СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЧУГУНА С ПРИМЕНЕНИЕМ ВИХРЕВОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ РАСПЛАВА
CAST IRON RECOVERY METHOD USING MELT VORTEX MIXING

Область техники
Настоящее изобретение относится к области металлургических технологий, и, в частности, оно относится к способу восстановления чугуна с применением вихревого перемешивания расплава.
Уровень техники
Наряду с многолетним быстрым развитием, отмечается стремительное развитие сталелитейной промышленности Китая, уже обеспечивающей более 40% стали мира. Однако из-за избытка производственных мощностей в сталелитейной области и регулярного ужесточения требований в отношении охраны окружающей среды важнейший приоритет имеют вопросы касательно того, как снизить расходы и улучшить производственные условия. Технологии производства чугуна в качестве сырья для сталеплавильного производства уже являются крайне развитыми, при этом основным производством чугуна в Китае является доменное производство чугуна. Суть доменного производства чугуна заключается в процессе восстановления железа, при этом с помощью кокса в качестве горючего и восстановителя железо в железной руде или в сырье для производства чугуна в условиях высокой температуры восстанавливается из оксида или минералогической формы в жидкий чугун.
В условиях жесткого экономического положения доменный завод применяет различные меры в целях поддержания постоянного снижения расходов на обработку доменного чугуна, и требования к показателям работы доменной печи в основном выражаются в повышении температуры потока газа доменной печи, увеличении коэффициента использования угольного газа, снижении топливного коэффициента и продлении срока службы доменной печи. Кроме того, степень развития технологии доменного производства чугуна позволила стабилизировать расходы на производство чугуна. Улучшение отдельных условий может изменить себестоимость доменного чугуна только в небольшом диапазоне, и величина прибыли очень низкая.
В доменном производстве коэффициент использования восстановителя оказывает большое влияние на производственные затраты, а продолжительность производственного цикла является важным аспектом, влияющим на стоимость производимого чугуна, поэтому за счет эффективного повышения коэффициента использования восстановителя и сокращения производственного цикла можно снижать себестоимость чугуна, а также влиять на все расходы сталеварения. Традиционным восстановителем в доменном производстве чугуна в основном является антрацитовая пыль, которая вдувается в доменную печь посредством фурмы. Низкая плотность угольной пыли позволяет большому количеству угольной пыли плавать на поверхности в процессе реакции, и хорошая реакция с оксидами железа представляется невозможной. Коэффициент использования угольной пыли является сравнительно низким, а образующийся дымовой газ содержит большое количество непрореагировавшей пыли, поэтому не только имеют место напрасные расходы сырья, но и оказывается неблагоприятное воздействие на атмосферу и окружающую среду в области площадки.
Следовательно, необходимо найти новый способ введения, чтобы повысить коэффициент использования восстановителя, сократить период реакции и улучшить окружающую среду в области площадки. Перемешивание KR в основном используется в процессе сталеварения на этапе предварительной обработки жидкого чугуна и предназначено для смешивания обессеривающей добавки и жидкого чугуна, чтобы облегчить процесс обессеривания. В случае использования перемешивающих лопастей KR в процессе производства чугуна при перемешивании происходит втягивание угольной пыли, благодаря чему коэффициент использования восстановителя может быть значительно повышен.
В патентном документе с номером 201210104356.0 предложен новый способ перемешивания KR с обессериванием, который включает обессеривание жидкого чугуна перед конвертером; посредством вращения мешалки происходит перемешивание, чтобы обессеривающая добавка на поверхности жидкого чугуна втягивалась в жидкий чугун для обессеривания смеси, но при этом ничего не говорится о получении чугуна. В патентном документе с номером 201110185831.7 предложен способ вторичной переработки железа со шлаковыми включениями с применением обессеривания с перемешиванием KR. Железо со шлаковыми включениями после обессеривания с перемешиванием KR перерабатывается для выплавки стали, и при этом ничего не говорится о получении чугуна. В патентном документе с номером 201410040360.4 предложена усовершенствованная система доменного производства чугуна. При условии обеспечения достижения эффективного усовершенствования передачи температуры горячего воздуха в доменном производстве чугуна, снижается масштаб комплектации конвекционной печи, уменьшается занимаемая площадь, снижается объем капиталовложений, уменьшается энергоемкость и расходы при производстве чугуна, но при этом ничего не говорится о системе производства чугуна с применением перемешивания.
