ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛИЗИРОВАННОГО ПРОДУКТА

Решение относится к технологии восстановления металла посредством нагрева слоя материала, содержащего оксид металла и углеродистый восстановитель, и может быть использовано в производстве металлизированного продукта, например железа, в печи с подвижным подом.
В технологии прямого восстановления металла, важное значение имеет рациональное использование материальных и энергетических ресурсов при реализации процесса. Загружаемый на вращающийся под печи материал должен обеспечивать эффективное взаимодействие углеродистого восстановителя с оксидом металла в течение всего времени обработки и по всему объему загруженного на под печи материала. Загружаемый материал в виде окатышей должен иметь определенный гранулометрический состав для получения слоя материала, обеспечивающего эти условия. Углеродистый материал должен быть недефицитным и недорогим, подаваемый через форсунки в печь топливный реагент должен обеспечивать эффективное взаимодействие реакционных компонентов и необходимые условия для получения качественного продукта.
Предпочтительно применение менее дорогостоящих видов сырья и энергоносителей, применение технологий подготовки сырьевых материалов к использованию в процессе, не требующих значительных энергетических затрат и специального дорогостоящего оборудования, максимально эффективное использование материалов и энергетической составляющей процесса.
Известен «Способ получения расплавленного железа» (патент РФ №2293121, С21В 13/14, 2007 г.), на первой стадии которого реализуется технология прямого восстановления металла посредством нагрева слоя материала, содержащего оксид металла и углеродистый восстановитель в печи с подвижным подом. Способ на первой стадии включает введение смеси исходных материалов, содержащих материал на основе оксида железа и углеродсодержащий восстановитель в нагревательную восстановительную печь с целью восстановления оксида железа в смеси исходных материалов с помощью углеродсодержащего восстановителя до твердого восстановленного железа.
Процесс реализуется на приведенной в описании, технологической линии (Фиг.1), включающей участок подготовки железосодержащего материала, снабженный сушилкой, мельницей и линиями транспортировки материала, участок подготовки углеродсодержащего материала, снабженный дробилкой и линиями транспортировки материала, участок подготовки железо-углеродсодержащих агломератов, снабженный смесителем сырьевых железо-углеродсодержащих компонентов, связующего и вспомогательных материалов, агломерационной установкой, сушильной установкой и линиями транспортировки, связывающими его с участками подготовки сырьевых материалов и с печью с вращающимся подом, снабженной устройствами загрузки и выгрузки, форсунками для подачи топлива, соединенной линией подачи топлива с участком подготовки и подачи теплоносителя и через устройство для отвода отработанных газов с газоочистной установкой. В линии отвода отработанных газов печи перед газоочистной установкой установлены бойлер для извлечения тепла отходящих газов и рекуператор тепла, в виде воздушного теплообменника, соединенный линией подачи горячего воздуха с сушильной установкой.
Для осуществления процесса во вращающуюся печь подают очищенный от пыли отработанный горячий газ из плавильной печи со второй стадии данной технологии - получения расплавленного железа и топливо в виде природного газа или порошкообразного угля.
По технической сущности, наличию сходных признаков технологическая схема, предназначенная для реализации первой стадии технологии по патенту РФ №2293121, выбрана в качестве ближайшего аналога.
Основные недостатки известного решения заключаются в следующем.
Во вращающуюся печь подается весь агломерированный и высушенный материал, что увеличивает потери материала и снижает эффективность процесса восстановления.
Подача во вращающуюся печь отработанного горячего газа из плавильной печи со второй стадии процесса требует дополнительных затрат на обеспыливание газа, а учитывая, что очищаемый газ имеет высокую температуру такая очистка весьма затратная и малоэффективная, как технологически, так и в плане срока службы очистного оборудования. При недостаточно высокой степени очистки газа от пыли возможно ее накопление во вращающейся печи, что приведет к нарушениям стабильной непрерывной работы оборудования.
