Установка для производства губчатого железа

Техническое решение относится к области черной металлургии, к устройствам, реализующим способы получения губчатого железа, путем прямого восстановления материала, содержащего оксид железа, углеродсодержащим восстановителем, в частности, в трубчатых вращающихся печах. Техническими результатами являются повышение коэффициента использования угольного топлива, улучшение условий проведения технологического процесса металлизации железорудного материала, повышение срока службы газоочистного оборудования. Предлагаемая установка для производства губчатого железа содержит (фиг.1) противоточную трубчатую вращающуюся печь 1, снабженную загрузочной головкой 2, соединенной с системой подачи железооксидного материала 3 и с системой подачи крупнокускового угля 4, разгрузочной головкой 5 печи, в торцевой части которой установлена газовоздушная горелка 6, соединенная с линиями подачи топливного газа 7 и воздуха 8. Топливный газ на горелку поступает по линии подачи 7 из топливного устройства, выполненного в виде угольного газификатора 9, соединенного с системой подачи крупнокускового угля 4 и линией подачи воздуха 8а. Причем топливный газ и воздух перед подачей на горелку подогреваются в рекуператоре тепла отходящих из печи газов 10. Установка для производства губчатого железа также содержит трубчатый вращающийся холодильник 11, загрузочная головка 12 которого соединена с разгрузочной головкой 5 вращающейся печи 1. Холодильник 11 снабжен разгрузочной головкой 13, сообщающейся с системой магнитной сепарации 14. Для охлаждения вращающегося холодильника 11 используются душевые устройства 15, соединенные с системой оборотного водоснабжения 16. Отходящий газ из печи 1 через загрузочную головку 2 поступает по газоходу последовательно в рекуператор тепла отходящих газов 17, систему газоочистки 18 и через дымовую трубу 19 выбрасывается в атмосферу. Использование предлагаемой установки для производства губчатого железа прямым восстановлением из его оксида позволит повысить технико-экономические показатели процесса за счет более эффективного использования углеродистого восстановителя и газового топлива, полученного в угольном газификаторе, снизить энергетические и материальные затраты на ремонт и обслуживание оборудования, повысить срок его службы. Кроме того, повышается степень очистки отходящих газов, улучшается экологическая ситуация, часть тепловой энергии отходящих газов может быть рекуперирована в основной процесс и/или на бытовые нужды.

2 з.п. ф-лы, 1 илл.

Техническое решение относится к области черной металлургии, в частности, к устройствам, реализующим способы получения губчатого железа, путем прямого восстановления материала, содержащего оксид железа, углеродсодержащим восстановителем.

В качестве агрегата для получения губчатого железа путем прямого восстановления железорудного материала может быть использована трубчатая вращающаяся печь. Вместе с оксидами железа в печь загружают уголь (или коксовый возврат) в качестве восстановителя и различные технологические добавки.

На первой стадии обработки в начале печи оксид железа нагревается, из угля отгоняются содержащиеся в нем летучие. При дальнейшем продвижении материала к разгрузочной головке печи происходит восстановление оксидного железа до металлического губчатого железа. В некоторых случаях в разгрузочную головку встраивают устройство для вдувания угля, чтобы ввести в шихту дополнительное количество свежего угля (см. В.Ф.Князев, «Бескоксовая металлургия железа», Изд-во «Металлургия», Москва, 1972 г., а также см. Н.А.Тулин, В.С.Кудрявцев и др. «Развитие бескоксовой металлургии», Изд-во «Металлургиям, 1987 г. [1].).

Известна «Установка для производства губчатого железа прямым твердофазным восстановлением из его оксидов» (см. Тулин Н.А., Кудрявцев B.C. и др. «Развитие бескоксовой металлургии», Изд-во «Металлургиям, 1987 г., стр.39-40, рис.1, 19, [2].). Установка включает в себя противоточную трубчатую вращающуюся печь, снабженную загрузочной головкой, соединенной с системой подачи материала, содержащего оксид железа, а также углеродсодержащий материал, разгрузочную головку, в которой установлено устройство для подачи топлива в печь, соединенное с системой его подачи, фурмы для нагнетания воздуха во вращающуюся печь, расположенные по длине на корпусе печи, трубчатый вращающийся холодильник, над корпусом которого расположены душевые устройства для охлаждения холодильника, которые соединены с системой подачи воды, при этом разгрузочная головка вращающейся печи герметично соединена с загрузочной головкой вращающегося холодильника, разгрузочный конец которого герметично соединен с системой грохочения и системой магнитной сепарации. Основной недостаток данной установки - проблемы, связанные с запуском вращающейся печи при использовании для разогрева печи только пылеугольного топлива. К тому же при таком аппаратурном исполнении затруднены выход агрегата на рабочий технологический режим и достижение проектных показателей по получению губчатого железа требуемого качества.

