийную очистку газов от пыли и вредных примесей в циклонах и в металлотканевых фильтрах. Установка для дожига реакционных газов, предназначенная для частичного сжигания оксида углерода, представляет собой камеру с газовой горелкой, куда подают природный газ низкого давления. В камеру дожига отходящие газы из печи поступают по водоохлаждаемым газоходам, в которых установлены шиберы, служащие для поддержания минимального разрежения в печи, а также для отключения установки при аварийных ситуациях и остановках печи.

Недостатком данного способа очистки отходящих газов рудно-термической печи является низких срок службы оборудования и газоходов.

Известен способ очистки отходящих газов рудно-термических печей (патент РФ №2190171, опубл. 27.09.2002, бюл. 27), по количеству общих признаков принятый за ближайщий аналог-прототип. Способ включает процесс плавки, отвод отходящих газов через установку для дожига газов и газоход и охлаждение газов, двухстадийную очистку газов от пыли и вредных примесей сначала в циклонах с возвратом уловленной пыли на процесс плавки, затем в металлотканевых фильтрах с регенерацией фильтра сжатым воздухом, ступенчатое охлаждение газов в газоходах с помощью системы испарительного охлаждения, при этом на первой ступени охлаждения отходящие газы очищают от оксида углерода путем сжигания, а пыль, полученную после очистки на фильтре, подвергают дальнейшей переработке. Ступенчатое охлаждение газов осуществляют в три стадии, первоначально до температуры ниже 1300°С, на второй ступени - до 700-800°С, и на третьей - выше 200°С. Первая и вторая ступени снабжены кессонами в виде системы испарительного охлаждения и замкнутым циклом связаны с барабаном-сепаратором, а на третью ступень подают насыщенный пар из барабана-сепаратора. Пар перегревают и направляют потребителю.

Недостатком данного способа является низкий срок службы газоходов печи из-за отложения на внутренних стенках газохода возгонов химически реакционных продуктов плавки, так как часть продуктов плавки выносится из печи в расплавленном состоянии и при охлаждении до низких температур расплавленные возгоны конденсируются вместе с пылью на внутренней поверхности установки для дожига газов и газоходов. Это приводит к снижению срока службы как газоходов, так и всей печи в целом и к значительным простоям печи из-за трудоемкой операции по очистке газоходов печи от настылей (вручную).

Технический результат направлен на устранение недостатков способа очистки отходящих газов и позволяет в результате постепенного охлаждения отходящих из рудно-термической печи газов снизить осаждение расплавленных оксидов металлов и химически активных примесей вместе с твердыми примесями в установке для дожига газов и в газоходах печи и тем самым повысить срок службы установки для дожига газов и газоходов, а также и самой печи, повысить производительность работы печи за счет исключения простоев печи при очистке газоходов, исключения применения ручного труда, используемого при очистке газоходов. Срок службы печи увеличивается до 5 лет.

Технический результат достигается тем, что предложен способ очистки отходящих газов рудно-термической печи, включающий процесс плавки, сжигание реакционных газов в установке для дожига газов, отвод отходящих газов через установку для дожига газов и газоходы с одновременным охлаждением газов с помощью системы испарительного охлаждения, двухстадийную очистку газов от пыли и вредных примесей в циклонах с возвратом уловленной пыли на процесс плавки и в металлотканевых фильтрах, новым является то, что охлаждение отходящих газов в установке для дожига газов и на каждой ступени газохода осуществляют равномерно при разности температур на входе и выходе хладоагента из кессонов системы испарительного охлаждения, равной 60-70°С, а температуру газов в установке для дожига газов поддерживают равной 1300-1700°С, в вертикальном газоходе, равной 810-1000°С, а в наклонном газоходе, равной 350-500°С.

