Устройство для восстановления оксидов металла
Полезная модель относится к металлургии, в частности к устройствам для получения металлов и их сплавов непосредственно из руд, концентратов и различных металлургических отходов (шлаков, шламов и т.п.) без их предварительного окускования или агломерации. Полезная модель позволяет восстанавливать металлы из руд и концентратов с использованием в качестве топлива и восстановителя пылеватого кокса или молотого угля. Полезная модель позволяет интенсифицировать протекание процессов тепломассообмена и восстановления путем применения паро-кислородного дутья для организации восстановительной атмосферы с минимальным содержанием азота и использования плавильного циклона 1, копильника 2, шлакогранулятора-газификатора 3, камеры струйного реактора 5. Канал рециркуляции высокотемпературных газов 4 способствует снижению расхода топлива и энергоносителей. Кроме того, применение плавильного циклона 1 и использование на выходе шлакогранулятора-газификатора 3 позволяет минимизировать пылеунос. Наличие в устройстве шлакогранулятора-газификатора 3 позволяет утилизировать физическое и химическое тепло шлака. 1 ил.
Полезная модель относится к металлургии, в частности к устройствам для получения металлов и их сплавов непосредственно из руд, концентратов и различных металлургических отходов (шлаков, шламов и т.п.) без их предварительного окускования или агломерации.
Известно устройство (см. пат. РФ. №2093585 МКИ7 С 21 В 13/14 от 20.10.1997) для переработки железосодержащего материала, которое содержит плавильный циклон с газоотводящей верхней частью, средства для загрузки, дозировки и подачи шихтовых материалов, топлива и окислителя. Восстановление железа осуществляется в зоне восстановления, выполненной в виде проточного желоба, а фурмы для вдувания восстановителя установлены в боковых стенках желоба и в плоском своде. Ввод порошкообразной шихты в токе окислителя через два яруса сопел. Такая конструкция агрегата не устраняет должным образом пылеунос, а использование кислорода в качестве транспортного газа создает сложности управления регулированием соотношений транспортный газ - шихта и расход окислителя - топливо. Стойкость огнеупорной части проточного желоба следует ожидать низкой, как и материала шлакоразделительной перегородки между зонами восстановления и рафинирования ввиду контакта с расплавом окислов углерода. Это приводит к снижению производительности агрегата и увеличению выбросов в окружающую среду.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является агрегат для производства стали из железорудного сырья, содержащий плавильный циклон с газоотводящей верхней частью, оборудованный средствами для подачи шихтовых материалов, топлива и окислителя, снабженный под плавильным циклоном
восстановительным циклоном со средствами создания восстановительной атмосферы и соединенный с ним копильником, при этом плавильный и восстановительный циклоны отделены друг от друга посредством профилированной диафрагмы, имеющей горизонтальную нижнюю стенку, и образуют цилиндрическую колонну, выполненную водоохлаждаемой (см. пат. РФ. №2167205 МКИ7 С 21 В 13/14 от 17.09.1999).
Недостатками известного агрегата можно отнести следующее: использование двух спаренных циклонов с перетекающим расплавом создает элемент неустойчивости работы агрегата и сложность его управления, что ведет к образованию настылей; низкое использование тепла отходящих газов с одной стороны снижает энергетические показатели агрегата, с другой создает трудности с утилизацией высокотемпературных отходящих газов. Это приводит к снижению производительности агрегата и увеличению выбросов в окружающую среду.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является повышение производительности устройства, уменьшение отрицательного воздействия на окружающую среду.
Технический эффект от использования предлагаемого устройства достигается за счет обеспечения интенсификации тепломассообменных процессов, создания высокотемпературной рециркуляции газов, что снижает энергетические затраты, повышает его производительность. За счет циклонной механики газов при использовании на выходе шлакогранулятора-газификатора снижается пылеунос, организация безазотной атмосферы в агрегате минимизирует выбросы NO x, в результате чего уменьшается отрицательное воздействие на окружающую среду. В целом, использование высокотемпературной обработки материалов в дисперсном виде и организации рециркулирующей восстановительной атмосферы с минимальным содержанием балластных компонентов (азота) обеспечивают уменьшение необходимого времени на протекание технологических процессов плавления и восстановления металлов, что повышает производительность
устройства.
