УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И РАЗДЕЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ ПРЯМОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛА ИЗ ОКСИДА, ВЫХОДЯЩИХ ИЗ КОЛЬЦЕВОЙ ПЕЧИ С ВРАЩАЮЩИМСЯ ПОДОМ

Предлагаемое техническое решение относится к технологии восстановления металла посредством нагрева смеси, содержащей оксид металла и углеродистый восстановитель, с последующим расплавлением полученного продукта, охлаждением и отделением товарного металла от шлака с получением передельного гранулированного чугуна. Решение может быть использовано в производстве металлизированного продукта в печи с вращающимся подом.
Удаление с пода вращающейся печи продуктов реакции, представляющих собой разнородные материалы, с последующим выделением из продуктов металла является сложной технической задачей.
Известен способ разделения гранулированного металлического железа и шлака, полученных в результате восстановительной плавки кусковой шихты, содержащий оксид железа и углеродсодержащий восстанавливающий агент для получения расплава, характеризующийся тем, что осуществляют охлаждение расплава в печи на первом этапе охлаждения с получением смеси, содержащей гранулы металла, гранулы шлака и неоднородную твердую смесь, представляющую собой гранулы металла, слипшиеся со шлаком, выгрузку из печи после затвердевания смеси гранул металла и гранул шлака и неоднородной твердой смеси, второе, более быстрое, чем естественное, охлаждение по меньшей мере полученной при охлаждении и затвердевании неоднородной твердой смеси с ее разделением на гранулы металлического железа и шлака и последующее естественное охлаждение и отделение гранул металлического железа от гранул шлака. При этом, второе охлаждение осуществляют с применением хладагента, со скоростью не менее 250°C/мин. (со скоростью охлаждения не менее 350°C/мин.), по меньшей мере в части интервала от температуры затвердения гранулированного металлического железа до 150°C, качестве хладагента применяют воду и второе охлаждение металлического железа прекращают только при достижении температуры 150°C, а гранулированное металлическое железо подвергают сушке (патент РФ №2312899, C21B 13/10, 2007 г., [1]).
Основной недостаток известного решения - разделение гранул железа и шлака только под воздействием термоудара при резком охлаждении весьма проблематично, возможны значительные потери металла со шлаком - вкрапления металла в шлак.
Известно устройство для получения металлического железа, содержащее подвижный под, устройство для подачи на под порошкообразной смеси, состоящей из оксида железа и углеродсодержащего восстановителя, устройство для нагрева размещенной на поде порошкообразной смеси, механизм выгрузки продукта, которое снабжено устройством для разделения восстановленного и расплавленного продукта на восстановленное железо и шлак, при этом устройство снабжено устройством для образования на поде слоя, способствующего сходу продукта, (п.п.6, 9 ф-лы, патент РФ №2194771, C21B 13/10, 2002 г., [2]). Охлаждение продуктов реакции осуществляется продувкой до затвердевания, а разделение - магнитной сепарацией.
По назначению, по технической сущности, по наличию сходных признаков известное устройство для разделения продукта на восстановленное железо и шлак принято в качестве ближайшего аналога.
Основной недостаток известного решения - малая эффективность разделения продуктов при использовании магнитной сепарации, без дополнительного механического воздействия на извлеченные с пода печи продукты. Возможны значительные потери металла со шлаком - вкрапления металла в шлак, а также загрязнение товарного металла шлаковыми включениями. Недостаточно эффективное использование материалов в процессе восстановления.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение технико-экономических показателей при разделении продуктов прямого восстановления металла из оксида, улучшение качества товарного продукта, стабилизация технологического режима разделения продуктов, повышение срока эффективной эксплуатации оборудования, а также возможность использования низкосортного сырья.
Техническими результатами являются повышение эффективности разделения продуктов реакции, эффективное использование материалов и оборудования, получение металлизованного продукта с минимальным количеством шлака, возможность эффективной переработки низкосортного железорудного концентрата и углеродистого восстановителя с повышенной зольностью, возможность возврата в процесс металлизации мелкодисперсного и/или закисного железа.
Технические результаты достигаются тем, что в устройстве для охлаждения и разделения продуктов прямого восстановления металла из оксида, выходящих из кольцевой печи с вращающимся подом, включающей устройство для загрузки материала постели на под печи, охлаждающее устройство выполнено в виде барабанного вращающегося холодильника, холодный конец которого выполнен перфорированным для отделения углеродистой постели от гранул металла и шлака, который выполнен с возможностью соединения посредством линии транспортировки с устройством загрузки постели на под печи, и разгрузочным концом холодильника, соединенным с механическими устройствами для отделения шлака от гранул металла и разделения шлака и гранул металла.