Подобранные опытным путем границы температурного режима при ступенчатом охлаждении газов позволяют снизить осаждение расплавленных оксидов металлов и химически активных примесей вместе с твердыми примесями на внутренней поверхности установки для дожига газов и газоходов для отвода газов из печи. Такие оксиды металлов, как оксид железа (температура плавления 1377°С), оксид марганца (температура плавления 1569°С), оксид кремния (температура плавления 1610°С) и другие оксиды, находятся в рудно-термической печи в расплавленном состоянии и выносятся с пылевыми частицами и газами в установку для дожига газов и газоходы. При низких температурах указанные оксиды конденсируются на внутренних стенках установки для дожига газов и газоходов, образуя наросты и уменьшая проходимость газов в газоходах. Это приводит к снижению срока службы как газоходов, так и всей печи в целом и к значительным простоям печи из-за трудоемкой операции по очистке газоходов печи от настылей (вручную).

Поддержание равномерной разности температур на входе и выходе хладоагента из кессонов системы испарительного охлаждения, равной 60-70°С, при охлаждении отходящих газов не позволяет осуществлять резкое охлаждение отходящих газов в установке для дожига газов и на каждой ступени газохода. Это приводит к снижению осаждения из газов расплавленных оксидов металлов и химически активных примесей вместе с твердыми примесями, повышению срока службы как газоходов, так и всей печи в целом и к снижению простоев печи из-за трудоемкой операции по очистке газоходов печи от настылей (вручную).

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе очистки отходящих газов рудно-термической печи, изложенных в пунктах формулы изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Заявленные признаки являются новыми и не вытекают явным образом для специалиста, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа

Для проведения процесса получения титанового шлака, который используют в дальнейшем для получения губчатого титана, применяют сырье в виде ильменитового концентрата, состава масс.%: TiO₂-52-63 (ТУ 14-10-005-98), и восстановитель в виде антрацита по ГОСТ 11014-2001. Процесс восстановления ильменитового концентрата восстановителем осуществляют периодическим процессом в рудно-термической печи полузакрытого типа. Ильменитовый концентрат пневмотранспортом транспортируют в расходные бункеры при давлении сжатого воздуха 0,4-0,6 МПа, а восстановитель транспортируют ленточными питателями и также сгружают в расходные бункеры с получением титановой шихты следующего состава, масс.%: 58,4 TiO₂; 0,9 MnO; 5,0 FeO; 1,6 SiO₂; 1,1 Al₂O₃; 0,24 H₂O; 14,2 C; 0,40 Cr₂O₃; 0,5 MgO; 0,59 CaO; 9,2 Cl; 0,16 Y₂O₅. Из расходных бункеров с помощью дозаторов подают компоненты шихты на транспортер в количестве 10 кг восстановителя на 100 кг концентрата, поддерживая соотношение 1:10, затем смесь подают в раздаточные бункеры, производя одновременное перемешивание компонентов шихты. Из бункеров осуществляют загрузку шихты в печные карманы. Первоначально при пуске печи производят ее сушку и разогрев. При накоплении расплава выше уровня летки проводят его восстановление до значения массовой доли оксида железа не более 7% и производят первый выпуск титанового шлака и попутного металла. Токовая нагрузка осуществляется постепенно из расчета 800-1300 кВт/час на тонну загруженной в печь шихты в зависимости от состояния гарниссажа в ванне печи, температуры футеровки. В процессе плавления шихты поддерживают содержание закиси железа 6-18%. Подвод воздуха осуществляют через рабочие окна в шахте печи путем естественного подсоса воздуха вентилятором, размещенным в газоходе печи. После набора полной токовой нагрузки на электродах печи регуляторы мощности переводят в автоматический режим работы. Восстановительную плавку ведут при температуре процесса 1800°С, температуре футеровки подины печи не более 450°С, при расходе воздуха на охлаждение подины в пределах 10000-20000 нм³/час на 1 кв. м подины. Расплав отстаивают и производят выпуск продуктов плавки из летки. Окончание процесса определяют методом экспресс-анализа на закись железа, содержание которой не более 5% масс. Отходящие газы в количестве 15000 м³/час удаляют из печи принудительной тягой с помощью вентиляторов горячего дутья и подвергают сухой очистке от пыли в циклонах и специальной очистке в фильтрах тонкой очистки. Запыленность отходящих газов составляет от 6 до 60 г/м³. В газах содержится, масс.%: 0,2-0,6 CO, 0,2-0,6 CO₂ и 11,2 O₂, 16,5 H₂, 0,6 воды, остальное - окислы азота. Химический состав пыли до циклонов, масс.%: 57,7 TiO₂, 22,1 FeO, 0,2 CaO, 2,2 MgO, 9,1 SiO₂, 1,1 MnO₂, 3,6 Cr₂O₃, 2,7 Al₂O₃, 0,29 V₂O₅. Плотность пыли составляет 3,5 г/см³, размер частиц 1-25 мкм, пыль неабразивна. Отходящие газы из рудно-термической печи проходят через установку для дожига газов, вертикальный и наклонный газоходы. Установка для дожига газов снабжена установкой испарительного охлаждения и выполнена в форме усеченной четырехгранной пирамиды из листового железа, установленной на свод печи. Отходящие газы сжигают с целью очистки от диоксида углерода. Установка для дожига газов снабжена горелкой и форсункой для подачи воздуха. Объемный расход природного газа до 40 м³/час, номинальный объем расхода воздуха - до 400 м³/час, соотношение расхода природного газа и воздуха, подаваемого на стадию очистки отходящих газов, составляет 1:10. По периметру и основанию установки для дожига газов приварены полутрубы, соединенные с коллектором и составляющие в общем виде кессон. Газы с помощью насоса ВВДН-17 производительностью 39500 м³/ч проходят через установку для дожига газов и при охлаждении стенок установки через кессоны пароводяной смесью охлаждаются до температуры 1700°С. Пароводяную смесь подают с помощью насосов из барабана-сепаратора по трубопроводам при температуре 105°С и при температуре 170°С выводят из верхней секции кессона установки для дожига газов в барабан-сепаратор, поддерживая постоянную разность температур в 65°С. Далее отходящие газы с помощью насоса ВВДН-17 производительностью 39500 м³/ч проходят через вертикальный газоход и при охлаждении стенок газохода через кессоны пароводяной смесью охлаждаются до температуры 1000°С, поддерживая разность температур в кессоне, равной 65°С. Последующее движение отходящих газов осуществляют через наклонный газоход с помощью насоса ВВДН-17 производительностью 39500 м³/ч. Отходящие газы проходят через наклонный газоход и при охлаждении стенок газохода через кессоны пароводяной смесью охлаждаются до температуры 500°С, поддерживая постоянную разность температур в 65°С. Далее охлажденные до температуры 350-500°С газы поступают в циклоны типа СЦН-40, уловленную пыль возвращают в рудно-термическую печь, а газы после циклонов поступают в металлотканевые карманы фильтров. Пыль осаждается на металлической сетке, с помощью сжатого воздуха ее встряхивают, а очищенный газ при помощи вентилятора ВВДН-17 через вертикальный газоход-трубу удаляют в атмосферу воздуха. В результате получают титановый шлак по ТУ 1715-452-05785388-99 с содержанием TiO₂ не менее 80% масс.%, FeO не более 7,5 мас.%, MgO не более 1,2 мас.% и железистый материал с содержанием массовой доли железа не менее 88 мас.%. Титановый шлак поступает на дальнейшую переработку для получения титановой губки, железистый материал является товарной продукцией.

Таким образом, предложенный способ очистки отходящих газов позволяет в результате постепенного охлаждения отходящих из рудно-термической печи газов снизить осаждение расплавленных оксидов металлов и химически активных примесей вместе с твердыми примесями в установке для дожига газов и в газоходах печи и тем самым повысить срок службы установки для дожига и газоходов, а также и самой печи, повысить производительность работы печи за счет исключения применения ручного труда, используемого при очистке газоходов. Срок службы печи увеличивается до 5 лет.