УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА
MOLTEN METAL MANUFACTURING DEVICE

Область техники
Настоящее изобретение относится к усовершенствованию устройства для производства расплавленного металла путем прямого восстановления и плавления исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, например агломерата из оксида металла с углеродсодержащим материалом, в плавильной печи с электрическим нагревом без выполнения предварительного восстановления.
Уровень техники
В последнее время предлагаются различные новые процессы получения железа для замены существующих доменной печи и процессов восстановления при плавлении. Эти предложения относятся к процессам производства расплавленного металла, включающим предварительное восстановление агломерата из оксида металла с углеродсодержащим материалом в печи с вращающимся подом с целью получения восстановленного агломерата и плавление восстановленного агломерата в электрической печи, например дуговой печи или печи с погруженной дугой (см., например, Патентные документы 1-4).
Однако в существующих процессах необходимо обеспечить два этапа (этап предварительного восстановления с использованием печи с вращающимся подом и этап плавления с использованием плавильной печи). Эти процессы требуют наличия оборудования или средств для перемещения восстановленного агломерата из печи с вращающимся подом в плавильную печь, а также двух линий обработки отходящего газа, т.е. одной - для печи с вращающимся подом и одной - для плавильной печи. Таким образом, стоимость производственной установки возрастает, увеличиваются тепловые потери, и нельзя достаточным образом снизить потребление энергии системой или процессом в целом.
Автор настоящего изобретения провел тщательные исследования, чтобы предложить специальный способ производства расплавленного металла, в котором печь с вращающимся подом не используется, и для восстановления и плавления агломерата из оксида металла с углеродсодержащим материалом используется только печь с электрическим нагревом. В результате автор создал описанное ниже изобретение и подал заявку на выдачу патента на это изобретение (заявка на японский патент № 2009-105397).
Устройство для производства расплавленного металла, соответствующее предыдущему, изображено на Фиг.5А и 5В. В нем используется неподвижная (не наклоняющаяся) вертикально стоящая печь с электрическим нагревом, в данном случае - дуговая печь, которая включает желоба 4 загрузки исходного материала, расположенные на обоих краях 2 печи, если смотреть в направлении по ширине, электрод 5, расположенный в центре печи, если смотреть в направлении по ширине, и горелку 6 дополнительного сжигания, установленную в плоском своде 1 печи. Углеродсодержащий материал А загружают через желоба 4, чтобы получить слой 12 углеродсодержащего материала (соответствующий "слою исходного материала" в данном изобретении), имеющий наклонную поверхность, уходящую вниз, к нижней части электрода 5. Затем загружают агломерат В из оксида металла с углеродсодержащим материалом, чтобы получить слой 13 агломерата (соответствующий "слою исходного материала в виде металлосодержащего агломерата" в данном изобретении) на наклонной поверхности слоя 12 углеродсодержащего материала. После чего с использованием электрода 5 выполняют дуговой нагрев для постепенного плавления нижнего края слоя 13 агломерата, чтобы получить слой 14 расплавленного металла и слой 15 расплавленного шлака. При этом по мере опускания слоя 13 агломерата вдоль наклонной поверхности слоя 12 углеродсодержащего материала этот слой 13 нагревается за счет теплоты излучения от дополнительного сжигания при вдувании через горелку 6 дополнительного сжигания кислородсодержащего газа С с целью сжигания газа, содержащего СО, который возникает в слое 13 агломерата.
Согласно вышеизложенному, по мере перемещения слоя агломерата в направлении электрода по наклонной поверхности слоя исходного материала, созданного в печи, слой агломерата подвергается предварительному восстановлению за счет нагрева теплотой излучения от дополнительного сжигания при вдувании через горелку дополнительного сжигания кислородсодержащего газа с целью сжигания газа, содержащего СО, который возникает в слое агломерата; и слой предварительно восстановленного агломерата подвергается восстановлению и плавится поблизости от электрода за счет дугового нагрева с образованием расплавленного металла. Таким образом, расплавленный металл получают напрямую из агломерата из оксида металла с углеродсодержащим материалом в одном процессе и, следовательно, можно значительно снизить стоимость производственной установки и потребление энергии по сравнению с существующими процессами.
Однако устройство для производства расплавленного металла, соответствующее вышеизложенному, нуждается в усовершенствовании с точки зрения смешивания газа, содержащего СО, который возникает в печи, и кислородсодержащего газа С, который вдувают через горелку 6 дополнительного сжигания, установленную в плоском своде 1 печи. Таким образом, требуется дополнительно повысить эффективность дополнительного сжигания и, в конечном счете, дополнительно повысить эффективность использования энергии.
Когда от плоского свода 1 печи вдувают большое количество кислородсодержащего газа С, этот газ приходит в контакт с электродом 5, приводя к его быстрому износу. Соответственно, между электродом 5 и горелкой 6 дополнительного сжигания устанавливают разделительную стенку 9. Хотя при помощи разделительной стенки 9 износ электрода 5 предотвращается, остается нерешенной проблема, заключающаяся в повреждении разделительной стенки 9.
Трудно вводить кислородсодержащий газ С с края 2 печи, если смотреть в направлении по ширине, из-за наличия слоя 12 углеродсодержащего материала. Можно вводить кислородсодержащий газ С с края печи, если смотреть в продольном направлении, так как газ можно вводить в печь таким образом, чтобы не мешал слой 12 углеродсодержащего материала. Однако при этом трудно распределять кислородсодержащий газ С по всей печи в продольном направлении и, следовательно, ухудшается эффективность дополнительного сжигания.
В устройстве для производства расплавленного металла, соответствующем вышеизложенному, когда агломерат, загружаемый в печь, содержит большое количество порошка, либо агломерат в печи спекается или сплавляется, может возникнуть зависание слоя агломерата, что может препятствовать его плавному опусканию. В этом случае не происходит должного восстановления или плавления агломерата при нагреве, и производительность устройства снижается. Когда возникает такое зависание слоя агломерата, трудно обеспечить механическое приспособление, которое принудительно устраняет блокировку, в устройстве для производства расплавленного металла, соответствующем предыдущему.
Патентные документы
Патентный документ 1: Непроверенная заявка на японский патент (Перевод заявки РСТ) № 2000-513411.
Патентный документ 2: Непроверенная заявка на японский патент (Перевод заявки РСТ) № 2001-515138.
Патентный документ 3: Непроверенная заявка на японский патент (Перевод заявки РСТ) № 2001-525487.
Патентный документ 4: Непроверенная заявка на японский патент № 2003-105415.
Сущность изобретения
Техническая проблема
Задачей настоящего изобретения является предложить устройство для производства расплавленного металла путем прямого восстановления и плавления исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, например агломерата из оксида металла с углеродсодержащим материалом, в плавильной печи с электрическим нагревом без выполнения предварительного восстановления, причем это устройство выполнено с возможностью повышения эффективности дополнительного сжигания.
Другой задачей настоящего изобретения является предложить устройство для производства расплавленного металла, в котором легким и надежным образом можно устранить зависание в печи слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата с использованием механического приспособления.
Решение проблемы
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предлагается устройство для производства расплавленного металла, содержащее неподвижную, не наклоняемую вертикально стоящую электрическую печь, включающую средство электрического нагрева, в котором канал отходящего газа и желоб загрузки исходного материала прикреплены к своду печи, желоб загрузки исходного материала установлен на одном краю печи, если смотреть в направлении по ширине, средство электрического нагрева установлено таким образом, чтобы область электрического нагрева, нагреваемая с использованием этого средства, находилась на другом краю печи, если смотреть в направлении по ширине, горелка дополнительного сжигания установлена в своде печи; причем устройство выполнено с возможностью производства расплавленного металла путем создания слоя исходного материала за счет загрузки конкретного количества углеродсодержащего материала и/или исходного материала в виде металлосодержащего агломерата в печь из желоба загрузки исходного материала, при этом слой исходного материала имеет наклонную поверхность, уходящую вниз, к области электрического нагрева от упомянутого одного края печи, если смотреть в направлении по ширине, последующего создания слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата на наклонной поверхности слоя исходного материала за счет непрерывной или периодической загрузки исходного материала в виде металлосодержащего агломерата в печь из желоба загрузки исходного материала, и следующего за этим создания в печи слоя расплавленного металла и слоя расплавленного шлака за счет постепенного плавления исходного материала в виде металлосодержащего агломерата у нижнего края слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата при помощи электрического нагрева с использованием средства электрического нагрева, при обеспечении опускания слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата вдоль наклонной поверхности слоя исходного материала, и одновременного термического восстановления слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата за счет теплоты излучения от дополнительного сжигания при вдувании из горелки дополнительного сжигания кислородсодержащего газа в пространство печи выше слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата с целью сжигания газа, содержащего СО, который возникает в этом слое; и свод печи включает наклонный свод печи, который в общем наклонен вниз, от упомянутого одного края печи к упомянутому другому краю печи, если смотреть в направлении по ширине.
Фраза "в общем наклонен вниз" означает, что могут иметься локальные области, которые не наклонены вниз, например горизонтальная область и вертикальная область, но в целом обеспечен наклон вниз (далее используется такое же определение).
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, предлагается устройство для производства расплавленного металла, содержащее неподвижную, не наклоняемую вертикально стоящую электрическую печь, включающую средство электрического нагрева, в котором канал отходящего газа и желоба загрузки исходного материала прикреплены к своду печи, желоба загрузки исходного материала установлены на обоих краях печи, если смотреть в направлении по ширине, средство электрического нагрева установлено таким образом, чтобы область электрического нагрева, нагреваемая с использованием этого средства, находилась в центре печи, если смотреть в направлении по ширине, горелка дополнительного сжигания установлена в своде печи; причем устройство выполнено с возможностью производства расплавленного металла путем создания слоя исходного материала за счет загрузки конкретного количества углеродсодержащего материала и/или исходного материала в виде металлосодержащего агломерата в печь из желобов загрузки исходного материала, установленных на обоих краях печи, если смотреть в направлении по ширине, при этом слой исходного материала имеет наклонные поверхности, уходящие вниз, к области электрического нагрева от обоих краев печи, если смотреть в направлении по ширине, последующего создания слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата на наклонных поверхностях слоя исходного материала за счет непрерывной или периодической загрузки исходного материала в виде металлосодержащего агломерата в печь из желобов загрузки исходного материала, установленных на обоих краях печи, если смотреть в направлении по ширине, и следующего за этим создания в печи слоя расплавленного металла и слоя расплавленного шлака за счет постепенного плавления исходного материала в виде металлосодержащего агломерата у нижнего края слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата при помощи электрического нагрева с использованием средства электрического нагрева, при обеспечении опускания слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата вдоль наклонных поверхностей слоя исходного материала, и одновременного нагрева слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата за счет теплоты излучения от дополнительного сжигания при вдувании из горелки дополнительного сжигания кислородсодержащего газа в пространство печи выше слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата с целью сжигания газа, содержащего СО, который возникает в этом слое; и свод печи включает наклонный свод печи, который в общем наклонен вниз, от обоих краев печи к центру печи, если смотреть в направлении по ширине.
