МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОЛЬЦЕВОЙ РЕАКТОР ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ

Предлагаемая полезная модель относится к оборудованию заводов черной металлургии, в частности, к металлургическому кольцевому реактору для выплавки стали и предназначено для использования в сталеплавильном производстве при выплавке стали.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является металлургический реактор для выплавки стали, содержащий плавильную емкость в виде замкнутой кольцевой камеры с днищем и сводом и с зонами регенерации, смешения и разделения, продувочные топливно-кислородные фурмы, газоотводящий тракт, пневмотранспортную систему с газо-порошковыми фурмами в зоне регенерации, продувочные фурмы, установленные в зоне смешения, поперечные герметичные перегородки, отделяющие газовую полость зоны регенерации от газовой полости смежных зон ломозагрузочное устройство, состоящее из транспортера и загрузочного отверстия в средней части зоны регенерации, и ломоплавильные фурмы, установленные около ломозагрузочного отверстия, отверстия для спуска шлака, размещенное у перегородки на границе зон разделения и регенерации, газоперекачивающий инжекторный тракт, соединяющий газовую полость зон смешения и разделения с продувочными фурмами зоны регенерации (патент РФ №2001959 по кл. С21С 1/10,1997 г)
Известное устройство предназначено для осуществления в нем высокопроизводительного технологического процесса прямого одностадийного получения стали из любой железосодержащей шихты в режиме непрерывного процесса и позволяющее решить задачу эколого- ресурсо- и энергосбережения.
Однако недостатками известной конструкции являются:
- низкий тепловой КПД за счет неиспользования тепла отходящих газов для подогрева лома перед его загрузкой в загрузочной отверстие;
- выброс отходящих газов, имеющих высокую температуру, в атмосферу;
- сталевыпускное отверстие требует дополнительных устройств, как для выпуска стали из агрегата и обслуживания самого отверстия, так и для уменьшения теплопотерь струи выпускаемого металла в окружающую среду.
Задачами, решаемыми предлагаемой полезной моделью, являются: создание конструкции металлургического реактора для выплавки стали, позволяющего повысить тепловой КПД реактора, уменьшить теплопотери струи выпускаемого металла в окружающую среду за счет возможности как непрерывного, так и периодического выпуска стали.
Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием металлургического реактора для выплавки стали, содержащего плавильную емкость в виде замкнутой кольцевой камеры с днищем и сводом и с зонами регенерации, смешения и разделения, продувочные топливно-кислородные фурмы, газоотводящий тракт, пневмотранспортную систему с газо-порошковыми фурмами в зоне регенерации, продувочные фурмы, установленные в зоне смешения, поперечные герметические перегородки, отделяющие газовую полость зоны регенерации от газовой полости смежных зон, ломозагрузочное устройство, состоящее из транспортера и загрузочного отверстия в средней части зоны регенерации, и ломоплавильные фурмы, установленные около ломозагрузочного отверстия, отверстия для спуска шлака, размещение у перегородки на границе зон разделения и регенерации, газоперекачивающий инжекторный тракт, соединяющий газовую полость зон смешения и разделения с продувочными фурмами зоны регенерации, который, согласно полезной модели, снабжен устройством для выпуска металла, сталевыпускное отверстие которого расположено внутри плавильной камеры в нижней точке днища у боковой наружной стенки.
Полезная модель характеризуется также тем, что устройство для выпуска металла выполнено в виде вертикального канала в днище плавильной камеры, заканчивающегося снаружи шиберным или поворотным
затвором, при этом ось канала может иметь отклонение от вертикали на угол от 0 до 60 градусов (на угол до 60 градусов).
Это позволяет осуществлять как непрерывный выпуск металла, так и периодический с накоплением металла в кольцевой камере и определяется только габаритами кольцевого агрегата и его производительностью.
