Устройство для выплавки стали

 

Использование в области черной металлургии при выплавке стали Сущность изобретения устройство для выплавки стали содержит плавильную емкость в виде замкнутой кольцевой Камеры 5 с зонами смешения разделения и регенерации, газовые полости которых отделены друг от друга поперечными герметичными перегородками 20 В середине свода зоны регенерации выполнено ломозагрузочное отверстие 13 с установленными вокруг него с возможностью качания относительно вертикальной оси и перемещения в продольном направлении ломоппавильными фурмами 24 Газовые полости зон смещения и разделения соединены с топливно-кислородными и продувочными фурмами зоны регенерации посредством газоперекачивающего инжекторного тракта На границе зон разделения и регенерации у перегородки выполнено дополнительное отверстие для выпуска шлака Газоперекачивающий инжекторный тракт соединяет газову.о полость зоны смешения с топпивно-кислородными и газопорошковыми фурмами зоны регенерации 3 ил

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

zz гв

ЬЭ

Ю

CO 40

CA

1f

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4786199/02 (22) 29.01 90 (46) 3010.93 Бюл М 39-40 (76) Лупэйко Витольд Марианович (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ (57) Использование. в области черной металлургии при выплавке стали. Сущность изобретения: устройство для выплавки стали содержит плавильную емкость в виде замкнутой кольцевой Камеры 5 с зонами смешения, разделения и регенерации, газовые полости которых отделены друг от друга поперечными герметичными перегородками 20. В середине свода зоны регенерации выполнено ломозагруэочное отверстие 13 с установленными вокруг (В1 1Щ (И) 2001959 Cl (51) с 4 оо него с возможностью качания относительно вертикальной оси и перемещения в продольном направпении ломоллавипьными фурмами 24 Газовые лов лости зон смещения и разделения соединены с топливно-кислородными и продувочными фурмами зоны регенерации посредством газоперекачивающего инжекторного тракта. На границе зон разделения и регенерации у перегородки выполнено дополнительное отверстие для выпуска шлака Газолерекачивающий инжекторный тракт соединяет газовуо полость зоны смешения с топливно-кислородными и газопорошковыми фурмами зоны регенерации 3 ил.

2001959

Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для использования в сталеплавильном производстве при выплавке стали в жидкой ванне.

Общеизвестно устройство для получения стали в жидкой ванне, представляющее собой мартеновскую печь. содержащую плавильную емкость для плавления в ней шихтовых материалов, образования жидкой ванны и получения в ней ниэкоуглеродистой стали, в том числе и из руды. Емкость для плавления образована подом, стенками и сводом и снабжена приспособлением для ввода в жидкую ванну восстановителя железа, для загрузки в нее шихтовых материалов и средством для выпуске из нее стали и шлака, горелочным приспособлением для сжигания внутри плавильной емкости топлива за счет кислородсодержащего газа и трактом для отвода из этой емкости продуктов горения.

Существенной особенностью устройства является общая технологическая зона для проведения как окислительных, так и восстановительных процессов. (1рь этом атмосфера рабочего пространства мартеновской печи имеет очень окисли>ельный характер по отношению к металлу, что вызвано необходимостью полного сжигания топлива, а это тормозит процвсс восстановления железа, котсрое при контакте с окислительными газами — продуктами горения (C02 и Н20) активно окисляется. В конеч ом счете это ведет к увеличению удельного расхода восствновиеля и снимает скорость процесса восстзнов> ения.

Условия передачи тепла расплаву в мартеновской печи малоэффективны, главным образом, из-за сравнительно небольшой контактной поверхнос;и между факелом горени" ь распласом. в основном, цлаком. даже при кипении последнего, который обладает очень низкой теплопроводностью.

:.:ег ь е: форсировать процесс плавки э отражательной печи, которая, в основном, I:oýòoìó 1. отличается низкой проиэооди;ельностью, низким тепловым коэффициентом полезного действия и высо««IivI j.",eI III!. М Р,.СХОДО 1 ТЭПЛИВЯ.