Наклонный свод печи может иметь конструкцию в виде наклоненной поверхности.
Наклонный свод печи может иметь ступенчатую конструкцию.
Угол наклона наклонного свода печи может находиться в следующем диапазоне: [угол осыпания исходного материала в виде металлосодержащего агломерата -15°] или более  [неизменный угол естественного откоса исходного материала в виде металлосодержащего агломерата +15°] или менее.
Средство электрического нагрева может включать электрод, вставленный в печь через ее свод, а горелка дополнительного сжигания может быть установлена в своде печи под таким углом, чтобы кислородсодержащий газ, вдуваемый через эту горелку, перемещался в направлении от электрода.
Область вдувания газа в горелке дополнительного сжигания может быть выполнена такой конструкции, чтобы кислородсодержащий газ, вдуваемый через горелку дополнительного сжигания, закручивался вокруг оси этой горелки.
Исходный материал в виде металлосодержащего агломерата может представлять собой одно или более из группы, состоящей из агломерата из оксида металла с углеродсодержащим материалом, металлического лома, восстановленного металла, агломерированной руды из оксида металла, агломерата из хлорида металла с углеродсодержащим материалом и рудного агломерата, содержащего оксид металла.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения, предлагается устройство для производства расплавленного металла, содержащее неподвижную вертикально стоящую электрическую печь, включающую средство электрического нагрева, в котором канал отходящего газа и желоб загрузки исходного материала прикреплены к своду печи, желоб загрузки исходного материала установлен на одном краю печи, если смотреть в направлении по ширине, средство электрического нагрева установлено таким образом, чтобы область электрического нагрева, нагреваемая с использованием этого средства, находилась на другом краю печи, если смотреть в направлении по ширине, горелка дополнительного сжигания установлена в своде печи; причем устройство выполнено с возможностью производства расплавленного металла путем создания слоя исходного материала за счет загрузки конкретного количества углеродсодержащего материала и/или исходного материала в виде металлосодержащего агломерата в печь из желоба загрузки исходного материала, при этом слой исходного материала имеет наклонную поверхность, уходящую вниз, к области электрического нагрева от упомянутого одного края печи, если смотреть в направлении по ширине, последующего создания слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата на наклонной поверхности слоя исходного материала за счет непрерывной или периодической загрузки исходного материала в виде металлосодержащего агломерата в печь из желоба загрузки исходного материала, и следующего за этим создания в печи слоя расплавленного металла и слоя расплавленного шлака за счет постепенного плавления исходного материала в виде металлосодержащего агломерата у нижнего края слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата при помощи электрического нагрева с использованием средства электрического нагрева, при обеспечении опускания слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата вдоль наклонной поверхности слоя исходного материала, и одновременного термического восстановления слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата за счет теплоты излучения от дополнительного сжигания при вдувании из горелки дополнительного сжигания кислородсодержащего газа в пространство печи выше слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата с целью сжигания газа, содержащего СО, который возникает в этом слое; и дно неподвижной вертикально стоящей электрической печи включает наклонное дно печи, которое в общем наклонено вниз, от упомянутого одного края печи к упомянутому другому краю печи, если смотреть в направлении по ширине.
Фраза "в общем наклонено вниз" означает, что могут иметься локальные области, которые не наклонены вниз, например горизонтальная область и вертикальная область, но в целом обеспечен наклон вниз (далее используется такое же определение).
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, предлагается устройство для производства расплавленного металла, содержащее неподвижную вертикально стоящую электрическую печь, включающую средство электрического нагрева, в котором канал отходящего газа и желоба загрузки исходного материала прикреплены к своду печи, желоба загрузки исходного материала установлены на обоих краях печи, если смотреть в направлении по ширине, средство электрического нагрева установлено таким образом, чтобы область электрического нагрева, нагреваемая с использованием этого средства, находилась в центре печи, если смотреть в направлении по ширине, горелка дополнительного сжигания установлена в своде печи; причем устройство выполнено с возможностью производства расплавленного металла путем создания слоя исходного материала за счет загрузки конкретного количества углеродсодержащего материала и/или исходного материала в виде металлосодержащего агломерата в печь из желобов загрузки исходного материала, установленных на обоих краях печи, если смотреть в направлении по ширине, при этом слой исходного материала имеет наклонные поверхности, уходящие вниз, к области электрического нагрева от обоих краев печи, если смотреть в направлении по ширине, последующего создания слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата на наклонных поверхностях слоя исходного материала за счет непрерывной или периодической загрузки исходного материала в виде металлосодержащего агломерата в печь из желобов загрузки исходного материала, установленных на обоих краях печи, если смотреть в направлении по ширине, и следующего за этим создания в печи слоя расплавленного металла и слоя расплавленного шлака за счет постепенного плавления исходного материала в виде металлосодержащего агломерата у нижнего края слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата при помощи электрического нагрева с использованием средства электрического нагрева, при обеспечении опускания слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата вдоль наклонных поверхностей слоя исходного материала, и одновременного нагрева слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата за счет теплоты излучения от дополнительного сжигания при вдувании из горелки дополнительного сжигания кислородсодержащего газа в пространство печи выше слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата с целью сжигания газа, содержащего СО, который возникает в этом слое; и дно неподвижной, не наклоняемой вертикально стоящей электрической печи включает наклонное дно печи, которое в общем наклонено вниз, от обоих краев печи к центру печи, если смотреть в направлении по ширине.
Наклонное дно печи может иметь конструкцию в виде наклоненной поверхности.
Наклонное дно печи может иметь ступенчатую конструкцию.
Угол наклона наклонного дна печи может находиться в следующем диапазоне: [угол осыпания исходного материала в виде металлосодержащего агломерата -25°] или более [неизменный угол естественного откоса исходного материала в виде металлосодержащего агломерата +5°] или менее.
Между наклонным дном печи и поверхностью слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата внутри печи может быть установлен генератор удара, механически устраняющий зависание слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата.
Генератор удара может включать вал, ось вращения которого проходит в продольном направлении печи, и разрушающий элемент, выступающий от поверхности вала.
Генератор удара может вращаться вокруг оси вращения только в одном направлении, в котором опускается слой исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, либо поочередно в направлении, в котором опускается слой исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, и в противоположном направлении.
Наклонное дно печи может включать область наклоненной поверхности и ступенчатую область, которые поочередно созданы в продольном направлении печи; между наклонным дном печи и поверхностью слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата внутри печи, по меньшей мере, в ее продольном направлении, может быть установлено множество генераторов удара, механически устраняющих зависание слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата; эти генераторы удара могут включать вал, ось вращения которого проходит в продольном направлении печи, и разрушающий элемент, выступающий от поверхности вала, при этом, по меньшей мере, один конец вала может быть установлен на подшипник, расположенный снаружи печи и ниже области наклоненной поверхности, созданной на наклонном дне печи, и часть вала, от которой выступает разрушающий элемент, может быть расположена внутри печи выше ступенчатой области, созданной на наклонном дне печи.
Преимущества от реализации изобретения
Согласно настоящему изобретению, свод печи выполнен таким образом, чтобы он включал область, которая в общем наклонена вниз, от края печи к средству электрического нагрева, если смотреть в направлении по ширине. В результате уменьшается пространство (свободное пространство) в печи выше слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата. Это способствует смешиванию газа, содержащего СО, который возникает в печи, и кислородсодержащего газа, вдуваемого из горелки дополнительного сжигания, которая установлена в своде печи. В результате повышается эффективность дополнительного сжигания и повышается эффективность использования энергии в процессе в целом.
Свод печи выполнен таким образом, чтобы он включал область, которая в общем наклонена вверх, от электрода к краю печи, если смотреть в направлении по ширине. В результате, если электрод используется в качестве средства электрического нагрева, будет обеспечиваться перемещение кислородсодержащего газа, вдуваемого из горелки дополнительного сжигания, установленной в своде печи, в направлении от электрода, без необходимости наличия разделительных стенок, установленных между горелкой дополнительного сжигания и электродом. Таким образом, можно предотвратить износ электрода.
Согласно настоящему изобретению, дно печи выполнено таким образом, чтобы оно включало область, которая в общем наклонена вниз от края печи к области, включающей средство электрического нагрева, если смотреть в направлении по ширине, то есть к другому краю печи или центру печи, если смотреть в направлении по ширине. В результате можно уменьшить расстояние между дном печи и слоем исходного материала в виде металлосодержащего агломерата. Соответственно, даже если возникает зависание слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, эту блокировку легким и надежным образом можно устранить за счет приложения силы с использованием механического приспособления через отверстие, выходящее наружу печи в той области, которая в общем наклонена вниз.
Как описано выше, дно печи выполнено таким образом, чтобы оно включало область, которая в общем наклонена вниз. В результате уменьшается внутренний объем печи в целом, а также количество загруженных материалов, находящихся в печи. Таким образом, уменьшается степень уплотнения порошка, накопившегося в слое исходного материала, под влиянием веса загруженных материалов, и можно ограничить увеличение слоя исходного материала в целом. В дополнение к этому, можно снизить затраты на обеспечение прочности корпуса печи.
Краткое описание чертежей
Фиг.1А - сечение в направлении по ширине, иллюстрирующее общую конструкцию устройства для производства расплавленного металла, соответствующего одному из вариантов реализации настоящего изобретения.
