УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА

Техническое решение относится к области черной металлургии, в частности, к устройствам, реализующим способы получения губчатого железа, путем прямого восстановления материала, содержащего оксид железа, углеродсодержащим восстановителем.
В качестве агрегата для получения губчатого железа путем прямого восстановления материала может быть использована трубчатая вращающаяся печь. Вместе с оксидами железа в печь загружают уголь (или коксовый возврат) в качестве восстановителя и различные технологические добавки.
В первой половине печи оксид железа нагревается, из угля отгоняются содержащиеся в нем летучие, а известняк или доломит обжигаются. Во второй половине происходит восстановление до металлического губчатого железа, причем благодаря дополнительным добавкам угля обеспечивается достаточно высокое содержание углерода в шихте и на выходе из печи. В некоторых способах применяют устройство для вдувания угля, чтобы ввести в шихту дополнительное количество свежего угля, начиная от выхода из печи. (см. В.Ф.Князев, «Бескоксовая металлургия железа», Изд-во «Металлургия», Москва, 1972 г., а также см. Н.А.Тулин, В.С.Кудрявцев и др. «Развитие бескоксовой металлургии», Изд-во «Металлургиям, 1987 г.[1].).
Известна «Установка для производства губчатого железа прямым твердофазным восстановлением из его оксидов» (см. Тулин Н.А., Кудрявцев B.C. и др. «Развитие бескоксовой металлургии», Изд-во «Металлургиям, 1987 г., стр.39-40, рис.1,19, [2].). Установка включает в себя противоточную трубчатую вращающуюся печь, снабженную загрузочной головкой, соединенной с системой подачи материала, содержащего оксид железа, а также углеродсодержащий материал, разгрузочную головку, в которой установлено устройство для подачи топлива в печь, соединенное с системой его подачи, фурмы для нагнетания воздуха во вращающуюся печь, расположенные по длине на корпусе печи, трубчатый вращающийся холодильник, над корпусом которого расположены душевые устройства для охлаждения холодильника, которые соединены с системой подачи воды, при этом разгрузочная головка вращающейся печи герметично соединена с загрузочной головкой вращающегося холодильника, разгрузочный конец которого герметично соединен с системой грохочения и системой магнитной сепарации.
Основной недостаток данной установки - проблемы, связанные с запуском вращающейся печи при использовании для разогрева печи только пылеугольного топлива. Затруднен выход агрегата на рабочий технологический режим, и достижение проектных показателей по получению губчатого железа.
Эти проблемы устраняются в известной установке для производства губчатого железа прямым твердофазным восстановлением из его оксидов, содержащей противоточную трубчатую вращающуюся печь, снабженную загрузочной головкой, соединенной с системой подачи материала, содержащего оксид железа, а также углеродсодержащий материал, разгрузочную головку, в которой установлено устройство для подачи угольного топлива в печь, соединенное с системой его подачи, фурмы для нагнетания воздуха во вращающуюся печь, расположенные по ее длине на корпусе печи, трубчатый вращающийся холодильник, над корпусом которого расположены душевые устройства, соединенные с системой подачи воды, причем разгрузочная головка вращающейся печи герметично соединена с загрузочной головкой вращающегося холодильника, разгрузочный конец которого герметично соединен с системой грохочения и системой магнитной сепарации, в которой разгрузочная головка вращающейся печи дополнительно снабжена пусковой жидкотопливной горелкой, соединенной с передвижной автономной топливной станцией, а устройство для подачи топлива во вращающуюся печь со стороны разгрузочной головки выполнено, по крайней мере, в виде одной пневматической пушки, соединенной с системой подачи мелкокускового бурого угля и системой сжатого воздуха, а загрузочная головка вращающейся печи соединена с системой подачи крупнокускового бурого угля, кроме того, душевые устройства вращающегося холодильника соединены с системой оборотного водоснабжения [3].
По назначению, по технической сущности, по наличию сходных признаков данное техническое решение выбрано в качестве ближайшего аналога.
Основным недостатком известного решения является малый срок службы газохода отходящих газов. Отходящие из печи газы содержат значительное количество горючих компонентов летучих веществ угля-восстановителя, загружаемого вместе с железооксидным материалом в печь. Сгорая в газоходе, данная смесь значительно повышает температуру в локальной области газохода, что и является причиной нарушения его целостности - прогорания. Следствием этого являются нарушения технологического режима работы печи, непроизводительные остановки на ремонт газохода, энергетические и материальные затраты, что приводит к снижению технико-экономических показателей процесса, к снижению качества продукции.