Размещение, по крайней мере, одного газоотводящего тракта или сверху и/или снизу транспортера для подогрева лома и снабжение металлургического реактора котлом-утилизатором, установленным на пути отходящих газов, позволяет использовать температуру отводящих газов, тем самым значительно уменьшить расход энергии.
При проведении патентных исследований не обнаружены решения идентичные заявленному, а, следовательно, заявленная полезная модель соответствует критерию «новизна».
Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления полезной модели.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где
на фиг.1 изображен металлургический кольцевой реактор, вид сверху;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
на фиг.3 - развертка плавильной камеры вдоль ее осевой кольцевой плоскости Б-Б (фиг.1).
На фиг.4 - показан разрез устройства для выпуска стали
Металлургический кольцевой реактор содержит плавильную емкость в виде кольцевой камеры, содержащей кольцевые наружную 1 и внутреннюю 2 стенки, днище 3 и свод 4 и зоны регенерации 5 смешения 6 и разделения 7, ломозагрузочное устройство, состоящее из загрузочного механизма 8 и загрузочного отверстия 9 в средней части зоны регенерации 5, продувочные топливно-кислородные фурмы 10, газоотводящий тракт 11, пневмотранспортную систему с газо-порошковыми фурмами 12 в зоне регенерации, продувочные фурмы 13, установленные в зоне смешения,
поперечные герметические перегородки 14, отделяющие газовую полость зоны регенератора от газовой полости смежных зон, и ломоплавильные фурмы 15, установленные около ломозагрузочного отверстия 9, отверстие для спуска шлака 16, размещенные у перегородки 14 на границе зон разделения и регенерации газоперекачивающий инжекторный тракт 17, соединяющий газовую полость зон смешения и разделения с продувочными фурмами 10 зоны регенерации.
Загрузочное отверстие 9 предназначено для заливки жидкого шлака, загрузки лома и кусковых шлакообразующих.
Для удаления отработанных газов служит газоотводящий тракт 11. В зоне смешения 6 в своде 4 расположены пульверизирующие узлы 18, через которые сливают внутрь кольцевой полости и дробят на капли металл, подлежащий рафинированию шлаком.
По обе стороны пульверизирующих узлов расположены фурмы 19 для вдувания в шлаковый расплав углерод содержащих порошков или восстановительных газов.
Предлагаемая полезная модель снабжена выпускным устройством для металла в зоне смешения 6 или разделения 7, расположенным на самой нижней точке днища 3 у наружной стенки 1.
Устройство для выпуска металла выполнено в виде канала 20 с или шиберным или поворотным затвором 21, причем ось канала 20 может иметь отклонение от вертикали на угол до 60 градусов. Это зависит от технологических требований и габаритов реактора.
Газовая полость кольцевой плавильной емкости зоны регенерации 5 герметично отделена от газовой полости двух других зон перегородками 14.
Газовая полость зон смешения и разделения сочленена с помощью газоперекачивающего инжекторного тракта 17 с погруженными топливно-кислородными фурмами 10.
Загрузку лома в кольцевую плавильную камеру осуществляют с помощью известных загрузочных механизмов 8, например, цепных или колосниковых транспортеров.
Газоход газоотводящего тракта. 11 устанавливают либо сверху, либо снизу транспортеров 8. в зависимости от организации технологического процесса, после чего отходящие газы поступают в котел-утилизатор.
Металлургический кольцевой реактор с устройством для выпуска металла позволяет осуществлять, как непрерывно процесс выпуска стали, так и периодически - с накоплением металла в кольцевом реакторе. Подогрев лома на загрузочном устройстве отходящими газами и установка котла-утилизатора позволит снизить удельные расходы энергии.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
Вначале через загрузочное отверстие 9 заливают в кольцевую плавильную камеру жидкий расплав, например, жидкую сталь из соседнего агрегата. Затем на металл заливают шлаковый расплав, например, из соседнего агрегата, предварительно включив в работу топливно-кислородные фурмы 10 (области шлакового расплава II и VI).
