СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЖЕЛЕЗА
METHOD AND DEVICE FOR PRODUCTION OF GRANULATED METALLIC IRON

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу получения восстановленного железа посредством прямого восстановления источника оксида железа, такого, как железная руда и оксид железа, в печи термического восстановления, и к устройству для получения восстановленного железа этим способом.
Уровень техники
Способ получения железа прямого восстановления был известен как способ прямого восстановления источника оксида железа, такого, как железная руда и оксид железа (которые далее могут называться материалом, содержащим оксид железа), с использованием углеродсодержащего восстановителя (углеродсодержащий материал), такого, как уголь, и восстановительного газа для получения восстановленного железа. Способ получения железа прямого восстановления основан на таком порядке действий, как загрузка сырьевой смеси, включающей материал, содержащий оксид железа и углеродсодержащий восстановитель, на/под печи термического восстановления с движущимся подом (например, печь с вращающимся подом), нагрев сырьевой смеси теплом от горелок и теплотой излучения, когда сырьевая смесь движется в печи для восстановления оксида железа, входящего в состав сырьевой смеси, углеродсодержащим восстановителем, науглероживание и расплавление полученного таким образом металлического железа (восстановленное железо), коалесценция расплавленного металлического железа в гранулы с одновременным отделением его от шлака, образующегося как побочный продукт, и охлаждение и отверждение расплавленного металлического железа с получением гранулированного металлического железа (восстановленное железо).
Способ получения железа прямого восстановления не требует крупногабаритного оборудования, такого, как домна, и имеет высокую гибкость в отношении ресурсов, например, этот способ делает ненужным использование кокса, поэтому он интенсивно исследовался в последнее время для промышленного применения. Однако способ получения железа прямого восстановления имеет различные проблемы, требующие решения, чтобы его можно было использовать в промышленном масштабе, в том числе стабильность работы, безопасность, экономика и качество гранулированного металлического железа (продукта).
Гранулированное металлическое железо, полученное способом получения железа прямого восстановления, направляется на существующее оборудование по производству стали, такое, как электрическая печь или конвертер, и используется как источник железа. Поэтому, что касается качества гранулированного металлического железа, требуется снизить содержание серы в гранулированном металлическом железе (далее может называться содержанием S) до как можно более низкого уровня. Также желательно, чтобы содержание углерода в гранулированном металлическом железе (далее может называться содержанием C) было на достаточно высоком разумном уровне, чтобы расширить применимость гранулированного металлического железа как источника железа.
Чтобы улучшить качество гранулированного металлического железа, авторы настоящего изобретения ранее предложили технологию, описанную в патентном документе 1, которая повышает чистоту гранулированного металлического железа. Патентный документ 1 описывает способ повышения чистоты гранулированного металлического железа, который предотвращает повторное окисление металлического железа в зоне от последней ступени восстановления до завершения науглероживания и плавления, посредством регулирования до надлежащего уровня восстановительной способности атмосферного газа вблизи прессовок при науглероживании и плавлении.
Патентный документ 1 описывает также технологию снижения содержания серы в гранулированном металлическом железе. В частности, раскрывается такой способ уменьшения содержания серы, который основан на регулировании основности шлака, являющегося побочным продуктом, образующимся при плавке металлического железа.
Помимо технологии, предложенной в патентном документе 1, авторы настоящего изобретения ранее также предложили технологию, описанную в патентном документе 2, которая снижает содержание серы в гранулированном металлическом железе. Патентный документ 2 раскрывает способ снижения содержания серы в гранулированном металлическом железе посредством регулирования основности шлакообразующего компонента, который определяется составом сырьевой смеси, и путем регулирования содержания MgO в шлакообразующем компоненте.
Патентный документ 1: нерассмотренная заявка на патент Японии № 2001-279315.
Патентный документ 2: нерассмотренная заявка на патент Японии № 2004-285399.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение было разработано с учетом описанного выше уровня техники, и его целью является создание способа, отличающегося от предлагавшихся ранее способов получения гранулированного металлического железа высокого качества (в частности, с высоким содержанием C и низким содержанием S) в печи термического восстановления с движущимся подом. Другой целью настоящего изобретения является создание устройства, способного получать гранулированное металлическое железо высокого качества.
