устройство для получения чугуна, ферросплавов и передельных шлаков

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА, ФЕРРОСПЛАВОВ И ПЕРЕДЕЛЬНЫХ ШЛАКОВ, содержащее циклон для плавления шихты в окислительной атмосфере и электродуговые печи для полного восстановления расплава, отличающееся тем, что оно снабжено камерой для отделения расплава от газовой фазы, расположенной под циклоном и между электродуговыми печами и соединенной с ними наклонными каналами с шиберными затворами для раздельного отвода расплава от отходящих газов, причем соотношение площадей сечений пережима, камеры и газохода равно 1 15 7,5, а электродуговые печи оборудованы фурмами для ввода в расплав восстановителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной и цветной металлургии и может быть использовано при бескоксовом получении чугуна, ферросплавов и передельных шлаков.

Известно производство чугуна по способу "Инред-айрон" [1] метоллом восстановительной плавки. На первом этапе происходит переплав рудной мелочи в плавильном циклоне при температуре 1900^оС и восстановление ее до FeО. Энергоносителем служит уголь, сжигаемый в струе кислорода. Перерабатываемые материалы загружаются в четыре небольших бункера и под действием силы тяжести осыпаются по трубкам в плавильный циклон. К концам трубок, расположенных наклонно, подводится кислород и вследствие высокой исходной скорости образуется турбулентный поток. Расплавленный материал отбрасывается на стенки камеры и образует покрытие из застывшего расплава железа. Второй этап процесса происходит в расположенной под циклоном электропечи. Остатки угля, превратившегося в кокс, реагируют с FeО с образованием трубчатого железа, которое науглероживается и расплавляется. Получаемый чугун подвергают переделу в кислородных конвертерах.

Данный способ сложен технологически из-за сосредоточения над плавильным циклоном систем подачи шихтовых материалов, кислорода, верхнего вывода отходящих газов, утилизации их тепла, наличия механизмов перепуска электрода и токоподводящей сети в сравнительно ограниченном пространстве расположения плавильно-восстановительного агрегата. Энергетически невыгоден верхний вывод отходящих газов с высокой температурой, снижение которой необходимо по условиям работы теплоутилизирующих устройств. Весьма проблематично сжигание угля в струе кислорода, которое необходимо организовать таким образом, чтобы достигнуть полного тепловыделения в плавильном объеме. Если при пылеугольном сжигании запаздывание воспламенения угля может вызвать лишь недожог топлива, то при сжигании угля для получения жидкого рудно- или рудноизвесткового расплава, осуществляемого в весьма ограниченном объеме, затягивание зажигания может ухудшить показатели горения или полностью нарушить процесс. Для устранения таких нежелательных явлений необходимо организовать предварительную тепловую обработку топлива за счет ввода его в нагретый до 650-700^оС окислитель. Не менее важен вопрос дозирования шихтовых материалов, задаваемых в циклон, так как количество расходуемой шихты определяет расход энергоносителей и окислителя.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для получения передельных шлаков [2] Оно позволяет снизить энергетические затраты и обеспечивает получение низкофосфористых передельных шлаков высокого качества. Достигается это тем, что процесс получения указанных шлаков, используемых при производстве металлического марганца, ферромарганца, силикомарганца, осуществляют в две стадии: путем окислительной плавки руды и последующей дефосфорации расплава в восстановительной атмосфере. Устройство выполнено в виде циклонной печи для плавления руды и двух дуговых печей для дефосфорации расплава. Это устройство состоит из циклонной печи, установленной на подвижной круговой опоре, обеспечивающей поворот на 180^оС, и двух восстановительных камер, представляющих собой дуговые электропечи с электродами. Исходная руда расплавляется в циклоне. Отходящие газы из него выводятся по центральному каналу. Расплавленная шихта перетекает из циклонной печи в одну из дуговых печей, сопряженных с циклоном наклонным каналом. По заполнении первой дуговой печи подачу шихты, топлива и дутья в циклон прекращают и последний поворачивают на и180^оС, после чего вновь начинают плавку, при которой образующийся расплав поступает уже в другую дуговую электропечь. Дефосфорацию расплава в электропечах производят обычным способом.

Существенным недостатком указанного агрегата является периодичность работы циклонной печи, связанная с необходимостью поворота ее при переходе к восстановительному периоду получения малофосфористого шлака. Конструктивное выполнение циклонной печи не позволяет с достаточной полнотой осуществить разделение жидкого расплава с продуктами горения топлива и исключить попадание шлакового расплава в центральный газоход. Необходимость поворота циклонной печи на различных стадиях процесса получения малофосфористого шлака предопределяет сложность в технических решениях по монтажу собственно циклонной печи, систем охлаждения и подвода энергоносителей, устройств для накопления шихтовых материалов и их дозирования. Сочленение циклона с дуговыми электропечами вызывает необходимость принятия дополнительных мер по герметизации агрегата, исключить попадание отходящих газов в окружающую среду и в электропечь, где происходит дефосфорация расплава.

Задача изобретения состоит в организации непрерывного процесса получения чугуна, ферросплавов, передельных шлаков с высокой интенсивностью. Решение задачи достигается за счет того, что устройство для получения чугуна, ферросплавов и передельных шлаков, содержащее циклон для плавления шихты в окислительной атмосфере и предварительного восстановления оксидов до FeO и электродуговые печи для полного восстановления расплава, дополнительно снабжено камерой для отделения расплава от газовой фазы, расположенной под циклоном и между электродуговыми печами и соединенной с ними наклонными каналами с шиберными затворами для раздельного отвода расплава и отходящих газов. Соотношение площадей сечений пережима циклона, камеры и газоотхода в ней равно 1:15:7,5. Электродуговые печи оборудованы фурмами для ввода в расплав восстановителя.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с аналогами и прототипом; изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники; практически легко осуществимо.

На чертеже представлен общий вид устройства.

Устройство для получения чугуна, ферросплавов и передельных чугунов состоит из циклона 1 для плавления шихты в окислительной атмосфере и предварительного восстановления оксидов до FeO и двух электродуговых печей 2 для полного восстановления расплава. Под циклоном и между электродуговыми печами расположена камера 3 для отделения расплава от газовой фазы. Камера соединена с циклоном с помощью пережима 4 и с электродуговыми печами наклонными каналами 5 с шиберными затворами 6. В верхней части камеры размещен газоход 7. Электродуговые печи оборудованы фурмами 8 для ввода в расплав восстановителя.

Устройство работает следующим образом.

Мелкодисперсная шихта (руда, известь, пылеугольное топливо восстановитель) загружаются в бункер-накопитель 9, откуда через дозатор 10, обеспечивающий равномерность подачи материалов, поступает в верхнюю зону циклона. Шихта попадает в вихревой поток высокотемпературных продуктов сжигания газообразного топлива, поступающих из тангенциально расположенных форкамерных горелок 11. Вследствие тангенциальной подачи продуктов сгорания материалы подхватываются этим вихрем, приводятся во вращение, сепарируются на ограничивающие поверхности циклона, расплавляются и стекают через пережим в камеру 3, где завершаются процессы разделения газовой и шлаковой фаз, усреднение расплава по составу и температуре. Основная масса дымовых газов из верхней части камеры по газоходу 7 направляются на утилизацию, а часть газов поступает по наклонному каналу 5 в электропечь.

Соотношение площадей сечений пережима, камеры и газохода 1:15:7,5 выбрано из следующих соображений. Поток газов, расплава и нерасплавившихся в циклоне частиц на выходе из циклона обладают высокой скоростью. За счет резкого расширения (1:15) в камере скорости потоков падают и нерасплавившиеся частицы выпадают на поверхность расплава. Практика эксплуатации систем очистки газов доказывает, что при отношении площадей сечения на входе и выходе из расширительной камеры менее 1:15 наблюдается вынос мелкодисперсных частиц из камеры. Выбор соотношения этих сечений более 1:15 увеличивает объем камеры, сопротивление газоотводящего тракта и мощность дымососа.

Отношение площади сечения камеры 4 к сечению газохода 2:1 обусловлено необходимостью поддержания небольшого избыточного давления камере. Изменение этого соотношения ведет либо к разрежению в камере (подсосы), либо к давлению (выбиванию газов). Суммарное количество топлива, восстановителя и окислителя выбирается достаточным для расплавления шихты и предварительного восстановления оксидов до FeО. Из разделительной камеры рудный или руднофлюсовый восстановительный расплав поступает по наклонному каналу 5 через открытый шибер 6 в одну из электропечей 2. После наполнения первой дуговой печи производится закрытие шиберов наклонных каналов, включение электропечи и проводится окончательное довосстановление расплава. Количество расплава, поступившего в электропечь, определяется по времени работы циклона с заданной производительностью по шихте. Восстановитель вводится в расплав в токе кислорода через фурмы 8. Этим достигается высокая степень прямого восстановления расплава частицами твердого углерода. Образующиеся газы дожигаются под сводом электропечи или направляются на утилизацию. В то время, когда в одной электропечи производится окончательное довосстановление расплава с получением металла или передельных шлаков, циклон непрерывно расплавляет шихту и проходит наполнение расплавом другой электропечи. Эти стадии процесса синхронизированы по продолжительности работы циклона и длительности восстановительного периода в электропечи. После выпуска продуктов плавки (металл, шлак) технологический процесс в электропечах повторяется.

Предлагаемое устройство и технология плавки позволяют использовать широкую гамму материалов (руды, шлаки, шламы, пыли газоочисток, пылеугольное топливо) без их предварительного окускования (агломерация, брикетирование, окатывание), открывают возможности применения некоксующихся углей, а также материалов с высокой концентрацией серы, тяжелых и цветных металлов, а также позволяет достигать высокой производительности при снижении удельных затрат по энергоносителям.