После прогрева шлакового расплава до рабочей температуры проводят корректировку его состава путем подачи в него (область I) необходимых шлакообразующих порошкообразных материалов, поддерживая оптимальный баланс подачи тепла в шлак через фурмы 10, 15 (в обеих областях II и VI) для сохранения при этом его температуры.
Предварительно с помощью газоотводящего тракта на стальной лом, находящийся на загрузочном механизме 8 (транспортере) подают сверху или снизу горячие отходящие газы, разогревая его, а затем отходящие газы поступают в котел-утилизатор, установленный на пути отходящих газов, что позволяет использовать температуру отходящих газов, и тем самым значительно уменьшить расход энергии.
После достижения заданного состава шлака через загрузочное отверстие 9 с помощью загрузочного механизма 8 на днище 3 загружают порцию лома.
Движение с определенной скоростью шлакового расплава вдоль кольцевой плавильной камеры производят за счет динамического воздействия на расплав струй факела горения (области II и VI). При этом следует учитывать возможность регулировки в определенных пределах этой скорости за счет фурм 10 (области II и VI или одна из них) путем их соответствующего поворота вокруг своей оси.
После загрузки порции лома и закрытия загрузочного отверстия 9 включают в работу плавильные фурмы 15 (область IV). опуская их из-под свода 4 в шлак и приближая их сопловой участок непосредственно к лому с тем, чтобы факел горения интенсивно омывал куски лома и турбулизировал шлаковый поток у его поверхности (область III).
Включение механизмов качания плавильных фурм 15 позволит интенсифицировать теплообмен между факелом горения и большей поверхностью кусков лома, что, в конечном счете, приведет к еще большему ускорению процесса плавления лома.
Однако, такой процесс интенсивного плавления лома будет сопровождаться значительным окислением железа и накоплением его оксидов в шлаке.
Еще большим окислением железа будет сопровождаться процесс ускоренного плавления лома, когда через дополнительные фурмы будет подаваться только кислород без топлива.
Процесс интенсивного плавления лома можно осуществлять и путем окисления соответствующего количества железа из металлического расплава путем продувки его кислородом или газокислородным факелом с помощью тех же ломоплавильных фурм 15.
По ходу движения шлак, обогащенный оксидами железа, может частично подвергнуться восстановлению железа углеродсодержащим порошком, поступающим в шлаковый расплав из фурм 13 (область V).
Окончательное восстановление оксидов железа, находящихся в этом расплаве, производят при поступлении его в зону смешения.
Восстановление железа здесь осуществляют или путем пульверизации чугуна в шлаковый расплав (область VIII), или путем вдувания в него порошкообразного восстановителя, например, молотого угля или газообразного, например, природного газа через фурмы 19 (область VII и IX), или совместным применением этих приемов.
Образующуюся при восстановлении железа окись углерода (СО) отводят из зон смешения 6 и разделения 7 во все топливно-кислородные фурмы 10, а также в фурмы 16, где используют как топливо.
Расплавленный лом стекает в сторону выпускного отверстия 20, где он смешивается с восстановленным железом и рафинированным до металла, отвечающему составу стали, чугуном.
В случае применения в качестве восстановителя только порошкообразных материалов применение чугуна в процессе выплавки стали исключается.
Металл перед выпуском может быть накоплен над сталевыпускным отверстием, расположенным внутри плавильной камеры в нижней точке днища у боковой наружной стенки.
Расплавленный металл по мере необходимости с помощью открытия затвора выпускают в разливочный ковш.
Кроме того, это устройство позволяет вести выпуск металла и в непрерывном режиме.
Применение устройства для выплавки стали одностадийным процессом, выполненного в соответствии с данным изобретением, в сравнении с возможным применением устройства-прототипа для той же цели позволит проводить процесс выпуска стали как в периодическом так и в
непрерывном режиме, что увеличит производительность агрегата в 1,2-1,5 раза, снизит удельные расходы энергии в 1,3-1,5 раза, а также удельные капиталовложения и себестоимость стали.