close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY5424

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 5424
(13) C1
(19)
7
(51) C 21B 13/14
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ПЛАВИЛЬНО-ГАЗИФИКАЦИОННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ
ПОЛУЧЕНИЯ РАСПЛАВА МЕТАЛЛА И УСТАНОВКА ДЛЯ
ПОЛУЧЕНИЯ РАСПЛАВОВ МЕТАЛЛА
(21) Номер заявки: a 19981141
(22) 1998.12.18
(86) PCT/AT97/00133, 1997.06.19
(31) A 1100/96 (32) 1996.06.20 (33) AT
(46) 2003.09.30
(71) Заявители: ФОЕСТ-АЛЬПИНЕ ИНДУСТРИАНЛАГЕНБАУ ГМБХ (AТ);
ПОХАНГ АЙРОН ЭНД СТИЛ КО.,
ЛТД. (KR); РИСЕРЧ ИНСТИТУТ
ОФ ИНДАСТРИАЛ САЙЕНС ЭНД
ТЕХНОЛОДЖИ, ИНКОРПОРЕЙТЕД
ФАУНДЕЙШН (KR)
(72) Автор: ЧЕТЧЕ, АЛБЕРТ (AT)
(73) Патентообладатели: ФОЕСТ-АЛЬПИНЕ
ИНДУСТРИАНЛАГЕНБАУ ГМБХ
(AТ); ПОХАНГ АЙРОН ЭНД СТИЛ
КО., ЛТД. (KR); РИСЕРЧ ИНСТИТУТ
ОФ ИНДАСТРИАЛ САЙЕНС ЭНД
ТЕХНОЛОДЖИ, ИНКОРПОРЕЙТЕД
ФАУНДЕЙШН (KR)
BY 5424 C1
(57)
1. Плавильно-газификационный аппарат для получения расплава металла, предпочтительно
расплава чушкового чугуна, из носителей металла, в частности частично восстановленного и
содержащего мелкодисперсную фракцию, например из губчатого железа, и восстановительного
Фиг. 1
BY 5424 C1
газа путем газификации угля, содержащий питающие трубопроводы для кислородсодержащих
газов в нижней части аппарата и питающие трубопроводы для носителей металла и углерода, в
частности угля, отводной трубопровод для получаемого в плавильно-газификационном аппарате восстановительного газа и отводы для расплава металла и шлака, отличающийся тем, что
аппарат снабжен расположенной в его внутренней части наклонной огнеупорной стенкой, а как
минимум один из питающих трубопроводов для носителей металла расположен в куполе,
предпочтительно в центральной части купола, которым сверху ограничен аппарат, при этом наклонная стенка расположена ниже участка входа питающего трубопровода для носителей металла, скошена относительно вертикали и оснащена нагревательными устройствами, предпочтительно угольными горелками, с обеспечением сталкивания оседающих вниз под действием
силы тяжести носителей металла и нагревания области между участком входа питающего трубопровода для носителей металла и наклонной стенкой.
2. Плавильно-газификационный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что наклонная
стенка выполнена замкнутой в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды с вершиной, направленной вниз, а в куполе аппарата выше области размещения замкнутой
стенки расположено несколько питающих трубопроводов для носителей металла, входы
которых направлены к ее внутренней поверхности.
3. Плавильно-газификационный аппарат по п. 2, отличающийся тем, что над замкнутой стенкой размещено несколько нагревательных устройств.
4. Плавильно-газификационный аппарат по п. 3, отличающийся тем, что нагревательные устройства размещены между выходными отверстиями питающих трубопроводов
для носителей металла и областью, где замкнутая стенка отходит от купола плавильногазификационного аппарата.
5. Плавильно-газификационный аппарат по любому из пп. 1-4, отличающийся тем,
что один из питающих трубопроводов для носителей углерода предназначен для загрузки
кускового угля и расположен в центре купола над нижним отверстием замкнутой стенки.
6. Плавильно-газификационный аппарат по п. 5, отличающийся тем, что он снабжен
дополнительными питающими трубопроводами для кусковых носителей углерода и, при
необходимости, для частично восстановленных носителей железа, размещенными за пределами области, расположенной над замкнутой стенкой.
