Способ герметизации и ремонта огнеупорного сливного отверстия
SEALING AND REPAIR METHOD OF REFRACTORY DRAIN HOLE

Область, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к металлургическим конвертерам, содержащим плавильную ванну для шлака и расплавленного металла. Точнее, оно относится к конвертерам, из которых периодически сливают шлак, обычно для облегчения технического обслуживания конвертера.
Настоящее изобретение относится к способу технического обслуживания слива для шлака в ситуациях, когда химический состав шлака повреждает огнеупорный материал, образующий канал для слива шлака. Настоящее изобретение имеет конкретное применение, хотя оно не исключает другие применения, в металлургических конвертерах для прямого плавления металлоносного материала в расплавленный металл.
Предпосылки изобретения
Известный процесс плавления, основанный на использовании плавильной ванны, который в целом называют способом «HIsmelt», описан в значительном количестве патентов и патентных заявок, оформленных на имя заявителя настоящей заявки.
Процесс HIsmelt в общем применим к плавлению металлоносного материала, но особенно связан с получением расплавленного железа из железной руды или другого железосодержащего материала.
В контексте получения расплавленного железа процесс HIsmelt включает этапы:
(a) формирования ванны расплавленного железа и шлака в основной камере конвертера прямого плавления;
(b) инжектирования в плавильную ванну: (i) железной руды, обычно в измельченном виде; и (ii) твердого углеродсодержащего материала, обычно угля, который служит восстановителем переплавляемого материала железной руды и источником энергии; и
(с) плавления железа из железной руды в ванне.
Под термином «плавление» в данном документе следует понимать термическую обработку, при этом химические реакции, уменьшающие содержание оксидов металла, происходят с получением расплавленного металла.
В процессе HIsmelt твердые переплавляемые материалы в форме металлоносного материала (который может быть предварительно нагрет) и углеродсодержащий материал и, необязательно, флюс инжектируют газом-носителем в плавильную ванну через несколько охлаждаемых водой фурм для инжектирования твердых частиц, которые наклонены по отношению к вертикали, чтобы проходить вниз и внутрь через боковую стенку основной камеры плавильного конвертера и в нижнюю область конвертера таким образом, чтобы доставить по меньшей мере часть твердых переплавляемых материалов в слой металла на дне основной камеры. Твердые переплавляемые материалы и газ-носитель проникают в плавильную ванну, вследствие чего расплавленный металл и/или шлак выходит в область над поверхностью ванны и образует зону перехода. Струю кислородсодержащего газа, обычно обогащенного кислородом воздуха или чистого кислорода, инжектируют в верхнюю область основной камеры конвертера через проходящую вниз фурму, чтобы вызвать последующее дожигание газовых продуктов реакции, выпускаемых из плавильной ванны в верхней области конвертера. В зоне перехода присутствует подходящая масса поднимающихся и затем опускающихся капель или брызг или потоков расплавленного металла и/или шлака, которые обеспечивают эффективную среду для передачи к ванне тепловой энергии, образованной в результате последующего дожигания газовых продуктов реакции над ванной.
Обычно, в случае производства расплавленного железа, при использовании обогащенного кислородом воздуха, обогащенный кислородом воздух генерируют в воздухонагревателях и подают при температуре порядка 1200°С в верхнюю область основной камеры конвертера. При использовании технического холодного кислорода, технический холодный кислород обычно подают в верхнюю область основной камеры при температуре окружающей среды или при близкой к ней температуре.
Отходящие газы, образующиеся в результате последующего дожигания газовых продуктов реакции в плавильном конвертере, отводят из верхней области плавильного конвертера через трубопровод отходящих газов.
Плавильный конвертер содержит основную камеру для плавления металлоносного материала и передний горн, соединенный с основной камерой посредством соединения переднего горна, благодаря чему возможен непрерывный отток продукта производства металла из конвертера. Основная камера включает секции с огнеупорной футеровкой в нижней части горна и охлаждаемые водой панели в боковых стенках и своде основной камеры. Вода непрерывно циркулирует через панели в непрерывном контуре. Передний горн выполняет функцию наполненного расплавленным металлом сифонного затвора, который естественным образом «проливает» излишки расплавленного металла из плавильного конвертера в ходе его производства. Это позволяет получать информацию об уровне расплавленного металла в основной камере плавильного конвертера и регулировать его с малыми допусками - что крайне важно для безопасности производства.
Еще один процесс плавления металлоносного материала обозначен в настоящем документе термином «HIsarna». Этот процесс осуществляют в плавильном устройстве, содержащем (а) плавильный конвертер, который содержит фурмы для инжектирования твердых частиц и фурмы для инжектирования кислородсодержащего газа и выполнен таким образом, чтобы содержать в себе ванну расплавленного металла и (b) плавильный циклон для предварительной обработки металлоносного переплавляемого материала, который расположен над плавильным конвертером и сообщается с ним. Процесс и устройство HIsarna описаны в международной заявке PCT/AU 99/00884 (WO 00/022176), оформленной на имя заявителя настоящей заявки.