Суть изобретения
С учетом существующих недостатков, касающихся способов введения восстановителя в доменную печь и его низкого коэффициента использования, согласно настоящему изобретению предложен способ восстановления чугуна с применением вихревого перемешивания расплава. В этом способе непосредственно используют индукционную печь с перемешивающими лопастями, при этом за счет перешивания в центре перемешиваемый расплав закручивают с образованием вихря, и порошкообразные железосодержащее сырье, восстановитель и шлакообразующие компоненты после добавления в центр вихря немедленно втягиваются в ванну расплавленного металла и полностью смешиваются с расплавом, а также вступают в реакцию, вследствие чего железосодержащие оксиды быстро восстанавливаются.
Для достижения вышеуказанной цели согласно настоящему изобретению применяется нижеследующее техническое решение:
Способ восстановления чугуна с применением вихревого перемешивания расплава, включающий следующие этапы, на которых:
(1) чугун помещают в индукционную печь и нагревают до расплавленного состояния с образованием жидкого чугуна, при этом обеспечивают температуру жидкого чугуна ≥1450°C; при этом введенное количество указанного чугуна составляет 5-20% от объема корпуса индукционной печи;
(2) жидкий чугун перемешивают с образованием вихря, у которого отношение высоты к диаметру составляет 0,5-2,5, при этом перемешивание не прекращают;
(3) в центр вихря вдувают железосодержащие минералы, восстановитель и шлакообразующие компоненты с осуществлением реакции восстановления, при этом после получения жидкого чугуна и шлака перемешивание прекращают, и с одновременным образованием отходящего газа; при этом массовое соотношение железосодержащих минералов, восстановителя и шлакообразующих компонентов составляет 1:(0,1-0,15):(0,25-0,4);
(4) жидкий чугун и шлак выводят слоями, а отходящий газ выпускают после обработки.
На этапе (1) расплавленный чугун используют для обеспечения нагревательной среды.
На этапе (1) обеспечение температуры жидкого чугуна ≥1450°C предусматривает нагревание самой индукционной печи.
На этапе (1) индукционная печь содержит отверстие для выпуска шлака и отверстие для выпуска жидкого чугуна, при этом отверстие для выпуска жидкого чугуна выполнено в нижней части одной стороны индукционной печи, а отверстие для выпуска шлака выполнено в верхней части другой стороны индукционной печи.
Индукционная печь снабжена перемешивающими лопастями, системой подъема перемешивающих лопастей, оборудованием для вдувания порошкообразного материала, корпусом вентилятора, системой газоочистки, рекуперационной системой и промывной колонной; перемешивающие лопасти расположены внутри индукционной печи; система подъема перемешивающих лопастей соединена с перемешивающими лопастями; оборудование для вдувания порошкообразного материала установлено в верхней части одной стороны индукционной печи; корпус вентилятора расположен над индукционной печью; входное отверстие системы газоочистки выполнено в сообщении с корпусом вентилятора посредством трубопровода; входное отверстие рекуперационной системы выполнено в сообщении с выходным отверстием системы газоочистки посредством трубопровода; входное отверстие промывной колонны выполнено в сообщении с выходным отверстием рекуперационной системы посредством трубопровода; выходное отверстие промывной колонны выполнено в сообщении с атмосферой; систему подъема перемешивающих лопастей применяют для замены перемешивающих лопастей.
Материалом перемешивающих лопастей является углеродный материал.
Перемешивающие лопасти представляют собой графитовые перемешивающие лопасти.
На этапе (2) перемешивание включает введение отрегулированных перемешивающих лопастей на  высоты уровня жидкого чугуна с осуществлением перемешивания в центре, при этом скорость перемешивания в центре составляет 50-200 об/мин.