Поставленная задача решается тем, что в известное устройство, содержащее струйный реактор, плавильный циклон, копильник, добавлены новые элементы и изменены связи между элементами. Устройство дополнительно снабжено струйным реактором, который оборудован средствами подачи шихтовых материалов, топлива и окислителя, и тангенциально расположен в верхней части боковой поверхности плавильного циклона. В своде плавильного циклона расположена фурма-электрод, в его нижней части размещается газоотвод, совмещенный с отверстием для отвода расплава металла в копильник. Копильник расположен под плавильным циклоном и выполнен в виде шара с возможностью наклона в горизонтальной плоскости, и снабжен отверстием для вывода расплава металла. Канал для отвода шлака совмещен с каналом для вывода дымовых газов в шлакогранулятор-газификтор, который выполнен в виде камеры имеющей решетки и расположенные под ними сопла для распыления шлака водяным паром и газификации углеродных частиц, средства удаления гранулированного шлака и отвода дымовых газов. Шлакогранулятор-газификтор соединен со струйным реактором рециркуляционным каналом, выполненным по принципу эжектора в форме трубы Вентури, имеющим по оси сопло для паро-кислородного дутья.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображена схема устройства для восстановления оксидов металлов.
Устройство для восстановления оксидов металлов состоит из камеры плавильного циклона 1, копильника 2, шлакогранулятора-газификатора 3, соединенного рециркуляционным каналом 4 с камерой струйного реактора 5. Плавильный циклон 1 представляет собой цилиндр с охлаждаемыми стенками и гарнисажной футеровкой 6. В днище плавильного циклона 1 выполнено отверстие 7 для выпуска расплава и дымовых газов. В своде плавильного циклона 1 расположена фурма-электрод 8. На боковой стенке плавильного циклона 1 в
верхней части установлена камера струйного реактора 5, который оборудован средствами 9 подачи шихтовых материалов, топлива и окислителя. Камера струйного реактора 5 расположена тангенциально по отношению к боковой стенке плавильного циклона 1. Копильник 2, установленный под плавильным циклоном 1, представляет собой шар с возможностью наклона в горизонтальной плоскости и снабжен отверстием 10 для вывода расплава металла и каналом 11 для отвода шлака и дымовых газов в шлакогранулятор-газификатор 3. Напротив канала 11 для отвода шлака и дымовых газов установлена кислородная фурма 12. Шлакогранулятор-газификатор 3 выполнен в виде камеры, имеющей решетки 13 и расположенные под ними сопла 14 часть которых предназначена для распыления шлака водяным паром, средствами удаления гранулированного шлака 15 и каналом отвода дымовых газов 16 на утилизацию. Кроме того, часть сопел 14 служит для подачи пара на газификацию дисперсных углеродных частиц в дымовых газах. Рециркуляционный канал 4 представляет собой эжектор в форме трубы Вентури и имеет по своей оси сопло 17 для паро-кислородного дутья. Рециркуляционный канал 4 соединяет камеру струйного реактора 5 с шлакогранулятором-газификтором 3. Огнеупорная кладка рабочего слоя всех этих элементов выполнена из жаростойких блоков и заключенных с соответствующей изоляцией в кожух.
