ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУНА ПЕРЕДЕЛЬНОГО ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО

Предлагаемое техническое решение относится к технологии восстановления металла посредством нагрева слоя материала, содержащего оксид металла и углеродистый восстановитель и может быть использовано в производстве металлизированного продукта, например чугуна передельного высококачественного гранулированного, в печи с вращающимся подом.
В технологии прямого восстановления металла из железо-углеродсодержащего материала важное значение имеет выбор углеродистого восстановителя. Восстановитель должен обеспечивать эффективное взаимодействие с оксидом металла в течение всего времени обработки и по всему объему загруженного на под печи материала. В то же время углеродистый материал должен быть недефицитным и недорогим. Предпочтительно применение технологий подготовки сырьевых материалов к использованию в процессе прямого восстановления не требующих значительных энергетических затрат и специального дорогостоящего оборудования.
Известен способ частичного восстановления оксидов железа, включающий формирование и нагревание слоя реагентов на поде печи с вращающимся подом, в котором в качестве реагентов используют смесь мелкоизмельченной железной руды и измельченного углеродсодержащего материала и/иди микроагломераты мелкоизмельченной железной руды и измельченного углеродсодержащего материала, причем в качестве углеродсодержащего материала используют каменный уголь, который предварительно измельчают в порошок (патент РФ №2167943, С21В 13/08, 2001 г, [1]).
Основные недостатки известного решения: при использовании материала в виде микроагломератов неизбежны его значительные потери при различных технологических операциях, использование в реализации технологии печи с электрическим обогревом повышает затраты и снижает технико-экономические показатели процесса.
Известен «Способ получения расплавленного железа» (патент РФ №2293121, С21В 13/14, 2007 г., [2]), на первой стадии которого реализуется технология прямого восстановления металла посредством нагрева слоя материала, содержащего оксид металла и углеродистый восстановитель в печи с подвижным подом. Способ на первой стадии включает введение смеси исходных материалов, содержащих материал на основе оксида железа и углеродсодержащий восстановитель в нагревательную восстановительную печь с целью восстановления оксида железа в смеси исходных материалов с помощью углеродсодержащего восстановителя до твердого восстановленного железа.
Процесс реализуется на приведенной в описании технологической линии (Фиг.1), включающей участок подготовки железосодержащего материала, снабженный сушилкой, мельницей и линиями транспортировки материала, участок подготовки углеродсодержащего материала, снабженный дробилкой и линиями транспортировки материала, участок подготовки железо-углеродсодержащих агломератов, снабженный смесителем сырьевых железо-углеродсодержащих компонентов, связующего и вспомогательных материалов, агломерационной установкой, сушильной установкой и линиями транспортировки, связывающими его с участками подготовки сырьевых материалов и с печью с вращающимся подом, снабженной устройствами загрузки и выгрузки, форсунками для подачи топлива, соединенной линией подачи топлива с участком подготовки и подачи теплоносителя и через устройство для отвода отработанных газов с газоочистной установкой. В линии отвода отработанных газов печи перед газоочистной установкой установлены бойлер для извлечения тепла отходящих газов и рекуператор тепла, в виде воздушного теплообменника, соединенный линией подачи горячего воздуха с сушильной установкой.
Для осуществления процесса во вращающуюся печь подают очищенный от пыли отработанный горячий газ из плавильной печи со второй стадии данной технологии - получения расплавленного железа и топливо в виде природного газа или порошкообразного угля.
Основные недостатки известного решения заключаются в следующем.
Подача во вращающуюся печь отработанного горячего газа из плавильной печи со второй стадии процесса требует дополнительных затрат на обеспылевание газа, а учитывая, что очищаемый газ имеет высокую температуру такая очистка весьма затратив и малоэффективна, как технологически, так и в плане срока службы очистного оборудования. При недостаточно высокой степени очистки от пыли возможно ее накопление во вращающейся печи, что приведет к нарушениям стабильной непрерывной работы оборудования.
Подача во вращающуюся печь топлива в виде природного газа или порошкообразного угля повышает затраты на реализацию технологии, как по стоимости реагентов, так и по оборудованию. Недостаточная прочность агломерированного шихтового материала.