На этапе (3) железосодержащие минералы, восстановитель и шлакообразующие компоненты после измельчения с перемешиванием вдувают в центр вихря посредством оборудования для вдувания порошкообразного материала.
На этапе (3) в качестве железосодержащих минералов используют железную руду.
На этапе (3) в качестве восстановителя используют угольную пыль.
На этапе (3) в качестве шлакообразующих компонентов используют оксид кальция.
На этапе (3) в реакции восстановления степень восстановления железосодержащих минералов составляет ≥95,5%, а процент содержания железа в шлаке составляет ≤0,35% по массе.
2
2
3
На этапе (3) в состав шлака в основном входит CaO, SiO и AlO.
На этапе (4) в индукционной печи верхний слой представляет собой шлак, а нижний слой представляет собой жидкий чугун, при этом шлак выводят через отверстие для выпуска шлака, а жидкий чугун выводят через отверстие для выпуска жидкого чугуна.
На этапе (4) отходящий газ поступает в систему газоочистки через корпус вентилятора; после очистительной обработки рекуперационная система рекуперирует отходящее тепло; в конце промывная колонна поглощает вредный газ, содержащийся в газе, и выпускает очищенный газ в атмосферу по достижении требований к выпускаемому газу.
Основные реакции, проводимые в процессе восстановления чугуна:
x
y
FeO+yC=yCO+xFe
x
y
2
FeO+yCO=yCO+xFe
x
y
2
FeO+y/2C=y/2CO+xFe
Полезные эффекты настоящего изобретения:
(1) Реагирующие материалы, такие как железосодержащие минералы, восстановитель и шлакообразующие компоненты, напрямую добавляются в центр вихря, образующегося при перемешивании поверхности расплава, и немедленно втягиваются в ванну расплавленного металла; за счет втягивания реагирующих материалов при перемешивании может обеспечиваться полный контакт, ускоряться ход реакции и сокращаться цикл производства чугуна.
(2) Лопасти для механического перемешивания сделаны из углеродного материала, и после изнашивания в результате перемешивания их можно разбить, чтобы повторно использовать в качестве восстановителя.
(3) Поскольку способ характеризуется простым процессом осуществления, малыми капиталовложениями, энергосбережением, безопасностью в отношении окружающей среды и низкой себестоимостью, а также обладает высокой экономической ценностью и значительно повышает коэффициент использования восстановителя, то он является высокоэффективной технологией недоменного производства чугуна.
(4) Степень восстановления железосодержащих минералов в этом способе составляет ≥95,5%, а процент содержания железа в шлаке составляет ≤0,35% по массе.
Описание прилагаемых графических материалов
На фигуре 1 представлено схематическое изображение конструкции системы индукционной печи, в которой применяется способ согласно настоящему изобретению, при этом: 1 - отверстие для выпуска шлака; 2 - отверстие для выпуска жидкого чугуна; 3 - графитовые перемешивающие лопасти; 4 - система подъема перемешивающих лопастей; 5 - оборудование для вдувания порошкообразного материала; 6 - корпус вентилятора; 7 - система газоочистки; 8 - рекуперационная система; 9 - промывная колонна.
Конкретный способ осуществления
Ниже настоящее изобретение дополнительно подробно описано с помощью вариантов осуществления.
Вариант осуществления 1
На фиг. 1 приведено схематическое изображение конструкции системы индукционной печи, используемой в этом варианте осуществления.