Фиг.1В - вид сверху, иллюстрирующий общую конструкцию устройства для производства расплавленного металла, соответствующего одному из вариантов реализации настоящего изобретения.
Фиг.1С - местный горизонтальный разрез, иллюстрирующий общую конструкцию устройства для производства расплавленного металла, соответствующего одному из вариантов реализации настоящего изобретения.
Фиг.2А - сечение в направлении по ширине, иллюстрирующее общую конструкцию устройства для производства расплавленного металла, соответствующего другому варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг.2В - вид сверху, иллюстрирующий общую конструкцию устройства для производства расплавленного металла, соответствующего другому варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг.3А - сечение в направлении по ширине, иллюстрирующее общую конструкцию устройства для производства расплавленного металла, соответствующего одному из вариантов реализации настоящего изобретения.
Фиг.3В - местный горизонтальный разрез, иллюстрирующий общую конструкцию устройства для производства расплавленного металла, соответствующего одному из вариантов реализации настоящего изобретения.
Фиг.4А - общий вид части устройства для производства расплавленного металла, соответствующего еще одному варианту реализации настоящего изобретения, который иллюстрирует его общую конструкцию.
Фиг.4В - вид сверху, иллюстрирующий общую конструкцию устройства для производства расплавленного металла, соответствующего еще одному варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг.5А - сечение в направлении по ширине, иллюстрирующее общую конструкцию устройства для производства расплавленного металла.
Фиг.5В - вид сверху, иллюстрирующий общую конструкцию устройства для производства расплавленного металла.
Описание вариантов реализации изобретения
Далее со ссылкой на чертежи подробно будет описан один из вариантов реализации настоящего изобретения.
Фиг.1А, 1В и 1С иллюстрируют общую конструкцию устройства для производства расплавленного металла, соответствующего одному из вариантов реализации настоящего изобретения. Устройство в этом варианте включает неподвижную, не наклоняемую вертикально стоящую электрическую печь (далее также называемую просто "печью"). Эта печь представляет собой дуговую печь, имеющую в общем прямоугольную форму в горизонтальном сечении. Свод 1 печи имеет наклонную область 1' (наклонный свод печи), которая наклонена вниз, от края 2 печи к центру печи, если смотреть в направлении по ширине. В этом варианте будет описана печь, имеющая наклонный свод 1' ступенчатой конструкции (в этом варианте - зигзагообразная линия, полученная путем соединения точек P, Q, R и S). Канал 3 отходящего газа и желоба 4 загрузки исходного материала прикреплены к своду печи (своду 1 в этом варианте). Электроды 5, служащие средством электрического нагрева (нагревателем), вставлены в печь через свод 1. Желоба 4 загрузки исходного материала установлены на обоих краях 2 печи, если смотреть в направлении по ширине, а электроды 5 установлены в центре печи, если смотреть в направлении по ширине. Горелки 6 дополнительного сжигания установлены в поднимающихся областях 1а ступенчатой конструкции свода 1 печи.
Канал 3 отходящего газа в предпочтительном случае устанавливают ближе к желобам 4 загрузки исходного материала, чем к электродам 5. Это делается с целью предотвращения перемещения отходящего газа, обладающего окислительными свойствами, который возникает после дополнительного сжигания, в направлении электродов 5 и, таким образом, предотвращения повреждения этих электродов.
В этом варианте свод 1 печи выполнен таким образом, чтобы он имел наклонную область 1' (наклонный свод печи), которая в общем наклонена вверх, от электродов 5 (т.е. от центра печи) к краям 2 печи, если смотреть в направлении по ширине. В результате отходящий газ, обладающий окислительными свойствами, который возникает после дополнительного сжигания, перемещается через пространство (свободное пространство), созданное между наклонным сводом 1' печи и слоем 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата и в общем наклоненное вверх, к краям 2 печи и в канал 3 отходящего газа, если смотреть в направлении по ширине. Поэтому надежным образом предотвращается контакт отходящего газа с электродами 5, что позволяет предотвратить повреждение электродов 5.
В устройстве для производства расплавленного металла, которое показано на Фиг.5А и 5В, чтобы надежным образом не допустить контакт отходящего газа, обладающего окислительными свойствами, который возникает после дополнительного сжигания, с электродами 5, между электродами 5 и горелками 6 дополнительного сжигания в предпочтительном случае в подвешенном состоянии установлены разделительные стенки 9. В противоположность этому, в данном варианте благодаря указанному выше преимуществу разделительные стенки 9 можно исключить.
В показанном на Фиг.5А и 5В, чтобы не допустить быстрый уход отходящего газа, который возникает после дополнительного сжигания, в канал 3 отходящего газа и обеспечить перенос достаточного количества теплоты излучения в слой 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, между горелками 6 дополнительного сжигания и каналом 3 отходящего газа в предпочтительном случае установлены разделительные стенки 10. В противоположность этому, так как в варианте реализации настоящего изобретения, показанном на Фиг.1А, обеспечен наклонный свод 1' печи, свод 1 печи стал ближе к поверхности слоя 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата и соответствует этой поверхности. В результате отходящий газ, который возникает после дополнительного сжигания, перемещается вблизи от поверхности слоя 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата и, следовательно, слой 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата в достаточной степени нагревается теплотой излучения от дополнительного сжигания. Соответственно, в данном варианте также можно исключить разделительные стенки 10.
Как и в вышеизложенном, чтобы не допустить повреждения желобов 4 загрузки исходного материала из-за перегрева горячим отходящим газом, между каналом 3 отходящего газа и желобами 4 загрузки исходного материала в предпочтительном случае установлены разделительные стенки 11, как изображено на Фиг.2А (на Фиг.1А не показано).
Как описано выше, так как в данном варианте реализации настоящего изобретения можно исключить, по меньшей мере, разделительные стенки 9 и 10, можно устранить проблемы, возникающие из-за повреждения этих стенок.
Чтобы предотвратить быстрый уход кислородсодержащего газа С, вдуваемого через горелки 6 дополнительного сжигания, вдоль свода 1 печи в канал 3 отходящего газа, высоту пространства, которое создано между сводом 1 печи и слоем 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, в предпочтительном случае задают неизменной в максимально возможной степени, если смотреть в направлении по ширине. Соответственно, угол наклона наклонного свода 1' печи в предпочтительном случае задают как можно более близким к углу наклона поверхности слоя 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата. Так как угол наклона поверхности слоя 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата находится в диапазоне между углом осыпания и неизменным углом естественного откоса исходного материала В в виде металлосодержащего агломерата, то угол наклона наклонного свода 1' печи в предпочтительном случае находится в следующем диапазоне: [угол осыпания исходного материала В в виде металлосодержащего агломерата -15° (более предпочтительно -10°, еще более предпочтительно -5°)] или более  [неизменный угол естественного откоса исходного материала В в виде металлосодержащего агломерата +15° (более предпочтительно +10°, еще более предпочтительно +5°)] или менее. Угол наклона наклонного свода 1' печи, имеющего ступенчатую конструкцию, задается как угол наклона (θ на Фиг.1А) линии, соединяющей в печи кромки (1b на Фиг.1А) ступенек в ступенчатой конструкции.
В кислородсодержащем газе С, вдуваемом через горелки 6 дополнительного сжигания, и газе, содержащем СО, который образуется в слое 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, возникает турбулентность из-за ступенчатой конструкции наклонного свода 1 печи, и, следовательно, эти газы дополнительно перемешиваются.
Горелки 6 дополнительного сжигания в предпочтительном случае установлены в наклонном своде 1' печи под таким углом, чтобы кислородсодержащий газ С, вдуваемый через горелки 6 дополнительного сжигания, перемещался в направлении от электродов 5. В результате дополнительно предотвращается контакт отходящего газа, который возникает после дополнительного сжигания, с электродами 5. Угол, под которым кислородсодержащий газ С вдувают через горелки 6 дополнительного сжигания, в предпочтительном случае выбирают в диапазоне от 10° до 135° относительно вертикального направления вниз (0°), в сторону от электродов 5. Если угол составляет менее 10°, перемещение к электродам 5 в достаточной степени не предотвращается. Если угол составляет более 135°, будет происходить повреждение огнеупорной облицовки ступеньки 1с, входящей в состав ступенчатой конструкции. Данный угол более предпочтительно составляет от 30° до 120°, и еще более предпочтительно - от 45° до 105°.
В данном варианте реализации настоящего изобретения, горелки 6 дополнительного сжигания установлены перпендикулярно в поднимающихся областях 1а ступенчатой конструкции, в результате чего кислородсодержащий газ С вводится в направлении (под углом 90° относительно вертикального направления вниз), которое диаметрально противоположно направлению к электродам 5.
Области вдувания газа в горелках 6 дополнительного сжигания в предпочтительном случае выполнены такой конструкции, чтобы кислородсодержащий газ С, вдуваемый через горелки 6 дополнительного сжигания, закручивался вокруг осей этих горелок. В результате в еще большей степени ускоряется дополнительное сжигание газа, содержащего СО. Горелки 6 дополнительного сжигания, которые обеспечивают закручивание вокруг своих осей, могут представлять собой, например, горелки с вихревыми форсунками, в которых отверстия подачи имеют смещенные относительно центра направления подачи, либо горелки, имеющие спиральные канавки в своих наконечниках.
Генератор 18 удара, который механически устраняет блокировку слоя 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, в предпочтительном случае установлен внутри электрической печи между дном 16 печи и поверхностью слоя 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата. "Генератор удара" представляет собой устройство, которое непрерывно или периодически прикладывает внешнюю силу к слою 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата.
Генератор 18 удара может быть образован, например, валом 18а, ось вращения которого проходит в продольном направлении печи, и разрушающими элементами 18b, выступающими от поверхности вала 18а (генератор 18 удара может быть аналогичен шихтопитателю, который установлен в шахтной печи для процесса прямого восстановления Midrex и используется, чтобы не допустить зависания восстановленного железа). Зависание слоя 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата можно предотвратить за счет вращения вала 18а генератора 18 удара непрерывно или периодически через равные интервалы. Даже если возникает зависание слоя 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, спеченный или сплавленный исходный материал В в виде металлосодержащего агломерата можно разрушить с использованием разрушающих элементов 18b, выступающих от вала 18а; даже если спеченный или сплавленный материал не разрушается в достаточной степени, слой 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата можно принудительно перемещать вниз (опускать), в направлении нижних частей электродов 5 до того, как спеченный или сплавленный материал укрупнится; соответственно, работу можно выполнять без проблем в течение длительного времени.