Для достижения вышеуказанной цели один аспект настоящего изобретения направлен на способ получения гранулированного металлического железа, причем гранулированное металлическое железо получают восстановлением сырьевой смеси, включающей материал, содержащий оксид железа и углеродсодержащий восстановитель, причем способ включает в себя: этап загрузки сырьевой смеси на/под печи термического восстановления с движущимся подом; этап восстановления оксида железа из сырьевой смеси углеродсодержащим восстановителем посредством приложения тепла, образуя тем самым металлическое железо, последующее плавление металлического железа, а затем коалесценция расплавленного металлического железа до гранулированного металлического железа с одновременным отделением расплавленного металлического железа от шлака, образующегося как побочный продукт; и этап охлаждения и отверждения металлического железа; причем этап термического восстановления включает этап регулирования скорости течения атмосферного газа в заданной зоне печи в пределах заданного диапазона.
Другой аспект настоящего изобретения направлен на устройство получения гранулированного металлического железа, посредством которого получают гранулированное металлическое железо восстановлением сырьевой смеси, включающей материал, содержащий оксид железа и углеродсодержащий восстановитель, причем устройство содержит печь термического восстановления для восстановления оксида железа из сырьевой смеси углеродсодержащим восстановителем посредством приложения тепла, образуя тем самым металлическое железо, последующего расплавления металлического железа, а затем коалесценции расплавленного металлического железа до гранулированного металлического железа с одновременным отделением расплавленного металлического железа от шлака, образующегося как побочный продукт (загрузка означает, что сырьевую смесь загружают в печь термического восстановления, выгрузка означает, что из печи термического восстановления выгружают гранулированное металлическое железо и шлак, а разделение означает, что металлическое железо отделяют от шлака); причем печь термического восстановления содержит: корпус печи; движущийся под, который перемещает сырьевую смесь и металлическое железо в корпусе печи; нагревательное средство, которое нагревает сырьевую смесь в корпусе печи; и средство охлаждения, которое охлаждает и отверждает расплавленное металлическое железо, причем корпус печи имеет заданную зону, которая содержит устройство управления для регулирования скорости течения атмосферного газа в пределах заданного диапазона.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематичный вид, поясняющий пример конструкции печи термического восстановления с вращающимся подом.
Фиг.2 представляет собой график, показывающий соотношения между средней скоростью течения атмосферного газа в печи термического восстановления и содержанием C в гранулированном металлическом железе и между средней скоростью течения газа и содержанием S в гранулированном металлическом железе.
Фиг.3 представляет собой схематичный вид в сечении печи термического восстановления с вращающимся подом, показанной на фиг.1, сделанным вдоль гипотетической цилиндрической поверхности, которая включает линию B-B.
Фиг.4 представляет собой схематичный вид в сечении, показывающий частично измененный пример конструкции, показанной на фиг.3.
Фиг.5 представляет собой график, показывающий соотношение между высотой от пода до верхней части и скоростью течения атмосферного газа в печи.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Далее со ссылкой на приложенные чертежи настоящее изобретение будет описано более подробно. Следует понимать, что чертежи не предназначены для ограничения настоящего изобретения, и можно представить себе различные изменения до степени, которая соответствует предшествующему и последующему описанию, и эти изменения считаются охватываемыми объемом настоящего изобретения.
2
Фиг.1 представляет собой схематичный вид, поясняющий один пример конструкции печи термического восстановления с вращающимся подом из различных печей термического восстановления с движущимся подом. В печь A термического восстановления с вращающимся подом через загрузочную воронку (загрузочное средство) 3 непрерывно загружают сырьевую смесь 1, включающую материал, содержащий оксид железа и углеродсодержащий восстановитель, на вращающийся под 4, находящийся в корпусе 8 печи. Сырьевая смесь 1 может содержать CaO, MgO, SiO или другие компоненты, которые входят в состав пустой породы или золы, и при необходимости может также содержать уголь, доломит, связующее и т.п. Сырьевая смесь 1 может находиться в форме плоских прессовок или формованных прессовок, таких, как окатыши или брикеты. Сырьевую смесь 1 можно загружать вместе с углеродистым материалом 2 в состоянии порошка.
Далее будет описана процедура загрузки сырьевой смеси 1 в печь A термического восстановления. Перед загрузкой сырьевой смеси 1 углеродсодержащий материал 2 в виде порошка загружается из загрузочной воронки 3 на вращающийся под 4 для образования слоя углеродсодержащего материала 2, на который загружают сырьевую смесь 1.
Хотя на фиг. 1 показан случай, когда для загрузки и сырьевой смеси 1, и углеродсодержащего материала 2 используется одна загрузочная воронка 3, могут использоваться две или более воронок для раздельной загрузки сырьевой смеси 1 и углеродсодержащего материала 2. Углеродсодержащий материал 2, который вводят для формирования слоя, очень полезен не только для повышения эффективности восстановления, но также для ускорения обессеривания гранулированного металлического железа, полученного термическим восстановлением.