Способ восстановления чугуна с применением вихревого перемешивания расплава, включающий следующие этапы, на которых:
(1) чугун помещают в индукционную печь и нагревают до расплавленного состояния с образованием жидкого чугуна, при этом обеспечивают температуру жидкого чугуна 1450°C, с обеспечением нагревательной среды; при этом введенное количество чугуна составляет 5% от объема корпуса индукционной печи;
(2) отрегулированные графитовые перемешивающие лопасти 3 вводят на 1/3 высоты уровня жидкого чугуна с осуществлением перемешивания в центре, при этом скорость перемешивания составляет 50 об/мин; формируют вихрь с отношением высоты к диаметру 0,5, при этом перемешивание не прекращают;
В зависимости от степени износа графитовых перемешивающих лопастей 3 перемешивающие лопасти заменяют посредством системы 4 подъема перемешивающих лопастей, а изношенные графитовые перемешивающие лопасти 3 разбивают для повторного использования в качестве восстановителя;
(3) в центр вихря посредством оборудования 5 для вдувания порошкообразного материала вдувают железную руду, угольную пыль и оксид кальция, измельченные и перемешанные друг с другом в массовом соотношении 1:0,1:0,25, с осуществлением реакции восстановления, при этом после получения жидкого чугуна и шлака перемешивание прекращают, и с одновременным образованием отходящего газа;
2
2
3
(4) в индукционной печи нижний слой представляет собой жидкий чугун, а верхний слой представляет собой шлак, при этом в состав шлака в основном входит CaO, SiO и AlO, при этом жидкий чугун в виде нижнего слоя выпускают через отверстие 2 для выпуска жидкого чугуна, а шлак в виде верхнего слоя выпускают через отверстие 1 для выпуска шлака; степень восстановления железной руды составляет 96,5%, а содержание железа в шлаке составляет 0,3%; отходящий газ, образующийся в результате реакции, поступает в систему 7 газоочистки через корпус 6 вентилятора; после очистительной обработки рекуперационная система 8 рекуперирует отходящее тепло; наконец, промывная колонна 9 поглощает вредный газ, содержащийся в газе, и выпускает очищенный газ в атмосферу по достижении требований к выпускаемому газу.
Вариант осуществления 2
На фиг. 1 приведено схематическое изображение конструкции системы индукционной печи, используемой в этом варианте осуществления.
Способ восстановления чугуна с применением вихревого перемешивания расплава, включающий следующие этапы, на которых:
(1) чугун помещают в индукционную печь и нагревают до расплавленного состояния с образованием жидкого чугуна, при этом обеспечивают температуру жидкого чугуна 1550°C, с обеспечением нагревательной среды; при этом введенное количество указанного чугуна составляет 15% от объема корпуса индукционной печи;
(2) отрегулированные графитовые перемешивающие лопасти вводят на 1/2 высоты уровня жидкого чугуна с осуществлением перемешивания в центре, при этом скорость перемешивания составляет 200 об/мин; формируют вихрь с отношением высоты к диаметру 2,5, при этом перемешивание не прекращают;
В зависимости от степени износа графитовых перемешивающих лопастей 3 перемешивающие лопасти заменяют посредством системы 4 подъема перемешивающих лопастей;
(3) в центр вихря посредством оборудования 5 для вдувания порошкообразного материала вдувают железную руду, угольную пыль и оксид кальция, измельченные и перемешанные друг с другом в массовом соотношении 1:0,15:0,4, с осуществлением реакции восстановления, при этом после получения жидкого чугуна и шлака перемешивание прекращают, и с одновременным образованием отходящего газа;
2
2
3
(4) в индукционной печи нижний слой представляет собой жидкий чугун, а верхний слой представляет собой шлак, при этом в состав шлака в основном входит CaO, SiO и AlO, при этом жидкий чугун в виде нижнего слоя выпускают через отверстие 2 для выпуска жидкого чугуна, а шлак в виде верхнего слоя выпускают через отверстие 1 для выпуска шлака; степень восстановления железной руды составляет 95,5%, а содержание железа в шлаке составляет 0,35%; отходящий газ, образующийся в результате реакции, поступает в систему 7 газоочистки через корпус 6 вентилятора; после очистительной обработки рекуперационная система 8 рекуперирует отходящее тепло; наконец, промывная колонна 9 поглощает вредный газ, содержащийся в газе, и выпускает очищенный газ в атмосферу по достижении требований к выпускаемому газу.
Вариант осуществления 3
На фиг. 1 приведено схематическое изображение конструкции системы индукционной печи, используемой в этом варианте осуществления.