Эти проблемы устраняются в известной установке для производства губчатого железа прямым твердофазным восстановлением из его оксидов, содержащей противоточную трубчатую вращающуюся печь, снабженную загрузочной головкой, соединенной с системой подачи материала, содержащего оксид железа, а также углеродсодержащий материал, разгрузочную головку, в которой установлено устройство для подачи угольного топлива в печь, соединенное с системой его подачи, фурмы для нагнетания воздуха во вращающуюся печь, расположенные по ее длине на корпусе печи, трубчатый вращающийся холодильник, над корпусом которого расположены душевые устройства, соединенные с системой подачи воды, причем разгрузочная головка вращающейся печи герметично соединена с загрузочной головкой вращающегося холодильника, разгрузочный конец которого герметично соединен с системой грохочения и системой магнитной сепарации, в которой разгрузочная головка вращающейся печи дополнительно снабжена пусковой жидкотопливной горелкой, соединенной с передвижной автономной топливной станцией, а устройство для подачи топлива во вращающуюся печь со стороны разгрузочной головки выполнено, по крайней мере, в виде одной пневматической пушки, соединенной с системой подачи мелкокускового бурого угля и системой сжатого воздуха, а загрузочная головка вращающейся печи соединена с системой подачи крупнокускового бурого угля, кроме того, душевые устройства вращающегося холодильника соединены с системой оборотного водоснабжения [3].

По назначению, по технической сущности, по наличию сходных признаков данное техническое решение выбрано в качестве ближайшего аналога.

Основным недостатком известного решения является малый срок службы газохода отходящих газов. Отходящие из печи газы содержат значительное количество горючих компонентов летучих веществ угля-восстановителя, загружаемого вместе с железооксидным материалом в печь. Сгорая в газоходе, данная смесь значительно повышает температуру в локальной области газохода, что и является причиной нарушения его целостности - прогорания. Следствием этого являются нарушения технологического режима работы печи, непроизводительные остановки на ремонт газохода, энергетические и материальные затраты, что приводит к снижению технико-экономических показателей процесса, к снижению качества продукции.

Другим существенным недостатком известного устройства является использование в технологическом процессе устройства для подачи топлива во вращающуюся печь со стороны разгрузочной головки в виде пневматической пушки, соединенной с системой подачи мелкокускового бурого угля и системой сжатого воздуха.

Кроме того, регулирование температурного режима в печи с помощью установленных на печи фурм практически достаточно затруднительно из-за высокой инерционности такой системы управления.

Задачей предлагаемого технического решения является снижение энергетических и материальных затрат, повышение технико-экономических показателей процесса.

Техническими результатами являются повышение коэффициента использования угольного топлива, улучшение условий проведения технологического процесса металлизации железорудного материала, повышение срока службы газоочистного оборудования.

Технические результаты достигаются тем, что в установке для производства губчатого железа прямым восстановлением, содержащей противоточную трубчатую вращающуюся печь, снабженную загрузочной головкой, соединенной с системой подачи шихтового материала и с системой подачи крупнокускового угля, разгрузочную головку, топливное устройство, устройство для подачи топлива в печь, трубчатый вращающийся холодильник, соединенный с разгрузочной головкой вращающейся печи и с системой грохочения, систему магнитной сепарации, устройство для отвода из печи отработанных газов в систему газоочистки, установленное на загрузочном конце печи и соединенное с газоходом, топливное устройство снабжено угольным газификатором, а устройство для подачи топлива в печь выполнено в виде газовоздушной горелки.

Кроме того, горелка может быть снабжена линиями подачи нагретых газообразного топлива и воздуха, а в линии отвода отходящих газов печи может быть установлен рекуператор тепла, который может быть выполнен в виде воздушного теплообменника.

Сравнение предлагаемого технического решения с решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает следующее.

