металлургический сосуд и способ прямого восстановления железа

Формула изобретения

1. Металлургический сосуд для получения чугуна или стали, содержащий донную часть, сводовую часть, боковую стенку и фурменную систему из по меньшей мере двух фурм для подачи кислородсодержащего газа внутрь сосуда во время работы, причем каждая фурма имеет концевую часть для выпуска кислородсодержащего газа, при этом фурменная система выполнена с возможностью формирования при работе по существу нисходящего потока газообразных продуктов сгорания у боковой стенки и по существу восходящего потока газообразных продуктов сгорания в центре сосуда, отличающийся тем, что для направления кислородсодержащего газа к центральной оси металлургического сосуда по меньшей мере одна из фурм наклонена по отношению к вертикали под первым острым углом, при этом ее концевая часть наклонена в направлении центральной оси металлургического сосуда, при этом концевая часть фурмы выполнена с возможностью направления кислородсодержащего газа к центральной оси металлургического сосуда под вторым острым углом по отношению к вертикали, причем второй острый угол больше, чем первый острый угол.

2. Металлургический сосуд по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из фурм снабжена средством для выпуска множества струй кислородсодержащего газа из ее концевой части.

3. Металлургический сосуд по п.1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из фурм проходит через сводовую часть металлургического сосуда.

4. Металлургический сосуд по п.1 или 2, отличающийся тем, что все концевые части фурм расположены на равном расстоянии от боковой стенки.

5. Металлургический сосуд по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит три или более фурм.

6. Металлургический сосуд по п.1 или 2, отличающийся тем, что предусмотрена добавка измельченного материала в сосуд в упомянутом по существу нисходящем потоке газообразных продуктов сгорания через по меньшей мере через один питающий желоб.

7. Металлургический сосуд по п.6, отличающийся тем, что множество питающих желобов предусмотрено в сводовой части металлургического сосуда.

8. Металлургический сосуд по п.7, отличающийся тем, что с каждой фурмой согласован питающий желоб.

9. Металлургический сосуд по п.8, отличающийся тем, что каждый питающий желоб расположен между соответствующей фурмой и боковой стенкой металлургического сосуда в радиальном направлении.

10. Металлургический сосуд по п.1, отличающийся тем, что боковая стенка сосуда относится к нижней части сосуда для размещения ванны расплавленного металла и слоя шлака и верхней части сосуда для размещения слоя шлака, причем в верхней части сосуда предусмотрены по меньшей мере две фурмы для подачи кислородсодержащего газа в верхнюю часть сосуда и по окружности нижней части сосуда расположено множество фурм для подачи газа, и/или жидкости, и/или твердого материала, и/или плазмы в слой шлака в нижней части сосуда.

11. Металлургический сосуд по п.10, отличающийся тем, что диаметр нижней части сосуда меньше чем диаметр его верхней части.

12. Металлургический сосуд по любому из пп.10 или 11, отличающийся тем, что фурмы для подачи газа, и/или жидкости, и/или твердого материала, и/или плазмы в слой шлака в нижней части сосуда снабжены кислородно-топливными горелками.

13. Металлургический сосуд по п.1, отличающийся тем, что содержит плавильный циклон, расположенный над металлургическим сосудом и открыто сообщающийся с ним.

14. Металлургический сосуд по п.13, отличающийся тем, что фурмы для подачи кислородсодержащего газа расположены таким образом, чтобы избежать контакта с расплавленным металлом, проходящим вниз из плавильного циклона в металлургический сосуд.

15. Способ восстановления железа из оксидов железа с использованием металлургического сосуда по любому из пп.1-9, включающий подачу оксидов железа в сосуд и восстановление железа из оксидов посредством подачи углеродистого материала в сосуд и подачи кислородсодержащего газа к оксидам железа через фурмы.

16. Способ восстановления окиси железа в железо с использованием металлургического сосуда по любому из пп.10-14, включающий подачу оксида железа в сосуд, подачу кислородсодержащего газа в верхнюю часть металлургического сосуда через фурмы, подачу углеродистого материала к оксиду железа и подачу газа, и/или жидкости, и/или твердого материала, и/или плазмы в слой шлака в нижней части сосуда через множество фурм.

17. Способ восстановления окиси железа по п.16, отличающийся тем, что фурмы содержат кислородно-топливные горелки, действующие в качестве прямого источника тепла в слое шлака в нижней части металлургического сосуда.

