Агрегат непрерывного получения стали
CONTINUOUS STEEL PRODUCTION UNIT

Изобретение относится к области металлургии, а именно к непрерывному производству стали из железно-рудной шихты и может использоваться на металлообрабатывающих предприятиях, металлургических комбинатах.
Известна доменная печь (Патент РФ №2058395, МПК С21В 7/00, опубл. 20.04.1996), содержащая засыпной аппарат, колошник, шахту, распар, заплечики, горн, воздушные фурмы, чугунные и шлаковые летки, расположенные в горне печи, кроме того, печь снабжена дополнительными чугунными летками. Доменная печь широко применяется для производства чугуна с применением железосодержащего сырья и кокса на таких предприятиях, как ПАО "Магнитогорский металлургический комбинат", ПАО "Северсталь", ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат» и других.
Недостатком данного технического решения является использование коксующегося угля в качестве топлива на производствах, известного своей дороговизной (сказывающейся на себестоимости получения чугуна и далее стали), а также характерным обилием пылевых выбросов в окружающую среду (негативно влияющих на экологию). Также стоит заметить, что продуктом работы доменной печи является чугун, соответственно получение стали требует дополнительных пристроек.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является агрегат для непрерывного производства стали, раскрытый в патенте РФ №2301835, МПК С21В 13/14, опубл. 27.06.2007, содержащий плавильный агрегат, емкость для обработки, введенную внутрь столба исходного материала внутреннюю камеру, в стенке которой расположены впускные отверстия для газов.
Недостатками данного технического решения являются периодический (не непрерывный) слив шлака и стали. Нет восстановительной части, только плавильная. Отсутствует подогрев топлива. Отсутствует удаление газовых включений внутри агрегата, что может вызвать в дальнейшем дефекты в произведенной стали.
Технической задачей заявляемого изобретения является обеспечение возможности подогрева железно-рудной шихты, предназначенной для загрузки в реактор, отходящими газами; получение стали в едином агрегате непрерывного действия.
Технический результат заключается в уменьшении тепловых потерь, сокращении объема вредных выбросов в окружающую среду и упрощении конструкции.
Это достигается тем, что агрегат непрерывного получения стали, характеризуется тем, что он выполнен в виде многоступенчатого футерованного корпуса, внутри которого на первой ступени размещено устройство для подогрева шихты, система дожигания отходящих газов, образованная перфорированными стенками для подачи через них кислорода, перфорированная стенка для подачи природного газа, водоохлаждаемое ограждение и летка для скачивания шлака, при этом на второй ступени расположено отверстие для подачи лома и перфорированный под для подачи кислорода в расплав и летка для выпуска сталеплавильного шлака, а на третьей ступени расположено окно для подачи легирующих материалов в расплав, перфорированная стенка для подачи аргона, отверстие для отвода инертного газа, вакууматор с техническим отверстием для создания разряжения, электроды для подогрева металла, отверстие для выпуска стали и окно для скачивания шлака.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен агрегат непрерывного получения стали.
Агрегат непрерывного получения стали выполнен в виде многоступенчатого футерованного корпуса, на первой ступени агрегата размещены отверстие под подачу расплавленного железорудного сырья (далее ЖРС) и извести (далее - шихты), отвода горящих газов под разогрев шихты 1, перфорированная стенка под подачу кислорода и защитного газа 2, перфорированная стенку под подачу природного газа 3, летка для скачивания шлака 4, устройство для предварительного подогрева шихты 5, водоохлаждаемые ограждения агрегата 6. На второй ступени агрегата размещены отверстие под подачу лома 7, перфорированный под под подачу кислорода и защитного газа 8, летка выпуска сталеплавильного шлака 9. На третьей ступени агрегата размещены перфорированная стенка под подачу аргона 10, окно под подачу раскислителей, шлакообразующих и легирующих материалов 11, отверстие для отвода инертного газа после обработки стали 12, электроды для подогрева металла (по принципу ковш-печь) 13, окно для скачивания шлака на участке доводки шлака 14, вакууматор 15, выполненный с техническим отверстием под отвод газов для создания разряжения, донные отверстия под выпуск металла и шлака при остановке агрегата 16, отверстие под выпуск стали на дальнейшую обработку 17. Кроме того, на первой ступени агрегата также расположены отверстие под подачу шихты в устройство для ее подогрева 18, перфорированная стенка под подачу кислорода 19, причем перфорированная стенка под подачу кислорода и защитного газа 2 и перфорированная стенка под подачу кислорода 19 образуют систему дожига отходящих газов.