Вращающийся под 4 печи A термического восстановления с вращающимся подом, показанной на фиг.1, приводится во вращение против часовой стрелки. Хотя скорость вращения зависит от размера и условий работы печи A термического восстановления, обычно под делает один полный оборот за примерно 8-16 минут. Корпус 8 печи A термического восстановления имеет несколько нагревательных горелок (нагревательных средств) 5, установленных на поверхности его стены для обеспечения тепла посредством теплоты сгорания от нагревательных горелок 5 или теплоты излучения от них.
Сырьевая смесь 1, загруженная на вращающийся под 4, выполненный из огнеупорного материала, нагревается теплотой сгорания от нагревательной горелки 5 или теплотой излучения от нее, одновременно двигаясь на вращающемся поде 4 к периферии в печи A термического восстановления. Оксид железа, входящий в состав сырьевой смеси 1, восстанавливается при движении через зону нагрева в печи A термического восстановления. Затем восстановленное железо расплавляется, одновременно науглероживаясь оставшимся углеродсодержащим восстановителем. Затем расплавленное восстановленное железо коалесцирует с образованием гранулированного металлического железа 10, с одновременным отделением от расплавленного шлака, который образуется как побочный продукт. Гранулированное металлическое железо 10 охлаждается и отверждается средством охлаждения в задней зоне печи A термического восстановления, а затем последовательно выгружается из пода разгрузочным устройством (разгрузочным средством) 6, таким, как шнек. В то же время, так как шлак выгружается одновременно, металлическое железо и шлак отделяют разделительным средством (таким, как сито или магнитный классификатор) после выгрузки из бункера 9. На фиг.1 позиция 7 относится к каналу вывода отходящих газов.
При получении гранулированного металлического железа в печи термического восстановления с движущимся подом желательно науглероживать гранулированное металлическое железо достаточным количеством углерода (далее может обозначаться как C), чтобы расширить область применимости гранулированного металлического железа как источника железа, и уменьшить до минимума содержание серы (далее может обозначаться как S) для улучшения качества гранулированного металлического железа, как описано выше.
Авторы настоящего изобретения провели исследования, направленные на повышение содержания C и уменьшение до минимума содержания S в гранулированном металлическом железе. Было обнаружено, что на состав гранулированного металлического железа, получаемого термическим восстановлением сырьевой смеси, включающей материал, содержащий оксид железа и углеродсодержащий восстановитель, сильно влияет скорость течения атмосферного газа в печи термического восстановления.
Авторы настоящего изобретения установили, что скорость течения атмосферного газа в печи термического восстановления влияет на состав гранулированного металлического железа через следующий механизм. Чем меньше скорость течения атмосферного газа в печи термического восстановления, тем меньшей становится скорость течения атмосферного газа вблизи сырьевой смеси. Поскольку сырьевая смесь окружена восстановительным газом, выходящим из материала слоя, более низкая скорость течения ускоряет реакции восстановления и науглероживания, так как поддерживается высокая восстановительная способность атмосферного газа, тем самым позволяя получить гранулированное металлическое железо с высоким содержанием C. Было также установлено, что восстановительная способность атмосферного газа высока вблизи сырьевой смеси, S в сырьевой смеси можно легко связать в виде CaS в шлаке с помощью компонента сырья, содержащего CaO, тем самым ускоряя уменьшение содержания S в получаемом гранулированном металлическом железе. Близкий эффект можно получить также посредством уменьшения средней скорости течения атмосферного газа в печи, а не уменьшения средней скорости течения атмосферного газа вблизи сырьевой смеси в печи. В дальнейшем описании за скорость течения атмосферного газа в печи термического восстановления будет браться средняя скорость течения атмосферного газа в печи.
Фиг.2 представляет собой график, показывающий соотношения между средней скоростью течения атмосферного газа в печи термического восстановления и содержанием C в гранулированном металлическом железе и между средней скоростью течения газа и содержанием S в гранулированном металлическом железе. На фиг.2 в качестве показателя содержания серы в гранулированном металлическом железе используется отношение содержания серы «(S)/[S]», где (S) означает концентрацию серы в расплавленном шлаке, а [S] означает концентрацию серы в расплавленном железе (восстановленном железе). Величина содержания C, показанная на фиг.2, дается как относительная величина, отнесенная к содержанию C в гранулированном металлическом железе (которое принято за 1), полученному в устройстве, показанном на фиг.3, которое будет описано ниже, в котором все нагревательные горелки, установленные в печи, являются воздушными горелками. Также доля содержания серы, показанная на фиг.2, дается как относительная величина, нормированная на содержание серы в гранулированном металлическом железе (которое принято равным 1), полученное в устройстве, показанном на фиг.3, которое будет описано ниже, в котором все нагревательные горелки, установленные в печи, являются воздушными горелками. Средняя скорость течения газа дается расчетом средней скорости течения в точке между воздушной горелкой 5e и кислородной горелкой 5f устройства, показанного на фиг.3, которое будет описано ниже. Способ измерения средней скорости течения газа будет описан ниже.