М,: .I.oBcKQA печь без нарушения ее стойкоь «и угара железа не позволяет за меьпть в аду для сжигания Toll авива кислородом. ч Г су("-,ocl Вен н< повысило бы тепловой «ээффиииент полезмогo действия процесса.

ИзвестнО ус poAGT÷o-прототип, которое содегжиг .:л;.вильную смкос ь выполненную в виде замкнутой кольцевой камеры с днищем и сводом. Кольцевая камера содерния в не secoI,o ;:изаодительного технологичес ого пр цесс, г рямого одностадий ного получе Н с1зли из любой железосодержащей щи ты в режк е непрерывного процес55 са с высок,-,;,е .овым КПД и удельным расходом оплиоа -лиближающимся к теоРЕтИ eCKOI-У . . НИУмУ. а таКжЕ ЭНЭЧИтЕЛЬчо меньше эа р,;:няещим окружающую среду вредными выбросами в сравнении с аналсгами, 5

45 жит зоны регенерации, смешения и разделения. В зоне регенерации размещены продувочные топливно-кислородные фурмы. В зоне смешения размещен пульвериэирующий узел, а в зоне разделения— выпускное отверстие. Кольцевая камера сочленена с гаэоотводящим трактом, Устройство может содержать пневмотранспортную систему для подачи в расплав порошкообразных материалов.

Известное устройство предназначено для обработки жидкого чугуна рафипировочным шлаковым расплавом. ко орый находится в кольцевой камере и непрерывно регенерируется в устройстве (очищается от серы и перегревается) в режиме рециркуляционногоо пото :э. Г;кяя обработка чугуна путем слива егс а р;: эдробленном виде в шлаковый расплав оэволяет осуществить глубокую цссульфурэцию и существенный перегрев чугуна при низком удельном расходе топлива и еласпобраэующих.

Анализ кон, трукции этого устройства показал, что в у-гройс ве-прототипе возможно также 1 гмучение жидкой стали иэ руды, рудного концентрата, чугуна 8 режиме только дискре" ного процесса иэ-эа стсутстВИЯ WaXOaCA Ir . К .

Однако, и; л этом данное устройство не позволяет. кроме более высокого теплового

КПД, достичь энач лельных преимуществ в сравненьи с мяртеновс ой печью, а в отношении перерабю ки лама уступает ей. Кроме того, оно не по-валяет проводить процесс последовательно в окислительной, а затем в восстановительной технологических зонах, С максимальной эффективностью испольэовать в процессе выплавки стали образующиеся при восстановлении железа газы, проводить процег с восстановления железа по более эффективной — 2-х стадийной схеме, эффективнг спользовать при выплавке стали металло вм, а также проводить выплавку стали с высокой производительнос1ью в .;вживе....прерывного процесса с непрерывным у,,, ением из устройства части о. лака.

Гехнической адачей изобретения являе-ся создан:ле такого стройстве которое эбеспеч лвзлс бы boi, . жность осуществле2001959

Указанная техническая задача достигается тем, что известное устройство-прототип. содержащее плавильную емкость в виде замкнутой кольцевой камеры с днищем, сводом и металловыпускным отверстием, подразделенную на зоны регенерации, смешения и разделения, продувочные топливно-кислородные фурмы, газоотводящий тракт и пневмо-транспортную систему, оно дополнительно снабжено газо-порошковыми фурмами в зоне регенерации, продувочными фурмами, установленными в зоне смешения, поперечными герметичными перегородками, отделяющими газовую полость зоны регенерации от газовой полости смежных зон, ломозагруэочным отверстием, выполненным в средней части зоны регенерации, и ломоплавильными фурмами, установленными вблизи этого отверстия, а также отверстием для спуска шлака, размещенным у перегородки на границе зон разделения и регенерации, Устройство может быть снабжено также гаэоперекачивающим инжекторным трактом, соединяющим газовую полость зон смешения-разделения с продувочными фурмами эоны регенерации.