7. Установка для получения расплавов металла, в частности расплава чушкового чугуна,
из загрузочных веществ, по крайней мере частично содержащих мелкодисперсную фракцию
и состоящих из руды, в частности железной, и флюсов, содержащая средство для предварительного восстановления и плавильно-газификационный аппарат, соединенные между собой
питающим трубопроводом для передачи продукта восстановления и газоотводным трубопроводом для восстановительного газа, образуемого в плавильно-газификационном аппарате,
отличающаяся тем, что средство для предварительного восстановления выполнено в виде
как минимум двух последовательно расположенных реакторов с псевдоожиженным слоем,
соединенных между собой транспортировочными трубопроводами и соединительными трубопроводами для восстановительного газа, посредством которых осуществляют передачу руды и восстановительного газа от одного реактора к другому в противоположных направлениях, а плавильно-газификационный аппарат выполнен в соответствии с п. 1 и соединен
посредством питающего трубопровода для восстановленного продукта и газоотводного трубопровода восстановительного газа с реактором с псевдоожиженным слоем, расположенным
последним в направлении течения руды.
(56)
EP 0576414 A1, 1993
EP 0289231 A1, 1987
EP 0111176 A1, 1984
DE 1433375, 1968
2
BY 5424 C1
GB 1090826, 1967
DE 1154817, 1963
SU 1581748 A1, 1990
Изобретение относится к плавильно-газификационным аппаратам для производства
расплава металла.
Из ЕР-В - 0 010 627 известен способ подачи сыпучего железосодержащего материала,
такого как частично восстановленное губчатое железо, через отверстие, расположенное в
центре колпака плавильно-газификационного аппарата, сверху, при этом частицы падают
в плавильно-газификационный аппарат под действием силы тяжести и задерживаются в
псевдоожиженном слое, находящемся внутри плавильно-газификационного аппарата.
Уголь в кусковой форме загружается через загрузочное отверстие, расположенное в колпаке плавильно-газификационного аппарата сбоку, или в куполе, которым плавильногазификационный аппарат оканчивается сверху, также под действием силы тяжести. Восстановительный газ, образующийся в плавильно-газификационном аппарате, отводится
через расположенное в центре загрузочное отверстие для железосодержащего материала.
Способ этого типа непригоден для переработки мелкодисперсных носителей металла, в
частности мелкодисперсного губчатого железа, поскольку из-за сильного потока восстановительного газа, вырабатывающегося в плавильно-газификационной зоне и выходящего через
центральное загрузочное отверстие в колпаке или куполе плавильно-газификационного аппарата, мелкодисперсные носители металла мгновенно выносились бы из плавильно-газификационного аппарата. Такому уносу мелкодисперсных носителей металла благоприятствует
также температура, преобладающая в верхней области плавильно-газификационного аппарата, т.е. в области, находящейся над плавильно-газификационной зоной. Эта температура
слишком низка, чтобы обеспечить плавление и агломерацию мелких частиц на участке загрузки с образованием более крупных частиц, которые, несмотря на восходящий поток восстановительного газа, могут оседать в плавильно-газификационную зону.
Из ЕР-А - 0 217 331 известен способ введения частично восстановленной мелкодисперсной руды в плавильно-газификационный аппарат и ее полного восстановления и
плавления с помощью плазменной горелки при подаче углеродсодержащего восстановительного агента. Частично восстановленная мелкодисперсная руда или порошковое губчатое железо, соответственно, подают в плазменную горелку, расположенную в нижней части плавильно-газификационного аппарата. Недостатком этого способа является то, что
при подаче частично восстановленной мелкодисперсной руды непосредственно в нижнюю
область плавления, т.е. в область, где собирается расплав, полное восстановление уже не
может быть обеспечено, и химический состав, необходимый для дальнейшей переработки
чушкового чугуна, не достигается никакими средствами. Кроме того, невозможна загрузка
больших количеств частично восстановленной мелкодисперсной руды, так как в нижней
части плавильно-газификационного аппарата находится псевдоожиженный слой или фиксированный слой, образованный из угля, а также невозможен отвод достаточного количества расплавленных продуктов из высокотемпературной зоны плазменной горелки. Загрузка больших количеств частично восстановленной мелкодисперсной руды может
привести к мгновенному термическому и механическому повреждению плазменной горелки.