Как ясно видно из фиг.2, имеется корреляция между средней скоростью течения атмосферного газа и содержанием C в гранулированном металлическом железе. Корреляция существует также между средней скоростью течения атмосферного газа и содержанием S в гранулированном металлическом железе. В частности, концентрацию серы (S) в расплавленном шлаке можно повысить по сравнению с концентрацией серы в расплавленном железе (восстановленном железе) [S], контролируя среднюю скорость течения газа на уровне 5 метров в секунду или меньше (в частности, 2,5 метра в секунду или меньше), и, как результат, можно снизить концентрацию серы [S] в расплавленном железе (восстановленном железе).
Скорость течения атмосферного газа регулируется предпочтительно, по меньшей мере, в одной зоне, идущей от последней ступени восстановления оксида железа (в данном описании может называться просто последней ступенью восстановления) до завершения плавления металлического железа (в данном описании может называться просто завершением плавления) в корпусе печи. Это так, потому что в зоне от последней ступени восстановления до зоны плавления область вблизи сырьевой смеси сохраняется как восстановительная атмосфера благодаря газу, выходящему из углеродсодержащего восстановителя и материала слоя, и этот атмосферный газ имеет большое влияние на состав гранулированного металлического железа. Таким образом, содержание C в гранулированном металлическом железе можно повысить, а содержание S можно снизить, регулируя скорость газа в этой зоне. Скорость течения атмосферного газа можно регулировать во всем корпусе печи, а не только в зоне от последней ступени восстановления оксида железа до завершения плавления металлического железа. Хотя положение в корпусе печи, соответствующее последней ступени восстановления, меняется в зависимости от масштаба и рабочих условий в печи термического восстановления, за грубый ориентир можно взять точку, находящуюся примерно в двух третях выше по потоку зоны нагрева. Зоной нагрева обозначается зона внутри корпуса печи, где установлены нагревательные горелки.
Скорость течения атмосферного газа в заданной зоне корпуса печи можно регулировать, если предусмотреть средство регулирования скорости течения атмосферного газа в печи термического восстановления с движущимся подом. Например, средством управления скорости течения может быть кислородная горелка, предусмотренная как часть нагревательных горелок, которые нагревают внутреннюю часть печи термического восстановления, или такая конструкция, при которой высота от пода до верхней части (в данном описании может называться просто высотой верхней части), по меньшей мере, в зоне от последней ступени восстановления до завершения плавления в корпусе печи, больше, чем высота от пода до верхней части в других зонах корпуса печи. Это будет описано ниже со ссылкой на чертежи.
Сначала будет описана печь термического восстановления с вращающимся подом, содержащая в качестве средства регулирования скорости течения кислородные горелки, использующиеся как часть нагревательных горелок, которые нагревают внутреннее пространство печи A термического восстановления. Фиг.3 представляет собой схематичный вид в сечении печи термического восстановления с вращающимся подом, показанной на фиг.1, сделанным вдоль гипотетической цилиндрической поверхности, которая включает линию B-B, показывающим область от секции загрузки сырья до секции выгрузки металлического железа в печи термического восстановления с вращающимся подом. Участки, идентичные показанным на фиг.1, обозначены теми же позициями.
На фиг.3 показана зона от последней ступени восстановления до завершения плавления как область, где установлены нагревательные горелки 5a-5h, а нагревательные горелки 5f-5h установлены в поверхности стены корпуса 8 печи. Что касается нагревательных горелок, нагревательные горелки 5a-5e являются воздушными горелками, а нагревательные горелки 5f-5h являются кислородными горелками. Воздушная горелка относится к горелкам, в которых сжигается горючий газ (например, метан) путем смешения с ним воздуха, а кислородная горелка относится к горелкам, которые сжигают горючий газ путем смешения газа с кислородом. В воздушной горелке в единицу времени подается большее количество газов, не участвующих в горении (т.е. газы, не вовлеченные в горение, такие, как азот, аргон), чем в случае кислородной горелки, при условии, что обе горелки сжигают одинаковое количество горючего газа. Как показано на фиг.3, корпус 8 печи имеет зону 11 охлаждения, предусмотренную для охлаждения расплавленного железа, полученного термическим восстановлением, и зона 11 охлаждения содержит средство 12 охлаждения.
