ПОДАЧА ТВЕРДЫХ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОЦЕССЕ ПРЯМОЙ ПЛАВКИ
SOLID CHARGE LOADING DURING DIRECT MELTING

Изобретение относится к установке и способу прямой плавки для получения расплавленного металла из такого металлосодержащего шихтового материала, как руда, частично восстановленная руда и содержащих металл отходов.
В частности, настоящее изобретение относится к установке и способу прямой плавки для получения расплавленного железа из содержащего железо шихтового материала.
В частности, настоящее изобретение относится к средству подачи твердых материалов для введения твердого углеродного материала в емкость для прямой плавки.
Известный процесс прямой плавки, основанный на применении ванны расплавленного металла в качестве реакционной среды, называется общим термином «HIsmelt». Применительно к получению расплавленного железа процесс HIsmelt включает в себя следующие этапы:
(а) формирование ванны расплавленного железа и шлака в емкости для прямой плавки;
(б) введение в ванну: (i) металлосодержащего шихтового материала, обычно в виде мелочи; и (ii) твердого углеродного материала, обычно - угля, действующего как восстановитель железной руды и источник энергии; и
(в) плавка металлосодержащего шихтового материала в железо в слое металла.
Термин «плавка» здесь означает термическую обработку, при которой идут химические реакции, восстановления оксидов металла, для получения расплавленного металла.
В процессе HIsmelt металлосодержащий шихтовый материал и твердый углеродный материал вводят в ванну расплавленного металла через несколько фурм, наклонных относительно вертикали и проходящих вниз и внутрь через боковую стену емкости для прямой плавки и в нижнюю область емкости для доставки по меньшей мере части твердого материала в слой металла на дне емкости. Для содействия дожиганию реакционных газов в верхней части емкости осуществляют вдувание горячего содержащего кислород газа, обычно - воздуха или обогащенного кислородом воздуха, в верхнюю область емкости по проходящей вниз фурме. Отходящие газы дожигания реакционных газов уходят из верхней части емкости по каналу для отходящих газов. Емкость имеет футерованные охлаждаемые водой панели в боковых стенах и в своде; и вода циркулирует непрерывно по панелям в замкнутом цикле.
Процесс HIsmelt позволяет получать большие количества расплавленного металла, например - расплавленного железа, прямой плавкой в единственном компактном агрегате.
Но для достижения этого эффекта необходимо подавать в фурмы для введения твердых материалов большие количества твердого шихтового материала - руды, углеродного материала и флюса (обычно - известняка и доломита).
Важным вопросом является проведение процесса Hismelt в течение кампаний плавки, длящихся по меньшей мере 12 месяцев. Термин «кампания плавки» в данном случае означает ведение процесса HIsmelt без полной остановки процесса - конечного слива расплавленного металла и шлака из емкости для прямой плавки. Кампании плавки такой длительности зависят от ряда факторов. Одним из этих факторов является надежное введение шихтового материала в емкость.
Изобретение обеспечивает эффективное и надежное средство подачи твердых материалов для введения твердого шихтового материала в емкость для прямой плавки во время кампании плавки согласно процессу HIsmelt.
В частности, изобретение обеспечивает средство подачи твердых материалов, которое сводит к минимуму риск прерываний подачи твердого углеродного материала, которые могут вызвать остановку кампании процесса HIsmelt. Надежное снабжение твердым углеродным материалом емкости для прямой плавки представляет собой особую важность для обеспечения кампаний плавки длительностью по меньшей мере в 12 месяцев. Процесс HIsmelt можно вести в течение неограниченного времени при условии снабжения емкости содержащим кислород газом, обычно - горячим дутьем; и снабжения твердым углеродным материалом - обычно углем. Перерыв в снабжении углеродного материала свыше 8-12 часов приводит к необходимости конечного слива из емкости, в результате чего возникает значительный по времени простой.