Известна технологическая линия для производства металлизированного продукта, включающая участок дробления угля, участок подготовки железо-углеродсодержащих агломератов, снабженный смесителем сырьевых железо-углеродсодержащих компонентов, агломерационной установкой, сушильной установкой, участок подготовки и подачи теплоносителя, печь металлизации с вращающимся подом, снабженная устройствами загрузки и выгрузки, форсунками для подачи топлива, соединенная линиями транспортировки с участком подготовки железо-углеродсодержащих агломератов, участком подготовки и подачи теплоносителя и через устройство для отвода отработанных газов с газоочистной установкой, причем в линии отвода отработанных газов перед газоочистной установкой установлен рекуператор тепла в виде воздушного теплообменника, соединенный линией подачи горячего воздуха с сушильной установкой, в которой участок подготовки и подачи топлива снабжен не менее чем двумя угольными газификаторами, каждый из которых соединен линиями транспортировки с участком дробления угля и линией подачи газообразного топлива с форсунками печи металлизации, с которой также соединен рекуператор тепла линией подачи горячего воздуха.
Кроме того, участок дробления угля может быть снабжен не менее чем двумя дробилками, а сушильная установка может быть снабжена газоотводящим устройством, соединенным с газоочистной установкой (патент РФ на полезную модель №87166, С21В 13/08, 2009 г., [3]),
Составной частью известной технологической линии для производства металлизированного продукта является технологическая линия подготовки шихтовых материалов, включающая склады железосодержащего материала в виде железо - рудного концентрата и углеродсодержащего материала в виде каменного угля, участок подготовки железо-углеродсодержащего материала, соединенный линиями транспортировки со складами исходных сырьевых материалов и снабженный оборудованием для дробления угля, устройствами дозирования и смесителем сырьевых железо-углеродсодержащих компонентов, агломерационной установкой, сушильной установкой и линией транспортировки скомпонованного шихтового материала в отделение производства металлизированных окатышей, при этом сушильная установка соединена линией подачи горячего воздуха с рекуператором тепла, установленном в линии отвода отработанных газов печи металлизации.
По назначению, технической сущности, наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога.
Основной недостаток известного решения - недостаточно высокая прочность получаемого агломерированного материала, что приводит к значительным непроизводительным потерям шихтовых материалов, к снижению эффективности процесса.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение технико-экономических показателей процесса восстановления металла из скомпонованного железо-углеродсодержащего материала в печи с вращающимся подом.
Техническими результатами являются получение однородной шихтовой смеси в брикетированном виде, повышение прочности брикетов, обеспечивающее повышение реакционной способности шихты и снижение потерь шихтовых материалов.
Технические результаты достигаются тем, что в технологической линии для производства чугуна передельного высококачественного гранулированного, включающей склады железосодержащего материала в виде железорудного концентрата и углеродсодержащего материала в виде каменного угля, участок подготовки железо-углеродсодержащего материала, соединенный линиями транспортировки со складами исходных сырьевых материалов и содержащий оборудование для дробления угля, устройства дозирования и смеситель сырьевых железо-углеродсодержащих материалов, сушильную установку и линию транспортировки железо-углеродсодержащего материала в отделение производства чугуна передельного высококачественного гранулированного, содержащее печь металлизации с вращающимся подом с устройством для отвода отработанных газов, соединенным линией отвода отработанных газов с газоочистной установкой, и угольными газификаторами, соединенными с линией подачи газообразного топлива в печь металлизации с вращающимся подом, причем, в линии отвода отработанных газов установлен рекуператор тепла, в виде воздушного теплообменника, соединенный линией подачи горячего воздуха с сушильной установкой, участок подготовки железо-углеродсодержащего материала снабжен установкой для получения железо-углеродсодержащих брикетов, выполненной в виде пресса штемпельного, и оборудованием, для тонкого измельчения угля и разделения его на фракции, которое. соединено линией транспортировки с/бункером устройства дозирования железорудного концентрата и ^линией возврата угля на устройство для тонкого измельчения.
При этом линии транспортировки шихтовых материалов к устройствам дозирования могут быть снабжены вертикальными винтовыми транспортерами.
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает следующее.
Предлагаемое решение и решение по ближайшему аналогу характеризуются сходными признаками.