Устройство, кроме того, может содержать средство (например, пульвериэирующий узел в заливочном отверстии) для ввода в шлаковый расплав жидкого чугуна, раздробленного на капли, а также быть снабжено предохранительным газовым клапаном в зоне смешения или разделения, Такое выполнение устройства обладает рядом особенностей, Система продувочных фурм может состоять как из одной группы фурм, располагаемых или в начальном участке эоны смешения перед (по ходу движения шлакового потока) пульверизирующим узлом, или после этого узла (в конце зоны смешения). так и из этих обеих групп фурм. В эту систему входят, кроме фурм, и пневмотранспортные агрегаты (пневмонагнетатели), которые сочленены с фурмами пневмопроводами.

Продувочные фурмы могут устанавливаться стационарно путем их авода через боковые стенки кольцевой плавильной камеры, однако предпочтительнее установка их в виде подвижных сводовых фурм. Количество фурм определяется размерами агрегата и необходимостью охватить обработкой восстановителем оксидный расплав по всему поперечному сечению его потока с учетом всплывания в расплэве частиц или пузырьков восстановителя. Конструкция фурм для вдувания восстановителя в расплав должна отвечать этим же условиям, т.е. обеспечивать в нем наиболее равномерное в максимальном его обьеме рассредоточение восстановителя, Фурмы могут содержать как одно, так и несколько сопел, которые могут

5 распо..агаться как на срезе фурмы, так и нэ ее боковой поверхности с расположением осей сопел в горизонтальной плоскости;

При использовании газообразного восстановителя, например, природного газа, пнвв10 монагнетатели не используются. Последние предназначены для подачи в фурмы дозированного количества твердого восстановителя, например угольного порошка. Отдельный пневмонагнетэтель может обслуживать как

15 одну фурму, так и группу фурм, работающих по одному режиму, например, группу, расположенную перед пульверизирующим узлом, и другую группу, расположенную эа ним (по ходу движения расплава), Герметич20 ные перегородки, разделяющие газовую полость в кольцевой плавильной камере, выполняются таким образом, чтобы их нижний край (борт) был погружен в шлаковый расплав на глубину, которая гарантирует с

25 учетом возможных колебаний уровня этого расплава газовую герметичность такого разделения. С учетом рациональной глубины шлакового расплава и объема газовой полости над ним, частично заполняемой вспеЭО ненньил шлаком, зависящими от габаритов и производительности устройства, просвет между подом и нижним бортом перегородок должен выполняться в пределэх, например, 15-40 ), от высоты кольцевой плавильной

35 камеры.

С целью более надежной стойкости и герметичности перегородки могут выполняться металлическими охлаждаемыми с наружной футеровкой или гарнисажем.

40 Систему ломоплавильных топливнокислородных фурм размещают в зоне регенерации, предпочтительно между передним (по ходу движения шлакового потока) и задним рядами топливно-кислородных фурм, 15 погруженных в шлаковый расплав. Ломоплавильные фурмы выполняют охлэждаемыми подвижными по вертикали и размещают их вокруг заливочно-загрузочного отверстия.

Эти фурмы могут быть снабжены механизмом

50 их качания относительно вертикальной оси.

Ломоплавильные фурмы могут выполняться также и с изогнутым стволом в виде перевернутых фурм II или i. Количество этих фурм определяется. конкретными условиями работы устройства.

Газоперекачивающий тракт предназначен для организованного отвода (отсоса) иэ эон смешения и разделения газообразных продуктов восстановления железа (еосстановитсльных газов CO и Н2 и подачи их в

2001959

10

20

50

55 зону регенерации в топливно-кислородные фурмы в качестве топлива или в гаэопорошковые, которые размещены в конце (по ходу движения шлакового потока) этой зоны, где используют эти газы в качестве восстановителя Гез04 до FeO. Газы СО и Н2 могут подаваться также одновременно и в те, и другие фурмы, Газоперекачивающий тракт оборудуют инжекторным узлом, который может размещаться, практически, в любом участке

-.ракта, но предпочтительнее в его начале. В этом случае ведущим (инжектирующим) газом может служить сжатый природный газ, имеющий обычную температуру, При смешении его в смесительной камере с перекачиваемым газом СО и Нр, который будет содержать значительное количество СО и

Н20, температура газовой смеси будет в несколько раз меньше начальной температуры перекачиваемого из зон смешения и разделения газа, Поэтому участок гаэоперекачивающего тракта от его начала (от места выбора газа) и кончая инжекторным узлом, выполняют охлаждаемым с футеровкой внутренней поверхности трубчатой части тракта.

