Система для разгрузки железа, полученного методом прямого восстановления - RU2219244C2

Чертежи

Описание

Ссылка на родственную заявку
В данной заявке испрашиваются права предварительной заявки на патент США 60/150036, поданной 20 августа 1999 г.

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для одновременного получения горячего и холодного прямовосстановленного железа (ПВЖ) из непрерывно поступающего под действием гравитации горячего ПВЖ материала, как из обычной печи для прямого восстановления.

Описание предшествующего уровня техники
Губчатое железо, металлизированные окатыши, брикеты или материалы из восстановленного металла, такие как прямовосстановленное железо (ПВЖ), никель и т.п., получают посредством прямого восстановления руды или оксидов металла. Большие количества металлизированных железных окатышей получают в процессе прямого восстановления, в котором гранулированный оксид железа восстанавливается (в основном) до металлического железа путем прямого контакта с восстановительным газом, таким как смесь водорода и монооксида углерода. В данном описании и формуле изобретения термин "металлизированные окатыши" включает металлосодержащие окатыши, такие как губчатое железо, брикеты, ПВЖ, другие уплотненные формы восстановленного металла и т.п., в которых, по меньшей мере, 80% металла находится в металлическом состоянии, а остальное - в основном в форме металлического оксида. При этом карбид железа считается железом в металлическом состоянии. "Металлизированный" в данном контексте означает не покрытый металлом, а почти полностью восстановленный до металлического состояния. Для облегчения обсуждения и иллюстрации изобретения данное описание в основном относится к ПВЖ, хотя понятно, что изобретение в равной степени хорошо функционирует и с другими формами "металлизированных окатышей" любого размера или из любого металла.

Проблема, связанная с использованием ПВЖ в качестве сырья для получения стали или другой продукции, заключается в присущей ему тенденции к повторному окислению под действием воздуха или воды. Воздействие атмосферного воздуха и влаги на массу горячего ПВЖ приводит к повторному окислению металла (ржавлению) и значительной потере металлизации. При повторном окислении также вырабатывается теплота, которая может значительно повысить температуру массы ПВЖ. В процессе повторного окисления в окружающую среду из воды высвобождается водород. В соответствующих условиях горячее ПВЖ может воспламенять высвободившийся водород, что приводит к выделению дополнительной теплоты, образованию дополнительного водорода и, возможно, к взрыву в перекачивающем трубопроводе или в хранилище.

Для того, чтобы использовать ПВЖ, его следует выгрузить из печи для прямого восстановления. Существует потребность в способах транспортировки ПВЖ, позволяющих снизить риск повторного окисления. Обычно для снижения риска повторного окисления горячее ПВЖ охлаждают до достаточно низкой температуры (ниже, чем приблизительно 100^oС), чтобы предотвратить воспламенение водорода, высвобождающегося в процессе окисления. Недостатком этого способа является то, что в современных системах получения ПВЖ проблема охлаждения, как правило, решается по принципу "все или ничего". Либо охлаждается все горячее ПВЖ, выпускаемое из конкретной печи, либо оно совсем не охлаждается.

Известен способ пневматической транспортировки горячих ПВЖ материалов по трубопроводу из печи во внешнее хранилище. Недостатками этого способа является то, что требуется протяженный трубопровод для транспортировки горячего ПВЖ со значительными изменениями высоты, необходима дополнительная энергия для газов, используемых для пневматической транспортировки. Кроме того, существуют дополнительные возможности попадания кислорода в транспортировочный трубопровод, а в процессе транспортировки в удаленные хранилища горячий ПВЖ материал уменьшается в размерах в результате трения и ударных воздействий от размера комков до размера частиц.

В настоящем изобретении не используется пневматическая транспортировка, а вместо этого предложены способ и устройство для непрерывного удаления произведенного горячего ПВЖ материала из печи для прямого восстановления и его транспортировки под действием гравитации (самотеком) для последующей обработки или хранения. Изобретение позволяет одновременно получать горячий ПВЖ материал для последующих операций, таких как плавление или брикетирование. Изобретение также позволяет охлаждать ПВЖ материал для транспортировки, хранения или другого использования.

В данном раскрытии изобретения упоминаются элементы или узлы, используемые в процессе Midrex. Процесс Midrex и устройство для прямого восстановления описаны в следующих патентах США: 3748120 на изобретение "Способ восстановления оксида железа в металлическое железо", 3749386 на изобретение "Способ восстановления оксидов железа в процессе газового восстановления", 3764123 на изобретение "Устройство для восстановления оксида железа в металлическое железо", 3816101 на изобретение "Способ восстановления оксидов железа в процессе газового восстановления" и 4046557 на изобретение "Способ получения частиц металлического железа", упоминаемых здесь для ссылки.