Из ЕР-В - 0 111 176 известен способ подачи мелкодисперсной фракции губчатого железа в плавильно-газификационный аппарат через спускную трубу, выступающую из
днища плавильно-газификационного аппарата вблизи псевдоожиженного слоя угля. У
конца спускной трубы имеется разделительная перегородка для минимизации скорости
мелкодисперсной фракции, что сильно снижает скорость выхода мелкодисперсной фракции из спускной трубы. На участке загрузки температура в плавильно-газификационном
3
BY 5424 C1
аппарате очень низка, за счет чего предотвращается немедленное плавление подаваемой
мелкодисперсной фракции. Этот фактор и низкая скорость выхода мелкодисперсной
фракции из спускной трубы являются причиной того, что значительная часть подаваемой
мелкодисперсной фракции снова уносится из плавильно-газификационного аппарата образующимся в нем восстановительным газом. Загрузка больших количеств губчатого железа, состоящих частично или полностью из мелкодисперсной фракции, в этом способе
невозможна.
Из ЕР-А - 0 594 557 известен способ загрузки мелкодисперсной фракции губчатого
железа посредством транспортировочного газа непосредственно в псевдоожиженный слой
плавильно-газификационной зоны в плавильно-газификационном аппарате. Однако такой
способ не может быть применен, так как в этом случае может произойти закупорка псевдоожиженного слоя, ведущая к недостаточной циркуляции газа, а в некоторых случаях - к
блокировке циркуляции газа с последующими вулканическими взрывами, разрушающими
закупоренный псевдоожиженный слой. Таким образом, процесс газификации носителей
углерода и процесс плавления восстановленной железной руды заметно нарушается.
Из ЕР-А - 0 576 414 известен способ подачи мелкодисперсных носителей металла в
плавильно-газификационную зону через пылевые горелки. Этот способ имеет низкую эффективность плавления из-за короткого времени пребывания частиц в высокотемпературном факеле.
В DE-B - 11 54 817 описан способ, в котором мелкодисперсная железная руда и расплавляющие агенты, такие как топливо и кислород и/или воздух, вводят в реакционную
камеру через горелку. В этом способе сначала вырабатывается интенсивно окисляющее
пламя горелки, и вещества, участвующие в реакции, нагреваются до плавления. После
этого в пламя вдувается топливо для дальнейшего восстановления. Пламя направляют на
расплав, находящийся в плавильной камере.
Задачей настоящего изобретения является создание плавильно-газификационного аппарата, который обеспечивает переработку мелкодисперсных носителей металла без необходимости брикетирования и в котором, с одной стороны, надежно предотвращается
вынос мелких частиц, загружаемых, возможно, в частично восстановленном или полностью восстановленном состоянии, восстановительным газом, вырабатываемым в плавильно-газификационном аппарате, и с другой стороны, если необходимо, обеспечивается
окончательное восстановление мелких частиц. Задачей изобретения является также получение максимально равномерного распределения носителей металла и носителей углерода
в псевдоожиженном слое плавильно-газификационной зоны.
В соответствии с изобретением задача решается за счет того, что плавильногазификационный аппарат для получения расплава металла, предпочтительно расплава
чушкового чугуна, из носителей металла, в частности частично восстановленного и содержащего мелкодисперсную фракцию, например из губчатого железа, и восстановительного газа путем газификации угля, содержащий питающие трубопроводы для кислородсодержащих газов в нижней части аппарата и питающие трубопроводы для носителей
металла и углерода, в частности угля, отводной трубопровод для получаемого в плавильно-газификационном аппарате восстановительного газа и отводы для расплава металла и
шлака, снабжен расположенной в его внутренней части наклонной огнеупорной стенкой, а
как минимум один из питающих трубопроводов для носителей металла расположен в куполе, предпочтительно в центральной части купола, которым сверху ограничен аппарат,
при этом наклонная стенка расположена ниже участка входа питающего трубопровода для
носителей металла, скошена относительно вертикали и оснащена нагревательными устройствами, предпочтительно угольными горелками, с обеспечением сталкивания оседающих вниз под действием силы тяжести носителей металла и нагревания области между
участком входа питающего трубопровода для носителей металла и наклонной стенкой.