Дальнейшее охлаждение этой газовой смеси может осуществляться в рекуператоре кислородом, поступающим в газокислорЬдныефурмы, Гаэоперекачивающий тракт может состоять или иэ автономных ветвей. каждая иэ которых питает газовой смесью только одну фурму или же иметь один общий начальный участок с одним инжектором и одним рекуператором, эа которым следуют ветви к каждой фурме.

Возможен вариант, когда отверстие для заливки шлака в кольцевую плавильную камеру в зоне регенерации совмещается с отверстием для загрузки лома путем соответствующего увеличения размера первого. Другой вариант, когда эти отверстия выполнены раздельно.

Кроме того, с целью удобства удаления отвальной части конечного шлака, особенно при работе в режиме непрерывной выплавки стали, устройство-прототип снабжают шлаковыпускным отверстием, расположенным на границе эон разделения и регенерации-плавления, например. на наружной стенке кольцевой плавильной камеры.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство. вид сверху; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — развертка плавильной камеры вдоль ее осевой кольцевой плоскости Б-Б (фиг. 1).

УстройСтво представляет собой плавильную емкость. выполненную в виде замкнутого полого кольца любой конфигурации, но предпочтительно в виде кругя включающую зону

cMewv, ия, разделения и плавления. В вертикально-поперечном сечении пОлое кольцо имеет. предпочтительно, прямоугольную форму. Устройство содержит кольцевые наружную 1 и внутреннюю 2 стенки, днище 3 и свод 4. Во внутренней полости кольцевой камеры 5 в районе эоны регенерации располагаются вертикальные продувочные топливно-кислородные фурмы 6 с горизонтальными соплами на боковой поверхности фурм, а также фурмы 7 и 8. предназначенные для вдувания в шлаковый расплав порошкообразных материалов, подаваемых, по трубопроводам 9 и 10 с помощью пневмонагнетателей 11 и 12, каждый из которых может заменяться несколькими. Общее количество фурм 6, 7, 8, количество их в одном ряду(в диаметральной плоскости устройства), количество этих рядов в зоне регенерации зависит от размеров кольцевой плавильной камеры, от производительности агрегата и конкретных технологических параметров выплавки стали. Возможен вариант размещения фурм 7 и 8 в одном ряду с фурмами 6, В зоне регенерации свод 4 снабжен сквозным заливочно-загрузочным отверстием 13 с воронкой и заслонкой 14, предназначенным для заливки жидкого шлака и загрузки лома н куск;вых шлакообразующих во внутрь кольцевой камеры. Это отверстие 13 расположено между передними и задними рядами фурм 6. Для удаления отработанных газов служит газоход 15. В зоне смешения в своде 4 расположены пульверизирующие узлы 16, через которые сливают внутрь кольцевой полости и дробят на капли металл, подлежащий рафинированию шлаком. По обе стороны пульверизирующих узлов расположены фурмы 17 для вдувания в шлаковый расплав углеродсодержащих порошков или восстановительных газов или смеси тех и других. Устройство снабжено выпускными отверстиями: для металла 18 в зоне смешения или разделения и для шлака

19 у границы зоны разделения и зоны регенерации. Газовая полость кольцевой плавильной емкости эоны регенерации герметично отделена от газовой полости двух других зон перегородками 20. Стенки 1 и 2 в районе пояса шлакового расплава оборудованы металлическими охлаждаемыми элементами, например, панелями 21. В качестве охлаждающего агента предпочтительно в целях взрывобеэопасности использовать в устройстве влажный водяной пар. Выше шлакового расплава стенки

1 и 2 могут выполняться наклонными в сторону от осевой кольцевой плоскости ББ, что при неизменной высот» кольцевой камеры увеличит объем ее газовой полости.