Сырьевая смесь 1, загруженная через загрузочную воронку 3 вверху в месте, расположенном с левой стороны фиг.3, нагревается и восстанавливается при движении в правую сторону (ниже по потоку) на фиг.3. Скорость течения атмосферного газа в печи можно уменьшить, используя кислородные горелки 5f-5h как, по меньшей мере, часть горелок, которые нагревают внутреннее пространство печи термического восстановления. В случае, когда для всех нагревательных горелок 5a-5h используются воздушные горелки, то, так как кислород составляет примерно 20 об.% воздуха, скорость потока примерно 80 об.% воздуха, который не участвует в горении, влияет на попытки повысить скорость течения в печи термического восстановления. Однако применение кислородных горелок как, по меньшей мере, части нагревательных горелок позволяет снизить полное количество газа, подаваемого в печь термического восстановления и, как результат, уменьшить скорость течения атмосферного газа в печи при сохранении уровня теплоты сгорания, создаваемой при использовании воздушных горелок.
3
2
3
Как указывается уравнением (1), средняя скорость течения атмосферного газа в печи, V (м/сек), рассчитывается делением полного потока газа, Q (м/сек), на площадь поперечного сечения, D (м), внутреннего объема печи, перпендикулярного направлению движения в печи. Полная скорость течения газа, Q (м/сек), представляет собой количество газа, протекающего в единицу времени после сгорания, определяемое из количества топлива, подаваемого в печь в единицу времени (в секунду), и из количества кислородсодержащего газа, подаваемого в единицу времени (секунда) для сжигания топлива:
V=Q/D
(1)
Если, например, в качестве топлива подается метан, который сжигается в печи, протекает химическая реакция, представленная выражением (2). Количество газа, образованное в результате сжигания, можно рассчитать из количества топлива, подаваемого в печь, и количества кислородсодержащего газа, подаваемого на сжигание топлива. Количество газа предпочтительно рассчитывается, переводя количество в объем при фактической температуре и давлении в печи:
CH<sub>4</sub>+2O<sub>2</sub>->CO<sub>2</sub>+2H<sub>2</sub>O
(2)
Газ, образованный при сжигании в печи, течет выше пода к каналу 4 вывода отходящих газов или ниже пода к каналу 7 вывода отходящих газов в случае, когда канал 7 вывода отходящих газов предусмотрен в пространстве между воздушными горелками 5c и 5d, как показано на фиг.3. Таким образом, средняя скорость течения атмосферного газа в зоне от последней ступени восстановления до завершения плавления может быть рассчитана делением скорости потока газа, проходящего начальное положение последней ступени восстановления (положение между воздушной горелкой 5e и кислородной горелкой 5f на фиг.3), на площадь продольного сечения печи (область пути движения) в начальном положении последней ступени восстановления (место между воздушной горелкой 5e и кислородной горелкой 5f на фиг.3). В этом случае газ, проходящий начальное положение последней ступени восстановления, течет из права налево на фиг.3. Таким образом, скорость течения газа через начальное положение последней ступени восстановления можно определить, рассчитав полное количество газа после сжигания из количества топлива, подаваемого в кислородные горелки 5f-5h, и количества кислородсодержащего газа, подаваемого на сжигание топлива. Это так потому что, поскольку канал 7 вывода отходящих газов предусмотрен выше области между воздушными горелками 5c и 5d, то скорость течения газа, образованного сжиганием топлива в воздушных горелках 5a-5e, не влияет на среднюю скорость течения атмосферного газа в зоне от последней ступени восстановления до завершения плавления.
Среднюю скорость течения газа можно регулировать, подбирая число воздушных горелок и кислородных горелок, подбирая расположение воздушных горелок и кислородных горелок, или количества топлива и кислородсодержащего газа на сжигание топлива, подаваемого в воздушные горелки и кислородные горелки. Вместо воздушных горелок и кислородных горелок может использоваться горелка, в которую в единицу времени подается относительно большое количество газа, не участвующего в горении (газ, не вовлеченный в горение) (вторая горелка), и горелка, в которую в единицу времени подается относительно малое количество газа, которое не участвует в горении (первая горелка), причем «относительно большое» и «относительно малое» означает относительное сравнение при условии одинакового количества сжигаемого топлива.
Согласно настоящему изобретению ограничений на место, где устанавливается канал 7 вывода отходящих газов, не имеется. Однако, чтобы сделать скорость течения атмосферного газа как можно более низкой в зоне от последней ступени восстановления до завершения плавления, предпочтительно устанавливать канал 7 вывода отходящих газов в более ранней точке (ближе к месту, где подается сырьевая смесь), чем зона от последней ступени восстановления до завершения плавления.
