Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА ИЛИ ЖИДКИХ СТАЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ ШИХТЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ ЖЕЛЕЗНУЮ РУДУ

Изобретение относится к способу получения чугуна или жидких стальных продуктов в доменной печи, причем, по меньшей мере, одну часть потока колошникового газа, выходящего из восстановительной шахтной печи, в значительной степени освобождают от СО₂, при необходимости нагревают и подают в доменную печь в качестве восстановительного газа, а также к установке для осуществления этого способа.

Способ этого рода известен из DE 4421673 А1. Здесь колошниковый газ после удаления СО₂ смешивают с горячим азотом или горячим азот- или аргонсодержащим газом и, тем самым, нагревают до температуры свыше 800°С. При этом нагретый и в значительной степени освобожденный от СО₂ колошниковый газ подают в доменную печь по кольцевому воздухопроводу горячего дутья. Нагрев колошникового газа должен происходить при этом предельно быстро во избежание превращения СО по будуаровскому равновесию или во избежание превращения Н₂ по гетерогенной реакции водяного газа, из-за чего возникают значительные технологические и аппаратные затраты.

Способ прямого восстановления железных руд раскрыт в US 3954444 А1. Здесь из шахтной печи отбирают, подготавливают, а затем снова подают в шахтную печь часть восстановительного газа. При этом восстановительный газ в особой форме выполнения может быть введен в качестве восстановительного средства также в доменную печь. Также в этом способе регенерирование газа является сложным делом и требует больших технологических и аппаратных затрат.

С точки зрения уровня техники задачей изобретения является разработка способа и установки для осуществления этого способа, с помощью которых достигалось бы улучшение энергобаланса и проведения процесса.

Поставленная задача решается согласно изобретению в отношении способа признаками ограничительной части пункта 1 формулы, а в отношении установки - признаками ограничительной части пункта 5.

Верхний усеченный конус доменной печи, занимающий приблизительно три пятых ее высоты, специалисты обозначают термином "шахта".

Благодаря признаку согласно изобретению, заключающемуся в подаче нагретого газа в нижнюю зону шахты доменной печи, достигаются значительные преимущества в проведении способа по сравнению с уровнем техники.

Изобретение предусматривает, в частности, полное технологическое дальнейшее использование колошникового газа шахтной печи. При этом колошниковый газ шахтной печи направляют на дальнейшее использование, преимущественно, в отношении его восстановительных свойств. Часть потока колошникового газа в способе согласно изобретению может быть введена в доменную печь, а другая часть потока может быть использована для вырабатывания энергии. Существенно, однако, что колошниковый газ удаляют после прохождения через шахтную печь, а не как в уровне техники ответвляют часть потока в шахтной печи. Благодаря способу согласно изобретению по сравнению с уровнем техники реализуется гораздо более эффективный нагрев шихты в шахтной печи, что является для эксплуатации существенным критерием.

Согласно особенно предпочтительной форме выполнения изобретения в доменную печь подают весь колошниковый газ шахтной печи.

Далее, благодаря реализованной таким образом подаче газа над распаром, последний, а также заплечики, термически разгружаются, что улучшает газопроницаемость этой зоны и дренаж жидкой фазы.

Место подачи колошникового газа в нижней зоне шахты доменной печи определяется при этом, в основном, составом колошникового газа в данном способе.

После того, как любой колошниковый газ будет иметь особый состав, в целом характерный для способа, из которого он происходит, необходимо в известных рамках определить то место подачи газа в шахте доменной печи, которое обеспечивает работу доменной печи в оптимальном режиме.

Можно привести следующие сведения об упомянутом месте в шахте доменной печи, в котором колошниковый газ подают в доменную печь.

Место подачи находится, в целом, при локальном рассмотрении выше когезивной зоны или выше зоны прямого восстановления и, тем самым, в шахте доменной печи. Положение места подачи колошникового газа в шахте доменной печи определяется, с одной стороны, температурой и составом колошникового газа, а с другой стороны, работой доменной печи. Решающим при этом является действие, достигаемое подачей колошникового газа.

Действие колошникового газа, решающее в этом отношении для согласования состава колошникового газа с карбюризатором доменного процесса, состоит, с одной стороны, в повышении доли косвенного восстановления за счет подачи восстановительного газа, причем равным образом уменьшается доля прямого восстановления, которое в доменной печи приводит к нежелательному расходу углерода и сильной энергетической нагрузке процесса, а с другой стороны, в значительно более высокой скорости нагрева и, тем самым, меньшем разрушении руды, а также в связанном с этим большем реакционном объеме внутри завалки доменной печи.