Задачей предлагаемого технического решения является снижение энергетических и материальных затрат, повышение технико-экономических показателей процесса.
Техническими результатами является утилизация части тепловой энергии отходящих газов, снижение температуры отходящих газов на входе в газоход системы газоочистки.
Технические результаты достигаются тем, что в установке для производства губчатого железа прямым восстановлением из его оксида, содержащей противоточную трубчатую вращающуюся печь, снабженную загрузочной головкой, соединенной с системой подачи шихтового материала, содержащего оксид железа и углеродсодержащий восстановитель, и с системой подачи крупнокускового угля, разгрузочную головку, в которой установлены устройство для подачи угольного топлива в печь и пусковая жидкотопливная горелка, фурмы для нагнетания воздуха во вращающуюся печь, расположенные по ее длине на корпусе печи, трубчатый вращающийся холодильник, над корпусом которого расположены душевые устройства, соединенные с системой подачи воды, причем разгрузочная головка вращающейся печи соединена с загрузочной головкой вращающегося холодильника, разгрузочный конец которого соединен с системой грохочения и системой магнитной сепарации, устройство для отвода из печи отработанных газов в систему газоочистки, установленное на загрузочном конце печи и соединенное с газоходом, между устройством для отвода из печи отработанных газов и газоходом системы газоочистки дополнительно установлена камера дожигания горючих компонентов отходящего газа, соединенная с котлом-утилизатором.
Сравнение предлагаемого технического решения с решением по ближайшему аналогу показывает следующее.
Предлагаемое решение и ближайший аналог характеризуются сходными признаками:
- установка для производства губчатого железа прямым восстановлением из его оксида;
- использование противоточной трубчатой вращающейся печи, снабженной:
- - загрузочной головкой, соединенной с системой подачи шихтового материала и с системой подачи крупнокускового угля;
- - разгрузочную головку, в которой установлены устройство для подачи угольного топлива в печь и пусковая жидкотопливная горелка;
- - фурмы для нагнетания воздуха во вращающуюся печь, расположенные по ее длине на корпусе печи;
- - трубчатый вращающийся холодильник, над корпусом которого расположены душевые устройства, соединенные с системой подачи воды;
- разгрузочная головка вращающейся печи соединена с загрузочной головкой вращающегося холодильника;
- разгрузочный конец холодильника соединен с системой грохочения и системой магнитной сепарации;
- устройство для отвода из печи отработанных газов в систему газоочистки, установленное на загрузочном конце печи и соединенное с газоходом.
Предлагаемое решение отличается от известного решения следующими признаками:
- между устройством для отвода из печи отработанных газов и газоходом системы газоочистки дополнительно установлена камера дожигания горючих компонентов отходящего газа;
- камера дожигания горючих компонентов отходящего газа, соединена с котлом-утилизатором.
Наличие в предлагаемом решении признаков, отличительных от признаков, характеризующих решение, принятое в качестве ближайшего аналога, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности полезной модели «новизна».
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.
Основные проблемы производства губчатого железа прямым восстановлением в противоточной трубчатой вращающейся печи это запуск печи и удаление из печи отходящих газов. В первом случае - для эффективного запуска печи и сокращения времени вывода на рабочий технологический режим необходима подача в печь дополнительной тепловой энергии, что достигается установкой в области разгрузочной головки вращающейся печи дополнительной пусковой жидкотопливной горелки, и выполнением устройство для подачи топлива во вращающуюся печь со стороны разгрузочной головки в виде, по крайней мере, одной пневматической пушки, соединенной с системой подачи мелкокускового угля и системой сжатого воздуха. При этом пусковая жидкотопливная горелка выполняется съемной, соединена с передвижной автономной топливной станцией, а устанавливается на печь в пусковой период или в случаях технологической потребности по ходу ведения процесса. Таким образом достигается возможность использования одного пускового устройства более чем на одну вращающуюся печь.
Причиной малого срока службы газохода из-за нарушения его целостности (прогорания) является высокая температура отходящих из печи газов, которые к тому же содержат значительное количество горючих компонентов летучих веществ угля-восстановителя, загружаемого вместе с железооксидным материалом в печь. Сгорая в газоходе, данная смесь значительно повышает температуру в локальной области газохода, что и является причиной нарушения его целостности - прогорания. Данная причина в предлагаемом техническом решении устраняется выполнением узла отбора и утилизации части тепловой энергии отходящих газов печи. Для этого между устройством для отвода из печи отработанных газов и газоходом системы газоочистки дополнительно установлена камера дожигания горючих компонентов отходящего газа и котел-утилизатор. Таким образом, не только происходит дожигание компонентов, содержащихся в отходящем газе и его своеобразная доочистка на входе в систему газоочистки, но и часть тепловой энергии процесса рекупирируется и используется, например, для отопления бытовых и административных помещений. Такое решение не только повышает срок службы газоочистного оборудования, но и повышает эффективность использования топлива и процесса в целом.