Хотя ограничений на зону печи термического восстановления, где устанавливаются кислородные горелки, не имеется, горелка может устанавливаться, по меньшей мере, в зоне от последней ступени восстановления до завершения плавления. Кислородные горелки могут также использоваться во всех зонах печи термического восстановления.
Хотя ограничения на положение, где устанавливается кислородная горелка (первая горелка), отсутствуют, горелку предпочтительно устанавливать в месте, расположенном, по меньшей мере, на 1 метр выше поверхности пода. Это потому, что если кислородные горелки устанавливаются около пода, то скорость газа становится высокой, даже если вместо воздушных горелок используются кислородные горелки.
Чтобы уменьшить скорость течения атмосферного газа вблизи сырьевой смеси, предпочтительно устанавливать кислородные горелки (первые горелки) как можно дальше от поверхности пода. Однако, когда кислородные горелки устанавливают слишком далеко от пода, снижается эффективность нагревания. Установка кислородных горелок около верхней части может привести к ее повреждению, вызванному теплом от горелок. Таким образом, кислородные горелки (первые горелки) предпочтительно устанавливают в местах, отстоящих от поверхности верхней части, по меньшей мере, на 1 метр.
Концентрация кислорода в кислородсодержащем газе, подаваемом в кислородные горелки (первые горелки) предпочтительно является как можно более высокой, чтобы уменьшить скорость течения атмосферного газа. Это так, потому что более высокая концентрация кислорода ведет к более низкой концентрации газов, которые не участвуют в горении. Доля кислорода в подаваемом газе может составлять, например, 90 об.% или больше.
Далее будет описана конструкция печи термического восстановления с вращающимся подом, использующая в качестве средства регулирования скорости течения условие, что высота от пода до верхней части, по меньшей мере, в зоне от последней ступени восстановления до завершения плавления металлического железа во всей печи больше, чем высота от пода до верхней части в других зонах корпуса печи.
Фиг.4 представляет собой схематичный вид в сечении, показывающий пример частично измененной конструкции, показанной на фиг.3, где в боковые стенки корпуса 8 печи установлены нагревательные горелки 5a-5e и нагревательные горелки 5i-5k, причем область, где установлены нагревательные горелки 5i-5k, соответствует зоне от последней ступени восстановления до завершения плавления. На фиг.4 все нагревательные горелки являются воздушными горелками.
На фиг.4 показан корпус 8 печи, имеющей такую конфигурацию, что высота верхней части в зоне, где установлены нагревательные горелки 5i-5k, больше, чем высота верхней части в других зонах. Делая верхнюю часть выше таким способом, можно увеличить объем внутреннего пространства печи, соответствующий зоне от последней ступени восстановления до завершения плавления. Это, в свою очередь, позволяет сделать скорость течения атмосферного газа в печи меньше, чем в случае, когда верхняя часть в этой зоне ниже.
На фиг.5 показан график, показывающий соотношение между относительной величиной верхней части и относительным значением средней скорости течения атмосферного газа в печи.
Относительное значение высоты верхней части приведено в отношении высоты верхней части в зоне от последней ступени восстановления до завершения плавления, отнесенной к высоте верхней части в зонах до последней ступени восстановления (других зонах), принимая за эталон случай, когда высота верхней части между входной зоной, где загружается сырьевая смесь, и выходной зоной, где наружу выгружается гранулированное металлическое железо, не изменяется (а именно случай постоянной высоты верхней части, как показано на фиг.3).
Относительная величина средней скорости течения атмосферного газа приведена в отношении величины, рассчитанной из средней скорости течения газа при измененной высоте верхней части в зоне от последней ступени восстановления до завершения плавления, принимая за эталон случай, где высота верхней части между входной зоной, где загружается сырьевая смеси, и выходной зоной, где гранулированное металлическое железо выгружается наружу, не изменяется (а именно случай постоянной высоты верхней части, как показано на фиг.3). Средняя скорость течения газа рассчитывалась для места, где высота верхней части над подом изменяется (например, между нагревательными горелками 5e и 5i в случае, показанном на фиг.4).
Как ясно видно из фиг.5, скорость течения атмосферного газа в печи уменьшается при увеличении высоты верхней части.
Хотя на фиг.4 показан случай, когда в качестве нагревательных горелок используются только воздушные горелки, одна или множество кислородных горелок (первых горелок) могут также быть предусмотрены для части нагревательных горелок как средство регулирования скорости течения.