Согласно одной предпочтительной форме выполнения изобретения температура колошникового газа перед входом в доменную печь составляет свыше 750°С, преимущественно 750-1100°С, предпочтительным образом 800-920°С и особенно предпочтительно 820-880°С, причем этот газ подают в доменную печь на нижнем конце ее шахты для восстановления силиката железа, включающего свободный оксид FeO.

При этом в месте подачи газа в обычной, соответствующей уровню техники доменной печи во внешних слоях завалки доменной печи достигаются температуры 1100°С и ниже, в предпочтительном выполнении - ниже 1000°С, а в одном особенно предпочтительном выполнении - ниже 900°С.

Согласно одной особенно предпочтительной форме выполнения способ получения чугуна или жидких стальных продуктов содержит плавильный газификатор, который преобразует восстановленные частицы железа в чугун и при этом образует восстановительный газ. Этот восстановительный газ особенно подходит для последующего применения в восстановительной шахтной печи и служит, кроме того, в качестве основы колошникового газа, который согласно изобретению подают в нижнюю зону шахты доменной печи.

Согласно другому признаку изобретения свободный в значительной степени от СО₂ колошниковый газ нагревают за счет частичного сжигания до температуры свыше 800°С.

Тем самым, за счет частичного сжигания устанавливают содержание СО₂/Н₂О в колошниковом газе для того, чтобы соответствующим образом, как уже говорилось, согласовать состав подаваемого в доменную печь колошникового газа и, в частности, уменьшить выделение углерода в доменной печи. Уменьшение выхода такого тонкодиспергированного углерода положительно сказывается на энергобалансе процесса.

Благодаря типичному для определенного способа составу колошникового газа за счет его подачи в доменную печь в нижнюю зону ее шахты сокращается не только расход кокса, но и, кроме того, степень окисления введенного колошникового газа согласуется с данной зоной доменной печи, в которую должен быть введен колошниковый газ, и, таким образом, оптимизируется работа доменного агрегата.

Если до сих пор колошниковый газ подавали в доменную печь по обычному воздухопроводу горячего дутья, и поэтому он должен был иметь особенно низкое содержание СО₂ и Н₂О, то при подаче газа в одном месте заметно выше обычного воздухопровода горячего дутья в шахте доменной печи требуется гораздо более высокое содержание СО₂ и Н₂О.

Благодаря тому, что посредством признака, заключающегося в нагреве в значительной степени свободного от СО₂ колошникового газа за счет его частичного сжигания, заменяется та операция в уровне техники, которая предусматривала нагрев колошникового газа горячим азотом или азот- и аргонсодержащим газом, и используется гораздо более целесообразная форма нагрева колошникового газа. За счет, по меньшей мере, частичного превращения колошникового газа в результате частичного окисления происходит значительное повышение температуры газа. Так, правда, повышается содержание СО₂ и Н₂О в колошниковом газе после предложенного, уже известного в уровне техники удаления СО₂, однако, это происходит в той зоне, которая определяется взаимодействием между составом газа и местом подачи колошникового газа в шахте доменной печи. Увеличение доли СО₂ и Н₂О, кроме того, настолько незначительное, что в отношении операции согласно ближайшему уровню техники невозможно констатировать заметного ухудшения восстановительной плавки.

В качестве преимуществ способа следует обратить внимание на следующее.

Благодаря измененному по сравнению с уровнем техники месту подачи газа в доменную печь можно нагреть колошниковый газ до нужной температуры простым путем частичного сжигания, поскольку доли СО₂ и Н₂О оказывают непринципиальное мешающее действие. Сложный вид нагрева колошникового газа за счет смешивания с горячим азотом или аргоном, как это описано в уровне техники, таким образом предотвращен. Увеличение доли косвенного восстановления в доменном процессе приводит к заметной экономии энергии, благодаря чему доменная печь может эксплуатироваться в отношении энергетического и газового баланса на заметно более высокой рабочей отметке.

Согласно другому признаку изобретения освобожденный от СО₂ колошниковый газ для его частичного сжигания подвергают дополнительному рекуперативному и/или регенеративному подогреву.

При этом рекуперативный и/или регенеративный подогрев, а также частичное сжигание, согласовывают между собой и со всем процессом, благодаря чему создается особенно эффективная и простая возможность регулирования содержания СО₂ и Н₂О.

Если место подачи восстановительного газа в доменную печь определено, то содержание СО₂ и Н₂О в восстановительном газе путем целенаправленного изменения параметров удаления СО₂ и/или подогрева, и/или частичного окисления регулируют соответствующим для работы доменной печи образом.

За счет двухступенчатой формы нагрева колошникового газа с рекуперативным и/или регенеративным подогревом и последующим частичным сжиганием предотвращается возникновение пылеобразования из металлических частиц, а также чрезмерное выделение С в доменной печи.