18. Способ получения железа с использованием металлургического сосуда по любому из пп.1-14, включающий подачу оксида железа или предварительно восстановленного оксида железа в металлургический сосуд, подачу кислородсодержащего газа в металлургический сосуд через фурменную систему, содержащую по меньшей мере две фурмы и выполненную с возможностью формирования при работе по существу нисходящего потока газообразных продуктов сгорания газа у боковой стенки сосуда и по существу восходящего потока газообразных продуктов сгорания в центре сосуда, подачу углеродистого материала в сосуд.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что подают материал, содержащий оксид железа, в плавильный циклон, предварительно восстанавливают материал, содержащий оксид железа, с помощью восстановительных газообразных продуктов сгорания, выходящих из металлургического сосуда, по меньшей мере частично плавят материал, содержащий оксид железа, в плавильном циклоне путем подачи кислородсодержащего газа в плавильный циклон, при этом осуществляют дополнительное дожигание восстановительных газообразных продуктов сгорания, обеспечивают прохождение предварительно восстановленного и по меньшей мере частично расплавленного материала, содержащего оксид железа, вниз из плавильного циклона в металлургический сосуд для окончательного восстановления, осуществляют окончательное восстановление в металлургическом сосуде в слое шлака посредством подачи кислородсодержащего газа в металлургический сосуд через фурмы и подачи угля в металлургический сосуд, и тем самым обеспечивают образование восстановительного газа и осуществление по меньшей мере частичного дожигания восстановительного газа в металлургическом сосуде с помощью подаваемого в него кислородсодержащего газа.

20. Способ получения железа по п.18 или 19, отличающийся тем, что подают через фурмы газ, и/или жидкость, и/или твердый материал, и/или плазму в слой шлака в нижней части сосуда.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к металлургическому сосуду для получения чугуна и стали, содержащему донную часть, боковую стенку и фурменную систему из по меньшей мере двух фурм для подвода кислородсодержащего газа внутрь сосуда во время работы, причем каждая фурма имеет концевую часть для выпуска кислородсодержащего газа. Настоящее изобретение также относится к способам получения железного материала.

В основу настоящего изобретения положена задача создания металлургического сосуда, который можно было бы использовать в промышленных масштабах с повышением производительности и уменьшением засорения оборудования, расположенного в сводовой части сосуда.

Настоящее изобретение обеспечивает усовершенствование известного уровня техники за счет того, что фурменная система выполнена с возможностью формирования при работе по существу нисходящего потока газообразных продуктов сгорания у боковой стенки сосуда и по существу восходящего потока газообразных продуктов сгорания в центре сосуда.

Термин "газообразные продукты сгорания" относится к газам, которые образуются во время реакций в металлургическом сосуде и являются при этом по меньшей мере частично продуктами сгорания. Термин "центр сосуда" относится к центральной области сосуда, в виде колонны, окружающей и содержащей центральную ось сосуда. При вертикальной конструкции металлургического сосуда центральная ось проходит по существу вертикально через центр сосуда.

Существенное преимущество настоящего изобретения заключается в том, что его можно успешно использовать для сосудов большого диаметра благодаря созданию признанного очень благоприятным потока газа в корпусе сосуда. Этот поток газа приводит к уменьшению тепловых нагрузок на стенки, а множество фурм обеспечивает хорошее распределение кислородсодержащего газа, а значит и хорошее распределение тепла по площади сосуда, повышая тем самым производительность. Настоящее изобретение также позволяет уменьшить проблему засорения и повреждения, например, отверстий, уплотнений, датчиков и измерительного оборудования, расположенных в сводовой части сосуда, которые являются дорогостоящими элементами и которые сложно заменять или ремонтировать. Проблема засорения возникает, когда восходящий поток газообразных продуктов сгорания, направленный к сводовой части сосуда, захватывает частицы материала. Конфигурация фурм согласно настоящему изобретению создает по существу нисходящий поток газообразных продуктов сгорания у боковой стенки, а в центре сосуда создается восходящий поток. Поэтому любые частицы, захваченные восходящим потоком, проходят вверх в центре сосуда и имеют меньше шансов контакта с любым оборудованием, отверстиями, уплотнениями или датчиками, проходящими через сводовую часть. Примеры процессов прямого получения расплавленного металла из оксидов металлов включают в себя использование электрических печей в качестве основного источника энергии для реакций плавления, процесс Romelt, процесс DIOS, процесс AISI, процесс Hismelt и использование циклонной конвертерной печи.

В документе ЕР 0735146 описан металлургический сосуд конвертерного типа, в котором подвергают окончательному восстановлению предварительно восстановленную железную руду. Донная часть металлургического сосуда содержит ванну металла, а вверх от донной части простирается стенка или боковина, ограничивающая слой шлака. Сводовая часть простирается от верхней части боковой стенки над внутренним пространством сосуда и соединяется с плавильным циклоном. Множество фурм проходят через стенку металлургического сосуда и подают кислород внутрь сосуда. Фурмы охарактеризованы как ориентированные как можно более вертикально, чтобы обеспечить такой же эффект, как при использовании центральной фурмы.

Как отмечалось выше, настоящее изобретение является усовершенствованием известного уровня техники за счет того, что фурмы выполнены с возможностью формирования при работе по существу нисходящего потока газообразных продуктов сгорания у боковой стенки и по существу восходящего потока газообразных продуктов сгорания в центре сосуда. Специалисты смогут прямо и положительно подтвердить наличие этих достигаемых при работе по существу нисходящего потока газообразных продуктов сгорания у боковой стенки и по существу восходящего потока газообразных продуктов сгорания в центре сосуда, например, с помощью вычислений и контролирования тепловых потерь на квадратный метр боковой стенки и сводовой части сосуда.

Боковые стенки и сводовая секция металлургического сосуда могут содержать металлические холодильники или трубы, по которым течет вода в целях охлаждения сосуда и/или огнеупорного материала, способного выдерживать высокие температуры. Боковая стенка и сводовая секция металлургического сосуда обычно оборудованы температурными датчиками.

Температурные датчики могут быть термопарами, которые измеряют температуру охлаждающей воды, или термопарами, которые измеряют температуру огнеупорной стенки в различных частях по высоте и окружности боковой стенки и сводовых частей сосуда. Объединив измерения температуры охлаждающей воды с измерениями потока охлаждающей воды, специалист сможет вычислить и проконтролировать тепловые потери на квадратный метр (тепловые потоки) в различных частях по высоте и окружности боковой стенки и сводовых частей сосуда. Таким образом, специалист сможет удостовериться в наличии по существу нисходящего потока газообразных продуктов сгорания у боковой стенки сосуда и по существу восходящего потока газообразных продуктов сгорания в центре сосуда посредством контролирования температур боковой стенки и сводовой части сосуда.

В обычном металлургическом сосуде с одной центральной фурмой или с вертикально ориентированными фурмами процессы горения, обеспечиваемые фурмой (фурмами), вызывают сильное расширение газов в центре сосуда, что приводит к потоку горячих отходящих газов в направлении боковых стенок и вверх.

В металлургическом сосуде согласно изобретению по существу нисходящий поток газообразных продуктов сгорания у боковой стенки сосуда оказывает охлаждающее действие на боковую стенку и это обеспечивает более низкие температуры огнеупора или снижение тепловых потоков. Горячие газообразные продукты сгорания проходят по существу вверх через центр сосуда и поэтому не контактируют с боковой стенкой. Настоящее изобретение также обеспечивает снижение температур огнеупора или тепловых потоков, в частности в области боковой стенки вблизи фурм.

В металлургическом сосуде согласно изобретению по меньшей мере одна из фурм может быть оснащена средством для выпуска множества струй кислородсодержащего газа из ее конечной части. Такая фурма может распределять кислород по более широкой площади поверхности содержимого сосуда по сравнению с единственной струей. Каждая из фурм может быть снабжена средством для выпуска множества струй кислородсодержащего газа из ее конечной части.

Фурмы предпочтительно выполнены таким образом, что по меньшей мере одна из них проходит через сводовую часть металлургического сосуда. Сводовая часть сосуда простирается от верхней части боковой стенки. Если над сосудом расположен плавильный циклон, открыто сообщающийся с ним, то сводовая часть простирается от верхней части боковой стенки до плавильного циклона. Таким образом, по меньшей мере одна фурма проходит через часть сосуда, которая не контактирует с его содержимым, что исключает повреждение уплотнения вокруг фурмы в точке ее проникновения в сосуд. Каждая фурма может проходить через сводовую часть металлургического сосуда.

По меньшей мере одна фурма предпочтительно выполнена с возможностью направления кислородсодержащего газа внутрь по направлению к центральной оси металлургического сосуда. Каждая фурма может быть выполнена с возможностью направления кислородсодержащего газа внутрь по направлению к центральной оси металлургического сосуда. Направление газа внутрь к центральной оси сосуда создает область низкого давления на концевой части фурмы, что приводит к увлечению газообразных продуктов сгорания вниз по боковой стенке в направлении концевой части фурмы, а восходящий поток газообразных продуктов сгорания создается через центр сосуда.

По меньшей мере одна фурма может быть наклонена относительно вертикали под первым острым углом так, что ее концевая часть наклонена в направлении центральной оси металлургического сосуда. Посредством наклона фурмы кислородсодержащий газ направляется внутрь к центральной оси металлургического сосуда и улучшается распределение кислородсодержащего газа по поверхности содержимого сосуда. Каждая фурма может быть наклонена по отношению к вертикали так, чтобы ее концевая часть была наклонена в направлении центральной оси металлургического сосуда.

Концевая часть по меньшей мере одной фурмы может быть также выполнена с возможностью направления кислородсодержащего газа к центральной оси металлургического сосуда под вторым острым углом относительно вертикали, который больше, чем первый острый угол. Больший угол относительно вертикали по сравнению с углом наклона фурмы увеличивает восходящий и нисходящий газовый поток, создаваемый в сосуде. Каждая фурма может быть выполнена с возможностью направления кислородсодержащего газа к центральной оси металлургического сосуда под большим углом от вертикали, чем угол наклона фурмы.

Фурмы могут быть регулируемыми по высоте и поэтому их можно располагать на оптимальной высоте над поверхностью содержимого сосуда при изменении уровня заполнения сосуда. Угол наклона фурм также может быть регулируемым, чтобы позволить оптимизировать распределение кислородсодержащего газа по поверхности содержимого сосуда.

Все концевые части фурм могут быть расположены на равном расстоянии от боковой стенки, чтобы обеспечить наиболее эффективное распределение тепла по поверхности содержимого сосуда в целях увеличения производительности. Предпочтительно три или более фурм подают кислородсодержащий газ к содержимому сосуда, чтобы обеспечить оптимальное распределение тепла и производительность.

Измельченный материал можно предпочтительно добавлять в металлургический сосуд через по меньшей мере один питающий желоб в по существу нисходящий поток газообразных продуктов сгорания, при этом питающий желоб расположен на небольшом расстоянии от фурм. По существу нисходящий поток газа вблизи боковой стенки захватывает измельченный материал, например, в форме угольной пыли, и уносит его вниз к концевым частям кислородных фурм и слою шлака. Это позволяет избежать проблемы потери значительной доли любого измельченного материала, добавляемого в сосуд, в результате захвата частиц восходящим потоком газа до того, как он достигнет содержимого сосуда. Таким образом, предпочтительный вариант изобретения позволяет значительно снизить потери измельченного материала, такого как угольная пыль, из сосуда и повысить производительность благодаря тому, что большая доля измельченного материала доступна в качестве реагента. Можно брать пробы газа, выходящего из металлургического сосуда во время работы (отходящий газ), известным способом, чтобы удостовериться в уменьшении количества измельченного материала в отходящем газе. Также повышается степень сгорания отходящего газа, поскольку продукты пиролиза угля, которые спонтанно выделяются, когда уголь попадает в горячую атмосферу внутри металлургического сосуда во время работы, будут захватываться нисходящим потоком газа на боковой стенке и сгорать, а не выдуваться из сосуда. Степень дожигания отходящего газа можно также оценить посредством известных методов взятия и анализа проб.

Можно дополнительно снизить потери порошкообразного материала, снабдив каждую фурму соответствующим питающим желобом, чтобы измельченный материал, добавляемый через желоб, захватывался нисходящим потоком газа. Оптимальное положение каждого питающего желоба находится между фурмой и боковой стенкой металлургического сосуда в радиальном направлении, где нисходящий поток газов газообразных продуктов сгорания является максимальным.

Боковая стенка сосуда предпочтительно содержит нижнюю часть для размещения ванны расплавленного металла и части слоя шлака в процессе работы и верхнюю часть для размещения остальной части слоя шлака в процессе работы, причем по меньшей мере две фурмы предусмотрены в верхней части сосуда для подачи в него кислородсодержащего газа, и множество фурм расположено по окружности нижней части сосуда для подачи газа, и/или жидкости, и/или твердого материала, и/или плазмы в слой шлака в нижней части сосуда. Упомянутые по меньшей мере две фурмы подают кислородсодержащего газа, а значит и обеспечивают выделение тепла, в шлаке в верхней части сосуда, в то время как газ, и/или жидкость, и/или твердый материал, и/или плазма, подаваемые нижними фурмами, гарантируют, что слой шлака не станет спокойным. Спокойное состояние приводит к охлаждению нижнего слоя шлака и потере производительности.

Фурмы подают газ, и/или жидкость, и/или твердый материал, и/или плазму прямо в нижний слой шлака, тогда как для донного перемешивания через днище сосуда в расплавленный металл вдувается газ. Следовательно, согласно предпочтительному аспекту изобретения не создаются высокие скорости потоков в расплавленном металле, чтобы исключить одну из главных проблем донного перемешивания, а именно быструю эрозию стенки сосуда в части, контактирующей с расплавленным металлом. Таким образом, подача фурмами газа, и/или жидкости, и/или твердого материала, и/или плазмы к слою шлака в нижней части сосуда не вызывает эрозии огнеупорной футеровки в зоне горячего металла, но при этом также сохраняется производительность благодаря перемешиванию нижнего слоя шлака. Перемешивание нижнего слоя шлака максимально увеличивает протекание реакций в нижнем слое шлака и гарантирует, что он не станет спокойным. Подача фурмами горючего газа, и/или жидкости, и/или твердых материалов также повышает теплоперенос из слоя шлака в расплавленный металл в донной части сосуда. При этом также облегчается содержание фурм, поскольку они расположены выше уровня летки сосуда.

Диаметр нижней части металлургического сосуда предпочтительно меньше, чем диаметр верхней части. Фурмы расположены по окружности в нижней части сосуда и поэтому струи, выпускаемые фурмами, проникают в слой шлака в нижней части сосуда до того, как они поднимутся через шлак в верхнюю часть сосуда. Любые "горячие пятна", т.е. области более высокой температуры, создаваемые газом, и/или жидкостью, и/или твердым материалом, и/или плазмой, которые подаются фурмами, в слое шлака в верхней части сосуда, будут достаточно удалены от стенки сосуда, чтобы гарантировать, что не произойдет увеличения коррозии и/или эрозии стенки.

Фурмы могут предпочтительно представлять собой кислородно-топливные горелки, действующие в качестве прямого источника тепла в слое шлака в нижней части сосуда. Эти кислородно-топливные горелки повышают производительность реактора, поскольку способствуют прохождению эндотермических реакций восстановления и повышению восстановительной способности слоя шлака.

Металлургический сосуд согласно изобретению предпочтительно содержит плавильный циклон, расположенный сверху сосуда и открыто сообщающийся с ним. При этом ни одна из кислородных фурм не должна выдерживать воздействие тепла и агрессивной среды циклона, так как они не проходят через циклон. Такой плавильный циклон описан в документах NL C 257692 и ЕР 0735146.

Фурмы предпочтительно расположены таким образом, чтобы исключить контакт с расплавленным материалом, проходящим вниз из плавильного циклона в металлургический сосуд, поэтому расплавленный металл не повреждает фурмы. Операции замены и/или ремонта поврежденных фурм очень дорогостоящие и снижают производительность.

Настоящее изобретение также относится к способу восстановления железа из оксидов железа с использованием металлургического сосуда согласно изобретению, заключающемуся в том, что подают оксид железа в сосуд и восстанавливают его посредством подачи углеродистого материала в сосуд и подачи кислородсодержащего газа к оксиду железа через фурмы. Кислородсодержащий газ можно подавать в верхнюю часть металлургического сосуда через фурмы, а газ, и/или жидкость, и/или твердые материалы, и/или плазму можно подавать в слой шлака в нижней части сосуда через множество нижних фурм.

Настоящее изобретение также относится к способу получения железа, при котором подают окись железа или предварительно восстановленную окись железа в металлургический сосуд, подают кислородсодержащий газ в металлургический сосуд через фурменную систему из по меньшей мере двух фурм, выполненную с возможностью формирования при работе по существу нисходящего потока газообразных продуктов сгорания у боковой стенки сосуда и по существу восходящего потока газообразных продуктов сгорания в центре сосуда, подают углеродистый материал в сосуд.

Настоящее изобретение также относится к способу получения железного материала, заключающемуся в том, что подают материал, содержащий оксид железа, в плавильный циклон, предварительно восстанавливают материал, содержащий оксид железа, с помощью восстановительных газообразных продуктов сгорания, выходящих из металлургического сосуда,по меньшей мере частично плавят материал, содержащий оксид железа, в плавильном циклоне путем подачи кислородсодержащего газа в плавильный циклон и осуществляют дополнительное дожигание восстановительных газообразных продуктах сгорания,позволяют предварительно восстановленному и по меньшей мере частично расплавленному материалу, содержащему оксид железа, проходить вниз из плавильного циклона в металлургический сосуд, в котором происходит окончательное восстановление,осуществляют окончательное восстановление в металлургическом сосуде в слое шлака путем подачи кислородсодержащего газа в металлургический сосуд через фурмы и подачи угля в металлургический сосуд, чтобы тем самым образовать восстановительный газ и осуществить по меньшей мере частичное сжигание восстановительного газа в металлургическом сосуде с помощью подаваемого в него кислородсодержащего газа.

Настоящее изобретение предпочтительно относится к способу получения железного материала, описанному выше, в котором подают газ, и/или жидкость, и/или твердый материал, и/или плазму в слой шлака в нижней части сосуда.

Альтернативный металлургический сосуд может содержать нижнюю часть для размещения ванны расплавленного металла и части слоя шлака в процессе работы, верхнюю часть для размещения остальной части слоя шлака в процессе работы и множество фурм, простирающихся в верхнюю часть сосуда и подающих в нее кислородсодержащий газ, при этом множество фурм расположено по окружности нижней части сосуда для подачи газа, и/или жидкости, и/или твердого материала, и/или плазмы в слой шлака в нижней части сосуда.

Через множество фурм подают кислородсодержащий газ, а значит и обеспечивают выделение тепла в шлаке в верхней части сосуда, в то время как газ, и/или жидкость, и/или твердый материал, и/или плазма, подаваемые фурмами, обеспечивают то, что нижний слой шлака не становится спокойным. Спокойное состояние приводит к охлаждению нижнего слоя шлака и потере производительности. Фурмы подают газ, и/или жидкость, и/или твердый материал, и/или плазму прямо в нижний слой шлака, при этом для донного перемешивания через дно сосуда в расплавленный металл вдувается газ. Предпочтительный аспект изобретения заключается в том, что не создается высоких скоростей потока в расплавленном металле, и это позволяет исключить основные недостатки донного перемешивания, а именно быструю эрозию стенки сосуда в части сосуда, содержащей расплавленный металл.

Следовательно, подача фурмами газа, и/или жидкости, и/или твердого материала, и/или плазмы в нижней части сосуда не вызывает эрозии огнеупорной футеровки в зоне горячего металла и при этом сохраняет производительность благодаря перемешиванию нижнего слоя шлака. Перемешивание нижнего слоя шлака максимально увеличивает протекание реакций в нижнем слое шлака и гарантирует, что он не станет спокойным. Подача фурмами горючего газа, и/или жидкости, и/или твердого материала, и/или плазмы также повышает теплоперенос из слоя шлака в расплавленный металл в нижней части сосуда. При этом фурмы также легче содержать, потому что они расположены выше уровня летки сосуда.

Диаметр нижней части металлургического сосуда предпочтительно меньше, чем диаметр верхней части. Фурмы расположены по окружности нижней части сосуда, и поэтому струи, выпускаемые фурмами, проникают в слой шлака в нижней части сосуда, прежде чем они поднимутся через шлак в верхнюю часть сосуда. Любые "горячие пятна", т.е. области высокой температуры, создаваемые газом, и/или жидкостью, и/или твердым материалом, и/или плазмой, подаваемыми фурмами, в слое шлака в верхней части сосуда будут достаточно удалены от стенки сосуда, чтобы гарантировать, что не произойдет увеличения коррозии и/или эрозии стенки.

Фурмы могут предпочтительно представлять собой кислородно-топливные горелки, действующие как прямой источник тепла в слое шлака в нижней части сосуда. Кислородно-топливные горелки позволяют повысить производительность реактора за счет улучшения протекания эндотермических реакций восстановления и сопутствующего повышения восстановительной способности слоя шлака.

В дальнейшем будут более подробно описаны примеры осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - устройство согласно изобретению,

на фиг.2 - вид по оси А на фиг.1,

на фиг.3 - модель секции устройства с одной фурмой, проходящей в эту секцию сосуда, и смоделированная траектория частиц угля, добавляемого на небольшом расстоянии от фурмы,

на фиг.4 - модель секции устройства с одной фурмой, проходящей в эту секцию сосуда, и смоделированная траектория частиц угля, добавляемого между фурмами,

на фиг.5 - концевая часть фурмы, имеющая четыре сопла для выхода четырех струй кислородсодержащего газа,

на фиг.6 - конкретный вариант воплощения изобретения,

на фиг.7 - альтернативный металлургический сосуд.

Изображенное на фиг.1 устройство 1 содержит металлургический сосуд 1, плавильный циклон 2 (не показан) и множество фурм 3, из которых показаны две. Можно использовать большее количество фурм в зависимости, например, от размера сосуда и рабочих параметров фурм. Сам металлургический сосуд содержит донную часть 4, боковую стенку 5 и сводовую часть 6, которая простирается от верха боковой стенки 5 до плавильного циклона 2. Металлургический сосуд содержит ванну 11 металла со слоем 10 шлака сверху, и сосуд имеет по меньшей мере летку 19 для выпуска расплавленного металла и шлака.

Через фурмы 3 внутрь сосуда подают кислородсодержащий газ, который используется при окончательном восстановлении предварительно восстановленных оксидов железа в слое шлака. Во время окончательного восстановления образуется технологический газ, содержащий восстановительный газ - монооксид углерода, который по меньшей мере частично сгорает над слоем 10 шлака, выделяя при этом тепло, необходимое для окончательного восстановления. По меньшей мере частично сгоревший газ, полученный в результате дожигания, называется газообразными продуктами сгорания. Измельченный уголь подается внутрь сосуда 1 через питающие желоба 12. Фурмы 3 проходят в сосуд через свод 6 и выполнены с возможностью создания по существу нисходящего потока газообразных продуктов сгорания у боковой стенки 5 сосуда и по существу восходящего потока газообразных продуктов сгорания в центре сосуда. Восходящий поток газообразных продуктов сгорания, содержащий восстановительный монооксид углерода, дополнительно дожигается в плавильном циклоне 2 кислородсодержащим газом, подаваемым в плавильный циклон. Оксид железа, подаваемый в плавильный циклон через устройство 13, предварительно восстанавливается приблизительно до FeO и по меньшей мере частично плавится. Предварительно восстановленный оксид 14 железа затем падает или стекает вниз в металлургический сосуд 3. При вертикальной конфигурации металлургического сосуда центральная ось проходит по существу вертикально через центр сосуда.

Во время работы фурмы расположены над слоем шлака 10 и могут регулироваться по высоте, чтобы их можно было расположить для оптимальной подачи кислородсодержащего газа, даже когда сосуд имеет разные уровни заполнения. Фурмы 3 наклонены от вертикали, а концевые части 8 выполнены с возможностью направления струи 7 или струй кислородсодержащего газа к центру сосуда либо под тем же наклоном, что и фурма, либо под большим углом к вертикали, чем наклон фурмы.

На фиг.5 детально показана концевая часть 8 фурмы 3, имеющая четыре сопла 17, которые выпускают четыре струи 18 кислородсодержащего газа. Фурмы 3 расположены так, что все их концы находятся на равном расстоянии от боковой стенки. Количество фурм, введенных в сосуд, можно варьировать в зависимости от размера металлургического сосуда и площади поверхности шлака, на которую воздействует каждая фурма. Количество отверстий в концевой части фурм также можно варьировать.

На фиг.2 показаны положения трех питающих желобов 12 относительно трех кислородных фурм 3, изображенных на фиг.1.

На фиг.3 показана секция сосуда 1, фурма 3, выступающая в эту секцию сосуда, и траектории 15 частиц угля, добавляемого в сосуд. Преимущество, обеспечиваемое добавлением измельченного угля на небольшом расстоянии от фурм, понятно: частицы угля увлекаются к слою шлака по существу нисходящим потоком газообразных продуктов сгорания на боковой стенке сосуда. С другой стороны, на фиг.4 показаны траектории 16 частиц угля, добавляемого между фурмами. Можно заметить, что большинство частиц захватывается восходящим потоком газообразных продуктов сгорания в центре сосуда и выходит из сосуда. Таким образом, значительная часть частиц добавляемого угля никогда не становится реагентом в слое шлака.

На фиг.6 показан металлургический сосуд 1, плавильный циклон 2 (не показан) и множество фурм 3, из которых показаны две. Фурмы 3 проходят в сосуд через сводовую часть 6 и выполнены с возможностью создания нисходящего потока газообразных продуктов сгорания у боковой стенки 5 сосуда и восходящего потока газообразных продуктов сгорания в центре сосуда 9. Фурмы 3 наклонены относительно вертикали, а их концевые части 8 выполнены с возможностью направления струи 7 или струй кислородсодержащего газа к центру сосуда либо под таким же наклоном, как фурма, либо под большим углом от вертикали, чем наклон фурмы. Боковая стенка 5 металлургического сосуда относится к верхней части 21 и нижней части 20 сосуда. В нижней части 20 размещается ванна 11 расплавленного металла и часть слоя 10 шлака в процессе работы. В верхней части 21 размещается остальная часть слоя шлака в процессе работы, и фурмы 3 проходят в верхнюю часть сосуда и подают кислородсодержащий газ к слою 10 шлака в верхней части 3 сосуда. Множество фурм 22 (из которых показано две) расположено по окружности нижней части сосуда для подачи газа, и/или жидкости, и/или твердого материала (оборотной пыли, угольной пыли, угля), и/или плазмы в слой шлака в нижней части 20 сосуда. Количество фурм, расположенных по окружности нижней части сосуда, можно варьировать в зависимости от размера сосуда и рабочих параметров фурм. Фурмы могут представлять собой кислородно-топливные горелки. Остальные детали фиг.6 соответствуют элементам, изображенным на фиг.1-5 и описанным выше, и имеют такие же ссылочные номера.

На фиг.7 показан альтернативный металлургический сосуд 31 и плавильный циклон 38. Детали плавильного циклона не показаны. Металлургический сосуд имеет нижнюю часть 32, в которой находится ванна 39 металла и часть слоя 36 шлака, и содержит по меньшей мере одну летку 41 для выпуска расплавленного металла и шлака. Сосуд также содержит верхнюю часть 33, в которой находится остальная часть слоя 36 шлака, и сводовую часть 34. Слой 36 шлака располагается сверху ванны 39 из жидкого металла и простирается из нижней части сосуда 32 в верхнюю часть 33. Предварительно восстановленный оксид 40 железа падает или стекает из плавильного циклона в металлургический сосуд и окончательно восстанавливается в слое шлака. Множество фурм 35 подают кислородсодержащий газ к слою 36 шлака в верхней части 33 сосуда. На чертеже показаны две фурмы, но их может быть и больше в зависимости, например, от размера сосуда и рабочих параметров фурм. Множество фурм 37 расположено по окружности нижней части сосуда. Эти фурмы предназначены для подачи газа, и/или жидкости, и/или твердого материала, и/или плазмы в слой шлака в нижней части 32 сосуда. Количество фурм, расположенных по окружности нижней части сосуда, можно варьировать в зависимости от размера сосуда и рабочих параметров фурм. Фурмы могут представлять собой кислородно-топливные горелки. Во время окончательного восстановления предварительно восстановленного оксида железа образуется технологический газ, содержащий восстановительный газ СО, который частично дожигается над слоем шлака 36 в сосуде 31, с выделением при этом тепла, необходимого для окончательного восстановления. Восстановительный технологический газ поднимается и дополнительно дожигается в плавильном циклоне 38 кислородсодержащим газом, подаваемым в плавильный циклон. Оксид железа, подаваемый в плавильный циклон, предварительно восстанавливается приблизительно до FeO и по меньшей мере частично плавится в плавильном циклоне. Этот предварительно восстановленный оксид железа 40 затем падает или стекает вниз в металлургический сосуд 31.

Несмотря на то, что изобретение было проиллюстрировано на конкретных вариантах, возможны изменения и модификации в рамках объема притязаний.