Предлагаемое решение и известное характеризуются сходными признаками:

- установка для производства губчатого железа прямым восстановлением из его оксида;

- использование противоточной трубчатой вращающейся печи, снабженной:

- загрузочной головкой, соединенной с системой подачи шихтового материала и с системой подачи крупнокускового угля;

- разгрузочной головкой;

- топливное устройство;

- устройство для подачи топлива в печь;

- трубчатый вращающийся холодильник, над корпусом которого расположены душевые устройства, соединенные с системой подачи воды;

- разгрузочная головка вращающейся печи соединена с загрузочной головкой вращающегося холодильника;

- разгрузочный конец холодильника соединен с системой магнитной сепарации;

- устройство для отвода из печи отработанных газов в систему газоочистки, установленное на загрузочном конце печи и соединенное с газоходом.

Предлагаемое решение отличается от известного решения следующими признаками:

- печь не оборудуется воздушными фурмами;

- топливное устройство снабжено угольным газификатором;

- устройство для подачи топлива в печь выполнено в виде газовоздушной горелки.

Кроме того, горелки могут быть снабжены линиями подачи нагретых топливаого газа и воздуха, а в линии отвода отходящих газов печи может быть установлен рекуператор тепла, который может быть выполнен в виде воздушного теплообменника.

Наличие в предлагаемом решении признаков, отличительных от признаков, характеризующих решение, принятое в качестве ближайшего аналога, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности полезной модели «новизна».

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.

Основные проблемы производства губчатого железа прямым восстановлением в противоточнои трубчатой вращающейся печи включают в себя запуск печи, эффективное использование угольного топлива и удаление из печи отходящих газов. Причиной малого срока службы газохода из-за нарушения его целостности (прогорания) является высокая температура отходящих из печи газов, которые к тому же содержат значительное количество горючих компонентов летучих веществ угля-восстановителя. загружаемого вместе с железооксидным материалом в печь. Сгорая в газоходе, данная смесь значительно повышает температуру в локальной области газохода, что и является причиной нарушения его целостности - прогорания.

Использование в процессе кускового и мелкокускового угольного топлива требует значительной подачи воздуха для сжигания, поддержания повышенной температуры в печи для обеспечения более полного сгорания угля, что, в конечном итоге, приводит к снижению восстановительного потенциала атмосферы в печи, определяющей эффективности процесса металлизации железорудного материала, повышению объема пылегазоуноса, к повышению температуры отходящих газов, к снижению эффективности использования топливных реагентов и снижению срока службы газоочистного оборудования. Кроме того, подача воздуха для сжигания угля через фурмы на обечайке печи значительно усложняет процесс контролируемого управления температурным режимом в печи вследствие большой инерционноститеплового поля печи.

Данные недостатки в предлагаемом техническом решении устраняется тем, что печь оборудуется не воздушными фурмами, при подаче в печь твердого угольного топлива, а оборудуется топливным устройством, которое снабжено угольным газификатором, а устройство для подачи топлива в печь выполнено в виде газовоздушной горелки.

Кроме того, горелка может быть снабжена линиями подачи нагретых топливного газа и воздуха, а в линии отвода отходящих газов печи может быть установлен рекуператор тепла, который может быть выполнен в виде воздушного теплообменника.

В предлагаемом решении в качестве углеродистого компонента в печь подается как уголь в составе шихты, так и продукт переработки угля в газификаторе - газовоздушная топливная смесь. Данный вид топлива более подготовлен к использованию в процессе, чем мелкокусковой уголь.

При использовании угольного газификатора в качестве топливного устройства и газовоздушной горелки в качестве устройств для получения требуемой тепловой энергии значительно повышает эффективность использования угля в процессе, снижает нагрузку на газоочистные устройства, позволяет повысить эффективность процесса восстановления. Кроме того, часть тепловой энергии процесса может быть рекуперирована и возвращена в технологический процесс для подогрева топливного газа и воздуха, подаваемого на сжигание топливного газа в газовоздушной горелке и/или использована для бытовых нужд.