Чтобы эффективным образом реализовать такую функцию в ответ на возникновение зависания, генератор 18 удара, аналогичный шихтопитателю, можно подходящим образом выбирать из генератора удара, который вращается вокруг своей оси только в одном направлении (обычном направлении), в котором опускается слой 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, и генератора удара, который поочередно вращается вокруг своей оси в направлении (обычном направлении), в котором опускается слой 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, и в противоположном направлении. Первый генератор удара предназначен для выполнения транспортировки, в то время как второй генератор удара предназначен для выполнения разрушения.
У дна печи, в предпочтительном случае на ее боковых стенках, если смотреть в продольном направлении печи, перпендикулярном направлению по ее ширине, например, в местах на ее боковых стенках, если смотреть в продольном направлении, где нет желобов 4 загрузки исходного материала (т.е. в местах, где в печи нет слоев 12 исходного материала), созданы отверстие 7 для выпуска металла и отверстие 8 для выпуска шлака. Это сделано с целью облегчить операцию открывания отверстия во время выпуска расплавленного металла и шлака.
В направлении технологического процесса после канала 3 отходящего газа могут быть установлены обычные теплообменники (не показаны) для извлечения существенного количества тепла из горячего отходящего газа, выпускаемого из печи, и эффективной утилизации извлеченного существенного количества тепла в качестве энергии для предварительного нагрева кислородсодержащего газа С, вдуваемого через горелки 6 дополнительного сжигания, выработки электроэнергии для дуги, сушки окатышей В и подобного.
Электроды 5 в предпочтительном случае относятся, например, к типу с трехфазным переменным током, который отличается превосходными свойствами с точки зрения теплового кпд и обычно используется в электродуговых печах для производства стали. Например, в предпочтительном случае применяется конструкция из шести электродов, которая состоит из трех пар, каждая предназначена для одной фазы, и представлена трехфазным электродом.
Вершины электродов 5 в предпочтительном случае расположены (погружены) в слое 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата или слое 15 расплавленного шлака при выполнении операции плавления. В результате плавление можно ускорить за счет лучистого нагрева и омического нагрева от электрических дуг, и можно предотвратить повреждение внутренней поверхности стенок печи, которые не защищены слоем 12 исходного материала, который описан ниже.
Далее в качестве примера будет описана ситуация использования этой неподвижной вертикально стоящей дуговой печи для производства расплавленного железа в качестве расплавленного металла. В этом примере в качестве исходного материала для создания слоя исходного материала в печи используют только уголь, а в качестве исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, расположенного на слое исходного материала, загружают только окатыши из оксида железа с примешанным углеродом, которые используют как агломерат из оксида железа с углеродсодержащим материалом.
При выполнении способа производства расплавленного металла конкретное количество угля А загружают как исходный материал для создания слоя исходного материала из желобов 4 загрузки исходного материала, установленных на обоих краях 2 печи, если смотреть в направлении по ширине. В данном примере уголь А образует слой 12 исходного материала, имеющий наклонную поверхность 12а, уходящую вниз от обоих краев 2 печи, если смотреть в направлении по ширине, к "нижним концам электродов 5", создающим область электрического нагрева, нагреваемую с использованием электродов 5, служащих в качестве средства электрического нагрева. Диапазон размеров угля А предпочтительно выбирают в соответствии с размером смешанных окатышей В из оксида железа с углеродом, которые описаны ниже, чтобы эти окатыши не проникали в пустоты в слое 12 исходного материала.
Затем из желобов 4 загрузки исходного материала, установленных на обоих краях 2 печи, если смотреть в направлении по ширине, непрерывно или периодически загружают только смешанные окатыши В из оксида железа с углеродом (далее также называемые просто "окатышами"), в качестве агломерата из оксида металла с углеродсодержащим материалом, служащего в качестве исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, чтобы создать слой 13 окатышей как слой исходного материала в виде металлосодержащего агломерата на наклонной поверхности 12а слоя 12 исходного материала. Количество углеродсодержащего материала, находящегося в окатышах В, может быть определено на основе количества С (углерода), теоретически требуемого для восстановления оксида железа до металлического железа, и целевой концентрации С в расплавленном железе. Окатыши В в предпочтительном случае предварительно сушат, в результате чего они не лопаются при загрузке в печь.
Как описано выше, положения электродов 5 по высоте в предпочтительном случае предварительно выбирают таким образом, чтобы их нижние концы были погружены в слой 13 окатышей.
При последующей подаче электроэнергии в электроды для обеспечения дугового нагрева окатыши В, находящиеся у нижнего края слоя 13 окатышей, начинают постепенно восстанавливаться, плавиться и превращаться в расплавленное железо, представляющее собой расплавленный металл, и расплавленный шлак из-за быстрого нагрева, т.е. образовывать слой 14 расплавленного железа и слой 15 расплавленного шлака на дне печи. В предпочтительном случае в окатыши В предварительно добавляют источник CaO или источник MgO, например, известняк или доломит, чтобы отрегулировать основность (или тому подобное) слоя 15 расплавленного шлака.
По мере постепенного плавления окатышей В, начиная от нижнего края слоя 13 окатышей, как описано выше, слой 13 окатышей начинает в печи постепенно опускаться за счет силы тяжести в направлении нижних концов электродов 5 вдоль наклонной поверхности слоя 12 исходного материала. Даже если некоторые из окатышей В в слое 13 окатышей проникают в пустоты в слое 12 исходного материала, такие окатыши В будут подвергаться термическому восстановлению или нагреваться и, в конце концов, сплавляться или плавиться, так как они остаются в печи в течение длительного времени и не будут создавать каких-либо проблем, так как они превращаются в расплавленное железо и расплавленный шлак и падают в слой 14 расплавленного железа и слой 15 расплавленного шлака, находящиеся на дне печи, через пустоты в слое 12 исходного материала.
По мере приближения окатышей В в слое 13 к электродам 5 эти окатыши начинают сильно нагреваться за счет лучистого нагрева и омического нагрева, обеспечиваемых электрическими дугами на электродах 5, оксид железа внутри окатышей В предварительно восстанавливается до твердого металлического железа под влиянием углеродсодержащего материала, находящегося в этих окатышах, и образуется газ, содержащий СО (горючий газ). Если в качестве углеродсодержащего материала, который должен находиться в окатышах, используется такой углеродсодержащий материал, как уголь, имеющий летучий компонент, этот летучий компонент, испаряющийся из углеродсодержащего материала при нагреве, также добавляется к газу, содержащему СО.
Сжигание (дожигание) газа, содержащего СО, ускоряется за счет кислородсодержащего газа С, например газообразного кислорода, вдуваемого в горизонтальном направлении через горелки 6 дополнительного сжигания, установленные в поднимающихся областях 1а ступенчатой конструкции наклонного свода 1' печи. Теплота излучения, возникающая при сжигании (дополнительном сжигании), также нагревает слой 13 окатышей. По мере такого нагрева слоя 13 окатышей за счет теплоты излучения, оксид железа в окатышах В предварительно восстанавливается до твердого металлического железа, и образуется газ, содержащий СО, как и в ситуации лучистого нагрева и омического нагрева, обеспечиваемых электрическими дугами на электродах 5; таким образом, дополнительное сжигание в еще большей степени ускоряет лучистый нагрев.
Как описано выше, окатыши В, загружаемые в печь из желобов 4 загрузки исходного материала, по мере опускания по наклонной поверхности 12а слоя 12 исходного материала подвергаются предварительному восстановлению в твердом состоянии за счет лучистого нагрева, обусловленного дополнительным сжиганием (далее также называемого "теплотой от дополнительного сжигания"), с увеличением степени металлизации, после чего они плавятся под действием дугового нагрева и омического нагрева поблизости от нижних концов электродов 5 и превращаются в расплавленное железо и расплавленный шлак.
Соответственно, концентрация оксида железа в расплавленном шлаке, возникающем поблизости от нижних концов электродов 5, существенно снижается, и можно предотвратить износ электродов 5.
Углеродсодержащий материал, остающийся в окатышах В, растворяется в расплавленном железе, отделившемся от расплавленного шлака, что приводит к получению расплавленного железа, имеющего целевую концентрацию С.
Полученные таким образом расплавленное железо и расплавленный шлак можно периодически выгружать из отверстия 7 для выпуска металла и отверстия 8 для выпуска шлака, расположенных на дне печи, таким же образом, что и при выпуске, например, из доменных печей.
С другой стороны, слой 12 исходного материала, созданный за счет загрузки угля А в печь на первоначальной стадии, постепенно нагревается в печи, что приводит к удалению из него летучего компонента, и превращается в полукокс или кокс. Удаленный летучий компонент сжигают с использованием кислородсодержащего газа, вдуваемого из горелок 6 дополнительного сжигания, вместе с газом, содержащим СО, который возникает в слое 13 окатышей, и эффективным образом используют в качестве энергии для лучистого нагрева слоя 13 окатышей. Как описано выше, так как углерод в углеродсодержащем материале, находящемся в окатышах В, потребляется в необходимом количестве для восстановления оксида железа в окатышах и науглероживания расплавленного железа, слой 12 исходного материала, превратившийся в слой полукокса или кокса, теоретически остается неизрасходованным. Однако при реальной эксплуатации слой 12 исходного материала постепенно расходуется в ходе длительной работы в реакциях прямого восстановления окатышей В, проникающих в слой 12 исходного материала, а также при науглероживании расплавленного железа. Объем слоя 12 исходного материала в печи может быть восстановлен путем однократного выполнения в каждом конкретном рабочем периоде следующей операции: продолжают дуговой нагрев, по меньшей мере, в течение заранее определенного времени, прекратив подачу окатышей В из желобов 4 загрузки исходного материала, чтобы, по существу, расплавить слой 13 окатышей в печи и открыть наклонную поверхность 12а слоя 12 исходного материала. После чего из желобов 4 загрузки исходного материала загружают заранее определенное количество угля А (углеродсодержащего материала), прекратив дуговой нагрев и дополнительное сжигание.