Краткое изложение сущности изобретения
Предложена система для получения горячего и холодного ПВЖ из непрерывно подаваемого самотеком горячего ПВЖ материала. Предложено устройство для одновременной выгрузки горячего прямовосстановленного железа (ПВЖ) и холодного ПВЖ материала из непрерывно подаваемого горячего ПВЖ. Предложенное устройство содержит разгрузочную секцию печи, секцию горячей разгрузки и секцию холодной разгрузки. Разгрузочная секция печи имеет два разгрузочных выпускных отверстия для разгрузки ПВЖ материала и множество питателей. Секция горячей разгрузки принимает поступающее самотеком горячее ПВЖ из первого разгрузочного отверстия конуса горячей разгрузки и передает горячее ПВЖ по трубопроводу или трубе в плавильную печь или в емкость для горячей транспортировки. Секция для холодной разгрузки принимает поступающий самотеком горячий ПВЖ материал из другого разгрузочного отверстия разгрузочной секции печи, передает ПВЖ в охладитель по трубопроводу, охлаждает горячее ПВЖ и разгружает холодное ПВЖ.

Задачи, решаемые изобретением
В основу настоящего технического решения положена задача создания усовершенствованного способа для одновременного получения горячего и холодного ПВЖ из непрерывно подаваемого горячего ПВЖ материала.

Другой задачей изобретения является создание усовершенствованного способа непрерывного получения горячего и холодного ПВЖ из непрерывно подаваемого горячего ПВЖ материала, причем горячее ПВЖ передается при температуре, по меньшей мере, 700^oС.

Еще одна задача изобретения заключается в создании устройства для одновременного получения горячего и холодного ПВЖ из непрерывно подаваемого горячего ПВЖ материала.

Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется подробным описанием с указанием примеров его воплощения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых
фиг. 1 изображает вид спереди печи для прямого восстановления вместе с соответствующим устройством для загрузки и разгрузки, согласно данному изобретению,
фиг. 2 изображает вид спереди первого варианта воплощения изобретения, в котором печь для прямого восстановления соединена с электродуговой печью (ЭДП),
фиг.3 изображает вид сверху первого варианта изобретения, в котором печь для прямого восстановления соединена с обычной электродуговой печью (ЭДП),
фиг.4 изображает вид спереди альтернативного варианта изобретения, в котором печь для прямого восстановления соединена с плавильной печью непрерывного действия,
фиг.5 изображает вид сверху альтернативного варианта изобретения, в котором печь для прямого восстановления соединена с плавильной печью непрерывного действия.

Подробное описание изобретение
Предложено эффективное устройство и способ для непрерывного получения горячего и холодного ПВЖ из непрерывно подаваемого самотеком горячего ПВЖ материала, например, из шахтной печи для прямого восстановления типа Midrex. Изобретение удовлетворяет потребность как в горячем ПВЖ материале, используемом в качестве сырья для сталеплавильного процесса, так и в холодном ПВЖ материале, используемом в качестве пригодного для хранения продукта для возможного использования в печи. В этой системе используется транспортировка самотеком, а не пневматическая. Так как шахтная печь находится на возвышении, можно производить разгрузку в расположенный ниже охладитель окатышей для получения холодного ПВЖ и в расположенную ниже промежуточную емкость для временного хранения горячего ПВЖ, предназначенного для последующей обработки (т. е. брикетирования, плавления и т.п.). Такая компоновка обеспечивает особую гибкость при одновременной разгрузке горячего и холодного ПВЖ. Кроме того, можно отрегулировать разгрузку таким образом, чтобы получать 100% холодного ПВЖ или 100% горячего ПВЖ или любую их комбинацию. Такую регулировку можно производить мгновенно, не влияя на процесс.

Поскольку в настоящем изобретении не используется пневматика, потери температуры горячего ПВЖ будут минимальными. Фактически, ПВЖ можно транспортировать из промежуточной емкости при температуре 700^oС или выше. Также отсутствуют потери металлизации, поскольку вся система герметизирована, и на полученное ПВЖ действует только восстановительная или инертная атмосфера. Благодаря самотеку измельчение продукции также совсем незначительно в отличие от пневматической транспортировки. Кроме того, гравитационное течение позволяет обрабатывать продукцию, имеющую широкий диапазон размеров (от тонкоизмельченной до крупной, размером 200 мм).

Изображенное на чертежах, в частности, на фиг.1 устройство для одновременной разгрузки горячего прямовосстановленного железа (ПВЖ) и холодного ПВЖ материала из непрерывно подаваемого горячего ПВЖ, например, из печи 10 с непрерывной разгрузкой ПВЖ, содержит разгрузочную секцию 12 печи, трубопровод 14 горячей разгрузки и трубопровод 16 холодной разгрузки.

