УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТАЛЛИЗИРОВАННОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ И ЖИДКОГО ЧУГУНА

Полезная модель относится к области металлургии, в частности, к процессам жидкофазного производства чугуна, металлизации и электросталеплавильному производству. Известны устройства, обеспечивающие производство стали в электродуговых печах (ЭДП) с использованием металлизированного железорудного сырья и жидкого чугуна [1, 2]. Они включают печь жидкофазного восстановления (ПЖВ), работающую в режиме газификации и обеспечивающую получение одновременно жидкого чугуна и горячего восстановительного газа (ГВГ), шахтную печь (ШП) металлизации, обеспечивающую металлизацию железорудных окатышей, и дуговую электропечь, обеспечивающую получение электростали с использованием жидкого чугуна, металлизированных окатышей и лома. Преимуществом этих устройств является использование сравнительно дешевых угля или углеродсодержащих отходов вместо дорогостоящего природного газа, снижение энергозатрат при выплавке стали и возможность снижения потерь ванадия при выплавке легированной ванадием стали. Однако, как показал анализ материального баланса [3], недостатком этих устройств является получение значительного количества избыточных металлизированных окатышей и отходящего газа ШП, которые непосредственно не используются в данных устройствах, что приводит к увеличению энергоемкости процессов, реализуемых в данных устройствах, и дополнительным потерям материальных и энергетических ресурсов.
Таким образом, известно устройство производства стали с использованием железорудного сырья и жидкого чугуна, принятое за прототип [2]. Однако недостатком этого устройства является получение значительных количеств избыточных металлизированных окатышей и отходящего газа ШП, которые непосредственно не используются в данном устройстве и принимаются как товарные продукты. Это приводит к увеличению энергоемкости процесса, реализуемого в данном устройстве, дополнительным потерям материальных и энергетических ресурсов.
Задачей настоящей полезной модели является снижение материальных и энергетических затрат в процессе получения электростали за счет использования вторичных энергетических и материальных ресурсов и как следствие снижения вредных выбросов.
Эта задача решается таким образом, что устройство для производства стали с использованием металлизированного железорудного сырья и жидкого чугуна, содержащее печь жидкофазного восстановления, работающую в режиме газификации, шахтную печь для металлизации окатышей, получаемых с избытком, имеющую выход для выгрузки металлизированных окатышей и выход для отвода отходящего газа, электродуговую печь и кислородную станцию, при этом выход кислородной станции соединен со входами печи жидкофазного восстановления для подачи кислорода и кислородно-воздушной смеси, выход печи жидкофазного восстановления для слива жидкого чугуна печи соединен со входом электродуговой печи для заливки чугуна, выход печи жидкофазного восстановления для отвода восстановительного газа соединен со входом шахтной печи для подачи восстановительного газа, выход шахтной печи для выгрузки металлизированных окатышей соединен со входом электродуговой печи для загрузки металлизированных окатышей, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено второй электродуговой печью и электростанцией, при этом шахтная печь снабжена выходом выгрузки избыточных металлизированных окатышей, который соединен со входом второй электродуговой печи для загрузки металлизированных окатышей, при этом электростанция соединена с выходом шахтной печи для отвода отходящего газа с возможностью выработки электроэнергии и соединена с обоими электродуговыми печами и с кислородной станцией для подачи в них выработанной электроэнергии.
2
Таким образом, в отличие от прототипа [2] в данном устройстве применена дополнительно вторая ЭДП (ЭДП-2). Это объясняется тем, что при синхронизации работы и технологий трех основных агрегатов, обеспечивающих получение стальной продукции: ПЖВ, работающей в режиме газификации, ШП металлизации и первой ЭДП (ЭДП-1) - и при оптимальном соотношении шихты в ЭДП-1: 36% чугуна, 36% окатышей и 28%лома - в ПЖВ, работающей в режиме газификации, вырабатывалось такое количество ВГ, что это обеспечивает производство в ШП количества металлизированных окатышей, избыточных для данного требуемого соотношения в первой дуговой электропечи [3, 4]. Это избыточное количество металлизированных окатышей предложено использовать в устанавливаемой ЭДП-2 в соотношении: 30% железорудных окатышей и 20% лома. Отходящий газ ШП металлизации, содержащей CO и H, предложено использовать для выработки электроэнергии на устанавливаемой ЭС. Это может быть обычная ЭС с парогенераторами и топочной камерой или газотурбинная установка. Полученная электроэнергия используется для подачи в дуговые электропечи и для работы КС. Кислород КС используется для подачи в ПЖВ, работающей в режиме газификации, как в чистом виде, так и для получения кислородно-воздушной смеси.
Функционирование данной установки поясняется на примере материального баланса данного комплекса агрегатов.
При этом, как отмечалось, принято возможное соотношение компонентов шихты в ЭДП-1: жидкий чугун - 36%, железорудные окатыши - 36%, лом - 28%, в ЭДП-2: приняты, например, соотношения железорудные окатыши - 30%, лом - 70%.
Для примера приведем расчеты на 1000 кг (1 т) электростали ЭДП-1.