Согласно одной особенно предпочтительной форме выполнения изобретения освобожденный от СО₂ и Н₂О колошниковый газ перед его частичным сжиганием подвергают рекуперативному и/или регенеративному подогреву в интервале температур 300-600°С, преимущественно, 400-500°С.

Благодаря этому признаку возможно особенно благоприятное ведение процесса, которое отличается, в частности, особенно предпочтительным согласованием предварительного подогрева с частичным сжиганием. За счет рекуперативного и/или регенеративного подогрева содержание СО₂ и Н₂О в колошниковом газе почти не повышается или повышается лишь минимально, что может быть предпочтительным при дальнейшем осуществлении способа.

Ниже изобретение поясняется более подробно с помощью не ограниченного описанием примера выполнения изобретения, показанного схематично на чертеже, где:

на чертеже показана установка согласно изобретению и процесс получения чугуна или жидких стальных продуктов из содержащей железную руду шихты.

Позицией 1 обозначено выполненное в виде восстановительной шахтной печи устройство прямого восстановления, в зоне 2 восстановления которого сверху по подающему трубопроводу 3 загружают кусковую, содержащую железную руду шихту, при необходимости, вместе с загруженными по подающему трубопроводу 4 несгоревшими добавками. Шахтная печь 1 связана с плавильным газификатором 5, в котором из карбюризаторов и кислородсодержащего газа получают восстановительный газ, подаваемый в шахтную печь 1 по подающему трубопроводу 6, причем в подающем трубопроводе 6 предусмотрено (предусмотрены) газоочистительное и/или газоохлаждающее устройство 7.

Плавильный газификатор 5 содержит подающий трубопровод 8 для твердых кусковых карбюризаторов, подающий трубопровод 9 для возврата пылей, подающий трубопровод 10 для кислородсодержащих газов и подающие трубопроводы 11, 12 для жидких или газообразных при комнатной температуре карбюризаторов, таких как углеводороды, а также для сгоревших добавок. В плавильном газификаторе 5 под зоной 13 плавильной газификации скапливаются жидкие чугун 14 и шлак 15, выпускаемые через выпускные отверстия 16, 17.

Кусковую руду, восстановленную в шахтной печи 1 в зоне 2 восстановления в губчатое железо, вместе со сгоревшими в зоне 2 восстановления добавками переводят по трубопроводам 18, связывающим шахтную печь 1 с плавильным газификатором 5, в плавильный газификатор, например, с помощью выгружных шнеков (не показаны).

К верхней части шахтной печи 1 примыкает отводящий трубопровод 19 для образующегося в зоне 2 восстановления колошникового газа. Этот колошниковый газ, имеющий температуру 200-400°С, подают через газоочистительное устройство 20 к скрубберу 21 для СО₂, где он имеет, приблизительно, температуру окружающей среды. Химический состав колошникового газа следующий:

После выхода из скруббера для СО₂ в значительной степени свободный от СО₂ колошниковый газ имеет, в основном, следующий химический состав:

Колошниковый газ подают далее в рекуператор или регенератор 22, в котором его нагревают до температуры, приблизительно, 450°С. После этого очищенный, в основном, свободный от СО₂ колошниковый газ попадают в реактор 23, в котором его частично сжигают с подачей по трубопроводу 33 кислородсодержащей среды, в частности, чистого кислорода. При этом газ достигает температуры около 850°С. Частично сожженный газ имеет, в основном, следующий состав:

Нагретый колошниковый газ подают теперь по трубопроводу 24 кольцевого трубопровода 25 в доменную печь 26 и в нижней зоне шахты доменной печи вводят в нее. В доменную печь, которая может быть произвольной конструкции, сверху по подающему трубопроводу 27 подают оксиды железа вместе с коксом и добавками. Жидкие чугун 28 и шлак 29 отводят обычным образом через выпускные отверстия 30, 31. Горячее дутье подают по подающему воздухопроводу 32.

Согласно изобретению подобный способ и подобная установка имеют следующие преимущества:

- особенно эффективное повышение производительности процесса получения железа в уже существующей доменной печи способом прямого восстановления, поскольку в доменной печи, предпочтительно, используют колошниковый газ из способа прямого восстановления, и, таким образом, происходит использование образующегося при осуществлении способа прямого восстановления колошникового газа для дополнительного получения чугуна в существующих доменных печах;

- повышение производительности доменной печи за счет повышения степени восстановления через косвенное восстановление шихты газом и, тем самым, улучшение теплового баланса в зоне заплечиков и лещади доменной печи;

- более эффективное кальцинирование кусковых добавок в случае их непосредственной загрузки в доменную печь.