В общем: изобретение обеспечивает средство подачи углеродного материала в емкость для прямой плавки, отличающееся автономным снабжением фурм углеродным материалом в целях введения углеродного материала в емкость. Автономная подача углеродного материала сводит к минимуму возможные неблагоприятные последствия неисправности одной или нескольких фурм, или неисправности средства введения углеродного материала для данной фурмы или фурм.
Согласно настоящему изобретению предлагается установка прямой плавки для получения расплавленного металла из металлосодержащего шихтового материала посредством прямой плавки; причем установка прямой плавки содержит:
(а) емкость для прямой плавки, содержащую ванну расплавленного металла и шлака, и газовое пространство над ванной;
(б) средство подачи твердых материалов в виде средства для введения измельченного или пылевидного твердого углеродного материала в емкость; причем средство подачи углеродного материала содержит средство измельчения или измельчения в порошок для получения измельченного или пылевидного твердого углеродного материала; множество фурм для введения углеродного материала в емкость и средство введения углеродного материала для снабжения фурм измельченным или пылевидным углеродным материалом под давлением и для введения углеродного материала в емкость по фурмам; причем средство введения углеродного материала выполнено с возможностью снабжения углеродным материалом каждой фурмы независимо от снабжения углеродным материалом другой фурмы или фурм, в результате чего неисправность одной или нескольких фурм, или неисправность средства введения углеродного материала для этой фурмы или фурм не препятствует снабжению углеродным материалом работающей другой фурмы или остальных фурм;
(в) отдельное средство подачи твердых материалов в виде средства введения твердого металлосодержащего шихтового материала в емкость; при этом средство подачи металлосодержащего шихтового материала содержит множество фурм для введения металлосодержащего шихтового материала в емкость;
(г) средство введения газа для введения содержащего кислород газа в емкость;
(д) канал отходящих газов для выведения из емкости потока отходящих газов;
(е) средство выпуска металла для выпуска расплавленного металла из емкости и для транспортирования расплавленного металла от нее; и
(ж) средство выпуска шлака для выпуска шлака из емкости и для транспортирования шлака от нее.
Упоминаемое выше независимое снабжение углеродным материалом фурм для введения углеродного материала сводит к минимуму возможное неблагоприятное последствие неисправности фурмы (фурм), или неисправности средства введения углеродного материала для этой фурмы (фурм).
Могут возникать положения, когда прекращение снабжения углеродным материалом одной или нескольких фурм на короткое время не будет представлять собой серьезной проблемы, и процесс сможет продолжаться без изменения количества углеродного материала, подаваемого другой фурмой или остальными фурмами, и за счет соответствующей корректировки других эксплутационных условий процесса.
Но в ситуациях, когда прекращение снабжения углеродным материалом одной или нескольких фурм нежелательно, предпочтительно, чтобы средство введения углеродного материала было в состоянии подавать увеличенные количества углеродного материала к другой фурме или остальным фурмам, чтобы по меньшей мере отчасти компенсировать прекращение снабжения, через неисправную фурму или фурмы.
Средство введения углеродного материала предпочтительно содержит бункер для хранения измельченного или пылевидного твердого углеродного материала.
Бункер предпочтительно выполнен с возможностью хранения измельченного или пылевидного твердого углеродного материала под давлением окружающей среды.
Бункер предпочтительно выполнен с возможностью содержать количество измельченного или пылевидного твердого углеродного материала, необходимое для 10 часов, более предпочтительно - по меньшей мере для 12 часов работы процесса прямой плавки с полной производительностью.
Средство введения углеродного материала предпочтительно имеет отдельные линии снабжения для каждой фурмы.
Средство введения углеродного материала предпочтительно содержит единое устройство, в состав которого входит бункер и средство подачи измельченного или пылевидного углеродного материала из бункера хранения в каждую линию снабжения.
Бункер предпочтительно выполнен с возможностью разделения углеродного материала на множество единообразных потоков для подачи их в линии снабжения.
Средство введения углеродного материала содержит средство подачи измельченного или пылевидного углеродного материала под давлением из бункера в каждую линию снабжения.