Так как внутренние поверхности двух боковых стенок печи, если смотреть в направлении по ширине, закрыты слоем 12 исходного материала, износ огнеупоров в этих областях в значительной степени предотвращается. Соответственно, высококачественные огнеупоры, обладающие превосходной коррозионной стойкостью, и конструкции водяного охлаждения необходимы только для двух боковых стенок в продольном направлении, которые не закрыты слоем 12 исходного материала, что позволяет в значительной степени снизить стоимость производственной установки.
В рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения описан пример, в котором в своде 1 печи наклонная область 1' (наклонный свод печи), которая в общем наклонена вниз, создана с получением ступенчатой конструкции. Однако настоящее изобретение данным примером не ограничивается. Например, как изображено на Фиг.2А и 2В, наклонный свод 1' печи может быть создан таким образом, чтобы получить конструкцию в виде наклоненной поверхности. В этом случае, как изображено на Фиг.2А, горелки 6 дополнительного сжигания в областях поверхности 1d свода 1 печи, наклоненной вниз, могут быть установлены перпендикулярно, что позволяет обеспечить перемещение вдуваемого кислородсодержащего газа С в направлении от электродов 5. Однако, с точки зрения ускорения дополнительного сжигания, как описано в данном варианте реализации настоящего изобретения, ступенчатая конструкция легко создает турбулентность в потоках газа, что приводит к ускорению смешивания газов, и увеличивает эффективность дополнительного сжигания. При использовании этой модификации углом наклона области, которая в общем наклонена вниз в своде 1 печи, считается угол наклона поверхности 1d, наклоненной вниз.
Что касается размещения желобов 4 загрузки исходного материала и электродов 5 в рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения, то описан пример, в котором желоба 4 загрузки исходного материала установлены на обоих краях 2 печи, если смотреть в направлении по ширине, а электроды 5 установлены в центре свода 1 печи, если смотреть в направлении по ширине; в качестве альтернативы, можно применить модификацию, в которой желоба 4 загрузки исходного материала могут быть установлены на одном краю 2 печи, если смотреть в направлении по ширине, а электроды 5 могут быть установлены на другом краю 2 печи, если смотреть в направлении по ширине. Когда применяется данная модификация, наклон слоя 12 исходного материала, который создан в печи, обеспечен только с одной стороны. Это является недостатком с точки зрения защиты огнеупора по сравнению с рассмотренным выше вариантом; однако здесь также имеются преимущества, заключающиеся в том, что можно уменьшить ширину печи и, таким образом, сделать производственную установку более компактной.
В рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения в качестве примера установки электродов 5 в центре печи, если смотреть в направлении по ширине, описан пример, когда электроды 5 установлены на центральной линии, если смотреть в направлении по ширине. Однако электроды 5 не обязательно устанавливать точно на центральной линии печи, если смотреть в направлении по ширине, и они могут быть установлены относительно этой центральной линии в положениях ближе к краям печи, если смотреть в направлении по ширине.
В рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения описан пример, в котором канал 3 отходящего газа и желоба 4 загрузки исходного материала прикреплены к своду 1 печи. Однако размещение этим не ограничивается, и канал 3 отходящего газа и/или желоба 4 загрузки исходного материала могут быть прикреплены к верхним областям боковых стенок печи. В случае, если желоба 4 загрузки исходного материала прикреплены к верхним областям боковых стенок печи, эти желоб автоматически устанавливают по краям печи, если смотреть в направлении по ширине.
В рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения описан пример, в котором неподвижная вертикально стоящая дуговая печь имеет в общем прямоугольную форму в горизонтальном сечении, но форма печи этим не ограничивается. Например, можно использовать печь, имеющую круглую или в общем эллиптическую форму в сечении. В таком случае для обеспечения трехфазного питания вместо 3 пар однофазных электродов могут применяться три электрода. Однако, если используется печь, имеющая в общем прямоугольное сечение, имеется преимущество, заключающееся в том, что масштаб печи можно легко увеличить путем расширения печи в продольном направлении (направлении, перпендикулярном ее ширине), не изменяя ее ширину.
В рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения описан пример использования дуговой печи в качестве неподвижной, не наклоняемой вертикально стоящей электрической печи; однако тип печи этим не ограничивается, и может быть применена любая печь, обеспечивающая подвод тепла за счет электрической энергии, например печь с погруженной дугой, печь с нагревом за счет электромагнитной индукции или тому подобное. В случае печи с погруженной дугой, в качестве средства электрического нагрева, как и в рассмотренном выше примере, могут использоваться электроды. В случае печи с нагревом за счет электромагнитной индукции в качестве средства электрического нагрева могут использоваться нагревательные элементы в виде соленоидов.
Хотя в качестве примера агломерата В из оксида металла с углеродсодержащим материалом в рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения используются окатыши, можно применять и брикеты. Так как брикеты обеспечивают больший угол естественного откоса, чем сферические окатыши, высоту печи необходимо увеличить, чтобы сохранить неизменным время нахождения на наклонной поверхности 12а слоя 12 исходного материала по сравнению со случаем использования окатышей, но имеется преимущество, заключающееся в том, что можно уменьшить ширину печи.
В рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения описан пример, в котором в качестве исходного материала в виде металлосодержащего агломерата используется только агломерат В из оксида металла с углеродсодержащим материалом (смешанные окатыши из оксида железа с углеродом), но этот пример не является ограничивающим. В качестве альтернативы, вместо агломерата В из оксида металла с углеродсодержащим материалом, исходный материал в виде металлосодержащего агломерата может представлять собой металлический лом (железный лом), восстановленный металл (восстановленное железо (DRI - железо прямого восстановления или HBI - горячебрикетированное железо)), агломерированную руду из оксида металла (агломерированную железную руду), агломерат из хлорида металла с углеродсодержащим материалом, который содержит хлорид металла, либо рудный агломерат, содержащий оксид металла (прокаленные окатыши из оксида железа, окатыши из оксида железа, полученные путем связывания в холодном состоянии, или спеченную руду из оксида железа). В качестве другой альтернативы, исходный материал в виде металлосодержащего агломерата может представлять собой одно или более из группы, состоящей из агломерата из оксида металла с углеродсодержащим материалом (окатышей из оксида железа с примешанным углеродом и брикетов из оксида железа с примешанным углеродом), металлического лома, восстановленного металла, агломерированной руды из оксида металла, агломерата из хлорида металла с углеродсодержащим материалом и рудного агломерата, содержащего оксид металла.
В рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения описан пример, в котором в агломерате В из оксида металла с углеродсодержащим материалом содержится только железо, т.е. нелетучий химический элемент - металл. В качестве альтернативы, в дополнение к нелетучему химическому элементу - металлу могут содержаться и летучие химические элементы - металлы, например Zn, Pb и подобные. Другими словами, в качестве исходного материала из оксида металла в агломерате В из оксида металла с углеродсодержащим материалом можно использовать пыль со сталелитейных заводов, содержащую летучие химические элементы - металлы. Летучие химические элементы - металлы испаряются из агломерата В из оксида металла с углеродсодержащим материалом во время нагрева в печи. Согласно способу, предлагаемому настоящим изобретением, температура в верхней части печи может поддерживаться достаточно высокой за счет теплоты сжигания, создаваемой с использованием горелок 6 дополнительного сжигания. Таким образом, можно гарантированно не допустить повторной конденсации испарившихся летучих химических элементов - металлов в верхней части печи, и можно эффективным образом извлекать эти летучие химические элементы - металлы из отходящего газа, выпускаемого из печи.
2
2
3
В этой спецификации термин "летучий химический элемент - металл" относится к химическому элементу - металлу, находящемуся в элементарной форме или в форме соединения, такого как соль, и имеющему температуру плавления 1100°С или менее при давлении 1 атм. Примеры металла в элементарной форме включают цинк и свинец. Примеры соединения летучего химического элемента - металла включают хлорид натрия и хлорид калия. В электрической печи (например, дуговой печи или печи с погруженной дугой) летучие металлы в соединениях восстанавливаются до чистых металлов, и часть или весь летучий металл присутствует в печи в газообразном состоянии. Хлориды летучих химических элементов - металлов нагревают в электрической печи, и часть или весь хлорид присутствует в печи в газообразном состоянии. В противоположность этому, термин "нелетучий химический элемент -металл" относится к химическому элементу - металлу, находящемуся в элементарной форме или в форме соединения, такого как оксид, и имеющему температуру плавления более 1100°С при 1 атм. Примеры металла в элементарной форме включают железо, никель, кобальт, хром и титан. Примеры оксидов нелетучих металлов включают CaO, SiO и AlO. Если в качестве электрической печи используется дуговая печь или печь с погруженной дугой, соединения нелетучих химических элементов - металлов могут находиться в печи в газообразном состоянии поблизости от дуг (область с температурой дуги), переходя в форму восстановленного химически чистого металла или невосстановленного соединения из-за нагрева или прохождения реакций восстановления в печи, но в области, удаленной от дуг, они находятся в жидком или твердом состоянии.
Хотя в рассмотренном варианте реализации настоящего изобретения в качестве примера химического элемента - металла, образующего агломерат В из оксида металла с углеродсодержащим материалом (как исходный материал в виде металлосодержащего агломерата) и слой 14 расплавленного металла, используется только железо (Fe), в дополнение к Fe могут содержаться цветные металлы, такие как Ni, Mn, Cr и подобные.
В рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения в качестве примера способа регулирования основности расплавленного шлака описано предварительное добавление источника CaO или источника MgO в агломерат В из оксида металла с углеродсодержащим материалом. Вместо или в дополнение к такому способу, можно загружать известняк или доломит из желобов 4 загрузки исходного материала вместе с агломератом В из оксида металла с углеродсодержащим материалом, либо известняк или доломит можно загружать из желобов, которые независимы от желобов 4 загрузки исходного материала, предназначенных для агломерата В из оксида металла с углеродсодержащим материалом.