Предлагаемая установка для производства губчатого железа содержит (фиг.1) противоточную трубчатую вращающуюся печь 1, снабженную загрузочной головкой 2, соединенной с системой подачи железооксидного материала 3 и с системой подачи крупнокускового угля 4, разгрузочной головкой 5 печи, в торцевой части которой установлена газовоздушная горелка 6, соединенная с линиями подачи топливного газа 7 и воздуха 8. Топливный газ на горелку поступает по линии подачи 7 из топливного устройства, выполненного в виде угольного газификатора 9, соединенного с системой подачи крупнокускового угля 4 и линией подачи воздуха 8а. Причем топливный гази воздух перед подачей на горелку подогреваются в рекуператоре тепла отходящих из печи газов 10. Установка для производства губчатого железа также содержит трубчатый вращающийся холодильник 1 1. загрузочная головка 12 которого соединена с разгрузочной головкой 5 вращающейся печи 1. Холодильник 11 снабжен разгрузочной головкой 13, сообщающейся с системой магнитной сепарации 14. Для охлаждения вращающегося холодильника 11 используются душевые устройства 15. соединенные с системой оборотного водоснабжения 16. Отходящий газ из печи 1 через загрузочную головку 2 поступает по газоходу последовательно в рекуператор тепла отходящих газов 17, систему газоочистки 18 и через дымовую трубу 19 выбрасывается в атмосферу.

Предлагаемая установка для производства губчатого железа работает следующим образом: сначала производят пуск газификатора 9 путем дробной загрузкой его углем и подачей требуемого количества воздуха. После выхода газификатора 9 на рабочий режим вырабатываемый топливный газ направляют в линию подачи топливного газа 7, подогревают в рекуператоре 10 и сжигают в газовоздушной горелке 6. Нагрев печи ведут до заданной температуры 950-1000°С в активной зоне. При достижении температуры в печи 600-700°С через загрузочную головку 2 из системы 3 подают в печь 1 железооксидный материал вместе с крупнокусковым углем из системы подачи 4 и ведут технологический процесс в устойчивом режиме. Полученные продукты через разгрузочную головку 5печи и загрузочную головку 12 поступает во вращающийся холодильник 11, орошаемый душевыми устройствами 15, связанными с системой оборотного водоснабжения 16. Охлажденные продукты из холодильника 11 разделяются в системе магнитной сепарации 14.

Отработанные газы из печи 1 через загрузочную головку 2 поступают по газоходу последовательно в рекуператор тепла отходящих газов 17, систему газоочистки 18 и через дымовую трубу 19 выбрасываются в атмосферу.

Использование предлагаемой установки для производства губчатого железа прямым восстановлением из его оксида позволит повысить технико-экономические показатели процесса за счет более эффективного использования углеродистого восстановителя и газового топлива, полученного в угольном газификаторе, снизить энергетические и материальные затраты на ремонт и обслуживание оборудования, повысить срок его службы. Кроме того, повышается степень очистки отходящих газов, улучшается экологическая ситуация, часть тепловой энергии отходящих газов может быть рекуперирована в основной процесс и/или на бытовые нужды.

ИНФОРМАЦИЯ

1. В.Ф.Князев. «Бескоксовая металлургия железа», Изд-во «Металлургия», Москва, 1972 г., а также см. М.А.Тулин, В.С.Кудрявцев и др. «Развитие бескоксовой металлургии», Изд-во «Металлургиям, 1987 г.

2. Тулин Н.А., Кудрявцев B.C. и др. «Развитие бескоксовой металлургии», Изд-во «Металлургиям, 1987 г., стр.39-40, рис.1, 19.

3. Патент РФ на ПМ 77866, С21В 13/08, 2008 г.

1. Установка для производства губчатого железа прямым восстановлением, содержащая противоточную трубчатую вращающуюся печь, снабженную загрузочной головкой, соединенной с системой подачи шихтового материала и с системой подачи крупнокускового угля, разгрузочную головку, топливное устройство, устройство для подачи топлива в печь, трубчатый вращающийся холодильник, соединенный с разгрузочной головкой вращающейся печи и с системой магнитной сепарации, устройство для отвода из печи отработанных газов в систему газоочистки, установленное на загрузочном конце печи и соединенное с газоходом, отличающаяся тем, что топливное устройство выполнено в виде газификатора угля, а устройство для подачи топлива в печь выполнено в виде газовоздушной горелки.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что газовоздушная горелка соединена с линиями подачи в нее нагретых топливного газа и воздуха.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в линии отвода отходящих газов печи установлен рекуператор тепла для предварительного нагрева топливного газа и воздуха, выполненный в виде воздушного теплообменника.