Печь 10 с горячей разгрузкой расположена над охладителем 20 окатышей и над емкостью для приема горячего ПВЖ, такой как промежуточная емкость 30. Разгрузочная секция 12 печи имеет (обычно) форму конуса. Разгрузочная секция 12 печи содержит верхнюю впускную область 22 для впуска ПВЖ и нижнюю разгрузочную область 24. Впускная область 22 принимает ПВЖ материал из печи 10. Материал транспортируется самотеком с помощью верхних шихтовых питателей 32, промежуточных шихтовых питателей 34 и нижних шихтовых питателей 36 в разгрузочную область 20. В данном варианте при необходимости можно предусмотреть разгрузочный шихтовой питатель 38. Шихтовые питатели охлаждаются водой.

Разгрузочная секция 12 печи представляет собой футерованный огнеупором конус. Скорость разгрузки холодного ПВЖ регулируется с помощью вибрационного питателя 26 на выходе 28 охладителя 20 окатышей.

Первый разгрузочный трубопровод 14 герметично соединяет разгрузочную секцию 12 печи с емкостью 30 для приема горячего ПВЖ. Второй разгрузочный трубопровод 16 соединяет разгрузочную секцию 12 печи с охладителем 20 окатышей.

Трубопровод 14 горячей разгрузки представляет собой герметизированное ответвление с устройствами для дегазации и снижения давления. Горячий ПВЖ материал можно передавать по первому разгрузочному трубопроводу 14 в плавильную печь. В варианте на фиг.2 трубопровод горячей разгрузки соединен с электродуговой печью (ЭДП). Однако изобретение будет работать с любой плавильной печью достаточной емкости. Кроме того, горячий ПВЖ материал можно транспортировать в плавильную печь в изолированных контейнерах, так называемых "баллонах", с помощью механических конвейеров, или же материал можно пропустить через машину для брикетирования, чтобы получить брикеты для транспортировки.

Трубопровод 14 горячей разгрузки является герметизированным транспортировочным средством, которое отличается от традиционных герметизированных транспортировочных средств типа воронки-затвора. Герметизированное транспортировочное средство представляет собой динамическое герметизированное ответвление, которое позволяет использовать одну промежуточную емкость с низким давлением в качестве приемника и не требует избыточного числа воронок-затворов.

Трубопровод горячей разгрузки может разгружать горячее ПВЖ в промежуточный бункер или емкость 30 для временного хранения. К промежуточному бункеру или емкости 30 присоединен барботер 56. Барботер 56 обеспечивает выпуск герметизирующего газа и предотвращает образование избыточного давления в емкости 30. Промежуточный бункер или емкость 30 имеет два выпускных стакана 37, которые позволяют быстро заменять емкости для горячей транспортировки.

Промежуточный бункер или емкость 30 футерована огнеупором. Промежуточный бункер или емкость 30 содержит разгрузочный конус 40, выполненный предпочтительно из нержавеющей стали, для предотвращения застоев. Вблизи разгрузки из промежуточной емкости также расположен стимулятор 44 потока для предотвращения застоев.

В части холодной разгрузки предложенного устройства горячий ПВЖ материал транспортируется по трубопроводу 16 холодной разгрузки в охладитель 20 окатышей. ПВЖ материал охлаждается в охладителе 20 окатышей и разгружается в соответствующую емкость для хранения. Трубопровод 16 холодной разгрузки также предпочтительно выполнен в форме динамического герметизированного ответвления. Динамическое герметизированное ответвление изолирует охладитель окатышей и впускное отверстие промежуточной емкости для горячего ПВЖ, что позволяет исключить необходимость в избыточных емкостях высокого давления и питателях в охлаждающей секции и тем самым снижает капиталовложения по сравнению с обычными капиталовложениями, необходимыми для подобных устройств.

Газ отводится из охладителя окатышей по двум большим газоотводам 52, расположенным сверху на охладителе. Разгрузка ПВЖ из охладителя осуществляется стандартным механизмом для разгрузки ПВЖ, таким как вибрационный питатель 26. Предпочтительно, разгрузка производится через динамическое герметизированное ответвление 58 под разгрузочным механизмом.

В работе горячий ПВЖ материал проходит из разгрузочной секции 12 печи по герметизированному транспортировочному трубопроводу 14, в котором горячий ПВЖ дегазируется и сбрасывает давление. Трубопроводы 14 и 16 соответственно для горячей и холодной разгрузки присоединены к разгрузочной секции 12 печи. Продукт движется самотеком в охладитель (для холодного ПВЖ), в емкость 60 для горячей транспортировки или в плавильную печь 70 или 72 (для горячего ПВЖ).