Термин «плавильный циклон» следует понимать в данном случае в значении конвертера, который обычно определяет цилиндрическую камеру и сконструирован так, что переплавляемые материалы, подаваемые в камеру, движутся по пути вокруг вертикальной центральной оси камеры, и может выдерживать высокие рабочие температуры, достаточные по меньшей мере для частичного плавления рудоносных переплавляемых материалов.
2
2
2
2
В одной из разновидностей процесса HIsarna углеродсодержащий переплавляемый материал (обычно уголь) и флюс (обычно известняк) инжектируют в плавильную ванну в плавильном конвертере. Металлоносный переплавляемый материал, такой как железная руда, инжектируют в плавильный циклон и нагревают, и частично плавят, и частично восстанавливают в плавильном циклоне. Этот расплавленный, частично восстановленный металлоносный материал течет вниз из плавильного циклона в плавильную ванну в плавильном конвертере и в ванне переплавляется в расплавленный металл. Горячие газовые продукты реакции (обычно CO, CO, H, и HO), которые вырабатываются в плавильной ванне, частично сжигаются кислородсодержащим газом (обычно техническим кислородом) в верхней части плавильного конвертера. Тепло, которое вырабатывается при последующем дожигании, переносится на расплавленный материал в верхней секции, который падает обратно в плавильную ванну, поддерживая температуру ванны. Горячие частично сожженные газовые продукты реакции текут вверх из плавильного конвертера и попадают на дно плавильного циклона. Кислородсодержащий газ (обычно технический кислород) инжектируют в плавильный циклон через сопла, которые расположены таким образом, чтобы генерировать циклонную вихревую структуру в горизонтальной плоскости, т.е. вокруг вертикальной центральной оси камеры плавильного циклона. Это инжектирование кислородсодержащего газа ведет к дальнейшему сжиганию газов плавильного конвертера с образованием очень горячего (циклонного) пламени. Мелкоизмельченный поступающий рудоносный переплавляемый материал пневматически инжектируют в это пламя через сопла в плавильном циклоне, что приводит к быстрому нагреву и частичному плавлению, сопровождаемому частичным восстановлением (приблизительно 10-20% восстановлением). Восстановление обусловлено наличием CO и Н в газовых продуктах реакции из плавильного конвертера. Горячий частично расплавленный металлоносный переплавляемый материал разбрасывается наружу на стенки плавильного циклона в результате циклонного вихревого воздействия и, как было описано выше, течет вниз в расположенный ниже плавильный конвертер для плавления в этом конвертере.
Результирующий эффект описанной выше разновидности процесса HIsarna представляет собой двухступенчатый противоточный процесс. Металлоносный переплавляемый материал нагревается и частично восстанавливается за счет отводимых из плавильного конвертера газовых продуктов реакции (с добавлением кислородсодержащего газа), и течет вниз в плавильный конвертер и переплавляется в расплавленное железо в плавильном конвертере. В общем смысле, эта противоточная установка увеличивает производительность и энергетическую эффективность.
Как в процессе HIsmelt, так и в процессе HIsarna, запас шлака в плавильном конвертере уменьшают посредством слива из сливного отверстия для шлака с целью поддержания запаса, подходящего для рабочего процесса. Тем не менее, фурмы для инжектирования твердых частиц также требуют периодического технического обслуживания, например, для замены износостойкой футеровки. Это включает уменьшение уровня в плавильной ванне посредством сливания шлака через огнеупорную стенку горна, оснащенного огнеупорной футеровкой, до тех пор, пока выпускные концы фурм для инжектирования твердых частиц не станут находиться на некотором расстоянии над плавильной ванной. Тем не менее, относительно высокое содержание FeO в шлаке активно разрушает огнеупорную футеровку. По этой причине секции конвертера, подверженные воздействию брызг шлака, охлаждаются водой для того, чтобы сформировать слой замороженного шлака на огнеупорной футеровке. Замороженный шлак защищает огнеупорную футеровку от дальнейшей коррозии.
В случае слива для шлака, особенно тяжело формировать слой замороженного шлака, поскольку окружающий огнеупорный материал не охлаждается водой, поскольку он расположен очень близко к границе между металлом и шлаком. Дополнительно, слив шлака закупоривается посредством экструзии закупоривающей массы (обычно состоящей из огнеупорного материала, смешанного с гудроном или фенолоальдегидной смолой). Из-за условий окисления шлака и турбулентного характера процесса HIsmelt, обычная закупоривающая масса быстро разлагается и подвергает изнашиванию оснащенный огнеупорной футеровкой канал для слива шлака, так что образуется воронкообразная коррозионная структура (см. фиг. 3).
