close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15209

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.12.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 21B 13/14 (2006.01)
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА РАСПЛАВЛЕННОГО ЖЕЛЕЗА
И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА
(21) Номер заявки: a 20070197
(22) 2005.07.29
(31) 10-2004-0060584 (32) 2004.07.30 (33) KR
(31) 10-2005-0033775 (32) 2005.04.22 (33) KR
(85) 2007.02.28
(86) PCT/KR2005/002478, 2005.07.29
(87) WO 2006/011774, 2006.02.02
(43) 2007.10.30
(71) Заявитель: ПОСКО (KR)
BY 15209 C1 2011.12.30
BY (11) 15209
(13) C1
(19)
(72) Авторы: КВОН, Ёнг-Чул; ХУР, НамСук; ПАРК, Ёнг-До; КИМ, Хак-Донг
(KR)
(73) Патентообладатель: ПОСКО (KR)
(56) RU 2133780 C1, 1999.
RU 2175675 C2, 2001.
DE 19950827 A1, 2000.
WO 03/025230 A1.
JP 62-224619 A, 1987.
RU 2122586 C1, 1998.
(57)
1. Способ производства расплавленного железа, заключающийся в том, что получают
кусковой и измельченный углеродсодержащие материалы, кусковой углеродсодержащий
материал загружают в верхнюю купольную часть газогенераторной плавильной печи с
образованием угольного слоя; измельченный углеродсодержащий материал и кислород
инжектируют в угольный слой через фурму, установленную в газогенераторной плавильной печи; смеси, содержащие железную руду, восстанавливают в восстановительном реакторе; восстановленные материалы загружают в газогенераторную плавильную печь,
соединенную с восстановительным реактором, и осуществляют их плавление, а восстановительный газ, образованный летучими веществами, содержащимися в кусковом и в измельченном углеродсодержащих материалах, подают из плавильной печи в восстановительный
реактор.
Фиг. 1
BY 15209 C1 2011.12.30
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получают измельченный углеродсодержащий
материал, включающий 8,0-35,0 мас. % летучих веществ, содержащих углерод и водород.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что степень набухания измельченного углеродсодержащего материала составляет не более 6,0.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получают кусковой углеродсодержащий
материал, включающий 20,0-35,0 мас. % летучих веществ, содержащих углерод и водород.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что размер частиц кускового углеродсодержащего материала составляет 8,0-35,0 мм.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кусковой углеродсодержащий материал
получают путем разделения угольного сырья на кусковой уголь и мелкий уголь, контактирования с горячим газом кускового угля и сушки.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что выделенный мелкий уголь инжектируют в
угольный слой в качестве измельченного углеродсодержащего материала.
8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что собирают мелкий уголь, образовавшийся
при контактировании с горячим газом кускового угля, транспортируют и инжектируют
его в угольный слой в качестве измельченного углеродсодержащего материала.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют кусковой углеродсодержащий
материал, включающий брикеты, изготовленные путем сортировки угольного сырья на
мелкий уголь и кусковой уголь и прессования мелкого угля.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что перед прессованием мелкого угля осуществляют его сушку, добавление к нему связующего и перемешивание.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что собранный при сушке мелкий уголь
транспортируют и инжектируют в качестве измельченного углеродсодержащего материала.
12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измельченный углеродсодержащий материал получают дроблением угольного сырья и при его инжектировании в угольный слой
размер частиц дробленого измельченного углеродсодержащего материала составляет 3 мм.
13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость потока инжектируемого в угольный слой измельченного углеродсодержащего материала составляет 40,0-70,0 м/сек.
14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что с увеличением количества инжектируемого измельченного углеродсодержащего материала, доля окисленного восстановительного
газа при подаче восстановительного газа в восстановительный реактор уменьшается, оставаясь в пределах от свыше 0 до 11,432 %.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что с увеличением количества инжектируемого измельченного углеродсодержащего материала количество восстановительного газа
CH4 в газогенераторной плавильной печи уменьшается, а доля окисленного восстановительного газа уменьшается с уменьшением количества газа CH4.
16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что количество восстановительного газа CH4
в газогенераторной плавильной печи соответствует условию y = 0,0001x,
где y - количество восстановительного газа CH4, %;
x - инжектируемое количество измельченного углеродсодержащего материала, кг/т,
и 0,0001 измеряется в %/(кг/т).
17. Способ по п. 15, отличающийся тем, что количество восстановительного газа CH4
в газогенераторной плавильной печи соответствует условию -3,4718 ≤ 1,6653x-y ≤ 1,3824,
где x - количество газа CH4 в газогенераторной плавильной печи, об. %;
y - доля окисленного восстановительного газа, %,
и 1,3824 измеряется в % /об. %.
18. Способ по п. 15, отличающийся тем, что количество восстановительного газа CH4
в газогенераторной плавильной печи соответствует условию 1,6653x-y = -1,1472,
где x - количество газа СН4 в газогенераторной плавильной печи, об. %;
y - доля окисленного восстановительного газа, %,
и 1,6653 измеряется в % /об. %.
2
BY 15209 C1 2011.12.30
19. Способ по п. 15, отличающийся тем, что доля окисленного восстановительного
газа соответствует условию y = -2,10x + 103,9;
где x - степень окисления восстановительного газа, %,
y - степень восстановления восстановленных материалов, %,
и 103,9 измеряется в %.
20. Способ по п. 1, отличающийся тем, что с увеличением количества инжектируемых в угольный слой измельченных углеродсодержащих материалов температуру горения
в газогенераторной плавильной печи уменьшают.
21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что каждый раз при увеличении количества
инжектируемых измельченных углеродсодержащих материалов на 50 кг на 1 тонну расплавленного железа температуру горения в газогенераторной плавильной печи уменьшают на 200 °С.
22. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смеси, содержащие железную руду, восстанавливают в многокаскадных восстановительных реакторах, соединенных последовательно.
23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что перед загрузкой восстановленных материалов в газогенераторную плавильную печь их уплотняют.
24. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смеси, содержащие железную руду, восстанавливают в восстановительном реакторе с псевдоожиженным слоем.
25. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смеси, содержащие железную руду, восстанавливают в восстановительном реакторе с уплотненным слоем.
26. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измельченный углеродсодержащий материал и кислород инжектируют в угольный слой через фурму, установленную в газогенераторной плавильной печи, причем длина подводящего канала, установленного перед
фурмой, составляет 0,7-1,0 м.
27. Установка для производства расплавленного железа способом по п. 1, содержащая
восстановительный реактор для восстановления смесей, содержащих железную руду, и
превращения указанных смесей в восстановленные материалы, устройство подачи угля
для подачи кускового углеродсодержащего материала, содержащего летучие вещества, в
качестве источника нагрева для плавления восстановленных материалов, соединенное с
газогенераторной плавильной печью, имеющей верхнюю купольную часть, в которую загружают восстановленные материалы, фурмы, установленные сбоку от плавильной печи,
через которые в плавильную печь инжектируют кислород и измельченный углеродсодержащий материал, содержащий летучие вещества, устройство подачи измельченного углеродсодержащего материала и трубопровод подачи восстановительного газа, состоящего из
летучих веществ, содержащихся в кусковом и в измельченном углеродсодержащих материалах, из газогенераторной плавильной печи в восстановительный реактор.
28. Установка по п. 27, отличающаяся тем, что измельченный углеродсодержащий
материал включает 8,0-35,0 мас. % летучих веществ, содержащих углерод и водород.
29. Установка по п. 28, отличающаяся тем, что степень набухания измельченного углеродсодержащего материала составляет не более 6,0.
30. Установка по п. 28, отличающаяся тем, что кусковой углеродсодержащий материал включает 20,0-35,0 мас. % летучих веществ, содержащих углерод и водород.
31. Установка по п. 27, отличающаяся тем, что размер частиц кускового углеродсодержащего материала составляет 8,0-35,0 мм.
32. Установка по п. 27, отличающаяся тем, что устройство подачи измельченного углеродсодержащего материала содержит накопительный бункер для хранения угольного
сырья, соединенную с ним дробилку для измельчения угольного сырья и производства
измельченного углеродсодержащего материала, соединенный с дробилкой накопительный
бункер для хранения измельченного углеродсодержащего материала, устройство подачи в
режиме компенсации давлений необходимого количества измельченного углеродсодержащего материала из накопительного бункера для хранения измельченного углеродсодер3
BY 15209 C1 2011.12.30
жащего материала в газогенераторную плавильную печь, распределитель, установленный
над плавильной печью, для регулирования подаваемого количества измельченного углеродсодержащего материала и трубопровод для подачи измельченного углеродсодержащего материала на фурму, соединенную через распределитель с устройством подачи в
режиме компенсации давлений необходимого количества измельченного углеродсодержащего материала.
33. Установка по п. 27, отличающаяся тем, что имеет несколько распределителей, соответственно соединенных с фурмами, при этом измельченный углеродсодержащий материал равномерно подается на распределители и затем на соответствующие фурмы.
34. Установка по п. 27, отличающаяся тем, что дополнительно содержит установленную
около фурмы смесительную камеру, соединенную с устройством подачи измельченного
углеродсодержащего материала, соединенный со смесительной камерой трубопровод подачи в смесительную камеру добавочного газа и трубопровод для инжектирования измельченного углеродсодержащего материала, соединенный со смесительной камерой и фурмой.
35. Установка по п. 34, отличающаяся тем, что измельченный углеродсодержащий
материал подают в смесительную камеру с помощью транспортирующего газа.
36. Установка по п. 34, отличающаяся тем, что скорость потока измельченного углеродсодержащего материала, выпускаемого из трубопровода для его инжектирования,
устанавливается в пределах от 40 до 70 м/сек путем регулирования количества добавочного газа, подаваемого из трубопровода для его подачи.
37. Установка по п. 34, отличающаяся тем, что в качестве добавочного газа используется горючий газ.
38. Установка по п. 34, отличающаяся тем, что трубопровод для подачи добавочного
газа образует угол от 30 до 90° с трубопроводом для инжектирования измельченного углеродсодержащего материала.
39. Установка по п. 27, отличающаяся тем, что устройство подачи угля содержит
оборудование для производства угольных брикетов путем прессования измельченного угля и подачи угольных брикетов.
40. Установка по п. 39, отличающаяся тем, что оборудование для производства
угольных брикетов содержит сушильную камеру для сушки измельченного угля, пылеуловитель для сбора пыли, образующейся в сушильной камере, смеситель, соединенный с
сушильной камерой, добавляющий связующее к высушенному измельченному углю и перемешивающий их, и пару валков, соединенных со смесителем, которые производят
угольные брикеты путем прессования измельченного угля после добавления связующего и
перемешивания.
41. Установка по п. 40, отличающаяся тем, что пылеуловитель подает собранную
пыль в качестве измельченного углеродсодержащего материала на устройство его подачи.
42. Установка по п. 39, отличающаяся тем, что устройство подачи измельченного углеродсодержащего материала соединено с оборудованием для производства и подачи
угольных брикетов и измельченный углеродсодержащий материал подается с указанного
устройства подачи.
43. Установка по п. 27, отличающаяся тем, что в качестве восстановительного реактора содержит соединенные последовательно многокаскадные реакторы с псевдоожиженным слоем.
44. Установка по п. 43, отличающаяся тем, что дополнительно содержит устройство
для прессования восстановленных материалов, которое соединено с восстановительным
реактором, при этом спрессованные восстановленные материалы подают в газогенераторную плавильную печь.
45. Установка по п. 27, отличающаяся тем, что в качестве восстановительного реактора содержит реактор с уплотненным слоем.
46. Установка по п. 27, отличающаяся тем, что перед фурмами выполнен подводящий канал, длина которого составляет 0,7-1,0 м.
4
BY 15209 C1 2011.12.30
Настоящее изобретение относится к установке для производства жидкого металла посредством инжектирования измельченных углеродсодержащих материалов в газогенераторную плавильную печь и к способу производства жидкого металла с использованием
указанной установки, в частности, к установке для производства жидкого металла посредством загрузки углеродсодержащих материалов и исходного железа в газогенераторную
плавильную печь и инжектирования измельченных углеродсодержащих материалов в газогенераторную плавильную печь и к способу производства жидкого металла с использованием указанной установки.
Металлургическая промышленность является важнейшей отраслью, поставляющей
основные материалы, необходимые для конструирования и производства автомобилей,
судов, бытовой техники и т.п. Кроме того, это промышленность, которая имеет самую
длинную историю с начала развития человеческого общества. Сталеплавильные заводы,
которые являются основным звеном металлургической промышленности, производят
сталь из жидкого металла и поставляют ее заказчикам. При этом сначала производится
жидкий металл (т.е. передельный чугун в жидком виде) с использованием железной руды
и угля в качестве сырьевых материалов.
Сегодня приблизительно 60 % мирового производства чугуна осуществляется способом плавки в доменных печах, которые используются начиная с 14-го века. В соответствии с вышеописанным способом железная руда, которая прошла через процесс обжига,
и кокс, полученный из коксующегося каменного угля в качестве сырьевого материала, загружаются вместе в доменную печь, куда подается кислород для восстановления железной руды в железо, и таким образом осуществляется производство жидкого металла. Для
способа доменной плавки, который наиболее широко распространен на предприятиях по
производству жидкого металла, необходимо, чтобы сырьевые материалы имели прочность, по меньшей мере, предварительно заданной величины и такие размеры частиц, которые обеспечивали бы их газопроницаемость в печи с учетом характеристик реакций.
Для этого в качестве источника углерода, который используется и как топливо, и как восстановительный реагент, необходим кокс, получаемый при переработке особых сортов
угольного сырья. Кроме того, в качестве источника железа необходима обожженная руда,
которая прошла последовательный агломерационный процесс. Соответственно для современного процесса плавки в доменной печи необходимо оборудование предварительной
обработки сырьевых материалов, такое как оборудование по производству кокса и оборудование обжига. То есть в дополнение к доменной печи необходимо оснащение вспомогательными средствами производства, а также оборудованием для предотвращения и уменьшения загрязнения окружающей среды, вызываемого этими вспомогательными средствами
производства. Как следствие, большие капиталовложения в эти вспомогательные средства
производства и оборудование приводят к увеличению производственных затрат.
Для устранения этих недостатков способа доменной плавки на всех сталеплавильных
заводах в мире прилагаются значительные усилия по разработке процесса восстановительной
плавки, согласно которому жидкий металл производят, в газогенераторной плавильной
печи при прямом использовании обычного угля в качестве топлива и восстановительного
реагента и железной руды.
Образуемый в газогенераторной плавильной печи угольный слой используется для
плавления железной руды и добавок и образования шлака, которые затем выгружаются в
виде жидкого металла и шлака. Кислород, вдуваемый через фурмы, установленные на
внешней стенке газогенераторной плавильной печи, сжигает угольный слой. Кислород
превращается в горячий восстановительный газ, и горячий восстановительный газ подается на реактор с псевдоожиженным слоем. Горячий восстановительный газ восстанавливает и обжигает железную руду и добавки и выпускается наружу.
Кусковой уголь, загружаемый в верхнюю часть газогенераторной плавильной печи,
разделяется на мелкие фракции в результате неожиданного термического удара. При этом
5
BY 15209 C1 2011.12.30
он падает в купольную часть плавильной печи, в которой сохраняется высокая температура порядка 1000 °С. Это сопровождается образованием значительного количества пыли,
содержащей в большом количестве углеродные составляющие. Образование большого количества пыли ухудшает газопроницаемость плавильной печи. Для устранения этого недостатка в верхней части газогенераторной плавильной печи устанавливают пылеугольную горелку, которая сжигает пыль, обеспечивая при этом подачу кислорода в
плавильную печь. При сжигании угольной пыли можно использовать теплоту сгорания
углеродных составляющих, содержащихся в пыли.
Кусковой уголь загружается в газогенераторную плавильную печь и быстро нагревается в ее купольной части. Летучие вещества, содержащиеся в кусковом угле, сначала пиролизуются, превращаясь в пиролитический газ, имеющий цепочечную структуру CnHm,
или в смоляную фазу, имеющую кольцевую структуру. Летучие вещества сначала пиролизуются и затем повторно пиролизуются, превращаясь в восстановительный газ, такой как
CO2 и H2. Тепло, необходимое для процесса пиролиза, поглощается в ходе процесса, и при
этом температура купольной части снижается. Для того чтобы предотвратить снижение
температуры, в дополнение к кислороду, который необходим для сжигания пыли, подают
дополнительно кислород через пылеугольную или кислородную горелки. Часть восстановительного газа, образующегося в купольной части плавильной печи, сжигается при подаче
кислорода, и таким образом предотвращается снижение температуры купольной части.
Однако, несмотря на такой процесс сгорания, часть пиролитического газа или жидкого
продукта сгорания угля не полностью пиролизуется в CO2 и H2. Поэтому в восстановительном газе, выходящем из плавильной печи, имеется часть газа, содержащего депиролизованный углеводородный газ, такой как CH4.
Как описано выше, при загрузке кускового угля в плавильную печь теплота сгорания
углерода, содержащегося в летучих веществах, в основном используется при пиролизе газа, образуемого из самих летучих веществ, и это повышает температуру пиролитического
газа. Часть углеродсодержащих материалов выпускается из плавильной печи, не образуя
при этом теплоту сгорания. Поэтому из общего количества углеродсодержащих материалов, содержащихся в кусковом угле, в нижней части плавильной печи сгорает только
определенное количество углеродсодержащих материалов. Исключение составляет углерод, содержащийся в летучих веществах. Соответственно для обеспечения источника тепла, достаточного для производства жидкого металла, количество используемых
углеродсодержащих материалов должно быть больше, чем это фактически необходимо.
При этом депиролизованный углеводородный газ, такой как CH4, выпускается из плавильной печи, частично присутствуя в восстановительном газе. Кроме того, происходит
частичный выпуск восстановительного газа CO2 и H2O в связи с вдуванием дополнительного кислорода от газовой горелки. Как следствие, существует возможность ухудшения
восстановительной способности восстановительного газа, подаваемого в восстановительный реактор.
Настоящее изобретение направлено на устранение указанных недостатков путем уменьшения расхода топлива при производстве жидкого металла за счет инжектирования измельченных углеродсодержащих материалов в газогенераторную плавильную печь и подачи восстановительного газа, имеющего улучшенную восстановительную способность.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением предлагается установка для
производства жидкого металла, имеющая увеличенную эффективность использования теплоты сгорания угля за счет инжектирования измельченных углеродсодержащих материалов.
Для устранения вышеуказанных недостатков в соответствии с настоящим изобретением предлагается способ производства жидкого металла, включающий следующие этапы:
восстановление смесей, содержащих железную руду, в восстановительном реакторе и
превращение смесей, содержащих железную руду, в восстановленные материалы, подготовка кусковых углеродсодержащих материалов, содержащих летучие вещества, в качестве источника нагрева для расплавления восстановленных материалов, загрузка кусковых
6
BY 15209 C1 2011.12.30
углеродсодержащих материалов в купольную верхнюю часть газогенераторной плавильной печи и образование угольного слоя, подготовка измельченных углеродсодержащих
материалов, содержащих летучие вещества, в качестве источника нагрева для расплавления восстановленных материалов, инжектирование кислорода и измельченных углеродсодержащих материалов в угольный слой через фурму, установленную в газогенераторной
плавильной печи, загрузка восстановленных материалов в газогенераторную плавильную
печь, соединенную с восстановительным реактором, и производство жидкого металла и
подача восстановительного газа, состоящего из летучих веществ, содержащихся как в
кусковых углеродсодержащих материалах, так и в измельченных углеродсодержащих материалах, из плавильной печи в восстановительный реактор.
Измельченные углеродсодержащие материалы могут содержать летучие вещества в
пределах от 8,0 до 35 мас. %, и летучие вещества могут содержать углерод и водород на
этапе подготовки измельченных углеродсодержащих материалов, содержащих летучие
вещества, в качестве источника нагрева для расплавления восстановленных материалов.
Степень набухания измельченных углеродсодержащих материалов составляет предпочтительно не более 6,0.
Кусковые углеродистые материалы могут содержать летучие вещества в пределах от
20,0 до 35,0 мас. %, и летучие вещества могут содержать углерод и водород на этапе подготовки кусковых углеродсодержащих материалов, содержащих летучие вещества, в качестве источника нагрева для расплавления восстановленных материалов.
Размер частиц кусковых углеродсодержащих материалов может быть предпочтительно в пределах от 8 до 35 мм.
Этап подготовки кусковых углеродсодержащих материалов предпочтительно включает этап сортировки угольного сырья на мелкий уголь и кусковой уголь и этап подготовки
кусковых углеродсодержащих материалов, на котором кусковой уголь контактирует с горячим газом и затем высушивается.
Способ производства жидкого металла может к тому же включать этап инжектирования отсортированного мелкого угля в качестве измельченных углеродсодержащих материалов в угольный слой.
Способ производства жидкого металла может к тому же включать этап транспортировки мелкого угля, который образуется при контактировании кускового угля с горячим
газом, и инжектирования мелкого угля в качестве измельченных углеродсодержащих материалов.
Кусковые углеродсодержащие материалы могут включать угольные брикеты, и этап
подготовки кусковых углеродсодержащих материалов может включать подэтапы сортировки угольного сырья на мелкий уголь и кусковой уголь, прессования мелкого угля, а затем производства угольных брикетов.
Этап производства угольных брикетов может включать этап сушки мелкого угля, этап
добавления связующего к мелкому углю и перемешивания, этап прессования мелкого угля
после добавления связующего и перемешивания и этап производства угольных брикетов.
Вышеописанный этап производства угольных брикетов может к тому же включать
этап транспортировки мелкого угля, собранного на этапе сушки мелкого угля, и инжектирования мелкого угля в качестве измельченных углеродсодержащих материалов.
Измельченные углеродсодержащие материалы предпочтительно получают посредством дробления угольного сырья так, чтобы максимальный размер частиц измельченных
углеродсодержащих материалов после измельчения составил 3 мм на этапе инжектирования указанных материалов в угольный слой.
Предпочтительно, чтобы доля окисленного восстановительного газа уменьшалась в
пределах от 0 до 11,432 % с увеличением инжектируемого количества измельченных
углеродсодержащих материалов на этапе подачи восстановительного газа в восстановительный реактор.
7
BY 15209 C1 2011.12.30
Целесообразно, чтобы количество газа CH4 в плавильной печи уменьшалось с увеличением инжектируемого количества измельченных углеродсодержащих материалов и доля
окисленного восстановительного газа уменьшалась с уменьшением количества газа CH4.
Предпочтительно, чтобы условие y = 0,0001x полностью удовлетворялось, когда x
обозначает инжектируемое количество измельченных углеродсодержащих материалов и y
обозначает количество восстановительного газа CH4 в плавильной печи. В данном случае
x измеряется в кг/1т, единица измерения y - % и 0,0001 измеряется в % /(кг/1 т).
Предпочтительно, чтобы условие -3,4718 ≤ 1,6653x - y ≤ 1,3824 полностью удовлетворялось, когда x обозначает количество газа CH4 в плавильной печи и y обозначает долю
окисленного восстановительного газа. В данном случае x измеряется в объемных %, единица измерения y - % и 1,3824 измеряется в %/ объемные %.
Предпочтительно, чтобы условие 1,6653x - y = -1,1472 полностью удовлетворялось,
когда x обозначает количество газа CH4 в плавильной печи и y обозначает долю окисленного восстановительного газа. В данном случае x измеряется в объемных %, единица измерения y - % и 1,6653 измеряется в %/ объемные %.
Предпочтительно, чтобы условие y = -2,10x + 103,9 полностью удовлетворялось, когда x
обозначает долю окисленного восстановительного газа и y обозначает степень восстановления восстановленных материалов. В данном случае x измеряется в %, единица измерения y - % и 103,9 измеряется в %.
Предпочтительно, чтобы температура горения в плавильной печи уменьшалась с увеличением инжектируемого количества измельченных углеродсодержащих материалов на
этапе инжектирования указанных материалов в угольный слой.
В тех случаях, когда количество измельченных углеродсодержащих материалов увеличивается на 50 кг на 1 тонну жидкого металла, целесообразно уменьшить температуру
горения в плавильной печи на 200 °С.
При превращении смесей, содержащих железную руду, в восстановленные материалы
на этапе восстановления указанных смесей в восстановительном реакторе и превращения
указанных смесей в восстановленные материалы смеси, содержащие железную руду, могут псевдоожижаться посредством многокаскадных восстановительных реакторов, соединяемых последовательно.
Указанный этап превращения в восстановленные материалы может к тому же включать этап уплотнения восстановленных материалов перед загрузкой восстановленных материалов в плавильную печь.
На этапе восстановления смесей, содержащих железную руду, в восстановительном
реакторе и превращения указанных смесей в восстановленные материалы в качестве восстановительного реактора может использоваться реактор с псевдоожиженным слоем.
На этапе восстановления смесей, содержащих железную руду, в восстановительном
реакторе и превращения указанных смесей в восстановленные материалы в качестве восстановительного реактора может использоваться реактор с наполнителем.
На этапе инжектирования кислорода и измельченных углеродсодержащих материалов
в угольный слой через фурму, установленную в газогенераторной плавильной печи, предпочтительно, чтобы длина подводящего канала, выполненного перед фурмой, находилась
в пределах от 0,7 до 1,0 м.
Установка для производства жидкого металла в соответствии с настоящим изобретением содержит восстановительный реактор для восстановления смесей, содержащих железную руду, и превращения указанных смесей в восстановленные материалы, устройство
подачи угля для подачи кусковых углеродсодержащих материалов, содержащих летучие
вещества, в качестве источника нагрева для расплавления восстановленных материалов,
соединенную с восстановительным реактором газогенераторную плавильную печь, имеющую купольную верхнюю часть, в которую загружаются восстановленные материалы,
соединенную с устройством подачи угля газогенераторную плавильную печь, в которую
загружаются кусковые углеродистые материалы, газогенераторную плавильную печь, в
8
BY 15209 C1 2011.12.30
которую через фурмы, установленные сбоку от указанной плавильной печи, инжектируются кислород и измельченные углеродсодержащие материалы, содержащие летучие вещества, устройство подачи измельченных углеродсодержащих материалов и трубопровод
подачи восстановительного газа, состоящего из летучих веществ, которые содержатся как
в кусковых углеродсодержащих материалах, так и в измельченных углеродсодержащих
материалах, из плавильной печи в восстановительный реактор.
Измельченные углеродсодержащие материалы могут содержать летучие вещества в
пределах от 8,0 до 35 мас. %, и летучие вещества могут содержать углерод и водород.
Степень набухания измельченных углеродсодержащих материалов составляет предпочтительно не более 6,0.
Кусковые углеродсодержащие материалы могут содержать летучие вещества в пределах
от 20,0 до 35,0 мас. %, и летучие вещества могут содержать углерод и водород.
Размер частиц кусковых углеродсодержащих материалов может быть предпочтительно в пределах от 8 до 35 мм.
Устройство подачи измельченных углеродсодержащих материалов может содержать
накопительный бункер для хранения угольного сырья, дробилку для измельчения угольного сырья и производства измельченных углеродсодержащих материалов, соединенную с
накопительным бункером угольного сырья, накопительный бункер для хранения измельченных углеродсодержащих материалов, соединенный с дробилкой, устройство подачи в
режиме компенсации давлений необходимого количества измельченных углеродсодержащих материалов из накопительного бункера указанных материалов в плавильную печь,
распределитель, установленный над плавильной печью для регулирования подаваемого
количества измельченных углеродсодержащих материалов, трубопровод подачи измельченных углеродсодержащих материалов на фурмы, соединенный с устройством подачи в
режиме компенсации давлений.
С фурмами могут быть соединены соответственно несколько распределителей, на
каждый из которых подается равномерное количество измельченных углеродсодержащих
материалов, которые затем подаются на фурмы.
Установка для производства жидкого металла может к тому же включать смесительную
камеру, установленную около фурм, трубопровод подачи попутного газа в смесительную
камеру, соединенный со смесительной камерой, трубопровод подачи измельченных углеродсодержащих материалов, соединенный со смесительной камерой и фурмами. Смесительная
камера может быть соединена с устройством подачи измельченных углеродсодержащих
материалов, и указанные материалы, подаваемые с этого устройства, инжектируются в
плавильную печь через трубопровод ввода измельченных углеродсодержащих материалов
посредством попутного газа.
Измельченные углеродсодержащие материалы могут подаваться в смесительную камеру с помощью транспортирующего газа.
Предпочтительно, чтобы скорость потока измельченных углеродсодержащих материалов, выгружаемых из трубопровода инжектирования указанных материалов, регулировалась в пределах от 40 до 70 м/сек посредством регулирования количества попутного газа,
подаваемого из соответствующего трубопровода.
В качестве попутного газа может использоваться горючий газ.
Трубопровод подачи попутного газа следует располагать под углом в пределах от 30
до 90° относительно трубопровода инжектирования измельченных углеродсодержащих
материалов.
Устройство подачи угля может включать оборудование для производства и подачи
угольных брикетов посредством прессования измельченного угля.
Оборудование для производства угольных брикетов может содержать сушильную камеру для сушки измельченного угля, пылеуловитель для сбора пыли, образующейся в сушильной камере, смеситель, соединенный с сушильной камерой, который добавляет
связующее к высушенному измельченному углю и перемешивает их, и пару катков, со9
BY 15209 C1 2011.12.30
единенных со смесителем, которые производят угольные брикеты посредством прессования измельченного угля после добавления связующего и перемешивания.
Пылеуловитель обеспечивает подачу собранной пыли в качестве измельченных углеродсодержащих материалов на устройство подачи указанных материалов.
Устройство подачи измельченных углеродсодержащих материалов может быть соединено с оборудованием для производства угольных брикетов, на которое подаются измельченные углеродсодержащие материалы с указанного устройства подачи.
В качестве восстановительных реакторов могут использоваться многокаскадные реакторы с псевдоожиженным слоем, соединенные последовательно.
Установка для производства жидкого металла может к тому же включать соединенное
с восстановительным реактором устройство для производства компактированного железа
посредством прессования восстановленных материалов, и компактированное железо, полученное в устройстве для производства компактированного железа, подается в газогенераторную плавильную печь.
В качестве восстановительного реактора может использоваться реактор с наполнителем.
Предпочтительно, чтобы длина подводящего канала, выполненного перед фурмой,
находилась в пределах от 0,7 до 1,0 м.
Указанные и другие признаки и преимущества данного изобретения очевидны из подробного описания примеров осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1 - схематичный вид в перспективе установки для производства жидкого металла
в соответствии с первой формой реализации настоящего изобретения.
Фиг. 2 - схематичный вид в перспективе установки для производства жидкого металла
в соответствии со второй формой реализации настоящего изобретения.
Фиг. 3 - схематичный вид в перспективе установки для производства жидкого металла
в соответствии с третьей формой реализации настоящего изобретения.
Фиг. 4 - схематичный вид в перспективе устройства для производства компактированного железа в соответствии с четвертой формой реализации настоящего изобретения.
Фиг. 5 - схематичный вид в перспективе устройства для производства компактированного железа в соответствии с пятой формой реализации настоящего изобретения.
Фиг. 6 - схематичное представление инжекции измельченных углеродсодержащих материалов в установке для производства жидкого металла в соответствии с формами реализации настоящего изобретения с первой по пятую.
Фиг. 7 - кривая, показывающая соотношение между инжектируемым количеством измельченных углеродсодержащих материалов и восстановительным количеством газа CH4
в соответствии с первым примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 8 - кривая, показывающая соотношение между количеством газа СН4 и долей
окисленного восстановительного газа в соответствии со вторым примером осуществления
настоящего изобретения.
Фиг. 9 - кривая, показывающая соотношение между долей окисленного восстановительного газа и степенью восстановления восстановленных материалов в соответствии с
третьей формой реализации настоящего изобретения.
Фиг. 10 - кривая, показывающая восстановительное воздействие топлива при инжектировании измельченных углеродсодержащих материалов при производстве жидкого металла в соответствии с настоящим изобретением.
Ниже представлено объяснение форм реализации настоящего изобретения со ссылкой
на фиг. 1-6. Представленные формы реализации настоящего изобретения используются
только в качестве иллюстрации, и изобретение не ограничивается только этими примерами.
На фиг. 1 схематично представлен процесс инжектирования измельченных углеродсодержащих материалов в газогенераторную плавильную печь 20. Мелкодисперсные углеродистые материалы инжектируются вместе с кислородом в плавильную печь 20 через
фурмы 202.
10
BY 15209 C1 2011.12.30
Верхняя часть 206 газогенераторной плавильной печи 20 имеет купольную форму, что
отличает ее от доменной печи. Купольная верхняя часть расположена над угольным слоем
плавильной печи 20. Объем V2 угольного слоя, образуемого в плавильной печи 20, имеет
меньшие размеры, чем объем V1 купольной верхней части 206. Такая конструкция купольной верхней части 206 позволяет уменьшить расход газа. Благодаря этому предотвращается выброс пыли из плавильной печи 20, содержащейся в восстановленных
материалах, загружаемых в плавильную печь 20, и пыли, возникающей в результате резкого увеличения температуры угля в угольном слое.
Вследствие прямого использования угля в плавильной печи 20 количество образуемого газа постоянно меняется. Купольная верхняя часть 206 поглощает изменения давления
в плавильной печи 20, вызываемые колебаниями количества газа. Для этой цели в купольной верхней части 206 плавильной печи 20 поддерживаются давление и режим высоких
температур от 900 до 1100 °С. Благодаря высоким температурам в купольной части 206
смоляные составляющие, образуемые в процессе удаления летучих веществ из угля, могут
полностью разлагаться.
При попадании в угольный слой восстановленное железо превращается в расплавленный металл и расплавленные шлаки. В результате под угольным слоем образуется слой
полукокса. В данном случае под полукоксом имеется в виду продукт газификации угля.
Полукокс сжигается кислородом, вдуваемым через фурмы 202, и разрушается. Для сохранения одинакового объема угольного слоя необходимо установить баланс между объемом
смесей, содержащих уголь, восстановленное железо, добавки, и объемом полукокса, который сжигается и разрушается в нижней части плавильной печи. Предпочтительно, чтобы
угольный слой по форме напоминал перевернутый конус, т.е. имел большую верхнюю
часть и малую нижнюю часть. В соответствии с изобретением, плавильная печь 20 находится под давлением в результате образования дополнительного количества восстановительного газа при инжектировании измельченных углеродсодержащих материалов.
В связи с тем что форма доменной печи полностью отличается от формы вышеописанной газогенераторной плавильной печи 20, точно также сильно отличаются физические
процессы производства жидкого металла. Отличительными признаками доменной печи
являются малая верхняя часть и большая нижняя часть, что существенно отличает ее форму от формы газогенераторной плавильной печи 20, в частности, с точки зрения образования большого количества восстановительного газа.
В соответствии со способом плавки в доменной печи жидкий металл производят с использованием обожженной руды и кокса, имеющего повышенную прочность благодаря
предшествующему удалению летучих веществ. Поскольку из летучих веществ газ не образуется, то во внутренней части доменной печи сохраняется давление не более 2 атмосфер.
Вследствие отсутствия газа, образованного из летучих веществ, количество восстановительного газа не увеличивается и обеспечивается только подача тепла вместо кокса, несмотря
на инжектирование пылевидного угля в домну. Кроме того, происходит значительный
теплообмен между газом и твердыми частицами кокса и обожженной руды, скопившимися в верхней части доменной печи. Поэтому температура газа, выпускаемого из верхней
части доменной печи, составляет не более 200 °С.
В соответствии с настоящим изобретением летучие вещества, содержащиеся в измельченных углеродсодержащих материалах, и углеродсодержащие материалы, содержащиеся
в связанном углероде, сжигаются при инжектировании измельченных углеродсодержащих
материалов. Теплота сгорания, образуемая при сжигании углеродсодержащих материалов,
используется для производства жидкого металла. Кроме того, при сжигании горячие измельченные углеродсодержащие материалы образуют большое количество горячего восстановительного газа, содержащего только CO и H2. Большое количество горячего
восстановительного газа пропускают через угольный слой и подают в купольную часть
плавильной печи 20. Благодаря этому обеспечивается подача энергии, необходимой для
11
BY 15209 C1 2011.12.30
пиролиза кусковых углеродсодержащих материалов, загружаемых в плавильную печь 20.
Кроме того, благодаря инжектированию измельченных углеродсодержащих материалов
уменьшается необходимое количество кусковых углеродсодержащих материалов, загружаемых в плавильную печь 20. В соответствии с настоящим изобретением, которое отличается от процесса инжектирования пылевидного угля, измельченные углеродсодержащие
материалы, содержащие большое количество летучих веществ, инжектируются в плавильную печь и в результате увеличивается количество восстановительного газа.
Благодаря инжектированию измельченных углеродсодержащих материалов может
быть уменьшено количество дополнительного кислорода, подаваемого пылеугольной или
кислородной горелками, установленными в купольной части плавильной печи. Благодаря
этому в купольной части также уменьшается количество сгорающего восстановительного
газа и количество депиролизованного углеводорода.
Как показано на фиг. 1, кусковые углеродсодержащие материалы загружаются в верхнюю часть плавильной печи 20, и тем самым в печи образуется угольный слой. Кусковые
углеродсодержащие материалы также используются в качестве источника нагрева для
расплавления восстановленных материалов. Кусковые углеродсодержащие материалы могут также включать кусковой уголь или угольные брикеты.
В соответствии с настоящим изобретением используются кусковые углеродсодержащие материалы, содержащие 20,0-35,0 мас. % летучих веществ. В данном случае летучие
вещества включают углерод и водород. Если количество летучих веществ, содержащихся
в кусковых углеродсодержащих материалах, менее 20,0 мас. %, то существует проблема
того, что количество восстановительного газа, образуемого в плавильной печи 20, окажется значительно меньше, чем количество, необходимое для восстановления материалов в
восстановительном реакторе 52. Кроме того, если количество летучих веществ, содержащихся в кусковых углеродсодержащих материалах, более 35,0 мас. %, то возникают трудности с их использованием для производства жидкого металла. В качестве кусковых
углеродсодержащих материалов используются обычные сорта угля, такие как полукоксовый уголь. Кусковые углеродсодержащие материалы могут быть получены сортировкой
угольного сырья, и предпочтительно, чтобы размер частиц этого угля составил в пределах
от 8 до 35 мм. Если размер частиц кусковых углеродсодержащих материалов менее 8 мм,
то невозможно обеспечить их необходимую газопроницаемость в плавильной печи Кроме
того, при использовании кусковых углеродсодержащих материалов с размером частиц более 35 мм ухудшается общая производительность процесса.
Смесь, содержащая железную руду, восстанавливается в восстановительном реакторе 52.
Восстановленные материалы загружаются в плавильную печь, и осуществляется производство жидкого металла.
Восстановительный газ получают с использованием летучих веществ, содержащихся в
измельченных углеродсодержащих материалах, в дополнение к летучим веществам, содержащимся в кусковых углеродсодержащих материалах. Следовательно, в восстановительный реактор может подаваться восстановительный газ, имеющий повышенную
восстановительную способность, и, таким образом, может значительно увеличиваться коэффициент восстановления восстановленных материалов. В свою очередь, может быть
значительно уменьшен топливный коэффициент плавильной печи 20.
Измельченные углеродсодержащие материалы передаются на передний конец фурмы
с помощью воздуха и инжектируются в фурму. Благодаря этому обеспечивается регулирование количества влаги, содержащейся в измельченных углеродсодержащих материалах, которое не должно превышать 2,0 мас. %, для обеспечения транспортировки с помощью
воздуха. Предпочтительно, чтобы количество летучих веществ в измельченных углеродсодержащих материалах составляло в пределах от 8,0 до 35,0 мас. %. В данном случае
летучие вещества содержат углерод и водород. Если количество летучих веществ, содержащихся в измельченных углеродсодержащих материалах, менее 8,0 мас. %, то образуемое
12
BY 15209 C1 2011.12.30
количество дополнительного восстановительного газа от измельченных углеродсодержащих материалов является незначительным. Кроме того, измельченные углеродсодержащие материалы высушиваются при транспортировке воздухом, так что маловероятно,
чтобы содержание летучих веществ превысило 35,0 мас. %. В качестве измельченных углеродсодержащих материалов могут использоваться полуантрацит и полукоксовый уголь,
в которых содержание летучих веществ составляет не более 35,0 мас. %.
Размер частиц измельченных углеродсодержащих материалов при инжектировании
указанных материалов имеет определенные ограничения для того, чтобы исключить возможность образования пробок в соответствующем трубопроводе. Измельченные углеродсодержащие материалы дробят для того, чтобы размер частиц составил не более 30 мм,
после этого углеродсодержащие материалы готовы к использованию. Используемые измельченные углеродсодержащие материалы должны иметь степень набухания не более 6,0
для того, чтобы исключить возможность образования пробок в фурме. При увеличении
степени набухания увеличивается коксуемость, и в связи с этим создается серьезная опасность налипания указанных материалов. Так как измельченные углеродсодержащие материалы, имеющие степень набухания не менее 6,0, слипаются в процессе сушки, они
трудно поддаются дроблению для получения размера частиц, подходящего для транспортировки воздухом.
Кислород подается на газогенераторную плавильную печь 20 через фурмы 202, установленные в нижней части плавильной печи, и угольный слой нагревается до высокой
температуры за счет тепла горения полукокса в кислороде. Фурмы 202 соединены с трубопроводом 113 подачи измельченных углеродсодержащих материалов, и пылевидный
уголь подается на фурмы 202 с устройства 10 подачи указанных материалов. Пылевидный
уголь с кислородом инжектируются в угольный слой через фурмы 202.
В данном случае длина d подводящего канала 204 перед каждой фурмой находится в
пределах от 0,7 до 1,0 м. Если длина d подводящего канала 204 составляет менее 0,7 м, то
существует вероятность повреждения устья фурмы 202, т.к. эта длина недостаточна. К
тому же если длина d подводящего канала 204 составляет более 1,0 м, то вследствие возросшей скорости потока происходит разлом полукокса. Поскольку через фурму 202 подается кислород, то длина подводящего канала относительно невелика.
Способ производства жидкого металла с использованием материалов прямого восстановления, содержащих железную руду и углеродсодержащие материалы, позволяет обеспечить ряд преимуществ за счет инжектирования измельченных углеродсодержащих
материалов вместе с кислородом в угольный слой. А именно, при инжектировании измельченных углеродсодержащих материалов в плавильную печь 20 через фурму 202 происходит их сгорание, равно как и летучих веществ, содержащихся в них. Вследствие этого
возрастает эффективность использования углерода и увеличивается количество восстановительного газа, тем самым увеличивая степень окисления восстановленных материалов,
содержащих железную руду, что, в свою очередь, уменьшает расход топлива. К тому же
благодаря полному сгоранию можно предотвратить образование газа CH4, что, в свою
очередь, улучшает степень окисления, даже несмотря на уменьшение количества газа CH4.
В соответствии с настоящим изобретением восстановительный газ, имеющий пониженную долю окисленного, может подаваться из плавильной печи 20 в восстановительный
реактор 52 посредством инжектирования измельченных углеродсодержащих материалов,
тем самым увеличивая степень восстановления материалов. А именно, при инжектировании измельченных углеродсодержащих материалов в плавильную печь 20 через фурму
202, установленную в ней, указанные материалы напрямую контактируют с горячим подводящим каналом в плавильной печи и сгорают. Вследствие этого летучие вещества, содержащиеся в измельченных углеродсодержащих материалах, полностью разлагаются на
углерод (C), водород (H2) и кислород (O2), в результате чего образуемое количество CH4
за счет неполного сгорания невелико. К тому же за счет реакции, описанной нижеследующей химической формулой 1, образуется большое количество газа CO и газа H2.
13
BY 15209 C1 2011.12.30
Формула 1:
C + CO2 → 2CO
C + H2O → H2 + CO.
Поэтому восстановительный газ, имеющий уменьшенную долю окисленного, может
подаваться из плавильной печи на восстановительные реакторы вследствие большого количества газа CO и газа H2, таким образом восстанавливая смесь, содержащую железную
руду, и затем превращая ее в восстановленные материалы. Так как смесь, содержащая железную руду, может включать добавки, это способствует обжигу восстановленных материалов.
При инжектировании измельченных углеродсодержащих материалов в газогенераторную плавильную печь 20 температура горения в плавильной печи 20 может уменьшаться в
связи с пиролизом летучих веществ, содержащихся в углеродсодержащих материалах.
Преимуществом использования этого метода является возможность простого регулирования температуры плавильной печи, а также уменьшения содержания Si в жидком металле.
В установке 100 для производства жидкого металла, показанной на фиг. 1, измельченные углеродсодержащие материалы, которые инжектируются вместе с кислородом, можно
получать с помощью следующих процессов. Измельченные углеродсодержащие материалы
получают дроблением угольного сырья, доставляемого из района добычи, и измельченные
углеродсодержащие материалы транспортируются на установку для инжектирования кислорода. Затем измельченные углеродсодержащие материалы инжектируются в угольный
слой газогенераторной плавильной печи 20. Инжектирование измельченных углеродсодержащих материалов осуществляется с помощью устройства подачи 10.
Конструкция устройства 10 подачи измельченных углеродсодержащих материалов,
представленная на фиг. 1, используется только для иллюстрации настоящего изобретения,
и изобретение не ограничивается только этим примером. Измельченные углеродсодержащие
материалы могут подаваться в плавильную печь 20 с помощью других устройств подачи
указанных материалов, имеющих другую конструкцию. Ниже представлено подробное описание конструкции устройства 10 подачи измельченных углеродсодержащих материалов.
Устройство 10 подачи измельченных углеродсодержащих материалов содержит накопительный бункер 101 угольного сырья, дробилку 102, накопительный бункер 104 измельченных углеродсодержащих материалов, устройство 110 подачи в режиме компенсации
давлений, распределитель 108, трубопровод 113 подачи измельченных углеродсодержащих материалов. Устройство 10 подачи измельченных углеродсодержащих материалов
может при необходимости включать другие устройства.
Накопительный бункер 101 используется для хранения угольного сырья. Можно установить несколько накопительных бункеров 101 для хранения угольного сырья. В этом
случае каждый из накопительных бункеров 101 может использоваться для хранения определенного сорта угля из определенного района добычи.
Дробилка 102, соединенная с накопительным бункером 101 угольного сырья, измельчает угольное сырье, превращая его в измельченные углеродсодержащие материалы. Размер частиц измельченных углеродсодержащих материалов предпочтительно составляет не
более 3 мм. Если размер частиц измельченных углеродсодержащих материалов более
3 мм, то существует опасность образования пробок в фурме 202 при инжектировании измельченных углеродсодержащих материалов. Накопительный бункер 104, соединенный с
дробилкой 102, используется для хранения готовых к использованию измельченных углеродсодержащих материалов.
Устройство 110 подачи в режиме компенсации давлений обеспечивает подачу необходимого количества измельченных углеродсодержащих материалов из накопительного
бункера 104 в плавильную печь 20. Устройство 110 подачи содержит емкость 103 для
накопления под постоянным давлением и емкость 105 для накопления и выпуска, запорные клапаны 107 и 109 и устройство подачи необходимого количества. Емкость 103 для
накопления под постоянным давлением, и емкости 105 для накопления и выпуска, распо14
BY 15209 C1 2011.12.30
ложенные вверху и внизу соответственно, регулируют подаваемое количество готовых к
использованию углеродсодержащих материалов посредством запорных клапанов 107 и 109.
С учетом высокого давления в плавильной печи 20 распределитель 108 расположен
над верхней частью плавильной печи 20. Благодаря этому можно обеспечить необходимое
давление в распределителе 108 для инжектирования измельченных углеродсодержащих
материалов в плавильную печь 20 при одновременном регулировании общего количества
подаваемых измельченных углеродсодержащих материалов. Трубопровод 113 подачи измельченных углеродсодержащих материалов соединен с устройством 110 подачи в режиме компенсации давлений через распределитель 108 и обеспечивает подачу измельченных
углеродсодержащих материалов на фурмы 202.
Можно установить несколько фурм 202 и несколько распределителей 108. Несколько
распределителей 108 соединены соответственно с несколькими фурмами 202, и измельченные углеродсодержащие материалы, которые равномерно подаются на каждый распределитель 108, подаются соответственно и на фурмы 202. Устройство 110 подачи в
режиме компенсации давлений обеспечивает равномерную подачу измельченных углеродсодержащих материалов на распределитель 108.
Так как детальная внутренняя конструкция указанных устройств хорошо известна в
данной области техники, их подробное описание не приводится.
В соответствии с настоящим изобретением угольное сырье сортируется, и мелкий
уголь используется как пылевидный уголь, который инжектируют в плавильную печь 20.
Указанная вторая форма реализации настоящего изобретения подробно объясняется со
ссылкой на фиг. 2.
Так как конструкция установки 200 для производства жидкого металла в соответствии
со второй формой реализации настоящего изобретения, представленной на фиг. 2, аналогична установке для производства жидкого металла в соответствии с первой формой реализации настоящего изобретения, ее подробное описание не приводится и одинаковым
элементам присвоены одинаковые цифровые обозначения.
Угольное сырье сортируется на кусковой уголь и мелкий уголь с помощью сортировочного сита (грохота) 111. Угольное сырье, имеющее размер частиц 8 мм и более, сортируется как кусковой уголь, и угольное сырье, имеющее размер частиц менее 8 мм,
сортируется как мелкий уголь. Указанный стандарт размера частиц используется только
для иллюстрации настоящего изобретения, и изобретение не ограничивается только этим
примером. Сортировку угольного сырья можно производить с использованием других
стандартов размера частиц.
Кусковой уголь контактирует с горячим газом и высушивается в сушильной камере 115.
Высушенный кусковой уголь загружается в плавильную печь 20. Сушильная камера 115
высушивает кусковой уголь с помощью рекуперации теплоты плавильной печи 20. Сушка
кускового угля может выполняться и другими способами.
Мелкий уголь образуется при контактировании кускового угля с горячим газом в сушильной камере 115 и затем транспортируется в накопительный бункер 101 угольного
сырья через трубопровод 121 транспортировки мелкого угля. Собранный мелкий уголь
может инжектироваться в плавильную печь 20 как пылевидный уголь, т.е. мелкий уголь,
отсортированный из угольного сырья, может использоваться как пылевидный уголь. Следовательно, в установке 200 для производства жидкого металла помимо угольного сырья
может использоваться отсортированный из угольного сырья мелкий уголь, благодаря чему
увеличивается эффективность использования мелкого угля.
Восстановительный газ, образуемый в плавильной печи 20, подается на реактор 52 с
наполнителем через трубопровод 70 подачи восстановительного газа. Восстановленные
материалы после восстановления в реакторе 52 с наполнителем подаются в плавильную
печь 20 и там плавятся.
Установка 300 для производства жидкого металла в соответствии с третьей формой
реализации настоящего изобретения, представленной на фиг. 3, содержит оборудование
15
BY 15209 C1 2011.12.30
30 для производства угольных брикетов. Угольные брикеты, произведенные на оборудовании 30, загружаются в плавильную печь 20. Так как другие элементы установки 300 для
производства жидкого металла, за исключением оборудования 30 для производства
угольных брикетов, аналогичны элементам установки 100 для производства жидкого металла в соответствии с первой формой реализации настоящего изобретения, их подробное
описание не приводится и одинаковым элементам присвоены одинаковые цифровые обозначения.
Установка 300 для производства жидкого металла обеспечивает подачу мелкого угля в
плавильную печь 20 посредством устройства подачи измельченных углеродсодержащих
материалов, представленного на фиг. 1 и не представленного на фиг. 3 из соображений
удобства.
Оборудование 30 для производства угольных брикетов уплотняет мелкий уголь и затем производит угольные брикеты в качестве источника нагрева для расплавления восстановленных материалов. Сортировщик 40 разделяет угольное сырье на кусковой уголь,
имеющий большой размер частиц, и мелкий уголь с малым размером частиц. Кусковой
уголь после сушки в сушильной камере 42 подается напрямую в плавильную печь 20.
Мелкий уголь прессуют в угольные брикеты для того, чтобы обеспечить их необходимую
газопроницаемость в плавильной печи 20, и загружают в плавильную печь 20. В данном
случае угольное сырье сортируют на кусковой уголь, имеющий размер частиц более 8 мм,
и мелкий уголь, имеющий размер частиц не более 8 мм. Указанный стандарт размера частиц используется только для иллюстрации настоящего изобретения, и изобретение не
ограничивается только этим примером. Сортировку угольного сырья можно производить с
использованием других стандартов размера частиц.
Кусковые углеродсодержащие материалы, включая кусковой уголь и угольные брикеты, получают за счет прессования мелкого угля. Кусковые углеродсодержащие материалы
загружают в плавильную печь 20, где образуется угольный слой. В данном случае этап
подготовки кусковых углеродсодержащих материалов включает этап сортировки угольного сырья на кусковой уголь и мелкий уголь и этап производства угольных брикетов прессованием мелкого угля.
Этап производства угольных брикетов может включать этап сортировки угольного
сырья на кусковой уголь и мелкий уголь, этап сушки мелкого угля, этап добавления связующего к мелкому углю и перемешивания, этап прессования мелкого угля после добавления связующего и перемешивания и этап производства угольных брикетов.
Для осуществления указанного процесса оборудование 30 для производства угольных
брикетов может содержать сушильную камеру 33, смеситель 37 и пару катков 39. Дополнительно сушильная камера может включать накопительный бункер 31 мелкого угля,
накопительный бункер 35 связующего, накопительный бункер 44 угольных брикетов и
т.д.
Сушильная камера 33 используется для сушки мелкого угля. Смеситель 37, соединенный
с сушильной камерой 33, перемешивает связующее, которое подается из накопительного
бункера 35, и высушенный мелкий уголь. Пара катков 39, соединенных со смесителем 37,
производят угольные брикеты за счет прессования мелкого угля после добавления связующего и перемешивания.
Накопительный бункер 31 используется для временного хранения мелкого угля, и
накопительный бункер 35 используется для хранения связующего типа мелассы. Кроме
того, накопительный бункер 44 используется для временного хранения произведенных
угольных брикетов. При необходимости могут быть включены другие устройства, необходимые для производства угольных брикетов, например пылеуловитель.
В соответствии с настоящим изобретением жидкий металл можно производить при
прямом использовании мелкого угольного сырья и измельченной железной руды. Способ
производства жидкого металла подробно объясняется со ссылкой на фиг. 4.
16
BY 15209 C1 2011.12.30
Как показано на фиг. 4, жидкий металл можно производить при прямом использовании мелкого угольного сырья и измельченной железной руды. На фиг. 4 представлена
установка 400 для производства жидкого металла в соответствии с четвертой формой реализации настоящего изобретения для осуществления вышеописанного процесса. Конструкция установки 400 для производства жидкого металла, представленная на фиг. 4,
используется только для иллюстрации настоящего изобретения, и изобретение не ограничивается только этим примером. Следовательно, данная установка может быть модифицирована в других конструктивных вариантах с использованием других устройств.
Так как конструкция установки 400 для производства жидкого металла аналогична
конструкции установки для производства жидкого металла, представленной на фиг. 3, ее
подробное описание не приводится и одинаковым элементам присвоены одинаковые цифровые обозначения.
Установка 400 для производства жидкого металла содержит реактор 50 с псевдоожиженным слоем в качестве восстановительного реактора, оборудование 30 для производства угольных брикетов, газогенераторную плавильную печь 20, устройство 10 подачи
измельченных углеродсодержащих материалов (показанное на фиг. 1) и трубопровод 70
подачи восстановительного газа. Установка 400 для производства жидкого металла может
к тому же включать устройство 60 для производства компактированного железа, соединенное с реактором 50 с псевдоожиженным слоем и плавильной печью 20. Кроме того,
установка 400 для производства жидкого металла может содержать другие устройства,
необходимые для производства жидкого металла.
Многокаскадные реакторы, в которых образуется псевдоожиженный слой, соединены
последовательно друг с другом для восстановления смесей, содержащих железную руду, и
превращения их в восстановленные материалы. Восстановительный газ, который выпускается из угольного слоя плавильной печи 20, подается на каждый реактор с псевдоожиженным слоем через трубопровод 70 подачи восстановительного газа. Под воздействием
восстановительного газа, поступающего и протекающего через реакторы, происходит восстановление железной руды и добавок, которые проходят через реакторы, и их превращение в восстановленные материалы. Восстановленные материалы могут уплотняться
устройством 60 для производства компактированного железа. Уплотненные восстановленные материалы загружаются в газогенераторную плавильную печь 20, и из них производят жидкий металл.
Устройство 60 для производства компактированного железа уплотняет восстановленные материалы и затем производит твердые восстановленные материалы для того, чтобы
обеспечить их необходимую газопроницаемость и предотвратить их выброс наружу.
Устройство 60 для производства компактированного железа содержит загрузочный бункер 62, пару катков 64, дробилку 66 и бункер 68 для хранения восстановленных материалов. Кроме того, устройство 60 для производства компактированного железа может при
необходимости включать другие устройства.
Загрузочный бункер 62 используется для хранения восстановленных материалов, которые восстанавливают из смеси, содержащей железную руду. Пара катков 64 прессует
восстановленные материалы и производит твердые восстановленные материалы. Дробилка 66 измельчает восстановленные материалы до необходимого размера частиц. Бункер 68
используется для временного хранения измельченных восстановленных материалов.
Имеющее высокую температуру равномерно нагнетающее устройство 46 расположено
между устройством 60 для производства компактированного железа и плавильной печью 20.
Устройство 46 расположено над плавильной печью 20 для того, чтобы обеспечивать регулирование давления. Хотя внутри плавильной печи 20 сохраняется высокое давление,
дробленые восстановленные материалы могут легко загружаться в плавильную печь 20
благодаря тому, что устройство 46 обеспечивает равномерное регулирование давления.
17
BY 15209 C1 2011.12.30
В установке 500 для производства жидкого металла в соответствии с пятой формой
реализации изобретения, представленной на фиг. 5, мелкий уголь, образуемый на этапе
производства угольных брикетов, может инжектироваться в плавильную печь 20. Так как
конструкция установки 500 для производства жидкого металла в соответствии с пятой
формой реализации настоящего изобретения аналогична установке для производства жидкого металла, представленной на фиг. 4, ее подробное описание не приводится и одинаковым элементам присвоены одинаковые цифровые обозначения.
Оборудование 30 для производства угольных брикетов может включать пылеуловитель 32, собирающий пыль, образуемую в сушильной камере 33. Пылеуловитель 32 соединен с устройством 10 подачи измельченных углеродсодержащих материалов и подает
на него мелкий уголь. Мелкий уголь инжектируется с кислородом в плавильную печь 20 в
качестве пылевидного угля. Благодаря использованию такого способа обеспечивается рециркуляция угля, что способствует не только уменьшению топливного коэффициента, но
также уменьшению потерь угля, вызываемых выбросом пыли.
Устройство подачи измельченных углеродсодержащих материалов установлено около
каждой фурмы 202 для того, чтобы инжектировать указанные материалы в установки в
соответствии с 1-5 примерами осуществления настоящего изобретения. Указанное
устройство объясняется далее со ссылкой на фиг. 6.
Как показано на фиг. 6, смесительная камера 203 установлена около фурмы. Измельченные углеродсодержащие материалы и добавочный газ перемешиваются в смесительной камере и подаются на фурму. Трубопровод 115 подачи попутного газа соединен со
смесительной камерой 203 и обеспечивает подачу необходимого количества попутного
газа. Измельченные углеродсодержащие материалы подаются из устройства подачи указанных материалов через трубопровод 113 инжектирования указанных материалов. Инжектирование измельченных углеродсодержащих материалов в плавильную печь
осуществляется с использованием попутного газа.
При подаче измельченных углеродсодержащих материалов на фурму через трубопровод 113 инжектирования указанных материалов, последние быстро сгорают. Следовательно,
при малой скорости выпускного потока измельченных углеродсодержащих материалов из
трубопровода 113 подводящий канал для сгорания указанных материалов образуется около трубопровода 113. Тепло, излучаемое подводящим каналом, может стать причиной
расплавления и образования пробок в трубопроводе 113.
Для того чтобы предотвратить это явление, из трубопровода 115 подается добавочный
газ. Благодаря использованию такого способа увеличивается скорость выпускного потока
измельченных углеродсодержащих материалов из трубопровода 113 инжектирования указанных материалов. Как следствие, подводящий канал выполняется на определенном расстоянии от трубопровода 113. В данном случае предпочтительно, чтобы скорость потока
измельченных углеродсодержащих материалов, которые выпускаются из трубопровода 113,
регулировалась в пределах от 40 до 70 м/сек. Если скорость потока измельченных углеродсодержащих материалов менее 40 м/сек, то возникают трудности с инжектированием
указанных материалов в газогенераторную плавильную печь, давление и диапазон изменения давлений в которой выше, чем аналогичные параметры доменной печи. К тому же
если скорость потока измельченных углеродсодержащих материалов более 70 м/сек, то
существует вероятность ухудшения способности сгорания указанных материалов.
В качестве попутного газа может использоваться горючий газ. Горючий газ может содержать углеводород, водород и угарный газ. Может использоваться, например, сжиженный природный газ, коксовый газ и т.п.
Кроме того, газ, выпускаемый из установки для производства жидкого металла в соответствии с формами реализации изобретения с первой по пятую, из которого частично
удалены CO2 и H2O, может также использоваться.
18
BY 15209 C1 2011.12.30
При инжектировании горючего газа вместе с кислородом через фурму происходит реакция горения в соответствии со следующей химической формулой 2:
(CH2) в горючем газе + O2 → CO2 + H2O.
В данном случае образуемые CO2 + H2O реагируют с измельченными углеродсодержащими материалами и элементами углерода в угольном слое, образованном около фурмы. Благодаря этому может использоваться дополнительный восстановительный газ,
образуемый в фурме при подаче горючего газа. Кроме того, тепло, образуемое преобладающим горением восстановительного газа, ускоряет подъем температуры измельченных
углеродсодержащих материалов и, следовательно, уменьшает время, необходимое для достижения температуры горения указанных материалов.
К тому же температура подводящего канала может быть снижена за счет увеличения
температуры горючего газа и за счет тепла от пиролиза углеводорода, содержащегося в
горючем газе, а образуемое количество горячего газа может быть увеличено. Благодаря
этому появляется возможность равномерного регулирования распределения тепла вокруг
фурмы в более широком диапазоне.
Угол α, образованный между трубопроводом 115 подачи попутного газа и трубопроводом 113 подачи измельченных углеродсодержащих материалов, находится предпочтительно в пределах от 30 до 90°. Если угол α менее 30°, горение может быть затруднено,
так как скорость потока слишком высока вследствие попутного газа. И наоборот, если
угол α более 90°, то существует вероятность затруднений, связанных с ускорением измельченных углеродсодержащих материалов.
Подробное объяснение настоящего изобретения дается со ссылкой на прилагаемые
экспериментальные примеры. Данные экспериментальные примеры используются только
для иллюстрации настоящего изобретения, и изобретение не ограничивается только этими
примерами.
Экспериментальные примеры
Эксперименты проводились с использованием установки, имеющей такую же конструкцию, как и установка для производства жидкого металла в соответствии с четвертой
формой реализации настоящего изобретения, представленной на фиг. 4. Цель - проследить
изменение доли окисленного восстановительного газа при инжектировании измельченных
углеродсодержащих материалов в плавильную печь и изменение температуры горения в
плавильной печи.
Кислород при 25 °С и в количестве 380 Нм3/т (а именно, кислород 380 Нм3 на 1 тонну
жидкого металла) инжектировался в газогенераторную плавильную печь. Количество измельченных углеродсодержащих материалов регулировалось устройством подачи указанных материалов. Результаты технического анализа и элементного анализа измельченных
углеродсодержащих материалов, использованных в экспериментальных примерах настоящего изобретения, приводятся в табл. 1 и табл. 2 соответственно.
Таблица 1
Исходная
Пепел
Летучие
Связанный
Элемент
влажность
вещества
углерод
Содержание, мас. %
3,0
8,7
35,7
52,6
Таблица 2
Элемент
C
H
N
O
S
Содержание, мас. %
83,3
5,6
2,2
8,5
0,5
В экспериментальном примере 1 восстанавливающее количество газа CH4 было измерено в соответствии с инжектируемым количеством измельченных углеродсодержащих
материалов посредством инжектирования указанных материалов. В экспериментальном
примере 2 были выполнены измерения доли окисленного восстановительного газа CH4 в
19
BY 15209 C1 2011.12.30
газогенераторной плавильной печи. В экспериментальном примере 3 были выполнены измерения степени окисления восстановленных материалов, которые восстанавливаются
восстановительным газом, в соответствии с изменением доли окисленного восстановительного газа. И наконец, в экспериментальном примере 4 были выполнены измерения
изменений температуры горения в газогенераторной плавильной печи в соответствии с
изменениями инжектируемого количества измельченных углеродсодержащих материалов.
Далее приводится подробное описание экспериментальных примеров с 1 по 4
Экспериментальный пример 1
Для того чтобы наблюдать восстанавливающее количество газа CH4 в соответствии с
увеличением инжектируемого количества измельченных углеродсодержащих материалов
в плавильную печь, указанное количество газа CH4 в плавильной печи измерялось при
каждом увеличении инжектируемого количества указанных материалов на 50 кг/1 т. Количество газа CH4, которое составляло 4,5 объемных % до инжектирования измельченных
углеродсодержащих материалов, постепенно уменьшалось с увеличением инжектируемого количества указанных материалов. В табл. 3 показано восстанавливающее количество
газа CH4 в плавильной печи в соответствии с увеличением инжектируемого количества
измельченных углеродсодержащих материалов. В данном случае восстанавливающее количество газа CH4 - это величина, которую получают вычитанием количества газа CH4 в
момент измерений из 4,5 объемных %, что является исходным количеством газа CH4.
Таблица 3
Инжектируемое количество измельченных углеродсодержащих материалов (кг/1 т)
Восстанавливающее количество газа CH4 (объем. %)
0
50
100
150
200
0
0,50
0,10
0,15
2,0
Данные табл. 3 показаны в виде диаграммы на фиг. 7. На фиг. 7 инжектируемое количество измельченных углеродсодержащих материалов показано на оси x и восстанавливающее количество газа CH4 в плавильной печи показано на оси y. Как показано на фиг. 7,
между инжектируемым количеством измельченных углеродсодержащих материалов и
восстанавливающим количеством газа CH4 существует линейная зависимость. А именно,
количество газа CH4 в плавильной печи постоянно уменьшается с увеличением инжектируемого количества измельченных углеродсодержащих материалов. Как показано на
фиг. 7, инжектируемое количество измельченных углеродсодержащих материалов (x) и
восстанавливающее количество газа CH4 (y) в плавильной печи практически удовлетворяют следующей формуле 1, т.е они удовлетворяют условию, аналогичному формуле 1
или сходному с ней.
Формула 1:
y = 0,0001x.
В данном случае x измеряется в кг/1 т, единица измерения y - % и 0,0001 измеряется
в % кг/1 т.
Со ссылкой на экспериментальный пример 1 можно сделать вывод, что количество газа
CH4 в газогенераторной плавильной печи 20 обладает способностью линейно уменьшаться при инжектировании измельченных углеродсодержащих материалов в указанную плавильную печь.
Экспериментальный пример 2
В экспериментальном примере 2 настоящего изобретения выполнены измерения доли
окисленного восстановительного газа в соответствии с восстанавливающим количеством
газа CH4 в газогенераторной плавильной печи. Измерения доли окисленного восстановительного газа выполнялись спектроскопом, через который можно наблюдать линейный
спектр. Подробное объяснение измерений не приводится, т.к. оно хорошо известно в данной области техники.
20
BY 15209 C1 2011.12.30
Доля окисленного восстановительного газа измерялась 67 раз в соответствии с изменениями количества газа CH4 в плавильной печи. Результаты измерений представлены в
табл. 4.
Как показано в табл. 4, доля окисленного восстановительного газа уменьшалась и составила не более 11,432 %. А именно, на восстановительные реакторы подавался восстановительный газ, доля окисленного которого находилась в пределах от 0 до максимально
11,432 %. Следовательно, количество газа CH4 уменьшалось при инжектировании измельченных углеродсодержащих материалов, и в связи с этим доля окисленного восстановительного газа уменьшалась и составила максимально 11,432 %.
Таблица 4
Количество
Доля окисленного
Количество Доля окисленного
№ п/п газа CH4
восстановительного
№ п/п
газа CH4
восстановительного
(объем. %)
газа (%)
(объем. %)
газа (%)
1
2,117
3,125
35
3,653
6,792
2
2,215
2,307
36
3,671
7,122
3
2,608
4,944
37
3,697
8,557
4
2,704
4,711
38
3,700
7,463
5
2,830
3,935
39
3,728
8,307
6
2,845
4,605
40
3,758
8,204
7
2,872
3,672
41
3,795
8,365
8
2,884
5,889
42
3,853
7,758
9
2,944
5,263
43
3,904
7,953
10
3,112
6,506
44
3,911
8,014
11
3,176
5,162
45
3,932
8,714
12
3,196
7,533
46
3,946
9,604
13
3,207
8,269
47
4,000
8,842
14
3,245
6,212
48
4,008
8,701
15
3,283
6,070
49
4,066
8,501
16
3,316
7,330
50
4,089
8,785
17
3,340
7,438
51
4,107
10,311
18
3,372
4,645
52
4,108
8,999
19
3,386
6,373
53
4,297
8,812
20
3,405
6,078
54
4,308
8,589
21
3,408
8,000
55
5,195
8,110
22
3,418
6,871
56
5,219
10,049
23
3,422
6,780
57
5,225
10,131
24
3,437
6,698
58
5,436
10,386
25
3,441
8,035
59
5,513
8,646
26
3,495
6,590
60
5,576
11,055
27
3,497
8,129
61
5,678
8,719
28
3,508
7,119
62
5,680
9,188
29
3,552
8,230
63
5,715
8,260
30
3,577
6,737
64
5,790
11,432
31
3,607
8,167
65
5,861
10,504
32
3,617
8,127
66
5,900
10,717
33
3,630
8,129
67
5,966
10,578
34
3,632
6,978
Данные табл. 4 представлены в виде диаграммы на фиг. 8. Как показано на фиг. 8,
наблюдаемая доля окисленного восстановительного газа увеличивалась с увеличением
количества газа CH4 в плавильной печи, т.е. восстанавливающая способность восстанови21
BY 15209 C1 2011.12.30
тельного газа увеличивалась. Расчет линейной функции выполнялся с использованием метода наименьших квадратов для того, чтобы составить соотношение между количеством
газа CH4 в газогенераторной плавильной печи и долей окисленного восстановительного
газа. Так как способ наименьших квадратов хорошо известен в данной области техники,
его подробное описание не приводится. Если x обозначает количество газа CH4 в плавильной печи и y обозначает долю окисленного восстановительного газа в указанной печи, то можно сделать вывод, что полностью удовлетворяется следующая формула 2, т.е.