4
BY 5424 C1
В предпочтительном варианте наклонная стенка плавильно-газификационного аппарата выполнена замкнутой в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды с вершиной, направленной вниз, а в куполе аппарата выше области размещения замкнутой стенки
расположено несколько питающих трубопроводов для носителей металла, входы которых
направлены к ее внутренней поверхности.
В одном из вариантов над замкнутой стенкой размещено несколько нагревательных
устройств, причем нагревательные устройства размещены между выходными отверстиями
питающих трубопроводов для носителей металла и областью, где замкнутая стенка отходит от купола плавильно-газификационного аппарата.
Предпочтительно один из питающих трубопроводов для носителей углерода предназначен для загрузки кускового угля и расположен в центре купола над нижним отверстием
замкнутой стенки.
В одном из вариантов плавильно-газификационный аппарат снабжен дополнительными питающими трубопроводами для кусковых носителей углерода и, при необходимости,
для частично восстановленных носителей железа, размещенными за пределами области,
расположенной над замкнутой стенкой.
Другим объектом изобретения является установка для получения расплавов металла, в
частности расплава чушкового чугуна, из загрузочных веществ, по крайней мере частично
содержащих мелкодисперсную фракцию и состоящих из руды, в частности железной, и флюсов, содержащая средство для предварительного восстановления и плавильно-газификационный аппарат, соединенные между собой питающим трубопроводом для передачи продукта восстановления и газоотводным трубопроводом для восстановительного газа, образуемого в плавильно-газификационном аппарате, в которой средство для предварительного восстановления выполнено в виде как минимум двух последовательно расположенных реакторов
с псевдоожиженным слоем, соединенных между собой транспортировочными трубопроводами и соединительными трубопроводами для восстановительного газа, посредством которых
осуществляют передачу руды и восстановительного газа от одного реактора к другому в противоположных направлениях, а плавильно-газификационный аппарат соединен посредством
питающего трубопровода для восстановленного продукта и газоотводного трубопровода восстановительного газа с реактором с псевдоожиженным слоем, расположенным последним в
направлении течения руды.
Далее изобретение будет описано более подробно при помощи одного из вариантов
осуществления, показанного на рисунках, где фиг. 1 показывает, лишь в качестве примера,
всю установку для получения расплавов металла, в частности чушкового чугуна, или
жидких полуфабрикатов стали в схематическом представлении. Фиг. 2 показывает детали
фиг. 1 в увеличенном масштабе.
Установка по фиг. 1 оснащена тремя реакторами с псевдоожиженным слоем 1-3, которые расположены последовательно, при этом материал, содержащий оксид железа, такой
как мелкодисперсная руда, через питающий трубопровод руды 4 подают в первый реактор
с псевдоожиженным слоем, в котором на стадии предварительного нагрева 5 происходит
предварительный нагрев мелкодисперсной руды и, возможно, частичное восстановление,
а затем через транспортировочные трубопроводы 6 из реактора с псевдоожиженным слоем 1 последовательно передают в реакторы с псевдоожиженным слоем 2, 3. В реакторе с
псевдоожиженным слоем 2 на стадии частичного восстановления 7 осуществляется частичное восстановление, а в реакторе с псевдоожиженным слоем 3 на стадии полного восстановления 8 осуществляется окончательное или полное восстановление, соответственно, мелкодисперсной руды в губчатое железо.
