УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА

Предлагаемое 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 настоящее время реальной альтернативой доменному процессу являются процессы прямого восстановления железа. Они предполагают получение металлического железа из руды и окатышей железорудного концентрата. В основе способа прямого восстановления железа из оксидов лежит твердофазное восстановление. Его отличительной особенностью является восстановление оксидов железа в твердой фазе без появления расплава.
Поиск новых способов, альтернативных доменному процессу, вызван постоянным удорожанием традиционных видов сырья для черной металлургии - железной руды, кокса, металлолома и т д., а также возросшим интересом к металлизированному сырью (губчатому железу) во всем мире при производстве стали.
Широкие промышленные исследования были проведены в агрегатах трех типов:
- шахтных установках непрерывного и периодического (реторты) действия;
- аппаратах кипящего слоя;
- трубчатых вращающихся печах.
Для первых двух методов в качестве восстановителя применяют газ, являющийся продуктом конверсии природного газа или жидкого топлива, или продукт газификации твердого топлива. Для последнего способа
характерно совместное использование твердого и газообразного восстановителей.
Из всех способов восстановления металла твердым восстановителем во вращающейся печи наибольшее значение приобрели следующие:
- технология СЛ-РН;
- получения губчатого железа по технологии фирмы «Крупп» (Круп-КОДИР);
- технология фирмы «Кавасаки стилл»;
технология СДР (способ восстановления в пылевидном состоянии фирмы «Сумитомо»);
- технология СПМ (способ предварительного восстановления фирмы «Сумитомо»);
- технология ДРК (корпорации «Директ редакшен»);
- технология АККАР (способ КОХО) и «Механобрчермет» (СССР).
Известны также способы: «Хейвелд» («Элкем»-«Лурги»-ХСВК); завода «Сибэлектросталь» (СССР); способ ЮДИ («Стратеджик ЮДИ»); способ В.П.Ремина (СССР); способ НПО «Тулачермет» (кипящий шлаковый слой, СССР).
В качестве основного агрегата во многих способах используют принципиально одинаковый восстановительный реактор - трубчатую вращающуюся печь. Вместе с оксидами железа в печь загружают уголь (или коксовый возврат) в качестве восстановителя и известняк или доломит в качестве десульфуратора.
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. Поэтому 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, B.C.Кудрявцев и др. «Развитие бескоксовой металлургии», Изд-во «Металлургиям, 1987 г.).
Наиболее близкой по своей технической сущности и достигаемому результату является «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). Данная 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.
При всех достоинствах данной установки она обладает недостатками, а именно:
- трудностями, связанными с запуском вращающейся печи и достижения проектных показателей по получению губчатого железа при использовании для разогрева печи только пылеугольного топлива;
- значительными затратами по подготовке угля для вдувания его в печь в виде пылевоздушной смеси через разгрузочную головку печи.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение технико-экономических показателей производства губчатого железа во вращающихся печах.
Техническим результатом данного решения является:
- упрощение технологии пуска вращающейся печи и выхода ее на проектный режим, за счет использования новых конструктивных элементов.
Технический результат предлагаемого решения достигается тем, что в 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, разгрузочная головка вращающейся печи дополнительно снабжена пусковой жидко-топливной 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, при этом передвижная автономная топливная станция может быть выполнена с использованием дизельного топлива.
Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом показывает, что оно отличается от него:
- снабжением разгрузочной головки вращающейся печи пусковой жидко-топливной горелкой;
- снабжением вращающейся печи передвижной топливной станцией для работы пусковой жидко-топливной горелки;
- выполнением устройства для подачи топлива через разгрузочную головку печи в рабочем (проектном) режиме в виде, по крайней мере, одной пневматической пушки, соединенной с системой подачи мелкокускового бурого угля;
- соединением душевых устройств вращающего холодильника с системой оборотного водоснабжения.
В этом заключается соответствие технического решения критерию полезная модель - «новизна». Таким образом, совокупность признаков, заявленных как в ограничительной, так и отличительной частях формулы полезной модели, позволяет:
- повысить экономичность работы печи в пусковой период в 1,5 раза;
- исключить потери сырья на получение некондиционных металлизированных окатышей;
- в целом повысить технико-экономические показатели производства губчатого железа.
Предложенная установка прошла крупно-промышленные испытания в условиях ЗАО «Сибирская металлургическая компания» (г.Иркутск) с положительным результатом.
Предложение поясняется чертежом, на котором показан общий вид установки для производства губчатого железа прямым твердофазным восстановителем из его оксидов.
Установка для производства губчатого железа прямым твердофазным восстановлением из его оксидов содержит противоточную трубчатую вращающуюся печь 1, снабженную загрузочной головкой 2, соединенной с системой 3 подачи материала, содержащего оксид железа, а также крупнокусковой бурый уголь и 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 бурого 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 которой герметично сообщается с разгрузочной головкой 4 вращающейся печи 1, а разгрузочная головка 13 вращающегося холодильника 11 герметично соединена с системой грохочения 14 и системой магнитной сепарации 15. Для охлаждения вращающегося холодильника 11 используются душевые устройства 16, соединенные с системой 17 оборотного водоснабжения.
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. Поджигание топливной смеси проводят искровой зажигалкой. При достижении температуры в печи 1 около 950-1000°С включают в работу пневматическую пушку 7,
соединенную с системой подачи 8 мелкокускового угля (бурого), а также системой 9 сжатого воздуха. Так как фракция угля имеет различный состав (например ~ 3-25 мм) под действием пневматической пушки 7 мелкокусковой уголь распределяется вдоль вращающейся печи 1 в зависимости от его крупности. Наиболее крупные фракции угля распределяются ближе к загрузочной головке 2, наиболее мелкие распределяются ближе к разгрузочной головке 4. Зона распределения различных фракций угля при «стрельбе» из пневматической пушки достигает до 50 метров от разгрузочного конца вращающейся печи. Одновременно через загрузочную головку печи 1 из системы 3 подачи материала подают материал, содержащий оксид железа в виде железорудных офлюсованных окатышей вместе с крупнокусковым углем (бурым) фракции, например, от 25 до 50 мм. Для равномерного горения угля и стабилизации теплового поля по длине вращающейся печи 1 используют фурмы 10, через которые нагнетают воздух вентиляторами в печь 1.
Процесс восстановления железа из оксидов по принципу Байкова о последовательности превращений проходит путем ступенчатого перехода от высших оксидов к нисшим по схеме:
2
3
3
4
FеO→FеO→FeO→Fe.
В качестве восстановителя при проведении металлизации во вращающейся печи 1 с углем выступает оксид углерода СО. Процесс производства губчатого железа идет непрерывно. Восстановление железа начинается от загрузочной головки 2 и заканчивается в разгрузочной головке 4, куда шихта постепенно перемещается под действием сил тяжести при вращении корпуса трубчатой вращающейся печи 1. К тому моменту, когда окатыши перемещаются до разгрузочной головки 4 печи 1, процесс восстановления железа завершается, и металлизация окатышей достигает заданного уровня. Получаемые на выходе из печи 1 металлизированные окатыши
железа прямого восстановления, имеют выраженную пористую структуру (отсюда название «губчатое железо»).
Далее из печи 1 металлизированные окатыши через разгрузочную головку 4 поступают в трубчатый вращающийся холодильник 11 через его загрузочную головку 12, где под действием душевых устройств 16 соединенных с системой 17 оборотного водоснабжения, их температура понижается до приемлемого уровня. Далее охлажденные металлизированные окатыши через разгрузочную головку 13 вращающегося холодильника 11 поступают в систему грохочения 14 и далее в систему магнитной сепарации 15 с последующим складированием готового продукта.
Крупно-промышленные испытания проходили на установке, включающей трубчатую противоточную вращающуюся печь диаметром 3,5 м и длиной 75 м. При использовании нескольких печей применяли передвижную автономную топливную станцию 6 в период их пуска, а также корректировки температурного режима печей в период форсможорных ситуаций.
В целом предлагаемое техническое решение позволяет повысить технико-экономические показатели производства губчатого железа.