Горячий ПВЖ материал, который транспортируется в плавильную печь или емкость для горячей транспортировки, движется из печи для прямого восстановления по трубопроводу 14 горячей разгрузки, который выполнен в форме герметизированного ответвления. Горячий ПВЖ материал передается из герметизированного ответвления 14 в промежуточный бункер или емкость 30 или перед разгрузкой в транспортировочную емкость плавильной печи. Скорость разгрузки регулируется скоростью вертикального питающего шнека 46 на дне трубопровода 14.

Система изображена с емкостью 60 для горячей транспортировки, установленной на рельсах 64. Две 70-тонные транспортировочные емкости могут полностью обеспечить загрузку для одной плавки ЭДП. В системе можно также использовать другие методы транспортировки, например, конвейер для горячего материала или пневматический конвейер.

Горячий ПВЖ материал, подлежащий охлаждению, транспортируется по трубопроводу 16 холодной разгрузки, который может быть выполнен в форме герметизированного ответвления, в охладитель 20 окатышей, в котором охлаждаются окатыши. Охлажденный ПВЖ материал выгружается вибрационным питателем 26 через конус 28 холодной разгрузки. Скорость разгрузки из охладителя окатышей можно изменять мгновенно, не влияя на процесс, поскольку скорость разгрузки печи остается постоянной. Скорость разгрузки устанавливается регулирующей системой.

Альтернативные варианты осуществления изобретения
Промежуточная емкость может быть реализована с разной конфигурацией. Она может быть присоединена к устройству для брикетирования. Для изображенной на чертеже конфигурации потребуется установить перед нею камеру для разгрузки продукции или подобное устройство для отсеивания крупнозернистого продукта, как это делается в цехах по производству ПВЖ.

В приведенной конфигурации использовать камеру для разгрузки продукции или подобное устройство можно, если горячая транспортировка из печи ПВЖ в плавильный цех осуществляется пневматически. Однако материал большого диаметра (т.е. крупнее 200 мм) невозможно транспортировать пневматически.

Если предложенное устройство присоединить к обычной ЭДП, то вертикальный шнековый питатель на входе промежуточной емкости задает скорость разгрузки печи вместе с разгрузочным питателем охладителя окатышей. Если устройство присоединить к системе горячей транспортировки или к плавильной печи 70 непрерывного действия, то потребуется всего один шнековый питатель. Кроме того, шнековые питатели можно заменить другим устройством, например, сметающим механизмом.

При присоединении устройства к обычной ЭДП 72 часто используется горизонтальный шнековый питатель 74, который передает разгруженный материал из промежуточной емкости в ЭДП или в загрузочный спуск 76. Шнековый питатель 74 используется по той причине, что скорость разгрузки из промежуточной емкости в ЭДП имеет спорадический характер. Размер промежуточной емкости определяется в соответствии с требуемым размером плавки ЭДП.

Технические результаты, обеспечиваемые изобретением
Из вышеизложенного ясно, что предложены усовершенствованные способ и устройство для одновременного получения горячего и холодного ПВЖ из постоянно подаваемого самотеком горячего ПВЖ материала, который поступает из промежуточной емкости при температуре 700^oС или выше.

При этом понятно, что представленное выше описание изобретения и конкретных вариантов его осуществления только иллюстрирует предпочтительную реализацию изобретения и его принципов, и что специалисты смогут внести в него разные модификации и дополнения, не выходя при этом за рамки объема изобретения, который ограничен только объемом нижеследующей формулы изобретения.

Реферат

Изобретение относится к металлургии железа, а именно к способу и устройству для одновременного получения горячего и холодного прямовосстановленного железа (ПВЖ) из непрерывно поступающего под действием гравитации горячего ПВЖ материала из обычной печи для прямого восстановления. Устройство содержит разгрузочную секцию печи для приема и разгрузки горячего ПВЖ, первый разгрузочный трубопровод и второй разгрузочный трубопровод, соединенные с разгрузочной секцией, охладитель гранулированного материала сообщен с первым разгрузочным трубопроводом, емкость для приема горячего гранулированного материала сообщена со вторым разгрузочным трубопроводом. В способе обеспечивают непрерывную подачу горячего ПВЖ, герметично самотеком передают первую часть горячего ПВЖ через первое герметизированное ответвление в емкость для приема горячего ПВЖ, герметично самотеком передают вторую часть ПВЖ в емкость для охлаждения горячего ПВЖ и получения охлажденного ПВЖ продукта, разгружают горячий ПВЖ из емкости для приема горячего ПВЖ для дальнейшей транспортировки, брикетирования или плавления. Изобретение позволяет усовершенствовать способ и устройство для одновременного получения горячего и холодного ПВЖ из постоянно подаваемого самотеком горячего ПВЖ материала, который поступает из промежуточной емкости при температуре 700^oС или выше. 2 с. и 8 з. п. ф-лы, 5 ил.

Формула