Хотя в рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения в качестве примера углеродсодержащего материала, образующего слой 12 исходного материала, указан уголь, можно использовать и кокс. Так как из кокса уже удалены летучие компоненты, и он не создает летучих компонентов печи, он с меньшей вероятностью, чем уголь, будет разрушаться, но при этом снизится вклад, вносимый им в дополнительное сжигание. Таким образом, имеется преимущество, заключающееся в том, что можно уменьшить потери из-за разлетания.
В дополнение или вместо такого углеродсодержащего материала, как кокс или уголь, для создания слоя 12 исходного материала можно использовать исходный материал в виде металлосодержащего агломерата. Если в качестве исходного материала для создания слоя 12 исходного материала используется исходный материал в виде металлосодержащего агломерата, хотя в той области, которая приходит в контакт с расплавленным железом, происходит восстановление и плавление или науглероживание и растворение, трудно обеспечить поступление тепла в области, удаленные от области, контактирующей с расплавленным железом, и исходный материал в виде металлосодержащего агломерата остается в твердом состоянии. Таким образом, слой 12 исходного материала после его создания в течение длительного времени остается в виде слоя. Кроме того, так как температура в слое 12 исходного материала уменьшается с увеличением расстояния от области, контактирующей с расплавленным железом, и уменьшением расстояния до стенки печи, не возникает проблемы в виде повреждения огнеупора из-за образования расплавленного FeO.
В рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения описан пример, в котором отверстие 7 для выпуска металла и отверстие 8 для выпуска шлака созданы на разных боковых стенках, расположенных друг против друга. Однако отверстие 7 для выпуска металла и отверстие 8 для выпуска шлака могут быть расположены на одной боковой стенке, либо отверстие 8 для выпуска шлака может быть исключено, и может быть создано только отверстие 7 для выпуска металла, в результате чего расплавленное железо и расплавленный шлак можно выпускать через это отверстие 7.
Далее со ссылкой на чертежи будет подробно описан другой вариант реализации настоящего изобретения.
Фиг.3А и 3В иллюстрируют общую конструкцию устройства для производства расплавленного металла, соответствующего одному из вариантов реализации настоящего изобретения. Неподвижная, не наклоняемая вертикально стоящая электрическая печь (далее также называемая просто "печью") в этом варианте представляет собой дуговую печь, имеющую в общем прямоугольную форму в горизонтальном сечении. Канал 3 отходящего газа и желоба 4 загрузки исходного материала прикреплены к своду печи (своду 1 в этом варианте). Электроды 5, служащие средством электрического нагрева (нагревающим средством), вставлены в печь через свод 1. Желоба 4 загрузки исходного материала установлены на обоих краях 2 печи, если смотреть в направлении по ширине, а электроды 5 установлены в центре печи, если смотреть в направлении по ширине. Горелки 6 дополнительного сжигания установлены в своде печи (своде 1 в этом варианте).
Дно 16 печи имеет наклонную область 16' (наклонное дно печи), которая в общем наклонена вниз, от обоих краев 2 печи к центру печи, если смотреть в направлении по ширине (то есть к месту, где находятся электроды 5). В этом варианте реализации настоящего изобретения будет описана печь, имеющая наклонное дно 16' ступенчатой конструкции (в этом варианте - зигзагообразная линия, полученная путем соединения точек P, Q, R и S).
В предпочтительном случае, например в поднимающихся областях 16а ступенчатой конструкции, созданы отверстия 17 доступа.
Как описано выше, дно 16 печи выполнено таким образом, чтобы оно имело наклонную область 16' (наклонное дно печи), которая в общем наклонена вниз, от краев печи к ее центру (тому месту, где находятся электроды 5, служащие средством электрического нагрева), если смотреть в направлении по ширине. В результате можно уменьшить расстояние между наклонным дном 16' печи и слоем 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата. Соответственно, даже если возникает зависание слоя 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, хотя работу печи в целях безопасности необходимо временно прекратить, зависание слоя 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата можно легким и надежным образом устранить следующим путем: открывают отверстия 17 доступа, созданные в поднимающихся областях 16а ступенчатой конструкции, через эти отверстия вводят механические приспособления, например разрушающие устройства, и используют их для приложения внешней силы.
Чтобы максимально облегчить операцию устранения блокировки слоя 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, расстояние между наклонным дном 16' печи и этим слоем 13 в предпочтительном случае снижают до минимума. Чтобы достичь этого, угол наклона наклонного дна 16' печи в предпочтительном случае делают максимально близким к углу наклона поверхности слоя 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата. Так как угол наклона поверхности слоя 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата находится в диапазоне между углом осыпания и неизменным углом естественного откоса исходного материала В в виде металлосодержащего агломерата, то угол наклона наклонного дна 16' печи в предпочтительном случае находится в следующем диапазоне: [угол осыпания исходного материала В в виде металлосодержащего агломерата - 25° (более предпочтительно угол осыпания - 20°, еще более предпочтительно угол осыпания -15°)] или более  [неизменный угол естественного откоса исходного материала В в виде металлосодержащего агломерата + 5° (более предпочтительно неизменный угол естественного откоса, еще более предпочтительно - угол осыпания)] или менее. Угол наклона наклонного дна 16' печи задается как угол наклона (θ на Фиг.3А) линии, соединяющей в печи кромки (16b на Фиг.3А) ступенек в ступенчатой конструкции.
Генератор 18 удара, который механически устраняет зависание слоя 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, в предпочтительном случае устанавливают внутри печи между наклонным дном 16' печи и поверхностью слоя 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата. "Генератор удара" представляет собой устройство, которое непрерывно или периодически прикладывает внешнюю силу к слою 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата.
Генератор 18 удара может быть образован, например, валом 18а, ось вращения которого проходит в продольном направлении печи, и разрушающими элементами 18b, выступающими от поверхности вала 18а (генератор 18 удара может быть аналогичен шихтопитателю, который установлен в шахтной печи для процесса прямого восстановления Midrex и используется, чтобы не допустить зависания восстановленного железа). Зависание слоя 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата можно предотвратить за счет вращения вала 18а генератора 18 удара непрерывно или периодически через равные интервалы. Даже если возникает зависание слоя 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, спеченный или сплавленный исходный материал В в виде металлосодержащего агломерата можно разрушить с использованием разрушающих элементов 18b, выступающих от вала 18а; даже если спеченный или сплавленный материал не разрушается в достаточной степени, слой 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата можно принудительно перемещать вниз (опускать), в направлении нижних частей электродов 5 до того, как спеченный или сплавленный материал укрупнится; соответственно, работу можно выполнять без проблем в течение длительного времени.
Чтобы эффективным образом реализовать такую функцию в ответ на возникновение зависания, генератор 18 удара, аналогичный шихтопитателю, можно подходящим образом выбирать из генератора удара, который вращается вокруг своей оси только в одном направлении (обычном направлении), в котором опускается слой 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, и генератора удара, который поочередно вращается вокруг своей оси в направлении (обычном направлении), в котором опускается слой 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, и в противоположном направлении. Первый генератор удара предназначен для выполнения транспортировки, в то время как второй генератор удара предназначен для выполнения разрушения.
В предпочтительном случае между электродами 5 и горелками 6 дополнительного сжигания, между горелками 6 дополнительного сжигания и каналом 3 отходящего газа, а также между каналом 3 отходящего газа и желобами 4 загрузки исходного материала в печи имеются разделительные стенки 9, 10 и 11, которые установлены в подвешенном состоянии.
Предпочтительно обеспечить разделительные стенки 9 между электродами 5 и горелками 6 дополнительного сжигания, чтобы не допустить контакт отходящего газа, обладающего окислительными свойствами, который возникает после дополнительного сжигания, с электродами 5.
Предпочтительно обеспечить разделительные стенки 10 между горелками 6 дополнительного сжигания и каналом 3 отходящего газа, чтобы не допустить быстрый уход отходящего газа, который возникает после дополнительного сжигания, в канал 3 отходящего газа и обеспечить перенос достаточного количества теплоты излучения в слой 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата.
Предпочтительно обеспечить разделительные стенки 11 между каналом 3 отходящего газа и желобами 4 загрузки исходного материала, чтобы не допустить повреждения желобов 4 загрузки исходного материала из-за перегрева горячим отходящим газом.
Все или некоторые из разделительных стенок 9, 10 и 11 могут быть установлены с учетом всех возможных факторов: эффекта от разделения, стоимости монтажа, работ по обслуживанию и подобного.
Канал 3 отходящего газа в предпочтительном случае устанавливают ближе к желобам 4 загрузки исходного материала, чем к электродам 5. Это делается с целью предотвратить перемещение отходящего газа, обладающего окислительными свойствами, который возникает после дополнительного сжигания, в направлении электродов 5 и, таким образом, предотвратить повреждение этих электродов.
У дна печи, в предпочтительном случае на ее боковых стенках, если смотреть в продольном направлении печи, в местах, где нет желобов 4 загрузки исходного материала (т.е. в местах, где в печи нет слоев 12 исходного материала), созданы отверстие 7 для выпуска металла и отверстие 8 для выпуска шлака. Это сделано с целью облегчить операцию открывания отверстия во время выпуска расплавленного металла и шлака.
В направлении технологического процесса после канала 3 отходящего газа могут быть установлены обычные теплообменники (не показаны) для извлечения существенного количества тепла из горячего отходящего газа, выпускаемого из печи, и эффективной утилизации извлеченного существенного количества тепла в качестве энергии для выработки электричества для дуги, сушки окатышей В и подобного.
Электроды 5 в предпочтительном случае относятся к типу с трехфазным переменным током, который отличается превосходными свойствами с точки зрения теплового кпд и обычно используется в электродуговых печах для производства стали. Например, в предпочтительном случае применяется конструкция из шести электродов, которая состоит из трех пар, для каждой отдельной фазы, образованных трехфазными электродами.
Вершины электродов 5 в предпочтительном случае расположены (погружены) в слое 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата или слое 15 расплавленного шлака при выполнении операции плавления. В результате плавление можно ускорить за счет лучистого нагрева и омического нагрева от электрических дуг, и можно предотвратить повреждение внутренней поверхности стенок печи, которые не защищены слоем 12 исходного материала.