Устройство работает следующим образом.
Через отверстие 1 подают подогретую в устройстве 5 до 600-700 градусов Цельсия шихту (в свою очередь поступающую в устройство подогрева через отверстие 18). Далее материал продувают сажеводородной смесью (СВС), выходящей из перфорированной стенки 3 при скорости, позволяющей газу СН4 не распасться на составляющие в пределах футеровки. Барботирующая жидкость образует собой зону прямого восстановления, которая впоследствии разделяется за счет разности плотностей металла и шлакового расплава на зону железоуглеродистого сплава и шлака - последний, в свою очередь, удаляется через летку 4. Оставшийся сплав далее попадает на вторую ступень конструкции через водоохлаждаемые ограждения агрегата 6, где продувается кислородом, выходящим из перфорированного пода 8, окисляется, в сплав добавляется лом (температура и агрегатное состояние лома не меняют сути изобретения) через отверстие в корпусе 7 - образуется зона окислительного рафинирования. Смесь также распадается под действием силы тяжести на сталь и сталеплавильный шлак (сливаемый через летку 9), продукт попадает на третью ступень. Там сталь продувается аргоном, подаваемым через перфорированную стенку 10, также подаются раскислители, шлакообразующие и легирующие материалы через окно 11 - образуется зона раскисления, инертные газы удаляются через отверстие 12. Узел подогрева металла, который может быть выполнен, например, в виде электродов для подогрева металла 13, необходим для компенсации тепловых потерь, после которого сплав поступает на участок дегазации, в зоне которого имеется окно 14 для скачивания остаточного шлака на участке доводки шлака. Работа вакууматора 15, выполненного с техническим отверстием под отвод газов, происходит при пониженном давлении (разряжении) - сплав втягивается внутрь конструкции, где, под действием разряжения, из него удаляются лишние молекулы газов через отверстие 17 - на выходе из которого готовый продукт поступает на разливку или на доводку до специальных марок сталей. В случае остановки агрегата выпуск металла и шлака осуществляется через донные отверстия 16. Для достижения максимальной энергоэффективности устройства и уменьшения количества летучих веществ, происходит дожиг отходящих газов кислородом, подаваемым через перфорированные стенки 2 и 19.
Ступенчатость установки обусловлена физико-химическими процессами получения стали и необходима для равномерной и полной обработки подаваемого материала, облегчения очистки конструкции от отходов производства за счет зональности жидкостей металл-шлак.
Для повышения эффективности плавки применяется предварительный подогрев шихты отходящими газами. С увеличением температуры подогрева увеличивается экономический эффект, получаемый при плавке в результате экономии топлива. При нагреве шихты должно обеспечиваться равномерное и беспрепятственное прохождение отходящих газов. Теплоносителем при нагреве шихты являются отходящие из реактора газы в противоточном движении с железно-рудной шихтой.
Использование изобретения позволяет получать сталь экономично и энергоэффективно с минимумом выбросов в атмосферу за счет выбранного в качестве топлива природного газа, наличия системы дожита отходящих газов (с помощью кислорода из перфорированных стенок 2 и 19), подогрева поступающего топлива (в перфорированной стенке 3 отходящими газами) и шихты (в устройстве 5).