С точки зрения эффективности работы оборудования, в том числе и газоочистного целесообразно использование в процессе каменного угля с пониженным содержанием летучих веществ, как для пневматической пушки, установленной в области разгрузочной головки вращающейся печи, так и для системы подачи крупнокускового угля в области загрузочной головки вращающейся печи. Это позволит не только повысить коэффициент полезного использования угольного топлива, но и интенсифицировать процесс восстановления.
Предлагаемая установка для производства губчатого железа содержит противоточную трубчатую вращающуюся печь 1, снабженную загрузочной головкой 2, соединенной с системой 3 подачи железооксидного материала и крупнокускового угля, разгрузочной головкой 4 печи, в торцевой части которой установлена пусковая жидко-топливная горелка 5, соединенная с передвижной автономной топливной станцией 6, а также, по крайней мере, одна пневматическая пушка 7, соединенная с системой подачи 8 мелкокускового угля, а также системой 9 сжатого воздуха. Кроме того, вращающаяся печь 1 по ее длине снабжена фурмами 10 для нагнетания воздуха в печь. Установка для производства губчатого железа содержит трубчатый вращающийся холодильник 11, загрузочная головка 12 которого соединена с разгрузочной головкой 4 вращающейся печи 1. Холодильник 11 снабжен разгрузочной головкой 13, сообщающейся с системой грохочения 14 и системой магнитной сепарации 15. Для охлаждения вращающегося холодильника 11 используются душевые устройства 16, соединенные с системой 17 оборотного водоснабжения. Для утилизации избыточной тепловой энергии отходящих газов тракт отходящих газов у загрузочного узла 2 печи 1 снабжен камерой дожигания 18 и котлом-утилизатором 19, при этом котел-утилизатор соединен магистралью с потребителями тепловой энергии 20 и с газоходом системы газоочистки 21, который соединен через очистной блок 22 с дымовой трубой 23 (фиг.1).
Предлагаемая установка для производства губчатого железа работает следующим образом: перед началом работы установки производят первичный розжиг вращающейся печи 1 путем сжигания жидкого топлива (дизельного) при помощи пусковой жидко-топливной горелки 5, соединенной с передвижной автономной топливной станцией 6. При достижении температуры в печи 1 около 450-500°С обогрев печи жидким топливом отключают и одновременно включают подачу твердого топлива в печь с помощью пневматической системы 7, соединенной с системой подачи 8 мелкокускового угля, а также системой 9 сжатого воздуха. После выхода печи на заданный температурный режим (950-1000°С) через загрузочную головку 2 из системы 3 подают в печь 1 железооксидный материал вместе с крупнокусковым углем. Для сжигания топливного угля и поддержания температурного режима процесса получения губчатого железа по длине вращающейся печи 1 располагают фурмы 10, через которые нагнетают воздух вентиляторами в печь 1. Отработанные газы из внутреннего пространства печи 1 проходят камеру дожигания горючих компонентов отходящих газов 18, рекуперационное устройство котла-утилизатора 19, газоход системы газоочистки 21, очистной блок 22 и далее через дымовую трубу 23 выбрасываются в атмосферу. Теплоноситель по магистрали с котла-утилизатора 19 поступает потребителями тепловой энергии 20.
Использование предлагаемой установки для производства губчатого железа прямым восстановлением из его оксида позволит повысить технико-экономические показатели процесса, снизить энергетических и материальных затраты на ремонт и обслуживание оборудования, повысить срок его службы. Кроме того, повышается степень очистки отходящих газов, улучшается экологическая ситуация, часть тепловой энергии отходящих газов утилизируется на отопление бытовых и административных помещений.
ИНФОРМАЦИЯ
1. В.Ф.Князев, «Бескоксовая металлургия железа», Изд-во «Металлургия», Москва, 1972 г., а также см. Н.А.Тулин, В.С.Кудрявцев и др. «Развитие бескоксовой металлургии», Изд-во «Металлургиям, 1987 г.
2. Тулин Н.А., Кудрявцев B.C. и др. «Развитие бескоксовой металлургии», Изд-во «Металлургиям, 1987 г., стр.39-40, рис.1,19.
3. Патент РФ на ПМ №77866, С21В 13/08, 2008 г.