2001959

5

15

25

35

50 частично заполняемой вспененным шлаком. Газовая полость эон смешения и разделения сочленена с помощью газопровода

22 с погружными топливно-кислородными фурмами б и 8. В зоне регенерации вокруг заливочно-загрузочного отверстия 13 расположены сводовые плавильные фурмы 23 и 24, Эти фурмы имеют механизм перемещения их по вертикали, а сами фурмы 23 устанавливают таким образом, что их оси расположены вертикально или наклонены под острым углом к вертикальной оси отверстия 13. Плавильные фурмы 23 могут быть как обычной конфигурации (прямоствольные), так и в виде перевернутых букв П и Г, в которых сопла располагаются на их горизонтальной ветви (фурмы 24). Плавильные фурмы 23 и 24 могут быть оборудованы механизмом 25 качания. при помощи которого фурмы могут совершать маятниковое движение (качание с заданным углом а). Все фурми предпочтительно выполняются охлаждаемыми, например, водой или влажным паром. Фурмы 23 и 24 сочленяются с кислородопроводом и газопроводом 26 (например, при помощи гибких рукавов), по которому поступает образующаяся в зонах смешения и разделения окись углерода (СО).

В качестве топлива вместо нее в фурмы 23

H24, так же как и фурмы б, может подаваться другое топливо, например, природный газ по отдельному топливопроводу. В целях безопасности агрегат снабжен газовой свечой с клапаном 27, устанавливаемой на своде 4 в зоне разделения для сброса в ней избыточного давления СО. При использовании одного пневмонагнетателя для подачи углеродсодержащего порошка пневмопровод перед фурмами 8 и 17 оборудуется специальными кранами-дозаторами 28.

Загрузка лома в кольцевую плавильную камеру осуществляется с помощью известных загрузочных механизмов 29, например, транспортерного типа.

Устройство работает следующим обрезом.

Вначале через отверстие 13 заливают в кольцевую плавильную камеру жидкий расплав, например, жидкую сталь иэ соседнего агрегата, в количестве, которое позволяет поддерживать ее зеркало на уровне нижнего края охлаждаемых панелей 21. Затем на металл заливают шлаковый расплав, например, иэ соседнего агрегата, предварительно включив в работу топливно-кислородные фурмы б (области шлакового расплава II u

Vl). После прогрева шлакового расплава до рабочей температуры проводят корректировку его состава путем подачи в него (область I) с помощью пневмонагнетателя 11 необходимых шлакообразующих порошкообразных материалов. выдерживая ollTHмальный баланс подачи тепла в шлак через фурмы 6 (в обеих областях II и Vl) для сохранения при этом его температуры. После достижения заданного состаь" шлака при отодвинутой заслонке через отверстие 13 с помощью загрузочного механизма 29 на днище 3 загружают порцию лома.

Движение с определенной скоростью шлакового расплава вдоль кольцевой плавильной камеры производится эа счет динамичес«ого воздействия на расплав струй факела горения, истекающих из горизонтальных сопел фурм б (области !! и VI). При этом следует учитывать возможность регулировки в определенных пределах этой скорости эа счет фурм б (области II u Vl или одна из них) путем их соответствующего поворота вокруг своей оси. После загрузки порции лома и закрытия заслонки включают в работу плавильные фурмы 23 или 24 (область IV), опуская их иэ-под свода 4 в шлак и приближая их сопловой участок непосредственно к лому с тем, чтобы факел горения интенсивно омывал куски лома и турбулизировал шлаковый поток у его поверхности (область III).

Включение механизмов 25 качания плавильных фурм 23 и 24 позволит интенсифицировать теплообмен между факелом горения и большей поверхностью кусков лома, что в конечном счете приведет к еще большему ускорению процесса плавления лома. Однако такой процесс интенсивного плавления лома будет сопровождаться значительным окислением железа и накоплением его оксидов в шлаке. Еще большим окислением железа будет сопровождаться процесс ускоренного плавления лома, когда через дополнительные фурмы будет подаваться только кислород без топлива, Процесс интенсивного плавления лома можно осуществлять и путем окисления соответствующего, количества железа из металлического расплава путем продувки его кислородом или газокислородным факелом с помощью тех же ломоплавильных фурм. По ходу движения шлак, обогащенный оксидами железа, может частично подвергнуться восстановлению железа углеродсодержащим порошком, поступающим в шлаковый расплав иэ фурм 8 (область V). Окончательное восстановление оксидов железа. находящихся в