При этом механическое устройство для отделения шлака от гранул металла может быть выполнено в виде галтовочного барабана или молотковой дробилки, устройство для разделения шлака и металла может быть выполнено в виде сита-бурат, кроме того, устройство может быть дополнительно снабжено устройством для измельчения отделенного шлака, содержащего металлическое и/или закисное железо, которое может быть выполнено в виде шаровой мельницы или дезинтегратора и соединено с магнитным сепаратором, из которого выход магнитной фракции соединен линией транспортировки с участком получения брикетов железорудного концентрата с углеродистым восстановителем, подаваемых в кольцевую печь с вращающимся подом.
Сравнительный анализ предлагаемого решения с решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает следующее.
Известное решение и предлагаемое характеризуются сходными признаками:
- кольцевая печь с вращающимся подом, снабженная устройством загрузки постели на под печи;
- устройства для охлаждения и разделения продуктов реакции;
- - устройство для разделения продуктов реакции в виде магнитного сепаратора.
Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога следующими признаками:
- охлаждающее устройство выполнено в виде барабанного вращающегося холодильника;
- холодный конец барабанного вращающегося холодильника выполнен перфорированным для отделения материала постели от гранул металла и шлака;
- холодный конец барабанного вращающегося холодильника выполнен с возможностью соединения посредством линии транспортировки с устройством загрузки материала постели на под печи;
- механическое устройство для отделения гранул металла от шлака, соединено с разгрузочным концом холодильника.
При этом механическое устройство для отделения шлака от гранул металла может быть выполнено в виде галтовочного барабана или молотковой дробилки, устройство для разделения шлака и металла может быть выполнено в виде сита-бурат, кроме того, устройство может быть дополнительно снабжено устройством для измельчения отделенного шлака, содержащего металлическое и/или закисное железо, которое может быть выполнено в виде шаровой мельницы или дезинтегратора и соединено с магнитным сепаратором, из которого выход магнитной фракции соединен линией транспортировки с участком получения брикетов железорудного концентрата с углеродистым восстановителем, подаваемых в кольцевую печь с вращающимся подом.
Наличие в предлагаемом техническом решении признаков, отличных от признаков решения по ближайшему аналогу, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого условию патентоспособности полезной модели «новизна».
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.
Выгружаемые с вращающегося пода печи продукты представляют собой разнородные материалы различного гранулометрического состава, иногда спеченные друг с другом. Для стабильности технологического процесса необходимо обеспечить бесперебойную разгрузку материалов с пода печи, а для повышения технико-экономических показателей - эффективное разделение выгруженных продуктов на металлизованный продукт, шлак и постель, а также возврат в технологический процесс кондиционных и некондиционных материалов.
Предлагаемое устройство для охлаждения и разделения продуктов прямого восстановления металла из оксида предназначено для решения этих достаточно сложных технических задач с максимальной эффективностью и с минимальными энергетическими и материальными затратами.
В предлагаемом устройстве эти задачи решаются комплексно.
Использование в качестве устройства для охлаждения барабанного вращающегося холодильника с перфорированным холодным концом, совмещающего функции охлаждения продуктов металлизации и отделения от них более мелкой углеродистой постели.
Использование линии транспортировки отделенной углеродистой постели, соединенной с устройством загрузки постели на под печи, позволяет вернуть в технологический процесс уже использованный в предыдущем цикле материал, сократить расход постели и повысить технико-экономическую эффективность процесса.
Использование механических устройств для отделения шлака от гранул металла и для разделения шлака от гранул металла позволяет первоначально разделить слипшиеся конгломераты продуктов на отдельные гранулы, отделить шлаковую корку от гранул металла, а затем разделить металлизованный продукт от шлака. Без этого невозможно получение качественного металлизованного продукта.
Использование устройства для измельчения отделенного шлака, содержащего металлическое и/или закисное железо, необходимо в периоды отработки технологических режимов или технологических сбоев, при изменении составов сырьевых материалов, при использовании сырья от различных поставщиков и смесей сырьевых материалов. Использование такого устройства дает возможность эффективной переработки низкосортного железорудного концентрата и углеродистого восстановителя с повышенной зольностью, возможность возврата в процесс металлизации мелкодисперсного и/или закисного железа из шлака.
Использование магнитного сепаратора для отделения от шлака мелкого металлического и/или закисного железа целесообразно при наличии устройства для измельчения отделенного шлака, содержащего металлическое и/или закисное железо, а соединение магнитного сепаратора линией транспортировки магнитной фракции с участком получения брикетов железорудного материала с восстановителем, подаваемых в кольцевую печь с вращающимся подом, позволяет вернуть в технологический процесс потерянное со шлаком металлическое и/или закисное железо.
Предлагаемое устройство (фиг.1) для охлаждения и разделения продуктов прямого восстановления металла из оксида, выходящих из кольцевой печи с вращающимся подом 1, включающей устройство для загрузки материала постели 2 на под печи и устройство для выгрузки 3, содержит барабанный вращающийся холодильник 4, холодный конец которого выполнен перфорированным с отверстиями 3-7 мм, (предпочтительно 5 мм), линию транспортировки 5, соединяющую холодный перфорированный конец барабанного вращающегося холодильника 4 с устройством загрузки материала постели 2 на под печи 1, последовательно установленные механическое устройство для отделения шлака от гранул металла 6 (выполнено в виде молотковой дробилки мелкого дробления), сито-бурат 7 с сеткой 5-7 мм (предпочтительно 6 мм) для разделения шлака и гранул металла, дезинтегратор 8 для измельчения шлака, магнитный сепаратор 9 для выделения металла и частично восстановленного закисного железа, соединенный линией транспортировки 10 с участком получения брикетов железорудного материала с восстановителем (не показан), подаваемых в кольцевую печь с вращающимся подом (1).
Предлагаемое устройство (фиг.1) для охлаждения и разделения продуктов прямого восстановления металла из оксида, выходящих из кольцевой печи с вращающимся подом работает следующим образом.
При металлизации брикетов железорудного материала с углеродистым восстановителем и, возможно, флюсом, на постели из углеродсодержащего материала в кольцевой вращающейся печи происходит восстановление оксида железа до металла, его плавление и насыщение углеродом. При этом происходит коалесценция (слияние) капель восстановленного железа в более крупные гранулы. Расплавленный легкий шлак выдавливается на поверхность гранулы, образуя шлаковую корку. При этом возможно сплавление покрытых шлаком гранул металла в более крупные конгломераты. В зоне охлаждения кольцевой печи жидкие продукты кристаллизуются.
Выгружаемые с пода печи (1) с помощью устройства для выгрузки 3 продукты металлизации и углеродистая постель направляются в барабанный вращающийся холодильник 4, холодный конец которого выполнен перфорированным с отверстиями 3-7 мм, предпочтительно 6 мм. Для постели желательно использовать углеродистый материал с низким содержанием золы и летучих соединений, крупностью минус 5 мм. Этим требованиям удовлетворяют, например, различные виды коксовой мелочи. Благодаря наклону и вращению холодильника 4 продукты металлизации и углеродистая постель перемещаются от горячего конца холодильника к холодному, при этом охлаждаются до 100-150°C. В холодном перфорированном конце холодильника происходит отделение от металла и шлака основной массы углеродистой постели, которая имеет размер частиц не более 5 мм. Отделенную от металла и шлака постель посредством линии транспортировки 5 направляют для повторного использования в устройство загрузки постели на под печи 2. Туда же загружают дополнительное количество свежего углеродистого материала, компенсирующего механические потери и потери от окисления (угара) углерода.
Металлизованный продукт (гранулы чугуна в оболочке из шлака) крупностью более 5 мм из барабанного холодильника направляют в механические устройства для отделения и разделения шлака от гранул металла 6. Механическое устройство для отделения шлака от гранул металла 6 может быть выполнено в виде галтовочного барабана или молотковой дробилки мелкого дробления. Цель операции - отделить (отбить) шлак от гранул металла без измельчения гранул металла.
Дробленый продукт металлизации направляют в сито-бурат 7 с сеткой 5-7 мм, предпочтительно 6 мм, где разделяют на фракции +6 мм и -6 мм. Фракция +6 мм представлена преимущественно гранулами металла с небольшой примесью шлака. Эта фракция является основной товарной продукцией и подлежит реализации металлургическим предприятиям или переплавке в дуговой электропечи. Устройства по отделению шлака от металла и разделению шлака и металла обеспечивают минимальное содержание шлака в товарном продукте, что уменьшает энергетические и материальные затраты на переплавку металла, позволяет использовать низкосортное сырье (железорудный концентрат с низким содержанием железа и углеродистый восстановитель с повышенной зольностью).
Фракция -6 мм представлена преимущественно шлаком с возможной примесью мелких капелек металла и закисного (2-х валентного) железа. В предлагаемой технологической линии возможна переработка шлака с целью извлечения из него мелких капелек металла и закисного железа. Переработка шлака включает его сухое измельчение в шаровой мельнице или в дезинтеграторе 8 с получением пылевидной фракции. Устройство для измельчения шлака соединено с магнитным сепаратором 9. Измельченный сухой шлак с примесью мелких капелек металла и закисного (2-х валентного) железа пропускают через магнитный сепаратор 9. В результате магнитной сепарации из шлака выделяют металл и частично восстановленное закисное железо. Выход магнитной фракции из сепаратора соединен линией транспортировки 10 с участком получения брикетов железорудного материала с восстановителем (не показан), подаваемых в кольцевую печь с вращающимся подом 1.
Немагнитную фракцию шлака складируют на шламоотвале или используют ее в других отраслях промышленности, в частности, в строительной индустрии.
Использование предлагаемого устройства для охлаждения и разделения продуктов прямого восстановления металла из оксида, выходящих из кольцевой печи с вращающимся подом, с вариантами применения дополнительных устройств различного назначения, значительно расширяет технологические возможности процесса, повышает эффективность использования материалов и оборудования, снижает энергетические затраты и повышает качество товарного продукта.
Информация
1. Патент РФ №2312899, C21B 13/10, 2007 г.
2. Патент РФ №2194771, C21B 13/10, 2002 г.