3
3
3
3
2
В ПЖВ, работающей в режиме газификации, загружается 735,6 кг рудных материалов и 975,6 кг угля. Получается 431,8 кг чугуна и 1942 м ГВГ, требуется 243,3 кг кислорода для верхних фурм ПЖВ, работающей в режиме газификации, и 937,5 кг для дутья нижних фурм, всего 1180,8 кг. При использовании данного ВГ получено 1137,9 кг металлизированных окатышей. Из них 411,4 кг используется в ЭДП-1 и 726,5 кг - в ЭДП-2. В ЭДП-1 поступает также 410,2 кг чугуна ПЖВ, работающей в режиме газификации, и дается 319,3 кг лома. В ЭДП-2 подается 1695,1 кг лома. Отходящий газ ШП в количестве 1942 м, содержащий 34% CO и 12% H, теплосодержанием 12234,6 МДж, направляется на ЭС для получения электроэнергии. Если принять, что на 1 кВт·ч расходуется 0,388 кг у.т. или 0,388-29,3=11,37 МДж [4], то на ЭС вырабатывается 1076 кВт·ч электроэнергии. Из них 270 кВт·ч, 500 кВт·ч и 306 кВт·ч используется для ЭДП-1, ЭДП-2 и КС, соответственно. При выходе кислорода 3,6 м/кВт·ч |5] в КС получено 1101,6 м кислорода, который используется в ПЖВ, работающей в режиме газификации. Это количество выработанного кислорода соответствует потребному его количеству для ПЖВ, работающей в режиме газификации (1180,8 кг).
3
Таким образом, применение данного устройства обеспечивает автономную работу комплекса двух ЭДП для выплавки электростали. При этом при загружаемой металлической шихте ЭДП-2 2421,6 кг электростали производительность по отношению к ЭДП-1 составит 2,1 раза. В результате обеспечено использование вторичных энергоресурсов (1942 м отходящего газа и 726,5 кг металлизированных окатышей ШП металлизации).
Предлагаемое устройство представлено на рис.1. Оно включает: ПЖВ, работающую в режиме газификации, - 1, ШП металлизации - 2, ЭДП-1 - 3 и ЭДП-2 - 4, ЭС - 5, КС - 6. В ПЖВ подаются уголь и железорудное сырье. ПЖВ имеет вход 5 - подачи кислорода в верхние фурмы, вход 6 - подачи кислородно-воздушной смеси в фурмы, выход 7 - слив чугуна, выход 8 - расход ГВГ. В ШП металлизации поступают окисленные железорудные окатыши. ТИП имеет вход 9 - подачу ГВГ из ПЖВ, работающую в режиме газификации, выход 10 - выгрузку металлизированных окатышей, выход 11 - выход отработанного газа. ЭС имеет вход 12 для ввода отработанного газа, выход 13 - выход выработанной ЭС электрической энергии. На выходе 14 КС подается выработанный кислород. Вход 15 этой станции служит для ввода электроэнергии. ЭДП имеют входы 16 для загрузки металлизированных окатышей, вход 17 для заливки жидкого чугуна, вход 18 для ввода электроэнергии. На выходе ЭДП образуется сталь.
Устройство работает следующим образом. В ПЖВ -1, работающей в режиме газификации, подаются уголь или углеродсодержащие материалы, рудные железосодержащие материалы, кислород КС 6 на вход 5 и кислородно-воздушная смесь на вход 6. ГВГ ПЖВ, работающей в режиме газификации, с выхода 8 подаются через вход 9 - в ШП металлизации 2. В ШП металлизации подаются окисленные железорудные окатыши для их металлизации. Отработанные газы ШП металлизации с выхода 11 подаются на вход 12 ЭС 5 для выработки электроэнергии. Полученная на выходе 13 ЭС электроэнергия подается на входы 18 ЭДП 3 и 4, а также на вход 15 КС. В ЭДП-1 - 3 подается жидкий чугун на вход 17 из выхода 7 ПЖВ, на вход 16 поступают металлизированные окатыши с выхода 10 ШП металлизации. Кроме того, в ЭДП-1 - 3 загружается металлический лом (соотношение 40%, 30%, 20%). На вход 16 ЭДП-2 - 4 подаются избыточные металлизированные окатыши с выхода 10 ШП металлизации. Кроме того, в ЭДП-2 - 4 загружается металлический лом (соотношение 30% и 70%).
Технический результат использования данного устройства - эффективное использование и снижение выбросов вредных газов ШП, которые сгорают в электростанции.
Использованные источники
1. Лисиенко В.Г., Юсфин Ю.С., Смирнов Л.А. и др. Способ бескоксовой переработки ванадийсодержащего рудного сырья с получением легированной ванадием стали, горячих металлизированных окатышей и ванадиевого шлака. Патент на изобретение РФ, №2287017. Опубл. 2006, 11.2010.
2. Лисиенко В.Г., Пареньков А.Е., Попов В.В. Способ производства стали с использованием металлизированного железорудного сырья. Патент на изобретение РФ, №2337971. Опубл. 10.11.2008. Бюл. №31.
3. Лисиенко В.Г., Соловьева П.В., Трофимова О.Г. Альтернативная металлургия: проблема легирования, модельные оценки эффективности / Под ред. В.Г. Лисиенко. - М.: Теплотехник, 2007. - 440 с.
4. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Ладыгичев М.Г. Хрестоматия энергосбережения: Справочное издание: В 2-х книгах. Книга 1 / Под ред. В.Г. Лисиенко. - М.: Теплоэнергетик, 2002. - 688 с.
5. Розенгарт Ю.И., Мурадова З.А., Теверовский Б.З. и др. Теплоэнергетика металлургических заводов: Учебник для вузов - М.: Металлургия, 1985. - 303 с.