Средство подачи предпочтительно содержит ряд воронок-затворов для приема измельченного или пылевидного углеродного материала из бункера и для хранения материала под давлением.
Средство подачи предпочтительно содержит средство снабжения воронок-затворов инертным газом для создания избыточного давления в воронках-затворах.
Средство подачи предпочтительно содержит средство подачи, соединенное с воронками-затворами, для приема и доставки регулируемых количеств находящегося под давлением измельченного или пылевидного углеродного материала из воронок-затворов в линии снабжения.
Средство подачи предпочтительно содержит средство для ввода инертного газа в линии снабжения для транспортирования измельченного или пылевидного углеродного материала под давлением по линиям снабжения в фурмы; при этом каждая фурма принимает и вводит в емкость отдельный поток углеродного материала из бункера.
Фурмы для введения измельченного или пылевидного углеродного материала и металлосодержащего шихтового материала предпочтительно расположены как диаметрально противоположные пары.
Средство подачи предпочтительно вводит разный твердый загружаемый материал в соседние фурмы.
Средство подачи металлосодержащего материала предпочтительно содержит основную линию снабжения и пару отводных линий для ввода металлосодержащего шихтового материала в фурмы или в каждую пару фурм.
Средство подачи металлосодержащего материала предпочтительно содержит средство введения горячего металлосодержащего шихтового материала для снабжения предварительно нагретого металлосодержащего шихтового материала в основную линию или линии снабжения средства подачи.
Металлосодержащим шихтовым материалом предпочтительно является рудная мелочь.
о
о
Средство введения горячего металлосодержащего шихтового материала предпочтительно предварительно нагревает рудную мелочь для введения в емкость при температуре в пределах 650-700С, более предпочтительно - около 680С.
Установка предпочтительно содержит средство подачи твердых материалов для введения флюса в емкость.
Средство подачи флюса предпочтительно содержит средство введения флюса для ввода флюса под давлением по меньшей мере в одну линию снабжения средства подачи углеродного материала.
Флюсом предпочтительно является доломит.
Средство подачи флюса предпочтительно содержит средство введения флюса для ввода флюса под давлением по меньшей мере в одну основную линию снабжения средства подачи металлосодержащего материала.
Флюсом предпочтительно является известняк.
Установка предпочтительно включает в себя средство подачи твердых материалов для введения в емкость оксидов в виде лома.
Установка предпочтительно содержит средство подачи оксидосодержащих отходов под давлением по меньшей мере в одну линию снабжения средства подачи углеродного материала.
Емкость предпочтительно является вертикальным цилиндром, и множество фурм для введения твердых материалов расположены с интервалом по периметру емкости.
Боковая стена емкости предпочтительно содержит охлаждаемые водой панели.
Емкость предпочтительно имеет свод, и свод содержит охлаждаемые водой панели.
Средство выпуска металла предпочтительно содержит копильник.
Содержащим кислород газом предпочтительно является воздух или обогащенный кислородом воздух.
Согласно изобретению также предусмотрено средство подачи твердых материалов в емкость установки прямой плавки для получения расплавленного металла из металлосодержащего шихтового материала в процессе прямой плавки; причем средство подачи твердых материалов содержит средство для введения измельченного или пылевидного твердого углеродного материала в емкость; средство подачи углеродного материала содержит средство измельчения или измельчения в порошок для получения измельченного или пылевидного твердого углеродного материала; множество фурм для введения углеродного материала в емкость и средство введения углеродного материала для снабжения фурм измельченным или пылевидным углеродным материалом под давлением и для введения углеродного материала в емкость по фурмам; причем средство введения углеродного материала выполнено с возможностью снабжения углеродным материалом каждой фурмы независимо от снабжения углеродным материалом другой фурмы или фурм, в результате чего неисправность одной или нескольких фурм, или неисправность средства введения углеродного материала для этой фурмы или фурм не препятствует снабжению углеродным материалом другой работающей фурмы или фурм.