В примере конструкции, показанной на фиг.3 и 4, в печи может устанавливаться перегородка, чтобы до минимума снизить влияние, оказываемое скоростью течения атмосферного газа в других зонах печи на скорость течения атмосферного газа в зоне от последней ступени восстановления до завершения плавления в печи. Например, в случае, когда зона от последней ступени восстановления до завершения плавления является зоной, где установлены кислородные горелки 5f-5h, как показано на фиг.3, на верхней части может быть установлена подвесная перегородка между воздушной горелкой 5e и кислородной горелкой 5f. В этом случае выпускное средство может устанавливаться на верхней части каждой зоны, чтобы выводить отходящий газ наружу из каждой зоны.
Хотя был описан случай использования в качестве печи термического восстановления с движущимся подом печи термического восстановления с вращающимся подом, настоящее изобретение не ограничено печью термического восстановления с вращающимся подом, и может также применяться любой тип движущегося пода, например, печь термического восстановления прямого типа.
Как описано выше, способ получения гранулированного металлического железа в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, в котором гранулированное металлическое железо получают восстановлением сырьевой смеси, включающей материал, содержащий оксид железа и углеродсодержащий восстановитель, включает: этап загрузки сырьевой смеси на/под печи термического восстановления с движущимся подом; этап восстановления оксида железа из сырьевой смеси углеродсодержащим восстановителем посредством приложения тепла, образуя тем самым металлическое железо, последующего расплавления металлического железа, а затем коалесценции расплавленного металлического железа до гранулированного металлического железа с одновременным отделением расплавленного металлического железа от шлака, образующегося как побочный продукт; и этап охлаждения и отверждения металлического железа, при этом этап термического восстановления включает этап регулирования скорости течения атмосферного газа в заданной зоне печи в пределах заданного диапазона.
В соответствии со способом получения гранулированного металлического железа согласно настоящему изобретению, при получении гранулированного металлического железа в печи термического восстановления с движущимся подом качество гранулированного металлического железа можно улучшить посредством регулирования скорости течения атмосферного газа в заданной зоне печи в пределах заданного диапазона. В частности, можно повысить содержание C в гранулированном металлическом железе, а содержание S можно снизить.
В соответствии со способом получения гранулированного металлического железа согласно настоящему изобретению, скорость течения атмосферного газа в среднем находится предпочтительно в диапазоне от 0 метров в секунду до 5 метров в секунду. Когда скорость находится в пределах этого диапазона, восстановительная способность атмосферного газа поддерживается на высоком уровне, так что восстановление и науглероживание проходят с эффективностью, и таким образом содержание C в гранулированном металлическом железе можно повысить, а содержание S можно снизить.
Также, в соответствии со способом получения гранулированного металлического железа согласно настоящему изобретению, предпочтительно, чтобы заданная зона была зоной от последней ступени восстановления оксида железа до завершения плавления металлического железа. Это дает возможность улучшить качество гранулированного металлического железа при сохранении восстановительной атмосферы в этой зоне.
Также, в соответствии со способом получения гранулированного металлического железа согласно настоящему изобретению, предпочтительно, чтобы при нагреве печи термического восстановления использовались горелки, при этом первая горелка используется в заданной зоне, а в зоне или зонах, отличных от заданной зоны, используется вторая горелка, в которую в единицу времени подается большее количество газа, не участвующего в горении, чем в первую горелку, при одинаковом количестве топлива, сжигаемого в обеих горелках. В этом случае предпочтительно использовать кислородные горелки в заданной зоне и использовать, по меньшей мере, воздушные горелки в зоне или зонах, отличных от заданной зоны. Это дает возможность уменьшить полное количество газа, подаваемого в печь термического восстановления, по сравнению со случаем использования воздушных горелок как часть или как все нагревательные горелки в заданной зоне, при сохранении одинакового уровня выработки теплоты. В результате можно снизить скорость течения атмосферного газа в заданной зоне.
Устройство получения гранулированного металлического железа согласно другому аспекту настоящего изобретения, в соответствии с которым гранулированное металлическое железо получают восстановлением сырьевой смеси, включающей материал, содержащий оксид железа и углеродсодержащий восстановитель, содержит: печь термического восстановления для восстановления оксида железа из сырьевой смеси углеродсодержащим восстановителем посредством приложения тепла, образуя тем самым металлическое железо, последующего расплавления металлического железа, а затем коалесценции расплавленного металлического железа до гранулированного металлического железа с одновременным отделением расплавленного металлического железа от шлака, образующегося как побочный продукт; загрузочное средство, которое подает сырьевую смесь в печь термического восстановления; разгрузочное средство, которое выгружает гранулированное металлическое железо и шлак из печи термического восстановления; и разделительное средство, которое отделяет металлическое железо от шлака; причем печь термического восстановления содержит: корпус печи, движущийся под, который перемещает сырьевую смесь и металлическое железо в корпусе печи, нагревательное средство, которое нагревает сырьевую смесь в корпусе печи, и средство охлаждения, которое охлаждает и отверждает расплавленное металлическое железо, причем корпус печи имеет заданную зону, которая содержит средство управления для регулирования скорости течения атмосферного газа в пределах заданного диапазона.