Технологические линии по известному решению и по предлагаемому включают:
- склады железосодержащего материала в виде железо - рудного концентрата и углеродсодержащего материала в виде каменного угля;
- участок подготовки железо-углеродсодержащего материала, снабженный:
- линиями транспортировки исходных материалов от складов;
- оборудованием для дробления угля;
- устройством дозирования сырьевых железо-углеродсодержащих компонентов;
- смесителем сырьевых компонентов;
- сушильной установкой;
- линией транспортировки железо-углеродсодержащего материала в отделение производства металлизированного продукта;
- печь металлизации с вращающимся подом, снабженная;
- устройством отвода отработанных газов;
- линией отвода отработанных газов;
- газоочистной установкой;
- угольные газификаторы;
- линии подачи газообразного топлива в печь металлизации с вращающимся подом;
- рекуператор тепла, в виде воздушного теплообменника, установленный в линии отвода отработанных газов перед газоочистной установкой;
- линия подачи горячего воздуха с рекуператора на сушильную установку.
Предлагаемая технологическая линия также характеризуется признаками, отличными от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу:
- участок подготовки железо-углеродсодержащего материала снабжен:
- установкой для получения железо-углеродсодержащих брикетов;
- установка выполнена в виде пресса штемпельного;
- оборудованием для тонкого измельчения угля и разделения его на фракции;
- оборудование для тонкого измельчения угля и разделения его на фракции соединено линией транспортировки с бункером устройства дозирования железо-рудного концентрата и линией возврата угля на устройство для тонкого измельчения.
Кроме того, линии транспортировки шихтовых материалов могут быть снабжены вертикальными винтовыми транспортерами.
Наличие в предлагаемом решении признаков, отличных от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения условию патентоспособности полезной модели «новизна».
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.
В технологии прямого восстановления металла из железо-углеродсодержащего материала, содержащего оксид металла и восстановитель, важное значение имеет вид углеродистого восстановителя, состав и вид шихтового материала, загружаемого в печь. Восстановитель должен обеспечивать эффективное взаимодействие с оксидом металла в течение всего времени обработки и по всему объему загруженного на под печи материала. Существенным моментом, также влияющим и на процесс восстановления и на снижение непроизводительных потерь шихтовых, материалов, является вид шихтового материала - брикеты, их прочностные и технологические характеристики.
В предлагаемом решении участок дробления угля дополнительно снабжен устройством для тонкого измельчения угля, используемого в качестве углеродистого компонента шихты. При этом, наличие оборудования для тонкого измельчения угля и разделения его на фракции, наличие линии транспортировки измельченного до необходимой крупности угля в бункер устройства дозирования железо - рудного концентрата, наличие линии возврата некондиционных фракций угля на устройство для тонкого измельчения для доизмельчения гарантированно обеспечивает получение необходимого углеродистого восстановителя. Таким образом, шихтовые материалы представлены частицами одинакового размера:
измельченный уголь - до 1 мм, железорудный концентрат - (-1+0,074 мм), что позволяет на смешении получить однородную шихтовую смесь, а выполнение установки для получения скомпонованной шихты в виде пресса штемпельного обеспечивает получение плотных брикетов, имеющих достаточно высокую прочность (и в сыром виде и после термообработки-сушки). Полученные брикеты обладают необходимой и достаточной прочностью, что снижает непроизводительные потери шихтовых материалов при транспортировке и загрузке, однородны по «упаковке» шихтовых материалов в самом брикете, что обеспечивает эффективное взаимодействие углерода с оксидом металла в течение всего времени обработки и по всему объему. Оснащение линий транспортировки шихтовых материалов вертикальными винтовыми транспортерами обеспечивает транспортировку и необходимую загрузку материалов в различные устройства технологической линии.