Согласно настоящему изобретению также предложен процесс прямой плавки для получения расплавленного металла из металлосодержащего шихтового материала в упомянутой установке для прямой плавки, согласно которому приготавливают измельченный или пылевидный твердый углеродный материал и обеспечивают отдельные потоки измельченного или пылевидного углеродного материала под давлением для множества фурм, проходящих в емкость установки для прямой плавки и вводящих измельченный или пылевидный углеродный материал в емкость через фурмы.
В ситуации, когда необходимо вывести из действия одну или несколько фурм или средство введения углеродного материала для этой фурмы или фурм, процесс предпочтительно предусматривает подачу увеличенных количеств измельченного или пылевидного углеродного материала для другой фурмы или остальных фурм, чтобы по меньшей мере частично компенсировать прекращение подачи материалов в емкость.
Ниже приводится более подробное описание изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - схематическое изображение средства подачи твердых материалов в емкость установки для прямой плавки, согласно одному из осуществлений настоящего изобретения; и
фиг.2 - подробное схематическое изображение показываемого на фиг.1 средства подачи твердых материалов для углеродного материала, доломита и оксидных отходов.
2
Фиг.1 показывает средство подачи твердых материалов, которое обеспечивает подачу твердых шихтовых материалов, т.е. угля, флюса, рудной мелочи и оксидных отходов, а также газа носителя N в емкость для прямой плавки SRV - как часть процесса прямой плавки руды и получения расплавленного чугуна в емкости SRV.
Емкость SRV может быть любым емкостью для осуществления процесса прямой плавки, например - описываемого выше процесса HIsmelt.
Патентная заявка Австралии №27990/01 на имя данного заявителя описывает общую конструкцию емкости для процесса HIsmelt, и раскрытие упомянутой патентной заявки включено в данный документ в качестве перекрестной ссылки.
В основном, емкость для процесса HIsmelt, описываемая в патентной заявке Австралии №27990/01, содержит: горн (не показан), состоящий из днища и боковых стенок, сформированных из огнеупорного кирпича; боковые стены 5, которые формируют по существу цилиндрический барабан, проходящий вверх от боковых сторон днища и содержащий верхнюю секцию барабана и нижнюю секцию барабана; свод (не показан); выход для отходящих газов (не показан); копильник (не показан) для непрерывного выпуска расплавленного металла; и летку (не показана) для выпуска расплавленного шлака.
Емкость SRV содержит ванну расплавленного железа и шлака, которая содержит слой расплавленного металла и слой расплавленного шлака над слоем металла.
Емкость SRV снабжена проходящей вниз фурмой для введения газа (не показана), которая обеспечивает вдувание горячего воздуха в верхнюю область емкости, и восемь фурм 7а, 7b, проходящих вниз и внутрь через боковую стену 5 и в слой шлака, и вводящих руду, твердый углеродный материал и флюсы, транспортируемые газом-носителем с низким содержанием кислорода в слой металла.
Фурма для введения газа принимает поток обогащенного кислородом горячего воздуха по каналу снабжения горячего газа (не показан), который идет от станции снабжения горячего газа (не показана), расположенной на некотором расстоянии от емкости SRV.
Положение фурм 7а, 7b для введения твердых материалов выбрано таким, чтобы их выходные концы находились над поверхностью слоя металла во время процесса прямой плавки. Это положение фурм снижает риск повреждения из-за контакта с расплавленным металлом и также обеспечивает возможность охлаждения фурм при помощи принудительного внутреннего водяного охлаждения, без значительного риска попадания воды на расплавленный металл в емкость SRV.
Фурмы 7а, 7b введения твердых материалов составляют часть средства подачи твердых материалов, через которое подают уголь, флюс (обычно - доломит и известняк), оксидные отходы и руду в фурмы 7а, 7b и вводят твердые материалы в емкость SRV по фурмам во время процесса прямой плавки.