Способ восстановления чугуна с применением вихревого перемешивания расплава, включающий следующие этапы, на которых:
(1) чугун помещают в индукционную печь и нагревают до расплавленного состояния с образованием жидкого чугуна, при этом обеспечивают температуру жидкого чугуна 1500°C, с обеспечением нагревательной среды; при этом введенное количество указанного чугуна составляет 20% от объема корпуса индукционной печи;
(2) отрегулированные графитовые перемешивающие лопасти вводят на 1/2 высоты уровня жидкого чугуна с осуществлением перемешивания в центре, при этом скорость перемешивания составляет 100 об/мин; формируют вихрь с отношением высоты к диаметру 1,0, при этом перемешивание не прекращают;
В зависимости от степени износа графитовых перемешивающих лопастей 3 перемешивающие лопасти заменяют посредством системы 4 подъема перемешивающих лопастей;
(3) в центр вихря посредством оборудования 5 для вдувания порошкообразного материала вдувают железную руду, угольную пыль и оксид кальция, измельченные и перемешанные друг с другом в массовом соотношении 1:0,12:0,3, с осуществлением реакции восстановления, при этом после получения жидкого чугуна и шлака перемешивание прекращают, и с одновременным образованием отходящего газа;
2
2
3
(4) в индукционной печи нижний слой представляет собой жидкий чугун, а верхний слой представляет собой шлак, при этом в состав шлака в основном входит CaO, SiO и AlO, при этом жидкий чугун в виде нижнего слоя выпускают через отверстие 2 для выпуска жидкого чугуна, а шлак в виде верхнего слоя выпускают через отверстие 1 для выпуска шлака; степень восстановления железной руды составляет 96,2%, а содержание железа в шлаке составляет 0,32%; отходящий газ, образующийся в результате реакции, поступает в систему 7 газоочистки через корпус 6 вентилятора; после очистительной обработки рекуперационная система 8 рекуперирует отходящее тепло; наконец, промывная колонна 9 поглощает вредный газ, содержащийся в газе, и выпускает очищенный газ в атмосферу по достижении требований к выпускаемому газу.
Вариант осуществления 4
На фиг. 1 приведено схематическое изображение конструкции системы индукционной печи, используемой в этом варианте осуществления.
Способ восстановления чугуна с применением вихревого перемешивания расплава, включающий следующие этапы, на которых:
(1) чугун помещают в индукционную печь и нагревают до расплавленного состояния с образованием жидкого чугуна, при этом обеспечивают температуру жидкого чугуна 1480°C, с обеспечением нагревательной среды; при этом введенное количество указанного чугуна составляет 10% от объема корпуса индукционной печи;
(2) отрегулированные графитовые перемешивающие лопасти вводят на 1/3 высоты уровня жидкого чугуна с осуществлением перемешивания в центре, при этом скорость перемешивания составляет 150 об/мин; формируют вихрь с отношением высоты к диаметру 1,5, при этом перемешивание не прекращают;
В зависимости от степени износа графитовых перемешивающих лопастей 3 перемешивающие лопасти заменяют посредством системы 4 подъема перемешивающих лопастей;
(3) в центр вихря посредством оборудования 5 для вдувания порошкообразного материала вдувают железную руду, угольную пыль и оксид кальция, измельченные и перемешанные друг с другом в массовом соотношении 1:0,14:0,35, с осуществлением реакции восстановления, при этом после получения жидкого чугуна и шлака перемешивание прекращают, и с одновременным образованием отходящего газа;
2
2
3
(4) в индукционной печи нижний слой представляет собой жидкий чугун, а верхний слой представляет собой шлак, при этом в состав шлака в основном входит CaO, SiO и AlO, при этом жидкий чугун в виде нижнего слоя выпускают через отверстие 2 для выпуска жидкого чугуна, а шлак в виде верхнего слоя выпускают через отверстие 1 для выпуска шлака; степень восстановления железной руды составляет 95,8%, а содержание железа в шлаке составляет 0,33%; отходящий газ, образующийся в результате реакции, поступает в систему 7 газоочистки через корпус 6 вентилятора; после очистительной обработки рекуперационная система 8 рекуперирует отходящее тепло; наконец, промывная колонна 9 поглощает вредный газ, содержащийся в газе, и выпускает очищенный газ в атмосферу по достижении требований к выпускаемому газу.