Предлагаемая технологическая линия подготовки шихтовых материалов для производства металлизированного продукта включает (фиг.1) склад железорудного концентрата (жрк) 1, с силосом 2, который соединен линией транспортировки 3, снабженной вертикальным винтовым транспортером 4, с раздаточным бункером 5, участка получения брикетированной шихты, склад угля 6, соединенный линией транспортировки 7 с участком дробления угля, оснащенном дробилкой 8, соединенной линией транспортировки 9 с устройством для разделения дробленного угля 10, выполненным в виде грохота, соединенным линией транспортировки 11 крупных фракций угля с участком получения топливного газа, который включает раздаточный бункер 12, делитель 13 и снабжен не менее чем двумя угольными газификаторами 14 и линией транспортировки 15 с вертикальным винтовым транспортером 16 для подачи угля в бункер 17 с последующей подачей в устройство для тонкого измельчения 18, которое соединено с устройством для разделения полученного материала 19, соединенным линией транспортировки 20 с раздаточным бункером 21 участка получения брикетированной шихты и линией возврата 22 с вертикальным винтовым транспортером более крупных фракций измельченного угля в бункер 17. Раздаточные бункера шихтовых материалов 5, 21 снабжены дозирующими устройствами 23,24 и линиями подачи с дозирующим устройством 25 для подачи шихтовых материалов в шнековый смеситель 26, подающим материал на установку 27 для получения брикетированной шихты, выполненную в виде штемпельного пресса, соединенного с сушильной установкой 28, которая снабжена линией подачи горячего воздуха 29 и линией подачи 30 брикетированного высушенного материала к загрузочному устройству 31 печи металлизации 32 с вращающимся подом, снабженной также линией подачи газообразного топлива 33 от угольных газификаторов 14 на форсунки печи 32, разгрузочным устройством 34, полученных в процессе материалов, газоотводящим устройством 35, которое соединено через рекуператор тепла 36 с газоочистной установкой 37
Технологическая линия работает следующим образом. Железорудный концентрат (-1+0,074 мм) со склада 1 поступает в силос 2 и по линии транспортировки 3 в вертикальный винтовой транспортер 4, а затем в раздаточный бункер 5, участка получения брикетированной шихты,
Уголь со склада 6 по линии транспортировки 7 поступает на дробилку 8, а затем по линии транспортировки 9 на устройство для разделения 10 дробленого угля на фракции. Крупные фракции угля (предпочтительно 12-50 мм) по линии транспортировки 11 поступают в раздаточный бункер 12, а затем через делитель 13 на угольные газификаторы 14. Фракции дробленого угля (предпочтительно менее 12 мм) по линии транспортировки 15 поступают на вертикальный винтовой транспортер 16 для подачи угля в бункер 17 с последующей подачей в устройство для тонкого измельчения 18.
После обработки материал поступает на устройство для разделения, полученного материала 19, а затем измельченный уголь (до 1 мм) по линии транспортировки 20 поступает в раздаточный бункер 21 участка получения брикетированной шихты. Уголь крупнее 1 мм по линии возврата 22 поступает в бункер 17 и снова поступает на устройство 18 для доизмельчения.
Из раздаточных бункеров шихтовых материалов 5, 21 по линиям подачи 23,24 компоненты шихты поступают на шнековый смеситель с дозирующим устройством 25 и далее поступают в шнековый смеситель 26, а затем на установку для получения брикетированной шихты 27, выполненную в виде штемпельного пресса.
Полученный брикетированный материал поступает в сушильную установку 28, которая снабжена линией подачи горячего воздуха 29 от рекуператора тепла 36 устройства отвода отходящих газов и линией подачи брикетированного высушенного материала 30 на загрузочное устройство 31 печи металлизации 32.
По линии подачи газообразного топлива 33 от угольных газификаторов 14 на форсунки печи 32 подают газообразное топливо для обеспечения течения реакции восстановления. Полученные продукты реакции разгрузочным устройством 34 извлекаются с вращающегося пода печи 32, а образующиеся в процессе газы отводятся газоотводящим устройством 35, которое соединено через рекуператор тепла 36 с газоочистной установкой 37 с последующим выбросом в атмосферу.
Использование предлагаемой технологической линии для производства чугуна передельного высококачественного гранулированного в печи с вращающимся подом позволяет расширить технологические возможности процесса, повысить эффективность процесса восстановления, снизить непроизводительные потери шихтовых материалов и повысить технико-экономические показатели технологии прямого восстановления металла из железо-углеродсодержащего материала в печи с вращающимся подом.
ИНФОРМАЦИЯ
1. Патент РФ №2167943, С21В 13/08, 2001 г.
2. Патент РФ №2293121, С21В 13/14, 2007 г.
3. Патент РФ на полезную модель №87166, С21В 13/08, 2009 г.