2
Средство подачи твердых материалов содержит средство подачи руды, которое подает руду в виде рудной мелочи для каждой из четырех фурм 7а, расположенных в виде диаметрально противоположных пар фурм 7а; и вводит мелочь через фурмы 7а в емкость SRV во время действия процесса прямой плавки. Средство подачи руды имеет два средства введения горячей руды под общим обозначением 31, и основные линии 33 снабжения и отводные линии 35 снабжения, соединяющие средство 31 введения горячей руды и фурмы 7а. Каждое средство 31 введения горячей руды подает горячую рудную мелочь в одну из диаметрально противоположных пар фурм 7а по основной линии 33 снабжения и отводным линиям 35, которые взаимно соединяют средство 31 введения горячей руды и пару фурм. Газ-носитель N транспортирует горячую рудную мелочь из средства 31 - введения горячей руды по основным линиям 33 снабжения и отводным линиям 35 в фурмы 7а и вводит горячую рудную мелочь в емкость SRV.
Средство подачи твердых материалов также содержит средство подачи угля, которое направляет отдельные потоки угля в виде сухого и измельченного или пылевидного угля в четыре фурмы 7b введения, также расположенные в виде диаметрально противоположных пар, и вводит уголь через фурмы в емкость SRV во время процесса прямой плавки.
Средство подачи угля подает уголь для каждой фурмы 7b независимо от других фурм 7b, и поэтому неисправность одной или нескольких фурм, или неисправность средства подачи угля для снабжения углем этой фурмы или фурм не предотвратит снабжение угля для другой фурмы или фурм.
Средство подачи угля содержит установку высушивания и измельчения угля под общим обозначением 9 и средство введения угля под общим обозначением 11.
Уголь со склада (не показан), который может быть влажным углем, поступает по транспортеру угля в установку 9 высушивания и измельчения угля.
Установка 9 высушивания и измельчения угля имеет промежуточный бункер влажного угля (не показан) для хранения угля.
Установка 9 также имеет подающие механизмы влажного угля (не показаны), которые берут уголь из промежуточного бункера и подают его в дробилку (не показана) установки 9. Дробилка мелко дробит и высушивает влажный уголь, чтобы тот соответствовал техническим условиям его введения в емкость SRV.
Установка 9 также содержит систему извлечения сухого угля (не показана), состоящую из циклонов и/или мешочных фильтров, которые извлекают сухой измельченный/пылевидный уголь из дробилки и направляют его в средство 11 вдувания пылеугольного топлива.
Средство 11 вдувания пылеугольного топлива имеет бункер 13, в котором под давлением окружающей среды хранится уголь, поступивший из установки 9 высушивания и измельчения угля. Обычно бункер 13 может содержать количество угля, достаточное, чтобы установка могла работать с полной производительностью в течение 10 часов. Бункер 13 содержит четыре проходящих вниз выполненных заодно с ним патрубка (не показаны), которые формируют четыре отдельных выхода угля из бункера. Патрубки обеспечивают единообразные потоки угля из бункера 13. Как упомянуто ниже, уголь, выходящий по каждому выходному патрубку, подается в одну из четырех фурм 7b вдувания пылеугольного топлива. Уголь, поступающий в верхнюю секцию бункера 13, поступательно перемещается вниз в бункере 13 и в выходных патрубках по мере выхода угля из бункера 13 по патрубкам выхода. Выходные патрубки обеспечивают единообразное разделение угля, направляемого затем в фурмы 7b. Такой псевдоожижающий газ, как инертный газ, подается в бункер 13 для псевдоожижения угля по меньшей мере в выходных патрубках, чтобы свести к минимуму возможность заторов в выходных патрубках.
Средство 11 вдувания пылеугольного топлива также имеет отдельную линию 17 снабжения угля для каждой из четырех фурм 7b вдувания пылеугольного топлива.
Средство 11 вдувания пылеугольного топлива также имеет средство 15 снабжения, которое подает регулируемые количества угля из бункера 13 в линию 17 снабжения углем и транспортирует уголь под давлением по линиям 17 снабжения в фурмы 7b и вдувает пылеугольное топливо из фурм 7b в емкость SRV.