Далее в качестве примера будет описана ситуация использования этой неподвижной, не наклоняемой вертикально стоящей дуговой печи для производства расплавленного железа в качестве расплавленного металла. В этом примере в качестве исходного материала для создания слоя исходного материала в печи используются смешанные окатыши из оксида железа с углеродом, которые также загружают в качестве исходного материала в виде металлосодержащего агломерата на слой исходного материала.
При выполнении способа производства расплавленного металла конкретное количество смешанных окатышей А' из оксида железа с углеродом загружают, как исходный материал для создания слоя исходного материала, из желобов 4 загрузки исходного материала, установленных на обоих краях 2 печи, если смотреть в направлении по ширине. Смешанные окатыши А' из оксида железа с углеродом образуют слой 12 исходного материала, имеющий наклонную поверхность 12а, уходящую вниз от обоих краев 2 печи, если смотреть в направлении по ширине, к нижним концам электродов 5. Если для создания слоя 12 исходного материала вместо углеродсодержащего материала А используется исходный материал в виде металлосодержащего агломерата, такой как смешанные окатыши A' из оксида железа с углеродом, восстановление и плавление или науглероживание и растворение происходит в той области, которая приходит в контакт с расплавленным железом. Однако трудно обеспечить поступление тепла в области, удаленные от области, контактирующей с расплавленным железом, и исходный материал в виде металлосодержащего агломерата остается в твердом состоянии. Таким образом, слой 12 исходного материала после его создания в течение длительного времени остается в виде слоя. Кроме того, так как температура в слое 12 исходного материала уменьшается с увеличением расстояния от области, контактирующей с расплавленным железом, и уменьшением расстояния до стенки печи, не возникает проблемы в виде повреждения огнеупора из-за образования расплавленного FeO.
Затем из желобов 4 загрузки исходного материала, установленных на обоих краях 2 печи, если смотреть в направлении по ширине, непрерывно или периодически загружают смешанные окатыши В из оксида железа с углеродом (далее также называемые просто "окатышами"), в качестве агломерата из оксида металла с углеродсодержащим материалом, служащего исходным материалом в виде металлосодержащего агломерата, чтобы создать слой 13 окатышей как слой исходного материала в виде металлосодержащего агломерата на наклонной поверхности 12а слоя 12 исходного материала. Количество углеродсодержащего материала, находящегося в окатышах В, может быть определено на основе количества углерода, теоретически требуемого для восстановления оксида железа до металлического железа, и целевой концентрации углерода в расплавленном железе. Окатыши В в предпочтительном случае предварительно сушат, в результате чего они не разрушаются при загрузке в печь.
Как описано выше, положения электродов 5 по высоте в предпочтительном случае предварительно выбирают таким образом, чтобы их нижние концы были погружены в слой 13 окатышей.
При последующей подаче электроэнергии в электроды для обеспечения дугового нагрева окатыши В, находящиеся у нижнего края слоя 13 окатышей, начинают постепенно восстанавливаться, плавиться и превращаться в расплавленное железо, представляющее собой расплавленный металл, и расплавленный шлак из-за быстрого нагрева, т.е. образовывать слой 14 расплавленного железа и слой 15 расплавленного шлака на дне печи. В предпочтительном случае в окатыши В предварительно добавляют источник CaO или источник MgO, например, известняк или доломит, чтобы отрегулировать основность (или тому подобное) слоя 15 расплавленного шлака.
Окатыши В постепенно плавятся, начиная от нижнего края слоя 13 окатышей, как описано выше, и слой 13 окатышей начинает в печи постепенно опускаться за счет силы тяжести в направлении нижних концов электродов 5 вдоль наклонной поверхности слоя исходного материала.
По мере приближения окатышей В в слое 13 к электродам 5 эти окатыши сильно нагреваются за счет лучистого нагрева и омического нагрева, обеспечиваемых электрическими дугами на электродах 5, оксид железа внутри окатышей В предварительно восстанавливается до твердого металлического железа под влиянием углеродсодержащего материала, находящегося в этих окатышах, и образуется газ, содержащий СО (горючий газ). Если используется углеродсодержащий материал, например уголь, имеющий летучий компонент, этот летучий компонент, испаряющийся из углеродсодержащего материала при нагреве, также добавляется к газу, содержащему СО.
Газ, содержащий СО, сгорает (дожигается) в кислородсодержащем газе, например, газообразном кислороде, вдуваемом через горелки 6 дополнительного сжигания, установленные в своде 1 печи. Теплота излучения, возникающая при сжигании (дополнительном сжигании), также нагревает слой 13 окатышей. По мере такого нагрева слоя 13 окатышей за счет теплоты излучения, оксид железа в окатышах предварительно восстанавливается до твердого металлического железа, и образуется газ, содержащий СО, как и в ситуации лучистого нагрева и омического нагрева, обеспечиваемых электрическими дугами на электродах 5; таким образом, дополнительное сжигание в еще большей степени ускоряет лучистый нагрев.
Как описано выше, окатыши В, загружаемые в печь из желобов 4 загрузки исходного материала, по мере опускания по наклонной поверхности 12а слоя 12 исходного материала подвергаются предварительному восстановлению в твердом состоянии за счет лучистого нагрева, обусловленного дополнительным сжиганием (далее также называемого "теплотой от дополнительного сжигания"), с увеличением степени металлизации, после чего они плавятся под действием дугового нагрева и омического нагрева поблизости от нижних концов электродов 5 и превращаются в расплавленное железо и расплавленный шлак.
Соответственно, концентрация оксида железа в расплавленном шлаке, возникающем поблизости от нижних концов электродов 5, существенно снижается, и можно предотвратить износ электродов 5.
Углеродсодержащий материал, остающийся в окатышах В, растворяется в расплавленном железе, отделившемся от расплавленного шлака, что приводит к получению расплавленного железа, имеющего целевую концентрацию углерода.
Полученные таким образом расплавленное железо и расплавленный шлак можно периодически выгружать из отверстия 7 для выпуска металла и отверстия 8 для выпуска шлака, расположенных на дне печи, таким же образом, что и при выпуске, например, из доменных печей.
В рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения описан пример, в котором наклонное дно 16' печи выполнено таким образом, чтобы оно имело ступенчатую конструкцию. Однако настоящее изобретение этим примером не ограничивается. Наклонное дно 16' печи может быть выполнено таким образом, чтобы получить конструкцию в виде наклоненной поверхности.
В рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения описан пример, в котором каждый из генераторов 18 удара, аналогичных шихтопитателям, установлен проходящим в продольном направлении печи. Однако генераторы 18 удара, аналогичные шихтопитателям, имеют конструктивное ограничение по длине вала 18а, так как может происходить их деформирование из-за собственного веса или нагрузки со стороны загружаемых материалов. Соответственно, длина печи ограничена длиной вала 18а генераторов 18 удара, то есть нельзя увеличить длину печи в ее продольном направлении. Чтобы устранить эту проблему, в предпочтительном случае применяют следующую конфигурацию.
Как изображено на Фиг.4А и 4В, наклонное дно 16' выполнено таким образом, чтобы оно имело область 19 наклоненной поверхности и ступенчатую область 20, которые поочередно созданы в печи в продольном направлении (чтобы эту конфигурацию было легче понять, область 19 наклоненной поверхности на Фиг.4А изображена прозрачной). Генераторы 18 удара (два генератора 18 удара в этом примере), аналогичные шихтопитателям, установлены в печи последовательно, между наклонным дном 16 печи и поверхностью слоя 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, таким образом, чтобы оси вращения этих генераторов проходили в продольном направлении печи. Как описано выше, генераторы 18 удара образованы валом 18а, ось вращения которого проходит в продольном направлении печи, и разрушающими элементами 18b, выступающими от поверхности вала 18а (на Фиг.4А разрушающие элементы 18b не показаны). Подшипники 21, используемые в качестве опоры для, по меньшей мере, одного конца (только одного конца в этом примере) каждого вала 18а генераторов 18 удара расположены внутри печи, ниже области 19 наклоненной поверхности, входящей в состав наклонного дна 16' (в этом примере, как изображено на Фиг.4В, подшипники 21', служащие в качестве опоры для другого конца каждого вала 18а, установлены снаружи печи, за боковыми стенками). Области валов 18а, от которых в генераторах 18 удара выступают разрушающие элементы 18b, расположены внутри печи выше ступенчатых областей 20 наклонного дна 16 печи.
Когда применяется рассмотренная выше конфигурация, в продольном направлении печи можно установить любое количество генераторов 18 удара, аналогичных шихтопитателям, которые соединены последовательно. Соответственно, при том, что эффективным образом устраняется (или не допускается) зависание слоя 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, можно легко увеличить длину печи в продольном направлении.
В рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения в качестве примера генераторов 18 удара описано устройство (образованное валом 18а и разрушающими элементами 18b, выступающими от поверхности вала 18а), которое прикладывает внешнюю силу к слою 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата за счет вращения вокруг оси и которое аналогично шихтопитателю. Однако генераторы 18 удара не ограничиваются данным устройством, и может быть использовано любое устройство, которое непрерывно или периодически прикладывает внешнюю силу к слою 13 исходного материала в виде металлосодержащего агломерата. Например, как другое устройство, которое прикладывает внешнюю силу за счет вращения вокруг оси, может быть использовано шнековое устройство. В качестве альтернативы, может быть использовано толкающее устройство, как устройство, которое прикладывает внешнюю силу за счет возвратно-поступательного перемещения цилиндра или тому подобного. В качестве другой альтернативы, может быть использовано устройство, которое прикладывает внешнюю силу за счет давления газа, например, устройство, непосредственно подающее газ в печь, или устройство, которое под действием давления газа деформирует диафрагму.