Коррозия в итоге достигает состояния, при котором огнеупорный материал, образующий слив для шлака, требует замены. Ее осуществляют посредством прекращения работы, т.е. посредством остановки производства и слива расплавленного металла и шлака из конвертера и предоставления конвертеру возможности остыть. Как следствие, замена огнеупорного материала слива для шлака может привести к простою конвертера в течение месяца или более и, следовательно, привести к значительному уменьшению производительности.
Кроме этого, повторный запуск конвертера обычно требует подачи некоторого количества расплавленного металла (от 100 до 200 тонн, в зависимости от размера конвертера) из внешнего источника. Это повышает сложность и стоимость выполнения технического обслуживания.
Вышеприведенное описание не следует рассматривать как признание общеизвестных знаний в Австралии или в другом месте.
Краткое изложение сущности изобретения
Настоящее изобретение основано на реализации идеи того, что коррозия огнеупорного материала вокруг впускного конца слива для шлака может быть уменьшена посредством размещения во впускном конце предварительно сформированной огнеупорной пробки, устойчивой к коррозии подобно окружающей огнеупорной футеровке. Заявитель настоящей заявки ожидает, что этот огнеупорный материал, который образует футеровку канала для слива шлака и который окружает впускной конец, будет меньше подвергаться омыванию шлаком, чем закупоривающая масса, используемая для герметизации слива для шлака, поскольку предварительно сформированная огнеупорная пробка выполнена из материала, который значительно устойчивее в обычных рабочих условиях HIsmelt.
Ожидается, что наличие предварительно сформированной огнеупорной пробки, образованной из материала, который устойчив к коррозии, вызванной шлаком, подобно огнеупорной футеровке, приведет к тому, что коррозия огнеупорного материала больше соответствует коррозии огнеупорного материала в любой другой области конвертера. Другими словами, ожидается существенное уменьшение и возможное устранение воронкообразной коррозионной структуры. Это означает, что частота технического обслуживания огнеупорного материала будет уменьшена, поскольку скорость коррозии слива для шлака будет меньше. Это также означает, что слив шлака может осуществляться посредством сверления (обычным образом с помощью существующего оборудования) сквозь предварительно сформированную огнеупорную пробку, сливания шлака и последующего закупоривания слива для шлака другой предварительно сформированной огнеупорной пробкой.
Соответственно, один аспект настоящего изобретения предоставляет способ герметизации слива для шлака в конвертере прямого плавления для вмещения плавильной ванны шлака и расплавленного металла, причем конвертер прямого плавления содержит по меньшей мере одну фурму для инжектирования твердых частиц, проходящую вниз и внутрь сквозь оснащенную огнеупорной футеровкой боковую стенку конвертера, для инжектирования металлоносного материала и/или углеродсодержащего материала, причем слив для шлака содержит канал для слива шлака, проходящий от впускного конца на внутренней поверхности оснащенной огнеупорной футеровкой боковой стенки в конвертер прямого плавления, причем впускной конец открывается в плавильную ванну, у внешней стороны конвертера прямого плавления или вблизи нее, причем способ включает размещение предварительно сформированного огнеупорного материала на впускном конце канала таким образом, чтобы он открывался в плавильную ванну и герметизировал канал герметизирующим материалом ниже по потоку от предварительно сформированного огнеупорного материала.
Предварительно сформированный огнеупорный материал может быть расположен по существу на одном уровне с внутренней поверхностью оснащенной огнеупорной футеровкой боковой стенки. Таким образом, предварительно сформированный огнеупорный материал и окружающая огнеупорная футеровка образуют в общем непрерывную поверхность, так что шлак, омывающий поверхность, не концентрирует коррозию у впускного отверстия или внутри канала для шлака рядом с впускным отверстием.
Торцевая поверхность предварительно сформированного огнеупорного материала может быть расположена на расстоянии не более 5 сантиметров от впускного конца канала. Ожидается, что в случае, когда предварительно сформированный огнеупорный материал выступает внутрь конвертера за пределы впускного конца канала, он будет подвергаться ускоренной коррозии за счет воздействия на него омывающего шлака в конвертере. Коррозия в итоге уменьшит свой воздействие, так что предварительно сформированный огнеупорный материал будет образовывать в целом непрерывную поверхность с окружающим огнеупорным материалом. То же применимо в ситуациях, когда подверженный воздействию конец предварительно сформированного огнеупорного материала углублен относительно впускного отверстия, в случае чего огнеупорный материал, окружающий впускное отверстие, будет подвергаться ускоренной коррозии до образования по существу непрерывной поверхности.
Предварительно сформированный огнеупорный материал может иметь коррозионностойкие свойства, подобные свойствам окружающей огнеупорной футеровке.
Термин «подобный» в контексте сравнения коррозионностойких свойств двух огнеупорных материалов является ссылкой на количество материала, удаленного (посредством ссылки на изменение линейного размера) с огнеупорного материала за некоторый период времени при воздействии определенных условий внутри конвертера прямого плавления, которое находится в пределах 20% от количества материала, удаленного с другого огнеупорного материала при воздействии таких же условий за такой же период времени. Например, два разных огнеупорных материала, расположенные бок о бок в конвертере прямого плавления и подверженные одинаковому условию в виде омывания шлаком, имеют подобные коррозионностойкие свойства, если поверженная воздействию поверхность одного огнеупорного материала снижается в течение некоторого периода времени на расстояние, составляющее от 80% до 120% от расстояния, на которое снижается поверженная воздействию поверхность другого огнеупорного материала. Другими словами, любое несоответствие между величинами снижения поверхностей находится в пределах 20% от общего расстояния снижения.
Герметизирующий материал, введенный ниже по потоку от предварительно сформированного огнеупорного материала, может включать закупоривающий материал на основе глинозема.
Герметизирующий материал, введенный ниже по потоку от предварительно сформированного огнеупорного материала, может включать закупоривающую массу на основе гудрона или фенолоальдегидной смолы ниже по потоку от закупоривающего материала на основе глинозема.
Предварительно сформированный огнеупорный материал может занимать от 5 до 20% общей длины канала для слива шлака.
Предварительно сформированный огнеупорный материал может представлять собой твердый огнеупорный материал на основе хрома во время его расположения внутри канала.
Предварительно сформированный огнеупорный материал может представлять собой огнеупорный кирпич.
Другой аспект настоящего изобретения основан на реализации того факта, что ремонтные работы по замене поврежденной коррозией огнеупорной футеровки могут осуществляться в то время, как расплавленный металл и шлак остаются в конвертере. В частности, заявитель настоящей заявки обнаружил, что посредством моментального повышения давления в конвертере и сливания расплавленного металла сквозь выделенное сливное отверстие в стенке переднего горна можно переместить границу с металлом на достаточно низкий уровень для безопасного технического обслуживания оснащенных огнеупорной футеровкой сливных отверстий (слива для шлака и выделенного слива для металла в переднем горне). Если шлак и расплавленный металл сливают только до уровня слива для шлака, экскавация огнеупорного материала вокруг слива для шлака и ниже уровня слива для шлака привела бы к выливанию шлака или расплавленного металла из конвертера через секцию экскавированного огнеупорного материала. Следовательно, коррозионную структуру вокруг нижней стороны слива для шлака нельзя удалить и заменить. Посредством экскавации огнеупорного материала, образующего воронкообразную коррозионную структуру, новый огнеупорный материал можно установить таким образом, чтобы огнеупорная стенка, окружающая слив для шлака, располагалась в общем на одном уровне с внутренней поверхностью огнеупорной футеровки.
Это является важной реализацией, поскольку это устраняет потребность в специальном прекращении работы, опустошении конвертера и обеспечении его остывания. Вместо этого, металлургический процесс останавливается лишь на время выполнения работ по ремонту огнеупорного материала, которые осуществляются одновременно с обычными периодическими работами по техническому обслуживанию оборудования. Тем не менее, снижение производительности значительно сокращается по сравнению со снижением производительности, связанной с обычным способом технического обслуживания, подразумевающим прекращение работы конвертера. Также, устранение потребности в полном сливании и охлаждении конвертера приносит существенную пользу для огнеупорного материала.
Реализация того факта, что работы по ремонту огнеупорного материала могут осуществляться в то время, как расплавленный металл и шлак остаются в конвертере, является важной реализацией еще и потому, что это позволяет относительно быстро возобновлять металлургический процесс благодаря тому, что конвертер остается горячим, и благодаря сохранению достаточного количества шлака и расплавленного металла для устранения потребности в заливке расплавленного металла из внешнего источника.
Согласно этому аспекту настоящего изобретения предоставлен способ технического обслуживания канала для слива шлака, образованного в огнеупорной футеровке конвертера прямого плавления, который содержит плавильную ванну шлака и расплавленного металла и который содержит передний горн со сливным порогом для выпуска расплавленного металла, причем способ включает:
(a) уменьшение запаса шлака и металла по сравнению с запасом при обычных рабочих условиях;
(b) временное закупоривание отверстия для слива шлака для остановки потока шлака, когда уровень считают достаточно низким для того, чтобы позволить проводить дополнительные работы по техническому обслуживанию;
(c) открывание сливного отверстия, расположенного в переднем горне, ниже сливного порога, для сливания дополнительного металла;
(d) временное повышение давления газа в конвертере прямого плавления с обеспечением в результате течения расплавленного металла из конвертера прямого плавления в передний горн с дополнительным уменьшением уровня металла в конвертере, чтобы он находился ниже слива для шлака и сливного отверстия переднего горна при уменьшении давления газа в конвертере до атмосферного давления.
(e) регулировку давления в конвертере до величины атмосферного давления и удаление секции огнеупорной футеровки, окружающей канал для слива шлака, с формированием увеличенного канала и установку огнеупорной гильзы в увеличенный канал, причем гильза содержит канал для слива шлака.
Подобные ремонтные технологии также могут применяться к отверстию для слива металла в стенке переднего горна.
Способ может включать дополнительный этап (f), который включает окончательное закупоривание как отверстия для слива шлака, так и сливного отверстия в переднем горне.
Заявитель настоящей заявки ожидает, что способ уменьшит частоту прекращения работы конвертера, тем самым увеличивая длительность циклов плавления, поскольку ремонт огнеупорного материала может осуществляться в то время, как конвертер остается горячим. Заявитель настоящей заявки также ожидает увеличения общего срока службы огнеупорного материала, и это также уменьшит частоту периодов длительного прекращения работы.
Способ может включать размещение огнеупорного кирпича во впускном конце канала для слива шлака в огнеупорной гильзе и обратное заполнение канала заполнителем для перекрывания канала для слива шлака.
Обратное заполнение канала для слива шлака может включать подачу закупоривающего материала на основе глинозема в канал для слива шлака ниже по потоку от огнеупорного кирпича.
Обратное заполнение может дополнительно включать подачу закупоривающей массы на основе гудрона или фенолоальдегидной смолы в канал для слива шлака ниже по потоку от закупоривающего материала на основе глинозема.
Огнеупорный кирпич может представлять собой огнеупорный кирпич на основе хрома.
Увеличение давления в конвертере может включать увеличение давления на величину от 5 до 50 кПа. Давление может быть увеличено на величину от 10 до 20 кПа.
Способ может включать выполнение технического обслуживания в течение 18 часов. Необязательно, способ может быть выполнен в течение 12 часов.
Способ может дополнительно включать поддержание достаточного количества шлака и расплавленного металла в конвертере для обеспечения возобновления процесса прямого плавления без дополнительной подачи расплавленного металла в конвертер из внешнего источника.
Процесс прямого плавления может быть возобновлен посредством подачи твердых переплавляемых материалов в плавильную ванну после завершения этапа (f).
Способ может включать временное принудительное повышение давления посредством регулировки потока отходящего газа конвертера посредством операций по обработке отходящего газа ниже по потоку.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предоставлен конвертер прямого плавления, футерованный оснащенными огнеупорной футеровкой секциями для вмещения плавильной ванны шлака и расплавленного металла, причем конвертер прямого плавления содержит слив для шлака, который включает гильзу из огнеупорного материала, установленную в огнеупорной футеровке и включает канал для слива шлака, проходящий сквозь гильзу, и причем впускной конец слива для шлака закупорен предварительно сформированным огнеупорным кирпичом.
Гильза может быть установлена согласно вышеописанному способу для технического обслуживания слива для шлака.
Конвертер прямого плавления может содержать одну или более фурм для инжектирования твердых частиц, проходящих вниз и внутрь сквозь боковую стенку конвертера прямого плавления для инжектирования металлоносного материала и/или углеродсодержащего материала в плавильную ванну.
Конвертер прямого плавления может содержать одну или несколько фурм для инжектирования кислородсодержащего газа в газовое пространство в конвертере прямого плавления над плавильной ванной.
Конвертер прямого плавления может содержать передний горн, который, при обычном производстве, непрерывно сливает расплавленный металл из конвертера через сливной порог и который содержит сливное отверстие ниже сливного порога для уменьшения уровня металла в конвертере прямого плавления ниже уровня слива для шлака.
Конвертер прямого плавления может представлять собой конвертер HIsmelt или HIsarna.
Краткое описание графических материалов
Изобретение описано далее, исключительно в качестве примера, со ссылкой на сопроводительные графические материалы, на которых:
На фиг. 1 показано вертикальное поперечное сечение сквозь конвертер прямого плавления HIsmelt;
На фиг. 2 показано вертикальное поперечное сечение сквозь слив для шлака и боковую стенку секции конвертера прямого плавления, изображенного на фиг. 1.
На фиг. 3 показано схематическое горизонтальное поперечное сечение сквозь конвертер, изображенный на фиг. 1, в плоскости, обозначенной стрелками III-III, изображающее уровень расплавленного металла и шлака во время сливания шлака перед техническим обслуживанием согласно одному варианту осуществления изобретения.
На фиг. 4 показано схематическое вертикальное поперечное сечение сквозь конвертер, изображенный на фиг. 1 изображающее уровень расплавленного металла и шлака во время сливания шлака после технического обслуживания согласно одному варианту осуществления изобретения.
Описание варианта осуществления
Хотя следующее описание выполнено в контексте конвертера HIsmelt, следует понимать, что изобретение применимо к другим конвертерам прямого плавления, содержащим плавильную ванну шлака и расплавленного металла, включая конвертеры HIsarna.
На фиг. 1 изображен конвертер 11 прямого плавления, в частности подходящий для осуществления процесса HIsmelt, как описано в качестве примера в Международной патентной заявке PCT/AU 96/00197 (WO 1996/031627) на имя заявителя настоящей заявки.
Следующее описание выполнено в контексте плавления железорудной мелочи для производства расплавленного железа согласно процессу HIsmelt.
Следует понимать, что настоящее изобретение применимо к плавлению любого металлоносного материала, включая руды, частично восстановленные руды, и металлсодержащие потоки отходов, посредством любого подходящего процесса прямого плавления, основанного на использовании плавильной ванны, и не ограничивается процессом HIsmelt. Также следует понимать, что руды могут иметь форму железорудной мелочи.
Конвертер 11 содержит горн, который включает основание 12 и стороны 13, выполненные из огнеупорных кирпичей, боковые стенки 14, которые образуют в целом цилиндрическую бочку, проходящую вверх от сторон 13 горна, и крышу 17. Охлаждаемые водой панели (не изображены) предоставлены для передачи тепла от боковых стенок 14 и крыши 17. Конвертер 11 дополнительно оснащен передним горном 19, посредством которого расплавленный металл непрерывно выгружается во время плавления, и сливное отверстие 21, посредством которого расплавленный шлак периодически выгружается во время плавления. Крыша 17 оснащена выпускным отверстием 18, посредством которого выводятся отходящие газы, вырабатываемые во время процесса.
При использовании конвертера 11 для плавления железорудной мелочи для производства расплавленного железа в соответствии с процессом HIsmelt, конвертер 11 содержит плавильную ванну железа и шлака, которая содержит слой 22 расплавленного металла и слой 23 расплавленного шлака на слое 22 металла. Положение номинальной спокойной поверхности слоя 22 металла показано стрелкой 24. Положение номинальной спокойной поверхности слоя 23 шлака показано стрелкой 25. Под термином «спокойная поверхность» подразумевается поверхность при отсутствии инжекции газа и твердых частиц в конвертер 11.
Конвертер 11 оснащен фурмами 27 для инжектирования твердых частиц, проходящими вниз и внутрь сквозь отверстия (не изображены) в боковых стенках 14 конвертера и в слой 23 шлака. Фурмы 27 для инжектирования твердых частиц подробнее описаны в сочетании с фигурами 3 и 4. Две фурмы 27 для инжектирования твердых частиц изображены на фиг. 1. Тем не менее, следует понимать, что конвертер 11 может иметь любое подходящее количество таких фурм 27. При эксплуатации, нагретая железорудная мелочь и уголь, имеющий температуру окружающей среды, (и флюсы, обычно известняковые) увлекаются в подходящем газе-носителе (таком как газ-носитель с малым количеством свободного кислорода, обычно азот) и отдельно подаются к фурмам 27 и совместно инжектируются через выпускные концы 28 фурмы 27 в плавильную ванну и предпочтительно в слой 22 металла. Следующее описание выполнено в контексте использования азота в качестве газа-носителя для железорудной мелочи и угля.
Выпускные концы 28 фурм 27 для инжектирования твердых частиц находятся над поверхностью слоя 22 металла во время выполнения процесса. Это расположение фурм 27 снижает риск повреждения, вызванного контактом с расплавленным металлом, а также предоставляет возможность охлаждения фурмы посредством принудительного внутреннего водяного охлаждения, как описано далее, без существенного риска контакта воды с расплавленным металлом в конвертере 11.
Конвертер 11 также содержит фурму 26 для инжектирования газа, предназначенную для подачи струи горячего воздуха в верхнюю область конвертера 11. Фурма 26 проходит вниз сквозь крышу 17 конвертера 11 в верхнюю область конвертера 11. При эксплуатации, фурма 26 получает поток обогащенного кислородом горячего воздуха по каналу подачи горячего воздуха (не изображен), который проходит от станции подачи горячего газа (также не изображена).
Конвертер 11 дополнительно содержит отверстие 60 для слива шлака в стороне 13 основания 12 (фиг. 2) которое, в условиях покоя, находится на уровне границы между слоем 22 металла и слоем 23 шлака. Шлак сливают посредством высверливания канала 70 (фиг. 3) в монолитном огнеупорном блоке 68, который образует часть огнеупорной футеровки 66. Канал 70 позволяет шлаку течь из конвертера 11, вдоль желоба (не изображен) и в ближайшую яму для хранения (не изображена).
Конвертер 11 дополнительно содержит отверстие 62 для полного слива металла в стороне 13 основания 12 и рядом с полом конвертера 11 (фиг. 2). При необходимости полного сливания металла вначале сливают шлак и затем высверливают канал в огнеупорной футеровке 66, так что расплавленный металл может течь из конвертера 11 через отверстие 62 для полного слива металла. Металл сливают по отдельному желобу в отдельную яму для хранения (не изображена).
Обычный подход к техническому обслуживанию отверстия 60 для слива шлака включает сливание шлака и металла из конвертера и обеспечение возможности остывания конвертера 11 таким образом, чтобы техническое обслуживание можно было осуществлять в холодном конвертере. Точнее, это включает удаление огнеупорных кирпичей, окружающих монолитный блок 68 для сливания шлака (фиг. 3 и 4) и удаление блока 68. Затем блок 68 и огнеупорные кирпичи устанавливают обратно. Это длительная операция, требующая доступа к внутренней части конвертера 11, что, в свою очередь, требует остывания конвертера 11. Когда блок 68 для сливания шлака устанавливают обратно, канал 70 для слива шлака герметично закрывают закупоривающей массой или другим подходящим материалом, обычно закупоривающей массой на основе гудрона или фенолоальдегидной смолы, в ходе подготовки к возобновлению процесса прямого плавления. При осуществлении процесса прямого плавления, шлак сливают в соответствии с вышеописанным обычным способом, т.е. посредством высверливания канала 70 (фиг. 4) сквозь монолитный огнеупорный блок 68 и этот канал 70 повторно герметизируют посредством инжектирования закупоривающей массы в канал 70.
Заявитель настоящей заявки понял, что этого можно избежать посредством сливания некоторого количества шлака и металла и сохранения некоторого количества шлака и металла в конвертере 11 на протяжении работ по техническому обслуживанию. Это является значительным преимуществом, поскольку предотвращает простой, связанный с прекращение работы конвертера. Дополнительное значительное преимущество заключается в том, что процесс прямого плавления возобновляют без подачи расплавленного металла из внешнего источника. Это упрощает эксплуатацию оборудования и снижает затраты, поскольку это устраняет потребность в подготовке отдельной партии расплавленного железа на месте работ и его безопасной транспортировке в конвертер 11.
Этот способ имеет два аспекта. Первый аспект заключается в сливании из заполненной плавильной ванны определенного количества, необходимого для работ по техническому обслуживанию. В связи с этим, шлак вначале сливают через сливное отверстие 21 и затем через отверстие 60 для слива шлака до тех пор, пока вершины фурм 27 не будут находиться над уровнем 23 шлака. Гидростатическое давление на нижележащем расплавленном металле уменьшают, так что уровень металла в переднем горне 19 снижается относительно уровня сливного порога 16. Тем не менее, слой 23 шлака по-прежнему будет находиться выше уровня отверстия 60 для слива шлака и уровень 24 металла будет находиться на уровне 60 слива для шлака.
Поверхность 24 дополнительно снижается до уровня ниже слива 60 для шлака посредством герметичного закрывания отверстия 60 для слива шлака, открывания регулирующего сливного отверстия 64, увеличения давления в газовом пространстве 29 над плавильной ванной и открывания регулирующего сливного отверстия 64 в переднем горне 19. Повышенное давление в конвертере 11 заставляет расплавленный металл течь из конвертера 11, сквозь соединение 20 с передним горном, в передний горн 19 и наружу через регулирующее сливное отверстие. Давление повышают на величину от 5 до 40 кПа, и обычно на величину приблизительно 20 кПа. Достаточное количество расплавленного металла сливают через регулирующее сливное отверстие 64, так что уровень плавильной ванны, когда давление в газовом пространстве 29 уменьшится до атмосферного давления, опустится на достаточную величину ниже уровня отверстия 60 для слива шлака для того, чтобы оголить огнеупорную футеровку, окружающую отверстие 60 для слива шлака, которая повреждена коррозией и требует замены. Дополнительно, уровень расплавленного металла в переднем горне также уменьшится с тем, чтобы также предоставить безопасный доступ для технического обслуживания регулирующего отверстия 64 для слива металла.
Когда достаточное количество расплавленного металла слито и поврежденная огнеупорная футеровка оголена, давление в конвертере 11 приводят в равновесие с давлением окружающего воздуха для того, чтобы обеспечить осуществление экскавации объема 76 огнеупорной футеровки 66 посредством зенкерования. Экскавация открывает конвертер 11 для непосредственного доступа снаружи конвертера 11. Объем 76 выбирают таким образом, чтобы он окружал поврежденную коррозией огнеупорную футеровку 66 вдоль внутренней поверхности 90 горячей стенки огнеупорной футеровки 66, как изображено на фиг. 4. Учитывая, что объем проходит до уровня ниже канала для шлака, важно слить плавильную ванну до уровня, расположенного ниже уровня низшей точки объема 76, для того, чтобы вмещать шлак в конвертере 11 во время экскавации и замены отверстия 60 для слива шлака огнеупорной футеровки.
После экскавации объема 76, сменную огнеупорную гильзу 88 устанавливают в объем (фиг. 4). Сменные огнеупорные плитки 72 устанавливают за огнеупорной гильзой 88. Каждая плитка имеет центральное отверстие 71 (сквозь которое можно сливать шлак), соосное с каналом 70 в огнеупорной гильзе 88 для формирования непрерывного канала, проходящего от внутренней поверхности 90 стенки огнеупорной футеровки 66 до внешней стороны конвертера. Плитки удерживаются на месте огнеупорным цементом 74.
В отличие от обычного способа герметизации отверстия 60 для слива шлака с помощью закупоривающей массы, канал 70 для шлака герметично закрывают посредством размещения предварительно сформированного огнеупорного материала, в форме зенкерованного огнеупорного кирпича 80 в конце канала 70, так что он открыт для внешней стороны конвертера 11. Кирпич 80 выполнен из огнеупорного материала на основе хрома. Его вручную размещают в конце канала 70, проталкивая его в нужное положение с помощью прута или стержня таким образом, чтобы оголенный конец огнеупорного кирпича 80 находился по существу на одном уровне с оголенной торцевой поверхностью огнеупорной гильзы 88.
Утрамбованный заполнитель 82 с высоким содержанием глинозема расположен в гильзе 70 за огнеупорным кирпичом 80 для дополнительной герметизации гильзы 70 в условиях высокой температуры, которым подвергается огнеупорная футеровка 66. Тем не менее, следует понимать, что другие формы материала, способного выдерживать высокие температуры, могут применяться в качестве альтернативы вместо утрамбованного заполнителя 82 с высоким содержанием глинозема. Наружная часть гильзы 70 герметично закрыта уплотнителем 84 в виде раствора фенолоальдегидной смолы. Тем не менее, в качестве альтернативы могут использоваться другие подходящие материалы для герметизации заднего конца гильзы 70.
В случае, если огнеупорный кирпич 80 слегка выступает или слегка углублен относительно внутренней поверхности стенки, омывающий шлак будет вызывать коррозию кромок или углов, выступающих за пределы внутренней поверхности стенки и гильзы 88. В ином случае, ожидается, что коррозия кирпича 80 и гильзы 88 будет подобна коррозии огнеупорной футеровки 66 в конвертере 11.
Для сливания шлака через восстановленный слив 60 для шлака, кирпич 80, утрамбованный заполнитель 82 и уплотнение 84 из закупоривающей массы экскавируют посредством высверливания пробойником (не изображен) или другим подходящим сверлом. По завершении сливания шлака, новый кирпич помещают в конце канала 70 и канал 70 герметично закрывают вышеописанным образом. Этот процесс при необходимости может повторяться до тех пор, пока не появится необходимость в замене гильзы 88. В этом случае используется вышеописанный процесс замены гильзы 88. Ожидается, что сверление в ходе каждого сливания шлака может увеличить поперечное сечение канала 70. В какой-то момент кирпич 80 перестанет должным образом герметизировать канал 70 в удобном местоположении внутри канала 70. Именно в этот момент гильза будет заменена с помощью вышеописанного способа.
Заявитель настоящей заявки понимает, что герметизация гильзы 88 огнеупорным кирпичом 80 уменьшает коррозионное воздействие шлака с высоким содержанием FeO в обычные периоды производства. В частности, огнеупорный кирпич 80 устойчив к коррозии, вызванной шлаком с высоким содержанием FeO, подобно огнеупорной гильзе 88 и остальной части огнеупорной футеровки 66. Это означает, что при обычном производстве гильза 88 и канал 70 менее восприимчивы к коррозии, чем в ситуации, когда канал 70 заполнен раствором фенолоальдегидной смолы, который постепенно растворяется и оголяет канал 70. Ожидается, что эта уменьшенная восприимчивость к коррозии приведет к тому, что слив для шлака будет менее склонен к формированию воронкообразной коррозионной структуры.
Также ожидается, что уменьшенная коррозия в периоды производства уменьшит частоту технического обслуживания слива для шлака. Хотя коррозия слива для шлака по-прежнему будет происходить в результате сливания шлака, вышеописанный способ замены гильзы 88 может использоваться при необходимости.
Хотя было описано несколько конкретных вариантов осуществления устройств и способа, следует понимать, что устройство и способ могут быть осуществлены во многих других формах.
В приведенной ниже формуле изобретения, в предшествующем описании, исключая случаи, когда контекст требует обратного в связи с точно выраженной формулировкой или необходимым подразумеваемым положением, слово «содержать» и такие варианты, как «содержит» или «содержащий», используются в охватывающем смысле, т.е. для определения наличия изложенных признаков, но не для исключения наличия или добавления дополнительных признаков в различных вариантах осуществления устройства и способа, описанных в данном раскрытии.