55 этом расплаве, производят при поступлении его в зону смешения. Восстановление железа здесь осуществляют или путем пульверизации чугуна в шлаковый расплав (обо;, ть

Vill), или путем вдувания в него порошкообразного восстановителя. например, ме и о того

2001959 угля или газообразного, например, природного газа через фурмы 17 (область Vll и IX), или совместным применением этих приемов, Образующаяся при восстановлении железа окись углерода (СО) отводится по газопроводам 22 и 26 из зон смешения и разделения во все топливно-кислородные фурмы 6 и 23, s также в фурмы 8, где исполь.зуется как топливо и в последних как восстановитель. Расплавленный лом стекает в сторону выпускного отверстия 18, где смешивается с восстановленным железом и рафинированным до заданной степени (вплоть до металла, отвечающего составу стали) чугуном. В случае применения в качестве восстановителя только порошкообразных материалов применение чугуна в процессе выплавки стали исключается. Возможно при помощи пневмонагнетателя 11 и фурм 7 наплавление рудношлакового расплава с восстановлением его оксидов в зоне смешения одновременно с оксидами, образованными при плавлении лома. Тогда в жидкой стали будет находиться и соответствующая доля металла, полученного из рудного материала, После и роцесса восстановления железа и отделения его от шлакового расплава последний перетекает в зону регенерации (меньшая часть его— отвальный шлак — удаляется из агрегата),, ° ° .Формула изобретения

1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПЛАВКИ

СТАЛИ, содержащее плавильную емкость в виде замкнутой кольцевой камеры с днищем, сводом, металловыпускным отверстием и зонами смешения, разделения и регенераций с газовыми полостями, продувочные топливно-кислородные и газопорошковые фурмы, газоотводящий тракт, отличающееся тем, что оно снабжено установленными в зоне смешения продувочными фурмами, отделяющими газовую полость зоны регенерации от газовой полости смежных зон поперечными герметичными перегородками, выполненными в середине свода эоны регенерации ломозагрузочным отверстием и установленными вокруг этого отверстия ломоплавильными фурмами, газоперекачигде начинается для него новый технологический цикл. Металл перед выпуском может быть науглерожен до уровня. требуемого для данной марки стали с помощью фурм 17, 5 или же эту операцию. как и операции по корректировке химсостава и раскислению, проводят вне этого устройства. например, в ковше.

Применение устройства для выплавки

10 стали одностадийным процессом, выполненного в соответствии с данным изобретением, в сравнении с возможным применением устройства-прототипа для той же цели позволит проводить процесс выплавки стали в

15 непрерывном режиме. что увеличит производительность агрегата в 1.2-1,5 р" . снизит удельные расходы энергии в ..3-1,5 раза. а также удельные капиталовложения и себестоимость стали.

Устройство позволяет проводить процесс выплавки стали с использованием лома при любом соотношении в шикане лома, железорудного сырья и чугуна, а так25 же уменьшить загрязнение окружающей среды, (56) Похвиснев А.Н. и др. Внедоменное получение железа, М.: Металлургия, с. 270-296.

Авторское свидетельство N. 1134607, 30 кл, С 21 С 1/10 и 7/00. 1983. вающим инжекторным трактом, соединяющим газовую полость зон смешения и

35 разделения с топливно-кислородными и продувочными фурмами эоны регенерации, и размещенным у перегородки на границе зон разделения и регенерации дополнительным отверстием для выпуска

40 шлака.

2, Устройство по п.1, отличающееся тем, что ломоплавильные фурмы установлены с возможностью качания относительно вертикальной оси и перемещения в

45 продольном направлении.

3, Устройство по п.1, отличающееся тем, что газоперекачивающий инжекторный тракт соединяет газовую полость зоны смешения с топливно-кислородными и газопорошковыми фурмами зоны регенерации, 2001959

И

С9

17

%or. М

Л-A

Ы l4 Л

Составитель В. Лупейко

Техред М,Моргентал Корректор Е. Папп

Редактор С. Кулакова

Заказ 3156 Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10