Полностью восстановленный материал, т.е. губчатое железо, через транспортировочный трубопровод 9 подается в плавильно-газификационный аппарат 10 особым образом,
описанным ниже. Внутри плавильно-газификационного аппарата 10 в плавильногазификационной зоне 11, образованной псевдоожиженным слоем, из носителей углерода,
5
BY 5424 C1
таких как уголь и кислородсодержащий газ, вырабатывается восстановительный газ, который содержит СО- и Н2 и через питающий трубопровод восстановительного газа 12 подается в реактор с псевдоожиженным слоем 3, расположенный последним в направлении течения мелкодисперсной руды. Затем восстановительный газ последовательно передается
противотоком относительно направления течения руды из реактора с псевдоожиженным
слоем 3 в реактор с псевдоожиженным слоем 2 и 1 через транспортировочные трубопроводы 13, выводится из реактора с псевдоожиженным слоем 1 в виде доменного газа через
отводной трубопровод доменного газа 14, после чего охлаждается и очищается во влажном скруббере 15.
Плавильно-газификационный аппарат 1 оснащен питающим трубопроводом 16 для
твердых носителей углерода, питающим трубопроводом 17 для кислородсодержащих газов, а также, возможно, питающими трубопроводами для носителей углерода, таких как
углеводороды, которые являются жидкими или газообразными при комнатной температуре, а также для кальцинированных флюсов. Внутри плавильно-газификационного аппарата 10, ниже плавильно-газификационной зоны 11, собирается расплавленный чушковый
чугун или расплавленный полуфабрикат стали и расплавленный шлак, которые отводятся
через отвод 18.
В питающем трубопроводе восстановительного газа 12, выходящем из плавильногазификационного аппарата 10 и входящем в реактор с псевдоожиженным слоем 3, имеется обеспыливающее устройство 19, такое как циклон горячего газа, а частицы пыли, отделенные в этом циклоне, подаются в плавильно-газификационный аппарат 10 через возвратный трубопровод 20, с использованием азота в качестве транспортировочной среды, и
проходят через горелку 21 при наддуве кислорода.
Реактор с псевдоожиженным слоем 2, в котором осуществляется частичное восстановление мелкодисперсной руды, снабжается намного меньшим количеством восстановительного газа, который, кроме того, обладает более низким восстановительным потенциалом, однако, вполне достаточным для частичного восстановления. Поскольку степень
восстановления материала, восстанавливаемого в этом реакторе, ниже степени восстановления материала на стадии окончательного восстановления 8, в этом месте не происходит
"налипания". Прореагировавший восстановительный газ, который выходит из реактора с
псевдоожиженным слоем 2, подается в скруббер 22 через трубопровод 13. Часть очищенного в скруббере прореагировавшего восстановительного газа отводится через отводной
трубопровод экспортного газа 23; другая часть подается на стадию предварительного нагрева 5, т.е. в реактор с псевдоожиженным слоем 1, через трубопровод 13 при посредстве
компрессора 24.
Возможность регулирования температуры восстановительного газа обеспечивается
благодаря трубопроводу рециркуляции газа 25, который предпочтительно предусмотрен
конструкцией и который выходит из питающего трубопровода восстановительного газа 12
и через скруббер 26 и компрессор 27 передает часть восстановительного газа обратно в
упомянутый питающий трубопровод восстановительного газа 12, а именно - в точке, расположенной перед циклоном горячего газа 19.
Для регулирования температуры предварительного нагрева мелкодисперсной руды
имеется возможность подачи на стадию предварительного нагрева 5, т.е. в реактор с псевдоожиженным слоем 1, кислородсодержащего газа, такого как воздух или кислород, через
трубопровод 28, при этом происходит частичное сгорание прореагировавшего восстановительного газа, подаваемого на стадию предварительного нагрева 5.
В соответствии с изобретением загрузка губчатого железа и носителей углерода происходит через отдельное загрузочное устройство 29, которое показано в увеличенном
масштабе на фиг. 2.
