способ бескоксовой переработки рудного сырья с получением легированной ванадием стали

Формула изобретения

Способ бескоксовой переработки рудного сырья с получением легированной ванадием стали, включающий получение в газификаторе чугуна и горячих восстановительных газов с температурой 850-1050°С путем газификации угля, загрузку сырья и подачу горячих восстановительных газов в шахтную печь для металлизации, металлизацию и последующую плавку металлизованного сырья в дуговой электропечи, отличающийся тем, что необходимую температуру в газификаторе поддерживают путем дополнительного электрического нагрева, причем до 70% подводимой энергии составляет подвод электроэнергии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к процессам металлизации и электросталеплавильному производству.

Известны способы прямого легирования стали и сплавов, при которых легирующие элементы поступают непосредственно из первородного природного сырья (концентраты, агломераты, окатыши [1-3]). При этом используется газификатор, работающий в смешанном режиме - с одновременным получением горячих восстановительных газов для целей металлизации исходного сырья и полупродукта - чугуна. Далее металлизированное сырье, имеющее в своем составе легирующие элементы - ванадий, никель и др. вместе с природно-легированным чугуном подается в электропечь для получения готового продукта легированной стали (ванадием) или сплава (ферроникель). Однако недостатком этого способа является применение в качестве единственного источника энергии угля для проведения процесса газификации и получения чугуна. Известно, что содержащиеся в угле в значительном количестве фосфор и сера при этом процессе переходят в металл и газовую фазу, что создает экологические проблемы и ухудшает качество металла.

Таким образом, известен способ прямого легирования стали ванадием [1], который наиболее близок к предлагаемому изобретению и принят за аналог. Однако недостатком этого способа является использование угля в качестве единственного источника энергии для процесса газификации. Это обуславливает появление значительных количеств серы и фосфора в восстановительном газе и чугуне, что ухудшает экологическую ситуацию и качество металла и усложняет технологию плавки в электропечи. Кроме того, для получения необходимого количества тепла в газификаторах используется кислород, подаваемый через верхние фурмы для дожигания оксида углерода. Это снижает восстановительный потенциал восстановительных газов, замедляет процесс металлизации, уменьшает степень металлизации, и как следствие, приводит к увеличению времени плавления в дуговой электропечи.

Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение улучшения качества легированного металла, снижение выбросов сернистых газов в атмосферу при прямом легировании стали и сплавов, увеличение производительности установки. Эта задача решается следующим образом.

Используется способ бескоксовой переработки рудного сырья с получением легированной ванадием стали, включающий получение горячих восстановительных газов и чугуна в газификаторе при температуре 850-1050°С путем газификации угля, загрузку сырья и подачу горячих восстановительных газов в шахтную печь для металлизации, металлизацию и последующую плавку металлизованного сырья в дуговой электропечи, отличающийся тем, что необходимую температуру в газификаторе поддерживают путем дополнительного электрического нагрева, причем до 70% подводимой энергии составляет подвод электроэнергии.

Процесс газификации для получения восстановительного газа для целей металлизации сырья осуществляется в газификаторе, работающем таким образом на двух источниках энергии - электрической и энергии угля. При этом затраты энергии на нагрев и плавление исходных материалов газификатора, работающего с использованием жидкой барботирующей, шлаковой ванны или с коксовой насадкой, компенсируются с использованием электрической энергии, а углесодержащие материалы используются лишь для получения восстановительного газа и восстановления исходных рудных материалов. Расчеты показывают, что в тепловом балансе газификатора горячих восстановительных газов, работающем в смешанном режиме, до 70% подводимой энергии отводится на нагрев и плавление исходных материалов (рудный концентрат, уголь, флюсы) и переходит в теплосодержание, а остальная часть энергии расходуется на получение восстановительных газов и восстановление металла из рудных материалов (эндотермические реакции). Таким образом, до 70% подводимой энергии может быть заменено на электрическую энергию. При этом расход угля (кокса) сокращается до 70%, и, соответственно, уменьшается содержание серы и фосфора в восстановительном газе и чугуне.

В частности, при содержании пентаоксида фосфора Р₂О₅ в угле 0,1% его содержание в металле без использования электроэнергии составляет в среднем 0,05-0,1%, а с использованием электрической энергии в количестве 70% по теплу содержание фосфора в металле снизится на 70% и составит примерно 0,015-0,03%.

Это позволяет при дальнейшем поступлении металлизированного сырья (концентрат, окатыши) и чугуна в дуговую электропечь для получения легированной стали (сплава) без осложнений проводить окислительный и восстановительный период плавки, так как перевод фосфора в восстановительный период из шлака в металл будет небольшим - до 70% меньшим, чем при применении в качестве источника энергии в газификаторе только угля. При предлагаемом способе отпадает необходимость в получении дополнительной теплоты за счет частичного дожигания восстановительных газов над шлаковой ванной.

Применение электрической энергии в газификаторе позволяет, таким образом, отказаться от использования дожигания оксида углерода. При этом на 20% возрастает восстановительный потенциал восстановительных газов, что приводит к ускорению процесса металлизации и увеличению степени металлизации в шахтной печи. Это в свою очередь приводит к снижению длительности плавления в электропечи и увеличению производительности процесса. Кроме того, требуемый расход кислорода сокращается на 40-50%.

Этот способ реализуется с помощью устройства, представленного на чертеже, где ГВГ - горячий восстановительный газ; ВГ - восстановительный газ; ЭГ - экспортный газ; _р - степень рекуперации.

Устройство включает электроугольный газификатор горячих восстановительных газов 1, печь для металлизации железорудного сырья (окатыши, концентрат) 2, дуговую электропечь 3, электронагревательное устройство и электроды газификатора 4, фурмы для подачи окислителя (обогащенное кислородом дутье) 5, устройство загрузки рудных материалов и угля 6, патрубок для горячих восстановительных газов 7, рекуператор второй ступени для подогрева окислителя 8, рекуператор для подогрева окислителя первой ступени 9, устройство загрузки окисленного рудного сырья в печь металлизации 10, устройство ввода восстановительных газов в печь металлизации 11, устройство выгрузки металлизированного сырья 12, электроды дуговой электропечи 13, устройство заливки чугуна в электропечь 14, устройство подачи металлизированного сырья в электропечь 15, устройство подачи металлического лома в электропечь 16, топливно-кислородные горелки 17, трубопровод отвода колошникового газа из печи металлизации - экспортного газа 18, охладитель ГВГ и очистку его от пыли 19, очистку колошникового газа от пыли 20, устройства выпуска чугуна 21 из газификатора.

Устройство работает следующим образом.

В газификатор подаются через устройство загрузки рудные материалы, содержащие легирующий элемент, и уголь. Через фурмы в газификатор подается окислитель (обогащенный кислородом воздух). Образующиеся горячие восстановительные газы подаются через патрубок в рекуператор второй ступени нагрева, в этот же рекуператор поступает и нагретый в рекуператоре первой ступени окислитель. Охлажденный в рекуператоре восстановительный газ поступает через устройство ввода восстановительных газов в печь металлизации. Через устройство загрузки рудного сырья в печь металлизации поступает окислительное рудное сырье (окатыши), содержащее легирующий элемент. Металлизированное рудное сырье подается через устройство подачи металлизированного рудного сырья в электропечь. Через устройства заливки чугуна и подачи металлического лома в электропечь подается также жидкий чугун и лом. Через топливно-кислородные горелки в электропечь подаем дополнительное к электрической энергии тепло. При этом может использоваться и колошниковый экспортный газ печи металлизации. Остальная часть колошникового газа является экспортной и отводится по трубопроводу. В устройстве охлаждения и очистки горячих восстановительных газов проводится частичное охлаждение и очистка ГВГ от пыли, а в устройстве очистки колошникового газа проводится очистка колошникового газа шахтной печи от пыли. Из газификатора получаемый полупродукт (чугун) отводится через устройство выпуска чугуна.

Использование данного способа позволяет уменьшить до 70% поступление серы и фосфора из угля в чугун и, соответственно, снизить содержание фосфора и серы в легируемой стали, что улучшает ее эксплуатационные свойства и снижает эксплуатационные расходы на производство стали. При этом уменьшается расход кислорода, восстановительный газ газификатора имеет больший восстановительный потенциал, что ускоряет процесс металлизации железорудного сырья и увеличивает степень металлизации. При этом также снижается расход электроэнергии в дуговой электропечи и увеличивается ее производительность. Кроме того, снижается содержание серы в отходящих газах шахтной печи металлизации.

Пример 1. По предлагаемому способу газификатор имеет размеры:

Размеры горизонтального сечения на уровне нижних фурм:

Площадь, м2	28
Длина, м	11
Ширина, м	2,5

Высота:

Рабочего пространства от подины до свода, м	6,0
От подины до нижних фурм, м	1,5
От подины до отверстий для электродов, м	4,0

На выходе газификатора производится чугун. Соответственно, из расчета на 1 т чугуна на выходе газификатора загружается 2,16 т угля, 1682 кг руды, 11 кг извести, дутье нижних фурм 2049 кг. Необходимое тепло для нагрева и плавления исходных материалов (рудный концентрат, уголь, флюсы) обеспечивается электрическим нагревом. Энергия, расходуемая на получение восстановительных газов и восстановление металла из рудных материалов (эндотермические реакции), обеспечивается дожиганием угля. Мощность трансформатора составляет 50-140 МВ·А, сила тока составляет 30-80 кА. Число электродов три.

Таким образом на выходе газификатора получается: 1 т чугуна, 4760 м³/ч ГВГ, 494 кг шлака, 115 кг пыли. За счет электрического нагрева восстановительный потенциал восстановительных газов увеличивается на 25%.

Состав ГВГ: СО - 65%; Н₂ - 23%; N ₂ - 12%; СО₂ - 0%; Н ₂О - 0%.

Используемая литература

1. Лисиенко В.Г., Роменец В.А., Пареньков А.Е. и др. Способ бескоксовой переработки ванадийсодержащего рудного сырья с получением легированной ванадием стали. Патент РФ №2167944, Приоритет от 11.08.1998 г., Бюл. №15, 27.05.2001.

2. Пареньков А.Е., Лисиенко В.Г., Чистов В.П., Юсфин Ю.С. и др. Способ переработки никельсодержащего железорудного сырья. Патент РФ №2217505, Приоритет от 22.03.2002 г., Бюл. №33, 27.11.2003.

3. Лисиенко В.Г., Файншмидт Е.М., Дружинина О.Г. Конструкционная сталь. Патент РФ №2217519, Приоритет от 6.06.2001 г., Бюл. №33, 22.11.2003.