Что касается размещения желобов 4 загрузки исходного материала и электродов 5 в рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения, то описан пример, в котором желоба 4 загрузки исходного материала установлены на обоих краях 2 печи, если смотреть в направлении по ширине, а электроды 5 установлены в центре свода 1 печи, если смотреть в направлении по ширине; в качестве альтернативы, можно применить модификацию, в которой желоб 4 загрузки исходного материала установлены на одном краю 2 печи, если смотреть в направлении по ширине, а электроды 5 установлены на другом краю 2 печи, если смотреть в направлении по ширине. Когда применяется данная модификация, наклон слоя 12 исходного материала, который создан в печи, обеспечен только с одной стороны. Это является недостатком с точки зрения защиты огнеупора по сравнению с рассмотренным выше вариантом; однако здесь также имеются преимущества, заключающиеся в том, что можно уменьшить ширину печи и, таким образом, сделать производственную установку более компактной. В рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения в качестве примера установки электродов 5 в центре печи, если смотреть в направлении по ширине, описан пример, когда электроды 5 установлены на центральной линии, если смотреть в направлении по ширине. Однако электроды 5 не обязательно устанавливать точно на центральной линии печи, если смотреть в направлении по ширине, и они могут быть установлены относительно этой центральной линии в положениях ближе к краям печи, если смотреть в направлении по ширине.
В рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения описан пример, в котором канал 3 отходящего газа и желоба 4 загрузки исходного материала прикреплены к своду 1 печи. Однако размещение этим не ограничивается, и канал 3 отходящего газа и/или желоба 4 загрузки исходного материала могут быть прикреплены к верхним областям боковых стенок печи. В случае, если желоба 4 загрузки исходного материала прикреплены к верхним областям боковых стенок печи, эти желоба автоматически устанавливают по краям печи, если смотреть в направлении по ширине.
В рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения описан пример, в котором неподвижная, не наклоняемая вертикально стоящая дуговая печь имеет в общем прямоугольную форму в горизонтальном сечении, но форма печи этим не ограничивается. Например, можно использовать печь, имеющую круглую или в общем эллиптическую форму в сечении. В таком случае для обеспечения трехфазного питания вместо 3 пар однофазных электродов могут применяться три электрода. Однако, если используется печь, имеющая в общем прямоугольное сечение, имеется преимущество, заключающееся в том, что масштаб печи можно легко увеличить путем расширения печи в продольном направлении (направлении, перпендикулярном ее ширине), не изменяя ее ширину.
Хотя в качестве примера агломерата В из оксида металла с углеродсодержащим материалом в рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения используются окатыши, можно применять и брикеты. Так как брикеты обеспечивают больший угол естественного откоса, чем сферические окатыши, высоту печи необходимо увеличить, чтобы сохранить неизменным время нахождения на наклонной поверхности 12а слоя 12 исходного материала по сравнению со случаем использования окатышей, но имеется преимущество, заключающееся в том, что можно уменьшить ширину печи.
В рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения описан пример, в котором в качестве исходного материала в виде металлосодержащего агломерата используется только агломерат из оксида металла с углеродсодержащим материалом (смешанные окатыши из оксида железа с углеродом). В качестве альтернативы, вместо агломерата из оксида металла с углеродсодержащим материалом (окатышей из оксида железа с примешанным углеродом и брикетов из оксида железа с примешанным углеродом), исходный материал в виде металлосодержащего агломерата может представлять собой металлический лом (железный лом), восстановленный металл (восстановленное железо (DRI - железо прямого восстановления или HBI - горячебрикетированное железо)), агломерированную руду из оксида металла (агломерированную железную руду), агломерат из хлорида металла с углеродсодержащим материалом, который содержит хлорид металла, либо рудный агломерат, содержащий оксид металла (прокаленные окатыши из оксида железа, окатыши из оксида железа, полученные путем связывания в холодном состоянии, или спеченную руду из оксида железа). В качестве другой альтернативы, исходный материал в виде металлосодержащего агломерата может представлять собой одно или более из группы, состоящей из: агломерата из оксида металла с углеродсодержащим материалом, металлического лома, восстановленного металла, агломерированной руды из оксида металла, агломерата из хлорида металла с углеродсодержащим материалом и рудного агломерата, содержащего оксид металла.
В рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения описан пример, в котором в агломерате В из оксида металла с углеродсодержащим материалом содержится только железо, т.е., нелетучий химический элемент - металл. В качестве альтернативы, в дополнение к нелетучему химическому элементу - металлу могут содержаться и летучие химические элементы - металлы, например, Zn, Pb и т.п. Другими словами, в качестве исходного материала из оксида металла в агломерате В из оксида металла с углеродсодержащим материалом можно использовать пыль со сталелитейных заводов, содержащую летучие химические элементы - металлы. Летучие химические элементы - металлы испаряются из агломерата В из оксида металла с углеродсодержащим материалом во время нагрева в печи. Согласно способу, предлагаемому настоящим изобретением, температура в верхней части печи может поддерживаться достаточно высокой за счет теплоты сжигания, создаваемой с использованием горелок 6 дополнительного сжигания. Таким образом, можно гарантированно не допустить повторной конденсации испарившихся летучих химических элементов - металлов в верхней части печи, и можно эффективным образом извлекать эти летучие химические элементы - металлы из отходящего газа, выпускаемого из печи.
2
2
3
В этой спецификации термин "летучий химический элемент - металл" относится к химическому элементу - металлу, находящемуся в элементарной форме или в форме соединения, такого как соль, и имеющему температуру плавления 1100°С или менее при давлении 1 атм. Примеры металла в элементарной форме включают цинк и свинец. Примеры соединения летучего химического элемента - металла включают хлорид натрия и хлорид калия. В электрической печи (например, дуговой печи или печи с погруженной дугой) летучие металлы в соединениях восстанавливаются до чистых металлов, и часть или весь летучий металл присутствует в печи в газообразном состоянии. Хлориды летучих химических элементов - металлов нагревают в электрической печи, и часть или весь хлорид присутствует в печи в газообразном состоянии. В противоположность этому, термин "нелетучий химический элемент - металл" относится к химическому элементу - металлу, находящемуся в элементарной форме или в форме соединения, такого как оксид, и имеющему температуру плавления более 1100°С при 1 атм. Примеры металла в элементарной форме включают железо, никель, кобальт, хром и титан. Примеры оксидов нелетучих металлов включают CaO, SiO и AlO. Если в качестве электрической печи используется дуговая печь или печь с погруженной дугой, соединения нелетучих химических элементов - металлов могут находиться в печи в газообразном состоянии поблизости от дуг (область с температурой дуги), переходя в форму восстановленного химически чистого металла или невосстановленного соединения из-за нагрева или прохождения реакций восстановления в печи, но в области, удаленной от дуг, они находятся в жидком или твердом состоянии.
Хотя в рассмотренном варианте реализации настоящего изобретения в качестве примера химического элемента - металла, образующего агломерат В из оксида металла с углеродсодержащим материалом (как исходный материал в виде металлосодержащего агломерата) и слой 14 расплавленного металла, используется только железо (Fe), в дополнение к Fe могут содержаться цветные металлы, такие как Ni, Mn, Cr и подобное.
В рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения в качестве примера способа регулирования основности расплавленного шлака описано предварительное добавление источника CaO или источника MgO в агломерат В из оксида металла с углеродсодержащим материалом. Вместо или в дополнение к такому способу, можно загружать известняк или доломит из желобов 4 загрузки исходного материала вместе с агломератом В из оксида металла с углеродсодержащим материалом, либо известняк или доломит можно загружать из желобов, которые независимы от желобов 4 загрузки исходного материала, предназначенных для агломерата В из оксида металла с углеродсодержащим материалом.
Хотя в рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения в качестве примера исходного материала, образующего слой 12 исходного материала, указаны смешанные окатыши из оксида железа с углеродом, можно использовать и другой исходный материал в виде металлосодержащего агломерата, либо два или более таких исходных материалов в комбинации.
В дополнение или вместо исходного материала в виде металлосодержащего агломерата для создания слоя 12 исходного материала можно использовать углеродсодержащий материал, например уголь или кокс. Если в качестве исходного материала для создания слоя 12 исходного материала используется углеродсодержащий материал, диапазон размеров углеродсодержащего материала предпочтительно выбирают в соответствии с размером окатышей В из оксида железа с примешанным углеродом, чтобы эти окатыши не проникали в пустоты в слое 12 исходного материала.
В рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения описан пример, в котором отверстие 7 для выпуска металла и отверстие 8 для выпуска шлака созданы на разных боковых стенках, расположенных друг против друга. Однако отверстие 7 для выпуска металла и отверстие 8 для выпуска шлака могут быть расположены на одной боковой стенке, либо отверстие 8 для выпуска шлака может быть исключено, и может быть создано только отверстие 7 для выпуска металла, в результате чего расплавленное железо и расплавленный шлак можно выпускать через это отверстие 7.
Хотя настоящее изобретение подробно описано со ссылкой на конкретные варианты его реализации, специалисту в данной области техники будет очевидно, что возможны различные изменения и модификации, не выходящие за пределы сущности и объема этого изобретения. Предмет настоящего изобретения связан с заявками на японский патент №№ 2009-234362 и 2009-234363, зарегистрированными в Японском патентном ведомстве 8 октября 2009, полное содержание которых этим упоминанием включено в текст данного описания.
Ссылочные обозначения
1 - Свод печи
1' - Наклонный свод
1а - Поднимающаяся область
1b - Кромка
1с - Ступенька
1d - Поверхность, наклоненная вниз
2 - Край печи, если смотреть в направлении по ширине
3 - Канал отходящего газа
4 - Желоб загрузки исходного материала
5 - Электрод
6 - Горелка дополнительного сжигания
7 - Отверстие для выпуска металла
8 - Отверстие для выпуска шлака
9, 10, 11 - Разделительная стенка
12 - Слой исходного материала
12а - Наклонная поверхность
13 - Слой исходного материала в виде металлосодержащего агломерата (слой окатышей)
14 - Слой расплавленного металла (слой расплавленного железа)
15 - Слой расплавленного шлака
16 - Дно печи
16' - Наклонное дно печи
16а - Поднимающаяся область
17 - Отверстие доступа
18 - Генератор удара
18а - Вал
18b - Разрушающий элемент
19 - Область наклоненной поверхности
20 - Ступенчатая область
21, 21' - Подшипник
A - Углеродсодержащий материал (уголь)
А'- Исходный материал для создания слоя исходного материала (смешанные окатыши из оксида железа с углеродом)
В - Исходный материал в виде металлосодержащего агломерата (агломерат из оксида металла с углеродсодержащим материалом, смешанные окатыши из оксида железа с углеродом)
С - Кислородсодержащий газ (кислород)