В центре внутренней части 31 купола 30, которым плавильно-газификационный аппарат 10 оканчивается сверху, имеется загрузочное устройство 29, снабженное наклонной
6
BY 5424 C1
стенкой 33, скошенной к вертикальной оси 32 плавильно-газификационного аппарата, при
этом, в соответствии с показанным предпочтительным вариантом осуществления изобретения, упомянутая стенка выполнена в виде замкнутой стенки в форме усеченного конуса
или пирамиды. Вершина 34 усеченного конуса или пирамиды, соответственно, находится
на вертикальной или продольной оси 32, соответственно, плавильно-газификационного
аппарата 10. Замкнутая стенка 33 выполнена из огнеупорного материала и с внутренней
стороны может быть упрочнена за счет несущей конструкции 35. Эта несущая конструкция 35 может представлять собой кожух из стального листа.
В области проекции замкнутой стенки 33 на купол 30 плавильно-газификационного аппарата 10 в направлении продольной центральной оси 32 в плавильно-газификационный аппарат 10 входят питающие трубопроводы 9 для губчатого железа. Частицы губчатого железа,
которые через этот питающий трубопровод 9 падают в плавильно-газификационный аппарат
под действием силы тяжести, сталкиваются с замкнутой стенкой 33 и, как показано стрелками, по упомянутой замкнутой стенке 33 перемещаются к нижнему отверстию 36 замкнутой
стенки 33, обращенному к плавильно-газификационной зоне 11, выходят через упомянутое
отверстие и оседают в псевдоожиженный слой плавильно-газификационной зоны 11 (навстречу идущему вверх потоку восстановительного газа, вырабатываемого в плавильногазификационном аппарате 10), проходят через плавильно-газификационную зону 11 и плавятся там.
Область 37, охватываемая замкнутой стенкой 33, нагревается нагревательными устройствами 38, которые предпочтительно действуют как горелки, которые питают мелкодисперсным углем и кислородом. Горелки 38 в области 37, охватываемой замкнутой стенкой 33, которую можно рассматривать как камеру сгорания, поддерживают господствующую температуру
на уровне выше температуры плавления губчатого железа. За счет этого происходит агломерация и частичное плавление частиц губчатого железа, в результате чего более крупные частицы, образующиеся из мелких частиц, достигают псевдоожиженного слоя плавильногазификационной зоны, несмотря на сильный встречный поток восстановительного газа, и не
выносятся этим потоком восстановительного газа.
Кроме того, рециркуляция пыли в плавильно-газификационный аппарат 10 может
осуществляться через горелки 38, т.е. пыль, выходящая из обеспыливающего устройства
19, может подаваться обратно в плавильно-газификационный аппарат 10, а именно - через
трубопровод 38'.
Когда губчатое железо сталкивается с наклонной стенкой 33 и скользит вдоль нее, его
скорость снижается, поэтому оно достаточно долго находится в камере сгорания 37, в которой преобладает достаточно высокая для агломерации температура. Наличие камеры
сгорания 37 в соответствии с показанным на рисунках вариантом изобретения строго необходимым не является. Может быть также выполнена плоская наклонная стенка, с которой будут сталкиваться частицы мелкодисперсного материала, однако преимуществом
камеры сгорания является то, что в этом случае возможна минимизация подачи энергии,
необходимой для достижения эффективной агломерации или частичного плавления, соответственно, мелкодисперсных частиц губчатого железа. Кроме того, в куполе 30 плавильно-газификационного аппарата 10 может быть выполнено несколько наклонных стенок 33.
Носители углерода, такие как уголь, вводятся через питающие трубопроводы 16, входящие в купол 30 плавильно-газификационного аппарата 10 в области, расположенной за
пределами замкнутой стенки 33 в радиальном направлении.
Кусковой уголь может также загружаться в плавильно-газификационный аппарат через камеру сгорания 37, образуемую замкнутой стенкой 33, например, через центрально
расположенное устье дополнительного питающего трубопровода 16' для кусковых носителей углерода, а также, возможно, для частично восстановленных носителей железа. При
таком размещении питающих трубопроводов 16, 16' для носителей углерода можно опти-
7
BY 5424 C1
мизировать структуру псевдоожиженного слоя, так чтобы губчатое железо практически
равномерно распределялось по поперечному сечению псевдоожиженного слоя.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
155 Кб
Теги
by5424, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа