УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА

Техническое решение относится к области черной металлургии, в частности, к устройствам, реализующим способы получения губчатого железа, путем прямого восстановления материала, содержащего оксид железа, углеродсодержащим восстановителем.
В качестве агрегата для получения губчатого железа путем прямого восстановления железорудного материала может быть использована трубчатая вращающаяся печь. Вместе с оксидами железа в печь загружают уголь (или коксовый возврат) в качестве восстановителя и различные технологические добавки.
На первой стадии обработки в начале печи оксид железа нагревается, из угля отгоняются содержащиеся в нем летучие. При дальнейшем продвижении материала к разгрузочной головке печи происходит восстановление оксидного железа до металлического губчатого железа. В некоторых случаях в разгрузочную головку встраивают устройство для вдувания угля, чтобы ввести в шихту дополнительное количество свежего угля (см. В.Ф.Князев, «Бескоксовая металлургия железа», Изд-во «Металлургия», Москва, 1972 г., а также см. Н.А.Тулин, В.С.Кудрявцев и др. «Развитие бескоксовой металлургии», Изд-во «Металлургиям, 1987 г. [1].).
Известна «Установка для производства губчатого железа прямым твердофазным восстановлением из его оксидов» (см. Тулин Н.А., Кудрявцев B.C. и др. «Развитие бескоксовой металлургии», Изд-во «Металлургиям, 1987 г., стр.39-40, рис.1, 19, [2].). Установка включает в себя противоточную трубчатую вращающуюся печь, снабженную загрузочной головкой, соединенной с системой подачи материала, содержащего оксид железа, а также углеродсодержащий материал, разгрузочную головку, в которой установлено устройство для подачи топлива в печь, соединенное с системой его подачи, фурмы для нагнетания воздуха во вращающуюся печь, расположенные по длине на корпусе печи, трубчатый вращающийся холодильник, над корпусом которого расположены душевые устройства для охлаждения холодильника, которые соединены с системой подачи воды, при этом разгрузочная головка вращающейся печи герметично соединена с загрузочной головкой вращающегося холодильника, разгрузочный конец которого герметично соединен с системой грохочения и системой магнитной сепарации. Основной недостаток данной установки - проблемы, связанные с запуском вращающейся печи при использовании для разогрева печи только пылеугольного топлива. К тому же при таком аппаратурном исполнении затруднены выход агрегата на рабочий технологический режим и достижение проектных показателей по получению губчатого железа требуемого качества.
Эти проблемы устраняются в известной установке для производства губчатого железа прямым твердофазным восстановлением из его оксидов, содержащей противоточную трубчатую вращающуюся печь, снабженную загрузочной головкой, соединенной с системой подачи материала, содержащего оксид железа, а также углеродсодержащий материал, разгрузочную головку, в которой установлено устройство для подачи угольного топлива в печь, соединенное с системой его подачи, фурмы для нагнетания воздуха во вращающуюся печь, расположенные по ее длине на корпусе печи, трубчатый вращающийся холодильник, над корпусом которого расположены душевые устройства, соединенные с системой подачи воды, причем разгрузочная головка вращающейся печи герметично соединена с загрузочной головкой вращающегося холодильника, разгрузочный конец которого герметично соединен с системой грохочения и системой магнитной сепарации, в которой разгрузочная головка вращающейся печи дополнительно снабжена пусковой жидкотопливной горелкой, соединенной с передвижной автономной топливной станцией, а устройство для подачи топлива во вращающуюся печь со стороны разгрузочной головки выполнено, по крайней мере, в виде одной пневматической пушки, соединенной с системой подачи мелкокускового бурого угля и системой сжатого воздуха, а загрузочная головка вращающейся печи соединена с системой подачи крупнокускового бурого угля, кроме того, душевые устройства вращающегося холодильника соединены с системой оборотного водоснабжения [3].
По назначению, по технической сущности, по наличию сходных признаков данное техническое решение выбрано в качестве ближайшего аналога.
Основным недостатком известного решения является малый срок службы газохода отходящих газов. Отходящие из печи газы содержат значительное количество горючих компонентов летучих веществ угля-восстановителя, загружаемого вместе с железооксидным материалом в печь. Сгорая в газоходе, данная смесь значительно повышает температуру в локальной области газохода, что и является причиной нарушения его целостности - прогорания. Следствием этого являются нарушения технологического режима работы печи, непроизводительные остановки на ремонт газохода, энергетические и материальные затраты, что приводит к снижению технико-экономических показателей процесса, к снижению качества продукции.
Другим существенным недостатком известного устройства является использование в технологическом процессе устройства для подачи топлива во вращающуюся печь со стороны разгрузочной головки в виде пневматической пушки, соединенной с системой подачи мелкокускового бурого угля и системой сжатого воздуха.
Кроме того, регулирование температурного режима в печи с помощью установленных на печи фурм практически достаточно затруднительно из-за высокой инерционности такой системы управления.
Задачей предлагаемого технического решения является снижение энергетических и материальных затрат, повышение технико-экономических показателей процесса.
Техническими результатами являются повышение коэффициента использования угольного топлива, улучшение условий проведения технологического процесса металлизации железорудного материала, повышение срока службы газоочистного оборудования.
Технические результаты достигаются тем, что в установке для производства губчатого железа прямым восстановлением, содержащей противоточную трубчатую вращающуюся печь, снабженную загрузочной головкой, соединенной с системой подачи шихтового материала и с системой подачи крупнокускового угля, разгрузочную головку, топливное устройство, устройство для подачи топлива в печь, трубчатый вращающийся холодильник, соединенный с разгрузочной головкой вращающейся печи и с системой грохочения, систему магнитной сепарации, устройство для отвода из печи отработанных газов в систему газоочистки, установленное на загрузочном конце печи и соединенное с газоходом, топливное устройство снабжено угольным газификатором, а устройство для подачи топлива в печь выполнено в виде газовоздушной горелки.
Кроме того, горелка может быть снабжена линиями подачи нагретых газообразного топлива и воздуха, а в линии отвода отходящих газов печи может быть установлен рекуператор тепла, который может быть выполнен в виде воздушного теплообменника.
Сравнение предлагаемого технического решения с решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает следующее.
Предлагаемое решение и известное характеризуются сходными признаками:
- установка для производства губчатого железа прямым восстановлением из его оксида;
- использование противоточной трубчатой вращающейся печи, снабженной:
- загрузочной головкой, соединенной с системой подачи шихтового материала и с системой подачи крупнокускового угля;
- разгрузочной головкой;
- топливное устройство;
- устройство для подачи топлива в печь;
- трубчатый вращающийся холодильник, над корпусом которого расположены душевые устройства, соединенные с системой подачи воды;
- разгрузочная головка вращающейся печи соединена с загрузочной головкой вращающегося холодильника;
- разгрузочный конец холодильника соединен с системой магнитной сепарации;
- устройство для отвода из печи отработанных газов в систему газоочистки, установленное на загрузочном конце печи и соединенное с газоходом.
Предлагаемое решение отличается от известного решения следующими признаками:
- печь не оборудуется воздушными фурмами;
- топливное устройство снабжено угольным газификатором;
- устройство для подачи топлива в печь выполнено в виде газовоздушной горелки.
Кроме того, горелки могут быть снабжены линиями подачи нагретых топливаого газа и воздуха, а в линии отвода отходящих газов печи может быть установлен рекуператор тепла, который может быть выполнен в виде воздушного теплообменника.
Наличие в предлагаемом решении признаков, отличительных от признаков, характеризующих решение, принятое в качестве ближайшего аналога, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности полезной модели «новизна».
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.
Основные проблемы производства губчатого железа прямым восстановлением в противоточнои трубчатой вращающейся печи включают в себя запуск печи, эффективное использование угольного топлива и удаление из печи отходящих газов. Причиной малого срока службы газохода из-за нарушения его целостности (прогорания) является высокая температура отходящих из печи газов, которые к тому же содержат значительное количество горючих компонентов летучих веществ угля-восстановителя. загружаемого вместе с железооксидным материалом в печь. Сгорая в газоходе, данная смесь значительно повышает температуру в локальной области газохода, что и является причиной нарушения его целостности - прогорания.
Использование в процессе кускового и мелкокускового угольного топлива требует значительной подачи воздуха для сжигания, поддержания повышенной температуры в печи для обеспечения более полного сгорания угля, что, в конечном итоге, приводит к снижению восстановительного потенциала атмосферы в печи, определяющей эффективности процесса металлизации железорудного материала, повышению объема пылегазоуноса, к повышению температуры отходящих газов, к снижению эффективности использования топливных реагентов и снижению срока службы газоочистного оборудования. Кроме того, подача воздуха для сжигания угля через фурмы на обечайке печи значительно усложняет процесс контролируемого управления температурным режимом в печи вследствие большой инерционноститеплового поля печи.
Данные недостатки в предлагаемом техническом решении устраняется тем, что печь оборудуется не воздушными фурмами, при подаче в печь твердого угольного топлива, а оборудуется топливным устройством, которое снабжено угольным газификатором, а устройство для подачи топлива в печь выполнено в виде газовоздушной горелки.
Кроме того, горелка может быть снабжена линиями подачи нагретых топливного газа и воздуха, а в линии отвода отходящих газов печи может быть установлен рекуператор тепла, который может быть выполнен в виде воздушного теплообменника.
В предлагаемом решении в качестве углеродистого компонента в печь подается как уголь в составе шихты, так и продукт переработки угля в газификаторе - газовоздушная топливная смесь. Данный вид топлива более подготовлен к использованию в процессе, чем мелкокусковой уголь.
При использовании угольного газификатора в качестве топливного устройства и газовоздушной горелки в качестве устройств для получения требуемой тепловой энергии значительно повышает эффективность использования угля в процессе, снижает нагрузку на газоочистные устройства, позволяет повысить эффективность процесса восстановления. Кроме того, часть тепловой энергии процесса может быть рекуперирована и возвращена в технологический процесс для подогрева топливного газа и воздуха, подаваемого на сжигание топливного газа в газовоздушной горелке и/или использована для бытовых нужд.
Предлагаемая установка для производства губчатого железа содержит (фиг.1) противоточную трубчатую вращающуюся печь 1, снабженную загрузочной головкой 2, соединенной с системой подачи железооксидного материала 3 и с системой подачи крупнокускового угля 4, разгрузочной головкой 5 печи, в торцевой части которой установлена газовоздушная горелка 6, соединенная с линиями подачи топливного газа 7 и воздуха 8. Топливный газ на горелку поступает по линии подачи 7 из топливного устройства, выполненного в виде угольного газификатора 9, соединенного с системой подачи крупнокускового угля 4 и линией подачи воздуха 8а. Причем топливный гази воздух перед подачей на горелку подогреваются в рекуператоре тепла отходящих из печи газов 10. Установка для производства губчатого железа также содержит трубчатый вращающийся холодильник 1 1. загрузочная головка 12 которого соединена с разгрузочной головкой 5 вращающейся печи 1. Холодильник 11 снабжен разгрузочной головкой 13, сообщающейся с системой магнитной сепарации 14. Для охлаждения вращающегося холодильника 11 используются душевые устройства 15. соединенные с системой оборотного водоснабжения 16. Отходящий газ из печи 1 через загрузочную головку 2 поступает по газоходу последовательно в рекуператор тепла отходящих газов 17, систему газоочистки 18 и через дымовую трубу 19 выбрасывается в атмосферу.
Предлагаемая установка для производства губчатого железа работает следующим образом: сначала производят пуск газификатора 9 путем дробной загрузкой его углем и подачей требуемого количества воздуха. После выхода газификатора 9 на рабочий режим вырабатываемый топливный газ направляют в линию подачи топливного газа 7, подогревают в рекуператоре 10 и сжигают в газовоздушной горелке 6. Нагрев печи ведут до заданной температуры 950-1000°С в активной зоне. При достижении температуры в печи 600-700°С через загрузочную головку 2 из системы 3 подают в печь 1 железооксидный материал вместе с крупнокусковым углем из системы подачи 4 и ведут технологический процесс в устойчивом режиме. Полученные продукты через разгрузочную головку 5печи и загрузочную головку 12 поступает во вращающийся холодильник 11, орошаемый душевыми устройствами 15, связанными с системой оборотного водоснабжения 16. Охлажденные продукты из холодильника 11 разделяются в системе магнитной сепарации 14.
Отработанные газы из печи 1 через загрузочную головку 2 поступают по газоходу последовательно в рекуператор тепла отходящих газов 17, систему газоочистки 18 и через дымовую трубу 19 выбрасываются в атмосферу.
Использование предлагаемой установки для производства губчатого железа прямым восстановлением из его оксида позволит повысить технико-экономические показатели процесса за счет более эффективного использования углеродистого восстановителя и газового топлива, полученного в угольном газификаторе, снизить энергетические и материальные затраты на ремонт и обслуживание оборудования, повысить срок его службы. Кроме того, повышается степень очистки отходящих газов, улучшается экологическая ситуация, часть тепловой энергии отходящих газов может быть рекуперирована в основной процесс и/или на бытовые нужды.
ИНФОРМАЦИЯ
1. В.Ф.Князев. «Бескоксовая металлургия железа», Изд-во «Металлургия», Москва, 1972 г., а также см. М.А.Тулин, В.С.Кудрявцев и др. «Развитие бескоксовой металлургии», Изд-во «Металлургиям, 1987 г.
2. Тулин Н.А., Кудрявцев B.C. и др. «Развитие бескоксовой металлургии», Изд-во «Металлургиям, 1987 г., стр.39-40, рис.1, 19.
3. Патент РФ на ПМ №77866, С21В 13/08, 2008 г.