Устройство для восстановления оксидов металлов работает следующем образом. В струйный реактор 5 подают молотый уголь (У) с паро-кислородным (К+П) дутьем через средства 9 для подачи шихтовых материалов, топлива и окислителя. После разогрева плавильного циклона 1, копильника 2 технологическими газами начинают подавать шихту (Р) через средства 9 для подачи шихтовых материалов, топлива и окислителя в струйный реактор 5. В качестве топлива и восстановителя вводят, например молотый уголь. Часть угля сгорает и обеспечивает подвод тепла для нагрева шихты и газового потока, а несгоревшие частицы угля - коксовый остаток образует на стенках плавильного циклона 1 пылевидный слой восстановителя. В качестве шихты для плавления в устройстве
может быть использовано железорудное сырье, а также отходы металлургического производства: пыль газоочисток, шламы, окалина. Подогретая в струйном реакторе 5 шихта выносится продуктами сжигания в рабочий объем плавильного циклона 1 и попадает на его боковые стенки, где в момент касания частицы шихты имеют температуру, обеспечивающую ее прилипание к стенке, образуя гарнисажную футеровку 6. Подводимое к стенкам плавильного циклона 1 тепло за счет вихря продуктов сгорания топлива, поступающего из струйного реактора 5, и от нагрева плазменно-дуговым разрядом, горящего между фурмой-электродом 8 и боковой стенкой плавильного циклона 1, гарантирует плавление прилипших к стенке частиц шихты, достижения жидкоподвижного состояния и отекания пленки расплава по стенки плавильного циклона вниз, попадая вместе с технологическими газами через отверстие 7 для выпуска расплава и дымовых газов в копильник 2. Газы в циклоне содержат до 65% СО и 35% H2, имеют температуру 1600-2200°С. Поверхность плавильного циклона 1 омывается восстановительными технологическими газами за счет сжигания угольных частиц в кислороде с коэффициентом избытка кислорода равным 0,6-0,9. Процесс восстановления протекает с развитой поверхностью контакта, что гарантирует полное восстановление железа, то есть процесс идет с малыми потерями железа в шлак. Металл из копильника 2 удаляется через отверстие 10 для вывода расплава металла. Выпуск металла может осуществляться непрерывно или дискретно. Кислородная фурма 12, расположенная в копильнике 2, позволяет проводить дожигание отходящих газов и устранять «закозление» канала 11 для удаления шлака и дымовых газов, через который шлак из копильника 2 удаляется в шлакогранулятор-газификатор 3 вместе с технологическими газами, тепло которых используется для реакций газификации и часть высокотемпературных газов направляется через рециркуляционный канал 4 паро-кислородной струей истекающей из сопла 17 в струйный реактор 5. Это снижает энергетические затраты на производство. Избыток газов направляется через газоотвод 16 на утилизацию. Шлакогранулятор-газификатор 3 позволяет утилизировать тепло шлака, путем продувки его на решетке 13 водяными парами,
подаваемыми через сопла 14. Гранулированный шлак удаляется через отверстие 15.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемое устройство для восстановления оксидов металла работоспособно, и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе. Соответственно, заявляемое устройство для восстановления оксидов металла может быть применено в металлургии с целью повышения производительности, уменьшению отрицательного воздействия на окружающую среду, а следовательно, соответствует условию «промышленной применимости».
Устройство для восстановления оксидов металлов, содержащее струйный реактор, плавильный циклон, копильник, отличающееся тем, что оно снабжено струйным реактором, оборудованным средствами подачи шихтовых материалов, топлива и окислителя, и тангенциально расположенным в верхней части боковой поверхности плавильного циклона, в своде плавильного циклона расположена фурма-электрод, в его нижней части размещается газоотвод, совмещенный с отверстием для отвода расплава металла в копильник, который расположен под плавильным циклоном и выполнен в виде шара с возможностью наклона в горизонтальной плоскости, и снабжен отверстием для вывода расплава металла, каналом для отвода шлака совмещенным с каналом для вывода дымовых газов в шлакогранулятор-газификтор, который выполнен в виде камеры имеющей решетки и расположенные под ними сопла для распыления шлака водяным паром и газификации углеродных частиц, средства удаления гранулированного шлака и отвода дымовых газов, шлакогранулятор-газификтор соединен со струйным реактором рециркуляционным каналом, выполненным по принципу эжектора в форме трубы Вентури, имеющим по оси сопло для парокислородного дутья.