Согласно описанному выше устройству получения гранулированного металлического железа согласно настоящему изобретению, поскольку скорость течения атмосферного газа в заданной зоне ниже, чем скорость в устройстве без средства регулирования скорости течения, можно удерживать более высокую восстановительную способность атмосферы в заданной зоне, чтобы получить гранулированное металлическое железо высокого качества. В частности, можно получить гранулированное металлическое железо с повышенным содержанием C и пониженным содержанием S.
Согласно устройству получения гранулированного металлического железа согласно настоящему изобретению, скорость течения атмосферного газа в заданной зоне в среднем предпочтительно находится в диапазоне от 0 метров в секунду до 5 метров в секунду, более предпочтительно в среднем в диапазоне от 0 метров в секунду до 2,5 метров в секунду. Это дает возможность сохранять восстановительную способность атмосферного газа в заданной зоне на высоком уровне, так что восстановление и науглероживание проходят с эффективностью, и таким образом можно повысить содержание C в гранулированном металлическом железе и понизить содержание S.
Также, в соответствии с устройством получения гранулированного металлического железа согласно настоящему изобретению, предпочтительно, чтобы заданная зона была зоной от последней ступени восстановления оксида железа до завершения плавления металлического железа. Это дает возможность получить гранулированное металлическое железо более высокого качества, так как восстановительная способность атмосферы в заданной зоне сохраняется на более высоком уровне, чем в других зонах.
Также, в соответствии с устройством получения гранулированного металлического железа согласно настоящему изобретению, предпочтительно, чтобы нагревательное средство содержало: первую горелку и вторую горелку, в которую в единицу времени подается большее количество газов, не участвующих в горении, чем в первую горелку, при условии сжигания одинакового количества топлива в обеих горелках, причем первую горелку устанавливают в заданной зоне, а вторую горелку устанавливают в другой зоне или зонах. В этом случае предпочтительно, чтобы первая горелка была кислородной горелкой, а вторая горелка была воздушной горелкой. Это дает возможность снизить полное количество газа, подаваемого в печь термического восстановления при сохранении того же уровня выработки теплоты, по сравнению со случаем использования воздушных горелок как части или как все нагревательные горелки в заданной зоне. В результате можно уменьшить скорость течения атмосферного газа в заданной зоне, чтобы получить гранулированное металлическое железо, имеющее более высокое содержание C и более низкое содержание S.
Также, в соответствии с устройством получения гранулированного металлического железа согласно настоящему изобретению, предпочтительно, чтобы первая горелка устанавливалась в место, отстоящее, по меньшей мере, на 1 метр от поверхности пода. Это позволяет не допустить, чтобы скорость течения атмосферного газа вблизи пода стала выше, чем при установке первой горелки около пода. В результате можно получить гранулированное металлическое железо более высокого качества.
Также, в соответствии с устройством получения гранулированного металлического железа согласно настоящему изобретению, предпочтительно, чтобы корпус печи имел такую форму, чтобы площадь канала течения атмосферного газа в заданной зоне (корпуса печи) была больше, чем площадь канала течения атмосферного газа в других зонах. Также предпочтительно, чтобы в устройстве получения гранулированного металлического железа согласно настоящему изобретению корпус печи имел такую форму, чтобы высота от пода до верхней части в заданной зоне (корпуса печи) была выше, чем высота от пода до верхней части в других зонах. Это дает возможность обеспечить скорость течения атмосферного газа в заданной зоне ниже, чем в случае корпуса печи с такой конфигурацией, в которой заданная зона имеет такую же площадь канала течения атмосферного газа, как и площадь канала течения атмосферного газа в других зонах. В результате можно получить гранулированное металлическое железо более высокого качества.
Также, в соответствии с устройством получения гранулированного металлического железа согласно настоящему изобретению, предпочтительно, чтобы корпус печи дополнительно содержал перегородку, которая отделяет заданную зону от других зон. Это позволяет независимо регулировать скорость течения атмосферного газа в заданной зоне и скорость течения атмосферного газа в других зонах, так что можно получить гранулированное металлическое железо более высокого качества.