Подача во вращающуюся печь топлива в виде природного газа или порошкообразного угля повышает затраты на реализацию технологии, как по стоимости реагентов, так и по оборудованию.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение технико-экономических показателей процесса восстановления металла из железо-углеродсодержащего материала, содержащего оксид металла и восстановитель в печи с подвижным подом.
Техническими результатами являются снижение энергетических и материальных затрат на подготовку материала и на процесс восстановления.
Технические результаты достигаются тем, что в технологической линии для производства металлизированного продукта, включающей участок дробления угля, участок подготовки железо-углеродсодержащих агломератов, снабженный смесителем сырьевых железо-углеродсодержащих компонентов, агломерационной установкой, сушильной установкой, участок подготовки и подачи теплоносителя, печь металлизации с вращающимся подом, снабженная устройствами загрузки и выгрузки, форсунками для подачи топлива, соединенная линиями транспортировки с участком подготовки железо-углеродсодержащих агломератов, участком подготовки и подачи теплоносителя и, через устройство для отвода отработанных газов, с газоочистной установкой, причем в линии отвода отработанных газов перед газоочистной установкой установлен рекуператор тепла в виде воздушного теплообменника, соединенный линией подачи горячего воздуха с сушильной установкой, участок подготовки железо-углеродсодержащих агломератов снабжен линией возврата некондиционного агломерата на агломерационную установку, в линии отвода отработанных газов установлена утилизационная котельная, а устройство выгрузки снабжено магнитным сепаратором.
Кроме того, в предлагаемой технологической линии участок подготовки и подачи топлива может быть снабжен, не менее чем двумя, угольными газификаторами, каждый из которых соединен линиями транспортировки с участком дробления угля и линией подачи газообразного топлива с форсунками печи металлизации, с которой также соединен рекуператор тепла линией подачи горячего воздуха, участок дробления угля может быть снабжен не менее чем двумя дробилками, а сушильная установка может быть снабжена газоотводящим устройством, соединенным с газоочистной установкой.
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает следующее.
Предлагаемое решение и решение по ближайшему аналогу характеризуются сходными признаками.
Технологические линии по известному решению и по предлагаемому включают:
- участок дробления угля, снабженный дробильным оборудованием;
- участок подготовки железо-углеродсодержащих агломератов, снабженный:
- смесителем сырьевых компонентов;
- агломерационной установкой;
- сушильной установкой;
- участок подготовки и подачи топлива;
- печь металлизации с вращающимся подом, снабженная:
- устройством загрузки;
- устройством разгрузки;
- форсунками для подачи топлива;
- устройством для отвода отработанных газов;
- газоочистную установку;
- рекуператор тепла, в виде воздушного теплообменника, установленный в линии отвода отработанных газов перед газоочистной установкой;
- рекуператор тепла, в виде воздушного теплообменника, соединен линией подачи горячего воздуха с сушильной установкой.
Предлагаемая технологическая линия также характеризуется признаками, отличными от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу:
- участок подготовки железо-углеродсодержащих агломератов снабжен линией возврата некондиционного агломерата на агломерационную установку;
- в линии отвода отработанных газов установлена утилизационная котельная;
- устройство выгрузки снабжено магнитным сепаратором.
Кроме того, в предлагаемой технологической линии участок подготовки и подачи топлива может быть снабжен, не менее чем двумя, угольными газификаторами, каждый из которых соединен линиями транспортировки с участком дробления угля и линией подачи газообразного топлива с форсунками печи металлизации, с которой также соединен рекуператор тепла линией подачи горячего воздуха, участок дробления угля может быть снабжен не менее чем двумя дробилками, а сушильная установка может быть снабжена газоотводящим устройством, соединенным с газоочистной установкой.
Наличие в предлагаемом решении признаков, отличных от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения условию патентоспособности полезной модели «новизна».
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем. В предлагаемой линии для производства металлизированного продукта участок подготовки железо-углеродсодержащих агломератов снабжен линией возврата некондиционного агломерата на агломерационную установку. Возврат некондиционного материала обратно на стадию агломерации обеспечивает определенный гранулометрический состав загружаемой шихты для получения слоя материала, обеспечивающего эффективное взаимодействие углеродистого восстановителя с оксидом металла в течение всего времени обработки и по всему объему загруженного на под печи материала. Кроме того, возврат некондиционного материалы снижает непроизводительные энергетические затраты на термообработку агломератов, снижает потери материала в процессе за счет потерь при транспортировке и загрузке, а также пылеуноса в процессе термообработки. Установка в линии отвода отработанных газов утилизационной котельной позволит вернуть часть, отходящей в систему газоочистки, тепловой энергии в виде электроэнергии для производственных нужд, снизить температуру отходящих газов и повысить срок службы газоочистного оборудования. Количество устанавливаемых в котельной котлов-утилизаторов зависит от производительности печи, количества печей, соединенных с централизованной системой газоочистки. Наличие в устройстве выгрузки печи магнитного сепаратора позволяет эффективно разделить товарный продукт и шлак, повысить потребительские качества продукта.
В предлагаемой технологической линии для производства металлизированного продукта участок подготовки и подачи топлива может быть снабжен, не менее чем двумя угольными газификаторами, так как нагревание материала может быть осуществлено подачей в печь газообразного топлива, полученного в угольном газификаторе. В данном случае используется для обеспечения процесса восстановления не газовое, не жидкое топливо и не угольный порошок, а углеродистый газ, получаемый при, сжигании дробленого угля в угольном газификаторе. Причем, приготовление газовой смеси необходимого для технологического процесса состава - «смешанного» газа, производится в газификаторе путем подачи в него дробленого угля и воды в определенных соотношениях. Полученный таким образом «смешанный» газ через форсунки поступает в печь. Предпочтительно в газификатор подается дробленый уголь фракций 13-50 мм. Применение угля целесообразно, как экономически - белее дешевый углеродсодержащий материал, не требующий особой технологической подготовки к использованию, так и в технологическом аспекте.
Использование дробленого каменного угля в качестве источника для приготовления теплоносителя значительно упрощает технологическую схему процесса, так как и для приготовления теплоносителя и в качестве углеродистого восстановителя в предлагаемой технологической схеме используют дробленый каменный уголь различных фракций. Таким образом, производится практически полная переработка входящего каменноугольного сырья путем его дробления и направлением разных фракций в различные переделы технологической линии. Для обеспечения бесперебойной работы вращающейся печи и стабилизации технологических параметров процесса технологическая линия снабжена не менее чем двумя угольными газификаторами. Для гарантированного обеспечения дробленым углем двух переделов участок дробления угля может быть снабжен не менее чем двумя дробилками.
Для достижения высоких технико-экономических показателей процесса восстановления металла из оксида углеродистый материал должен быть недефицитным и недорогим. В предлагаемом решении в качестве углеродистого восстановителя используют дробленый каменный уголь фракций не более 3 мм, который получают при дроблении исходного сырья.
Уголь представляет собой природный сконцентрированный (уплотненный) углеродистый материал, из которого в ходе реакции восстановления происходит постепенный расход углерода. При этом для подготовки необходимого углеродистого восстановителя требуется дробильное и ситовое оборудование и незначительные энергетические затраты.
Эффективность предлагаемой технологии повышается и за счет возврата в процесс тепловой энергии, так как и газы на термообработку агломератов в сушильной камере, и нагретый газ, подаваемый в форсунки печи совместно со «смешанным» газом из газификаторов, подают из теплообменника охлаждения отходящих газов печи металлизации. Такой возврат части тепловой энергии позволяет снизить затраты на подготовку материалов к использованию, снизить расход «смешанного» газа, охладить газовый поток, идущий на дымовую трубу, повысить срок службы газоочистного оборудования.
Предлагаемая технологическая линия по производству металлизированного продукта, включает, (фиг.1), участок дробления угля, снабженный двумя дробилками 1 и соединенный линиями транспортировки 2, 3 со складом угля (не показан) и со смесителем 4, линию транспортировки 5, соединяющую склад железорудного концентрата (не показан) со смесителем 4, агломерационную установку 6, связанную линией транспортировки 7 со смесителем 4 и линией транспортировки 8 с роликовым грохотом 9, который соединен линией транспортировки некондиционного агломерированного материала 10 обратно на агломерацию и линией транспортировки агломератов 11 с сушильной установкой 12. Сушильная установка 12 соединена линией транспортировки 13 с загрузочным устройством 14 печи металлизации 15 с вращающимся подом, снабженной форсунками 16 для подачи топлива, через которые в печь 15 по линиями транспортировки 17 из угольных газификаторов 18 подается газообразное топливо. Угольные газификаторы 18 соединены линиями транспортировки 19 с дробилками 1. Печь 15 также снабжена разгрузочным устройством 20, магнитным сепаратором 21 и устройством для отвода отработанных газов 22, соединенным линией отвода отработанных газов 23 с газоочистной установкой 26. В линии отвода отработанных газов 23, перед газоочистной установкой 26 установлена утилизационная котельная 24 и установлен рекуператор тепла 25, в виде воздушного теплообменника, соединенный линией подачи горячего воздуха 27 с сушильной установкой 12 и линиями подачи горячего воздуха 28 с форсунками 16. Сушильная установка 12 также соединена линией отвода отработанных газов 29 с газоочистной установкой 30.
Технология реализуется следующим образом.
Уголь со склада по линиям транспортировки 2, выполненным в виде ленточных конвейеров, поступает на дробилки 1 и дробится с последующим разделением на вибросите на фракции: менее 3 мм, 3-13 мм, 13-50 мм. Фракция менее 3 мм по линии транспортировки 3 поступает в смеситель 4, фракция 13-50 мм по линиям транспортировки 19 поступает в угольные газификаторы 18, фракции от 3 до 13 мм измельчается дополнительно до фракции менее 3 мм и затем направляется по линии 3 в смеситель 4.
Железорудный концентрат со склада по линии транспортировки 5 поступает в смеситель 4. Исходное сырье смешивается в смесителе 4 в дозированных количествах, при необходимости добавляется связующее, иные компоненты, шихта увлажняется. Из смесителя 4 полученная масса по линии транспортировки 7 поступает на агломерационную установку 6, где происходит формирование агломератов и по линии транспортировки 8 агломераты поступают на роликовый грохот 9, где происходит отделение некондиционного агломерированного материала (менее 9,5 мм), который по линии транспортировки 10 возвращается на агломерацию. С грохота 9 агломераты по линии транспортировки 11 поступают на сушильную установку 12. Термообработка агломератов в сушильной установке 12 производится горячим воздухом, поступающим по линии подачи горячего воздуха 27 из рекуператора тепла 25, выполненного в виде воздушного теплообменника. Отработанный воздух из сушильной установки 12 подается по линии отвода отработанных газов 29 в газоочистную установку 30. Термообработанные агломераты по линии транспортировки 13 поступают в загрузочное устройство 14 печи металлизации 15, из которого производится непрерывная загрузка материала на вращающийся под. В печь 15 через форсунки 16 по линиям транспортировки 17 поступает газообразное топливо, полученное в угольных газификаторах 18. На форсунки 16 по линиям подачи 28 также подается горячий воздух. При нагреве агломератов происходит восстановление железа. Затем обработанный материал охлаждается и в виде смеси гранул железа и шлака выгружается с пода печи 15 с помощью разгрузочного устройства 19 и проходит через магнитный сепаратор 21, где происходит отделение металла от шлака. Отработанный газ из печи 15 выводится через устройство для отвода отработанных газов 22, соединенное с линией отвода отработанных газов 23 через утилизационную котельную 24 рекуператор тепла 25 с газоочистной установкой 26.
Использование предлагаемой технологической линии по получению металлизированного продукта в печи с вращающимся подом позволяет расширить технологические возможности процесса, расширить использование нетрадиционных видов сырья и топлива, вернуть часть тепла отходящих газов в производство, повысить технико-экономические показатели технологии прямого восстановления металла из железо-углеродсодержащего материала.