количество газа CH4 и доля окисленного восстановительного газа удовлетворяют условию, аналогичному формуле 2 или сходному с ней.
Формула 2:
1,6653x - y = -1,1472.
В данном случае x измеряется в объемных %, единица измерения y - % и 1,6653 измеряется в % /объемных %.
Кроме того, данные, которые расположены на прямых линиях, имеющих такой же
наклон, как и линии формулы 2, и которые удалены от прямой линии формулы 2, были
исследованы для того, чтобы установить прямые линии, проходящие через данные, соответствующие верхнему и нижнему пределу данных табл. 4.
В результате, 2,215 объемных % газа CH4 и 2,307 % доли окисленного восстановительного газа, приведенные в табл. 4 под № 2, соответствуют нижнему пределу, и
4,197 объемных % газа CH4 и 10,311 % доли окисленного восстановительного газа, представленные в табл. 4 под № 51, соответствуют верхнему пределу.
Следовательно, ряд прямых линий, которые проходят над верхним и нижним пределами и имеют такой же наклон, как и прямая линия формулы 2, можно представить в виде
формулы 3. Это означает, что количество газа CH4 в плавильной печи (x) и доля окисленного восстановительного газа (y) полностью удовлетворяют следующей формуле 3, т.е.
количество газа CH4 и доля окисленного восстановительного газа удовлетворяют условию, аналогичному формуле 3 или сходному с ней.
Формула 3:
-3,4718 ≤ 1,6653x - y ≤ 1,3824.
В данном случае x измеряется в объемных %, единица измерения y - % и 1,3824 измеряется в % /объемных %.
В соответствии с формулой 3 доля окисленного восстановительного газа с уменьшением количества газа CH4 показана на фиг. 8 как отклоняющиеся линии с перегибом. Как
указано выше, можно сделать вывод о том, что окисление восстановительного газа пропорционально уменьшается с уменьшением количества CH4, со ссылкой на экспериментальный пример 2 настоящего изобретения. Следовательно, можно утверждать, что доля
окисленного восстановительного газа может уменьшаться при инжектировании измельченных углеродсодержащих материалов.
Экспериментальный пример 3
В экспериментальном примере 3 проводились наблюдения и строилась диаграмма изменения степени восстановления восстановленных материалов в соответствии с долей
окисленного восстановительного газа. А именно, проводились наблюдения и строилась
диаграмма доли окисленного восстановительного газа в плавильной печи и степени восстановления восстановленных материалов, восстанавливаемых в восстановительных реакторах, в которые подавался восстановительный газ. Измерения доли окисленного восстановительного газа выполнялись способом, описанным в экспериментальном примере 2.
Степень восстановления восстановленных материалов измерялась при сравнении смеси,
содержащей железную руду, до прохождения через реакторы с указанной смесью после ее
прохождения через реакторы. Так как измерения степени окисления восстановленных материалов и степени восстановления указанных материалов хорошо известны в данной области техники, их подробное описание не приводится.
22
BY 15209 C1 2011.12.30
На фиг. 9 показана доля окисленного восстановительного газа в плавильной печи как
ось x и степень восстановления восстановленных материалов как ось y.
Соотношение между долей окисленного восстановительного газа и степенью восстановления восстановленных материалов, показанное точками на фиг. 9, преобразуют в
прямую линию с помощью метода наименьших квадратов и затем получают результат
следующей формулы 4. Доля окисленного восстановительного газа (x) и степень восстановления восстановленных материалов (y) полностью удовлетворяют условию, аналогичному следующей формуле 4 или сходному с ней.
Формула 4:
y = -2,10x + 103,9.
В данном случае x измеряется в %, единица измерения y - % и 103,9 измеряется в %.
Как видно из формулы 4, степень восстановления восстановленных материалов
уменьшается с увеличением доли окисленного восстановительного газа. Соответственно
уменьшается время, необходимое для полного восстановления указанных материалов в
плавильной печи, и увеличивается производительность процесса.
Так как измельченные углеродсодержащие материалы инжектируются в центральную
часть плавильной печи в режиме высоких температур, указанные материалы полностью
сгорают и летучие вещества, содержащиеся в них, преобразуются в газ CO или газ H2.
Благодаря этому уменьшается количество газа CH4 в плавильной печи, вызываемое неполным сгоранием. Кроме того, вследствие уменьшения количества газа CH4 и увеличения газа CO или газа H2 увеличивается количество восстановительного газа, образуемого
в плавильной печи и подаваемого на восстановительные реакторы, что, в свою очередь,
увеличивает долю окисленного восстановительного газа. Восстановительный газ, имеющий улучшенную доля окисленного, подается в восстановительные реакторы, улучшая
степень восстановления восстановленных материалов, проходящих через восстановительные реакторы. Поскольку в плавильную печь подаются восстановленные материалы
улучшенной степени восстановления, то в конечном итоге получают восстановленный
жидкий металл, несмотря на загрузку в печь небольшого количества кусковых углеродсодержащих материалов. Это означает, что количество кусковых углеродсодержащих материалов, загружаемых в плавильную печь, значительно уменьшается при инжектировании
измельченных углеродсодержащих материалов, и в связи с этим значительно уменьшается
топливный коэффициент.
Экспериментальный пример 4
В экспериментальном примере 4 выполнялись измерения изменения температуры
подводящего канала в плавильной печи при инжектировании измельченных углеродсодержащих материалов. Если предположить, что горение происходило в адиабатическом
состоянии и вне зоны подводящего канала нет потерь тепла, то температуру горения в
подводящем канале измеряли каждый раз, когда инжектируемое количество измельченных углеродсодержащих материалов увеличивалось на 50 кг на 1 тонну жидкого металла.
Температуру подводящего канала измеряли с помощью термопары, установленной в плавильной печи, и результаты измерений представлены в табл. 5.
Таблица 5
Инжектируемое кол-во измельченных
0
50
100
150
200
углеродсодержащих материалов
Материалы (кг/1т)
3878
3675
3484
3302
3131
Температура горения (°C)
Данные табл. 5 позволяют сделать вывод о том, что температура горения уменьшается
на 200 °С с увеличением инжектируемого количества измельченных углеродсодержащих
материалов на 50 кг/1 т жидкого металла, т.е. температура горения уменьшается почти на
200 °С.
23
BY 15209 C1 2011.12.30
Как видно из экспериментального примера 4 настоящего изобретения, можно сделать
вывод о том, что температура горения в газогенераторной плавильной печи может значительно уменьшаться с увеличением инжектируемого количества измельченных углеродсодержащих материалов. Благодаря этому можно не только обеспечить плавное регулирование нагрева в газогенераторной плавильной печи, но и уменьшить содержание Si в
жидком металле, имеющее вредное воздействие на характеристики жидкого металла.
Кроме того, процесс инжектирования измельченных углеродсодержащих материалов может
заменить процесс добавления влаги через фурму для регулирования температуры печи.
На фиг. 10 показано изменение топливного коэффициента и производительности при
инжектировании измельченных углеродсодержащих материалов. На фиг. 10 показано изменение топливного коэффициента и производительности до инжектирования пылевидного
угля, при инжектировании 50∼80 кг/1 т измельченных углеродсодержащих материалов и
при инжектировании 80∼120 кг/1 т измельченных углеродсодержащих материалов. Если
предположить, что производится одинаковое количество жидкого металла, то можно сделать
вывод о значительном уменьшении топливного коэффициента при инжектировании измельченных углеродсодержащих материалов. А именно, можно сделать вывод о том, что
топливный коэффициент уменьшается на 30 кг на 1 т жидкого металла при инжектировании
измельченных углеродсодержащих материалов в количестве 100 кг на 1 т жидкого металла.
При инжектировании измельченных углеродсодержащих материалов в указанных количествах происходит увеличение количества восстановительного газа в плавильной печи,
так как летучие вещества, содержащиеся в измельченных углеродсодержащих материалах,
полностью сгорают. Вследствие увеличения количества восстановительного газа, подаваемого на восстановительные реакторы, может быть увеличена степень восстановления
восстановленных материалов, пропускаемых через восстановительные реакторы. Благодаря этому может быть уменьшено количество кусковых углеродсодержащих материалов,
загружаемых в плавильную печь для окончательного восстановления, т.е. существует
возможность уменьшения топливного коэффициента.
Поскольку измельченные углеродсодержащие материалы инжектируются с кислородом через фурму плавильной печи, это позволяет обеспечить регулирование температуры
горения в плавильной печи, плавное регулирование нагрева печи и стабильное состояние
угольного слоя.
Кроме того, при инжектировании измельченных углеродсодержащих материалов увеличивается период стагнации материалов, загружаемых в плавильную печь, и за счет этого
увеличивается температура купольной части. Благодаря этому может быть уменьшено количество кислорода пылеугольной горелки, установленной в плавильной печи. Следовательно, за счет восстановительного повторного окисления восстановительного газа улучшаются
восстановительные характеристики указанного газа.
Хотя настоящее изобретение описано и проиллюстрировано ссылками на приводимые
примеры осуществления, не исключается возможность различных изменений как общего
вида, так и отдельных деталей, не противоречащих сущности и объему изобретения, определяемым прилагаемой формулой изобретения.
24
BY 15209 C1 2011.12.30
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
25
BY 15209 C1 2011.12.30
Фиг. 7
Фиг. 8
Фиг. 9
Фиг. 10
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
26
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
442 Кб
Теги
by15209, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа