Способ получения жидкого чугуна или жидких стальных полуфабрикатов и установка для его осуществления

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО ЧУГУНА ИЛИ ЖИДКИХ СТАЛЬНЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявители Фоест-Альпине Индустрианлагенбау ГмбХПоханг Айрон энд Стил Ко., Лтд.Рисерч Институт оф Индастриал Сайенс энд Технолоджи, Инкорпорейтед Фаундейшн(72) Авторы Вернер Кепплингер Панайиотис МАТЦАВРАКОС Йоханнес ШЕНК Дитер СИУКА Кристиан БЕМ(73) Патентообладатели Фоест-Альпине Индустрианлагенбау ГмбХПоханг Айрон энд Стил Ко., Лтд.Рисерч Институт оф Индастриал Сайенс энд Технолоджи, Инкорпорейтед Фаундейшн(57) 1. Способ получения жидкого чугуна или жидких стальных полуфабрикатов, включающий предварительный нагрев в зоне предварительного нагрева в псевдоожиженном слое сырья, состоящего из железной руды и присадок и имеющего по меньшей мере частично мелкозернистую фракцию, последующее восстановление в по крайней мере одной 5252 1 зоне с псевдоожиженным слоем до губчатого железа, его подачу в плавильно-газификационную зону и расплавление с одновременным получением восстановительного газа, содержащегои 2, за счет подвода углеродсодержащего материала и кислородсодержащего газа, дальнейшее использование полученного восстановительного газа в зоне восстановления, отвод отработанного газа и последующий подвод его к потребителю,отличающийся тем, что дополнительно осуществляют получение горячебрикетированного губчатого железа, которое включает предварительный нагрев мелкозернистой железной руды в дополнительной зоне предварительного нагрева с псевдоожиженным слоем, последующее восстановление в по крайней мере одной дополнительной зоне восстановления с псевдоожиженным слоем, уплотнение и брикетирование, при этом газ из зоны восстановления направляют в зону предварительного нагрева, отводят из зоны предварительного нагрева, и после очистки от 2 и нагрева направляют в дополнительную зону восстановления для получения горячебрикетированного губчатого железа, а после прохождения через нее осуществляют частичное дожигание газа для повышения температуры и подают его в зону дополнительного предварительного нагрева получения горячебрикетированного губчатого железа. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что к газу, отводимому из зоны предварительного нагрева, примешивают газ, выходящий из зоны восстановления. 3. Установка для получения жидкого чугуна или жидких стальных полуфабрикатов,содержащая оборудованный средством для загрузки железной руды и присадок реактор предварительного нагрева с псевдоожиженным слоем, соединенный с ним посредством транспортирующего трубопровода, по крайней мере один восстановительный реактор с псевдоожиженным слоем, и плавильный газификатор, оборудованный средствами подачи кислородсодержащего газа и твердых носителей углерода, выполненный с отверстиями для выпуска чугуна или стального полуфабриката и шлака и соединенный посредством транспортирующего трубопровода и трубопровода получаемого в газификаторе восстановительного газа с восстановительным реактором, который соединен посредством газопровода с реактором предварительного нагрева, имеющим также газопровод отвода использованного восстановительного газа, отличающаяся тем, что она снабжена линией производства горячебрикетированного губчатого железа, содержащей последовательно расположенные в направлении движения обрабатываемого материала дополнительный реактор предварительного нагрева с псевдоожиженным слоем, оборудованный средством загрузки мелкозернистой руды, по крайней мере один дополнительный восстановительный реактор с псевдоожиженным слоем и средство для прессования и брикетирования горячего губчатого железа, при этом газопровод отвода использованного восстановительного газа от реактора предварительного нагрева снабжен скруббером для очистки от 2 и нагревательным узлом и соединен с дополнительным восстановительным реактором,который соединен с дополнительным реактором предварительного нагрева посредством газопровода и транспортирующего трубопровода. 4. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что восстановительный реактор связан с реактором предварительного нагрева трубопроводом для примешивания газа, выходящего из зоны восстановления в зону предварительного нагрева. 5. Установка по п. 3 или 4, отличающаяся тем, что восстановительный реактор выполнен по высоте переменного диаметра с переходной конической частью, при этом диаметр нижней части реактора меньше диаметра верхней части, а трубопровод для получаемого в газификаторе восстановительного газа соединен с переходной конической частью восстановительного реактора. 6. Установка по любому из пп. 3-5, отличающаяся тем, что восстановительный реактор снабжен расположенным на высоте псевдоожиженного слоя узлом для выноса мелкозернистых фракций с транспортирующим трубопроводом, ведущим к пневмотрубопроводу, входящему на высоте неподвижного или псевдоожиженного слоев в плавильный газификатор. 5252 1 Изобретение относится к способу получения жидкого чугуна или стальных полуфабрикатов из, по меньшей мере, частично содержащего долю мелких фракций исходного сырья, состоящего из железной руды и присадок, причем исходное сырье в зоне предварительного нагрева подвергают предварительному нагреву способом с псевдоожиженным слоем и предпочтительно окончательно восстанавливают в одной, по меньшей мере, зоне восстановления в псевдоожиженном слое до губчатого железа, губчатое железо загружают в плавильную газификационную зону и расплавляют с подводом носителей углерода и кислородсодержащего газа и получают восстановительный газ, содержащий СО и Н 2, который подводят в зону восстановления, там подвергают реакции, отводят в виде готового к использованию газа и подают потребителю, а также к установке для осуществления способа. Задачей изобретения является создание способа вышеуказанного типа, а также установки для осуществления способа, которая дает возможность использования железной руды, содержащей, по меньшей мере, одну мелкозернистую фракцию и присадки, наиболее экономичным образом с применением необработанного угля в качестве углеродоносителя,причем может использоваться химически связанная энергия (содержание СО, 2), еще содержащаяся в использованном восстановительном газе. В особенности должен использоваться избыточный газ, выделяющийся в процессе прямого восстановления, то есть должен применяться с использованием еще содержащихся в нем реагентов. Эта задача решается, согласно изобретению, в способе вышеуказанного типа за счет того, что дополнительно осуществляют получение горячебрикетированного губчатого железа,которое включает предварительный нагрев мелкозернистой железной руды в дополнительной зоне предварительного нагрева с псевдоожиженным слоем, последующее восстановление в по крайней мере одной дополнительной зоне восстановления с псевдоожиженным слоем, уплотнение и брикетирование, при этом газ из зоны восстановления направляют в зону предварительного нагрева, отводят из зоны предварительного нагрева, и после очистки от 2 и нагрева направляют в дополнительную зону восстановления для получения горячебрикетированного губчатого железа, а после прохождения через нее осуществляют частичное дожигание газа для повышения температуры и подают его в зону дополнительного предварительного нагрева получения горячебрикетированного губчатого железа. Согласно предпочтительному варианту выполнения способа, к газу, отводимому из зоны предварительного нагрева, примешивают газ, выходящий из зоны восстановления. Вышеуказанная задача решается также в установке для получения жидкого чугуна или жидких стальных полуфабрикатов, содержащей оборудованный средством для загрузки железной руды и присадок реактор предварительного нагрева с псевдоожиженным слоем,соединенный с ним посредством транспортирующего трубопровода, по крайней мере один восстановительный реактор с псевдоожиженным слоем, и плавильный газификатор,оборудованный средствами подачи кислородсодержащего газа и твердых носителей углерода, выполненный с отверстиями для выпуска чугуна или стального полуфабриката и шлака и соединенный посредством транспортирующего трубопровода и трубопровода получаемого в газификаторе восстановительного газа с восстановительным реактором, который соединен посредством газопровода с реактором предварительного нагрева, имеющим также газопровод отвода использованного восстановительного газа, которая отличается тем, что она снабжена линией производства горячебрикетированного губчатого железа,содержащей последовательно расположенные в направлении движения обрабатываемого материала дополнительный реактор предварительного нагрева с псевдоожиженным слоем,оборудованный средством загрузки мелкозернистой руды, по крайней мере один дополнительный восстановительный реактор с псевдоожиженным слоем и средство для прессования и брикетирования горячего губчатого железа, при этом газопровод отвода использованного восстановительного газа от реактора предварительного нагрева снабжен скруббером для очистки от С 2, нагревательным узлом и соединен с дополнительным восстановительным реактором, который соединен с дополнительным реактором предварительного нагрева посредством газопровода и транспортирующего трубопровода. 3 5252 1 Согласно предпочтительному выполнению установки, восстановительный реактор связан с реактором предварительного нагрева трубопроводом для примешивания газа, выходящего из зоны восстановления в зону предварительного нагрева. При этом является целесообразным, чтобы восстановительный реактор был выполнен по высоте переменного диаметра с переходной конической частью, при этом диаметр нижней части реактора меньше диаметра верхней части, а трубопровод для получаемого в газификаторе восстановительного газа соединен с переходной конической частью восстановительного реактора. Кроме того, согласно предпочтительному выполнению установки, восстановительный реактор снабжен расположенным на высоте псевдоожиженного слоя узлом для выноса мелкозернистых фракций с транспортирующим трубопроводом, ведущим к пневмотрубопроводу, входящему на высоте неподвижного или псевдоожиженного слоев в плавильный газификатор. Ниже изобретение поясняется более подробно на примере трех, показанных на чертеже примеров выполнения, причем на фиг. 1 и фиг. 2 схематично показана приведенная в качестве примера форма выполнения установки согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а на фиг. 3 - установка согласно отличительной части пункта 1 формулы изобретения, причем последняя должна комбинироваться с одной из установок,показанных в качестве примера на фиг. 1 или 2. Позицией 1 обозначен реактор предварительного нагрева, выполненный в виде реактора предварительного нагрева с псевдоожиженным слоем, в который через транспортирующий трубопровод 3, входящий в реактор на высоте зоны 2 псевдоожиженного слоя(зоны предварительного нагрева), загружается исходное сырье, содержащее руду и присадки. На верхнем конце шахтообразно выполненного реактора 1 предварительного нагрева с псевдоожиженным слоем осуществляется отсос образующихся в нем и протекающих через него газов через газоотводящий трубопровод 6, оборудованный газоочистительным циклоном 4 и газовым скруббером 5, а также скруббером-Вентури. Эти газы получаются как высокоценный газ с теплотворной способностью около 8000 КДж/Нм 3,который может использоваться по различному назначению, например для получения тока с использованием или без использования кислорода. Предварительно нагретое в реакторе 1 предварительного нагрева с псевдоожиженным слоем исходное сырье поступает через транспортирующий трубопровод 7 в восстановительный реактор 8, выполненный также с псевдоожиженным слоем, и восстанавливается в нем по большей части окончательно. Через транспортирующий трубопровод 9 для пневматического транспортирования губчатого железа (с помощью инжектора 2) - в этом случае может быть использовано и другое устройство для принудительной транспортировки - губчатое железо, полученное в восстановительном реакторе 8 с псевдоожиженным слоем, подается в плавильный газификатор 10, а именно он поступает в него на высоту жидкого слоя ,и/или на высоте находящегося под ним твердого слоя 1. Плавильный газификатор имеет один, по меньшей мере, подвод 11 для угля и присадок, а также несколько расположенных на разной высоте сопел 12 для подвода кислородсодержащего газа. В плавильном газификаторе 10 ниже зоны плавильной газификации, образованной твердым слоем 1, лежащим над ним слоемжидкого крупнозернистого кокса и лежащим поверх него слоеммелкозернистого кокса, с расположенным поверх них раскислительным пространством , собирается расплавленный чугун 13 и расплавленный шлак 14,которые по отдельности сливаются через отверстия 15, 16. В плавильном газификаторе 10 из носителей углерода и кислородсодержащего газа получают газ-восстановитель, который собирается в раскислительном пространствевыше жидкого слояи отводится через газопровод 17 в восстановительный реактор с псевдоожиженным слоем, а именно через имеющее форму усеченного конуса, предусмотренное для получения псевдоожи 4 5252 1 женного слоя 18 или кипящего слоя 18 (зона восстановления), сужение газораспределительного основания 19 восстановительного реактора 8 с псевдоожиженным слоем, имеющего, в основном, шахтообразную форму, по периметру которого с помощью кольцевого трубопровода 20 подводится восстановительный газ. Крупные частицы твердого вещества, которые не могут находиться в псевдоожиженном слое во взвешенном состоянии, падают под действием силы тяжести в центральной части. Этот центральный вынос 21 твердого вещества выполнен таким образом, что за счет радиальной подачи газа 22 в цилиндрической части 23 емкости с конусным основанием, расположенным ниже газораспределительного основания 19, имеющего форму усеченного конуса, образуется поток твердого слоя, благодаря чему может обеспечиваться удовлетворительное восстановление и крупных частиц. За счет выполнения газораспределительного основания 19 в виде усеченного конуса происходит изменение скорости по высоте опорожняющейся трубы. Следствием этого является установление более узкого диапазона зернистости. Благодаря соответствующему расположению сопел в газораспределительном основании 19 может быть получен циркулирующий внутри псевдоожиженный слой, скорость которого в центре выше, чем по краям. Образование такого псевдоожиженного слоя может происходить как в восстановительном реакторе 8, так и в реакторе 1 предварительного нагрева. Часть газа-восстановителя, выходящего из плавильного газификатора, подвергается очистке в горячем циклоне 25, охлаждению в следующем за ним скруббере 26 и с помощью компрессора 27 через газопровод 28 снова смешивается с восстановителем газом,выходящим из плавильного газификатора 10. Пыль, осаждающаяся в горячем циклоне 25,возвращается через инжектор с газом 2 29 в плавильный газификатор 10. Часть еще не охлажденного газа-восстановителя, выходящего из горячего циклона 25, поступает через газопровод 22, образованный кольцевым трубопроводом, в восстановительный реактор 8 с псевдоожиженным слоем над его цилиндрической частью 23. Газ, отводимый из восстановительного реактора 8 с псевдоожиженным слоем, через газопровод 30 подводится в восстановительный циклон 31, в котором осаждается еще содержащаяся в газе-восстановителе фракция мелкозернистая фракция и окончательно восстанавливается. Эта мелкозернистая фракция вводится через транспортирующий трубопровод 32 и инжектор 33 с газом 2 в плавильный газификатор 10, приблизительно на высоте верхнего конца твердого слоя 1. Частично окисленный газ-восстановитель, выходящий из восстановительного циклона 8, поступает через газопровод 30 в реактор 1 предварительного нагрева с псевдоожиженным слоем, однако при этом для нагрева газа-восстановителя часть его сгорает, а именно в камере 34 сгорания, в которую входит трубопровод 35, подающий кислородсодержащий газ. Из восстановительного реактора 8 с псевдоожиженным слоем часть окончательно восстановленного сырьевого материала отводится, приблизительно, на высоте псевдоожиженного слоя 18 с помощью выгружающего шнека 36 и подается с помощью транспортирующего трубопровода 37 через инжектор 33 газа 2 в плавильный газификатор 10, приблизительно, на высоте верхнего конца твердого слоя 1, предпочтительно, вместе с мелкозернистой фракцией, полученной из восстановительного циклона 31. Мелкозернистая фракция, осажденная в циклоне 4, куда она подводится трубопроводом 6, подающим готовый к употреблению газ, через транспортирующий трубопровод 38 с шлюзовыми затворами 39, которые также установлены и на других транспортирующих трубопроводах 32, 37 для частично или полностью восстановленного газа, подводится через кольцевой трубопровод 20, подводящий газ-восстановитель в восстановительный реактор 8 с псевдоожиженным слоем. Работа установки, согласно фиг. 1, осуществляется следующим образом. 5252 1 Подготовленная мелкозернистая руда - просеянная и высушенная - загружается при следующем распределении зернистости 0,044 ммоколо 20 ,0,044-6,3 ммоколо 70 ,6,3-12,7 ммоколо 10 ,и с влажностью около 2 пневматически или с помощью ленточного транспортера с большим углом подъема или вертикального транспортера в реактор 1 предварительного нагрева. Там происходит предварительный нагрев в зоне 2 псевдоожиженного слоя до температуры около 850 С и вследствие восстановительной атмосферы, в случае необходимости, подвергается предварительному восстановлению, приблизительно, до стадии вюстита. Для этого процесса предварительного восстановления газ-восстановитель должен иметь, по меньшей мере, 25 СОН 2 - для того, чтобы обеспечить достаточную эффективность восстановления. Затем предварительно нагретая и, в случае необходимости, предварительно восстановленная мелкозернистая руда - преимущественно под действием силы тяжести - поступает в восстановительный реактор 8, в псевдоожиженном или кипящем слое 18 которого мелкозернистая руда, в значительной мере, восстанавливается при температуре около 850 С до стадии . Для этого процесса восстановления газ должен иметь содержание СОН 2, по меньшей мере, 68 . В восстановительном реакторе 8 происходит сепарация мелкозернистой руды, причем фракция менее 0,2 мм захватывается в восстановительном циклоне 31 газом-восстановителем. Во время сепарации твердого вещества под действием сил, создаваемых в циклоне,происходит окончательно восстановление мелкозернистой фракции руды менее 0,2 мм. Более мелкозернистая фракция, выносимая из псевдоожиженного слоя 18 восстановительного реактора 8 с помощью выгружающего шнека 36, подводится через шлюзовые затворы 39 вместе с осажденной в восстановительном циклоне 31 мелкозернистой рудой посредством инжектора 33 с газом 2 в плавильный газификатор 10 в зону плоскости вдувания кислородсодержащего газа. Более крупная фракция твердого вещества из нижней зоны восстановительного реактора 8 через шлюзовые затворы 39 и с помощью инжектора 9 газа 2 или под действием собственной силы тяжести загружается или вдувается в плавильный газификатор 10 в зону жидкого слоямелкозернистого кокса. Пыль (преимущественно с содержаниеми С) вводится в горячий циклон 25 через шлюзовые затворы 39 с помощью инжектора 29 газа 2 и с помощью кислородопылеугольной горелки в плавильный газификатор 10 в зону между жидким слоеммелкозернистого кокса и жидким слоем крупнозернистого кокса. Необходимые для введения процесса присадки загружаются с целью предварительного нагрева и кальцинирования в крупнозернистом состоянии, предпочтительно, с размером зерен от 4 до 12,7 мм через линию (11) для загрузки угля и в мелкозернистом состоянии, предпочтительно, с размером зерен от 2 до 6,3 мм через линию (3) для загрузки мелкозернистой руды. Для мелкозернистой руды с большей длительностью восстановления, как это представлено на фиг. 2, имеется второй (а также, если необходимо, третий) восстановительный реактор 8 с псевдоожиженным слоем с дополнительным восстановительным (реактором) циклоном 31, включенный с первым восстановительным реактором 8 последовательно или параллельно. Во втором восстановительном реакторе мелкозернистая руда восстанавливается до стадии вюстита, а в первом восстановительном реакторе 8 до стадии . В этом случае фракция твердого вещества, выносимая из псевдоожиженного слоя 18 второго восстановительного реактора с помощью выгружающего шнека 36, загружается вместе с более крупной фракцией твердого вещества из нижней зоны второго восстанови 6 5252 1 тельного реактора 8 под действием силы тяжести в первый восстановительный реактор 8. Мелкозернистая руда, осаждающаяся во втором восстановительном циклоне 31, подводится вместе с мелкозернистой рудой, осаждающейся в первом восстановительном циклоне 31 с помощью инжектора 33 с газом 2, в плавильный газификатор 10 в зону плоскости вдувания кислородсодержащего газа. Если, в случае применения двух восстановительных реакторов 8, 8 с псевдоожиженным слоем и двух восстановительных циклонов 31, 31, не достигается рабочее давление для компенсации потерь давления в системе, газовая смесь, необходимая для реактора 1 предварительного подогрева, доводится с помощью компрессора 40 до необходимого давления. В этом случае газ из второго восстановительного циклона 31 очищается в скруббере 41. Кроме того, сжимается только часть главного потока - другая же часть отводится в виде газа, готового для использования, через трубопровод 42 и смешивается в смесительной камере 43 с кислородсодержащим газом, подводимым по трубопроводу 44, после чего в реакторе 1 предварительного нагрева может произойти частичное сжигание газа-восстановителя с целью достижения необходимой температуры предварительного нагрева мелкозернистой руды. Высококачественный, готовый к использованию газ, полученный при производстве чугуна, может использоваться, как указано выше, для получения электрического тока с или без кислорода. Согласно еще одной предпочтительной форме выполнения, представленной на фиг. 3, готовый к использованию газ после очистки С 2 - 45 и нагрева 46 до,приблизительно, 850 С в качестве газа-восстановителя, как описано ниже Для получения горячебрикетированного железа мелкозернистая руда одинаковой спецификации с помощью газа-восстановителя предварительно нагревается и восстанавливается на тех же агрегатах, как и при получении чугуна. Окончательно восстановленные зернистые фракции из, по меньшей мере, одного восстановительного реактора 8 и из восстановительного циклона 31 вдуваются с помощью инжектора 33 с газом 2 в загрузочный бункер 47. Альтернативно, более крупнозернистая фракция может загружаться под действием силы тяжести из нижней зоны восстановительного реактора 8 в загрузочный бункер 47. В заключение окончательно восстановленная мелкозернистая руда, металлизированная, приблизительно, на 92 , имеющая температуру, по меньшей мере, 750 С, поступает под действием силы тяжести через шнек 48 предварительного уплотнения с регулируемым двигателем в вальцовый брикетирующий пресс 49. В нижеследующих примерах представлены типичные параметры способа согласно изобретению, которые обеспечиваются при работе установки, согласно изобретению, в формах выполнения, показанных на фиг. 1-3. Пример. Химический состав угля (значение в сухом состоянии) С 77 0,5 зола 9,1 Сфикс. 61,5 . Химический состав руды (значение во влажном веществе) 0,15 . Потери при прокаливании 0,08 . Влажность 2 . Распределение зернистости в мелкозернистой руде 10 мм 0 10-6 мм 5,86-2 мм 44,02-0,63 мм 29,60,63-0,125 мм 13,0-0,125 мм 7,6 . Присадки (значение в сухом веществе) СаО 45,2 О 9,32 1,2 А 23 0,7 О 0, 623 2,3 . Потери при прокаливании 39,1 . Для получения 42 т чугуна в час на установке, согласно фиг. 1, газифицировали 42 т угля в час с помощью 29000 м 32/ч. Расход руды составил при этом 64 т/ч, а расход присадок 14 т/ч. Полученный чугун имел наряду с железом следующий состав С 4,2 0,04 . Готовый к употреблению газ, полученный на участке для производства чугуна, составил 87000 м 3/ч и имел следующий состав 36,12 26,9 Н 2 16,4 Н 2 1,5218,1 СН 4 1 2 0,02 . Теплотворная способность 6780 кдж/3. При дальнейшем использовании газа, полученного из установки для производства чугуна в процессе изготовления брикетированного в горячем состоянии железа, согласно фиг. 3, можно получить 29 т горячих брикетов в час. Необходимый для этого рецикл-газ составил 36000 м 3/ч. Брикетированное в горячем состоянии губчатое железо имеет следующий химический состав металлизация 92 С 1 0,03 . Количество готового к употреблению газа, полученного на установке для изготовления горячебрикетированного железа, составляет 79000 м 3/ч, при этом газ имеет следующий состав 8 21,62 44,1 Н 2 10,6 Н 2 2,8219,94 1 . Теплотворная способность 4200 кдж/м 3. Потребность в мощности электрического тока, необходимого в установке для получения горячебрикетированного железа, составляет 23 МВт. Готовый к употреблению газ,полученный на установке горячебрикетированного железа, соответствует термической мощности 145 МВт. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.