2
2
Средство 15 снабжения имеет четыре группы воронок-затворов 19, при этом каждая группа содержит предыдущий бункер и последующий бункер, барабанный питатель 21, соединенный с выходом каждого последующего бункера 19, и источник N, соединенный с воронками-затворами 19 и со входным концом барабанного питателя 21, для снабжения воронок-затворов 19 и барабанного питателя 21 газом N.
Нижняя воронка-затвор 19 каждой группы содержит уголь под давлением, обычно - 3 бар. Уголь подается в нижнюю воронку-затвор 19 каждой группы через верхнюю воронку-затвор 19 каждой группы.
2
Согласно обычной последовательности каждой группы воронок-затворов 19 верхняя воронка-затвор 19 группы открывается и под давлением окружающей среды принимает уголь из одного из четырех выходных патрубков бункера 13. После наполнения верхней воронки-затвора 19 она закрывается и в нее под избыточным давлением подается N, причем давление при этом повышается до давления в нижней воронке-затворе 19 этой группы. После создания нужного давления и после того, как нижняя воронка-затвор будет в достаточной степени опорожнена, нижняя воронка-затвор 19 открывается и уголь самотеком подается из верхней воронки-затвора 19 в нижнюю воронку-затвор 19. Эта рабочая последовательность применяется для каждой группы из четырех групп воронок-затворов 19.
2
Барабанные питатели 21 регулируют подачу угля из нижних воронок-затворов 19 для линии 17 снабжения пылеугольным топливом. Газ N подается во входные концы барабанных питателей 21 и транспортирует уголь под давлением по линиям 17 снабжения угля в фурмы и в емкость SRV по фурмам 7b.
Производительность каждого из четырех средств 15 снабжения выбирают такой, чтобы для подачи нужного количества угля для емкости SRV при обычных условиях процесса HIsmelt требовались только три средства 15. Соответственно, если одно из средств 15 снабжения или линий снабжения 17 или фурм 7b станут неисправными, то обычная работа процесса HIsmelt от этого не пострадает.
Средство подачи твердых материалов также направляет отдельные потоки доломита и оксидных отходов в фурмы 7 для вдувания пылеугольного топлива в емкость SRV.
Средство 25 подачи флюса содержит бункер 27 и средство 29 подачи, которое направляет отдельные потоки доломита под давлением в две линии из числа линий 17 снабжения. Производительность каждого из двух средств 25 подачи флюса выбирают такой, чтобы необходимо было только одно средство снабжения для подачи по меньшей мере по существу требуемого количества доломита для емкости SRV в обычных условиях эксплуатации процесса HIsmelt.
Средство 45 подачи оксидных отходов содержит бункер 47 и средство 49 подачи, которое подает отдельные потоки оксидных отходов под давлением в две линии 17 подачи, которые не являются линиями 17 снабжения угля, соединенными со средством 25 подачи флюса.
В описываемом выше варианте осуществления изобретения можно выполнить многие модификации в рамках идеи и объема настоящего изобретения.
Например, осуществление предусматривает единый бункер 13 для снабжения углем четырех фурм 7b, но настоящее изобретение не ограничивается этим техническим решением и может использовать несколько таких бункеров 13; например один бункер будет снабжать углем одну фурму 7b.
Еще один пример: согласно изложенному примеру осуществления изобретения установка содержит единый бункер 13, который снабжает углем четыре фурмы 7b, но настоящее изобретение не ограничивается этим техническим решением и может использовать несколько таких бункеров.
Еще один пример: изложенный пример осуществления изобретения включает в себя установку 9 высушивания и измельчения угля, но настоящее изобретение не ограничивается этим техническим решением и может использовать технические решения, согласно которым уголь подается в сухом виде и/или в таких пределах его размеров, для которых не требуется измельчение (или измельчение в порошок). Например, высушивание угля может и не потребоваться в странах с засушливым климатом, где уголь высушивается в естественных условиях.