Способ выплавки металла и устройство для его осуществления - RU2263715C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу выплавки металла путем восстановления содержащего окись металла материала, в частности, материала, содержащего окись железа, в реакторе с псевдоожиженным слоем и последующей плавки восстановленного материала в плавильном газификаторе, в котором находится полученный из углеродосодержащего материала восстановительный газ, используемый для восстановления содержащего окись металла материала в псевдоожиженном слое, согласно которому как восстановление содержащего окись металла материала, так и плавление восстановленного материала происходят под давлением, превышающим атмосферное. Кроме того, изобретение относится к устройству для осуществления этого способа.

Подобный способ известен, например, из Европейского патента ЕР-А1-0594557 и заявки WO 97/13880.

В известных технических решениях для облегчения подачи восстановленного материала в плавильный газификатор реактор с псевдоожиженным слоем располагают над плавильным газификатором, благодаря чему восстановленный материал из реактора с псевдоожиженным слоем поступает в плавильный газификатор через подающий трубопровод под действием силы тяжести. В установках такого рода подающий трубопровод, выходящий из нижней части реактора с псевдоожиженным слоем, входит в верхнюю зону плавильного газификатора (WO 97/13880), выполненного в виде куполообразной газоосаждающей емкости.

При загрузке восстановленного материала в плавильный газификатор под действием силы тяжести операция загрузки упрощается, однако при этом значительно увеличивается высота конструкции установки из-за того, что реакторы с псевдоожиженным слоем необходимо располагать над плавильным газификатором. Это приводит к сравнительно высоким капиталовложениям не только на сооружение самой установки, но и на работы по устройству фундамента, спроектированного для нее. Кроме того, недостатком такого процесса является то, что плавильный газификатор может быть снабжен лишь одной линией реакторов. Это обусловлено тем, что имеется ограниченное пространство при размещении линии реакторов над плавильным газификатором.

Из Европейского патента ЕР-А1-0594557 известен способ, согласно которому восстановленный материал из реактора с псевдоожиженным слоем выгружают с помощью разгрузочных шнеков и задувают его через шлюзы с помощью азотных инжекторов в плавильный газификатор, а именно в зону на уровне инжекции содержащих кислород газов. Шлюзы служат для выравнивания давления в реакторе с псевдоожиженным слоем и плавильном газификаторе.

Загрузка восстановленного материала в плавильный газификатор с помощью азотного инжектора позволяет расположить реактор с псевдоожиженным слоем на более низком уровне, т.е. не обязательно над плавильным газификатором, однако при этом требуются сравнительно сложные устройства подачи. Еще одним недостатком такого способа является то, что очень трудно загрузить восстановленный материал в купол плавильного газификатора по той причине, что азотный инжектор создает большие скорости восстановленного материала в месте ввода в плавильный газификатор, что, в свою очередь, не согласуется с функцией купола, служащего для осаждения газа. Кроме того, восстановленный материал проходит не через всю зону газификации, а лишь через ее часть.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствование способа описанного типа таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить возможность расположить реакторы с псевдоожиженным слоем на отметке высоты плавильного газификатора и, с другой стороны, упростить загрузку в плавильный газификатор, в частности в его куполообразную зону, и чтобы в результате усовершенствования не нарушались бы протекающие в плавильном газификаторе процессы и не требовались бы большие затраты. При этом должна быть обеспечена возможность загрузки восстановленного материала под действием силы тяжести.

Указанная задача решается в способе описанного типа путем создания в промежуточной емкости, расположенной над плавильным газификатором, более низкого давления, чем в реакторе с псевдоожиженным слоем, обеспечения перетекания восстановленного материала при релаксации давления из реактора с псевдоожиженным слоем вверх в промежуточную емкость и его подачи из промежуточной емкости через шлюзовую систему в плавильный газификатор при повышенном давлении с целью обеспечения возможности передачи восстановленного материала, по крайней мере, из одного реактора с псевдоожиженным слоем в плавильный газификатор.

Согласно предпочтительной форме выполнения изобретения промежуточную емкость непрерывно заполняют восстановленным материалом и непрерывно деаэрируют для понижения избыточного давления примерно до атмосферного.

Предпочтительный вариант осуществления отличается тем, что восстановленный материал, находящийся в промежуточной емкости, под действием силы тяжести направляют из промежуточной емкости вначале в бункер, давление в котором, приблизительно, равно давлению окружающей среды, а после того как бункер заполнится восстановленным материалом, промежуточную емкость изолируют по потоку от бункера и при этом в бункере создают давление, по меньшей мере, выше, чем давление в плавильном газификаторе, и восстановленный материал из бункера загружают в плавильный газификатор под действием силы тяжести. Благодаря этому становится возможным загружать восстановленный материал в плавильный газификатор без турбулентности предпочтительно в куполообразную зону, служащую в качестве газоосаждающего пространства.

Согласно целесообразному варианту осуществления для загрузки восстановленного материала из бункера в плавильный газификатор используют шлюз, предпочтительно в виде элеваторного колеса.

Еще один преимущественный вариант осуществления отличается тем, что восстановленный материал, находящийся в промежуточной емкости, направляют под действием силы тяжести вначале попеременно в один из, по меньшей мере, двух бункеров, давление в которых приблизительно равно давлению окружающей среды, а после того, как один из двух бункеров заполнится восстановленным материалом, промежуточную емкость изолируют по потоку от заполненного бункера, при этом в бункере создают давление, по крайней мере, выше давления в плавильном газификаторе, и восстановленный материал из заполненного бункера под действием силы тяжести загружают в плавильный газификатор, и во время загрузки восстановленного материала в плавильный газификатор другой бункер заполняют восстановленным материалом.

В предпочтительном варианте осуществления давление в плавильном газификаторе поддерживают на 3-8 бар, предпочтительно на 3-4 бара выше атмосферного.

Установка для выплавки металла для осуществления предлагаемого способа состоит из плавильного газификатора, рассчитанного на давление выше атмосферного, по меньшей мере, одного реактора с псевдоожиженным слоем, рассчитанного на давление выше атмосферного, подающего устройства между реактором с псевдоожиженным слоем и плавильным газификатором, предназначенного для подачи восстановленного материала из реактора с псевдоожиженным слоем в плавильный газификатор, и, по меньшей мере, одного соединительного трубопровода между плавильным газификатором и реактором с псевдоожиженным слоем, предназначенного для подачи восстановительного газа, полученного в плавильном газификаторе, в реактор с псевдоожиженным слоем, отличается тем, что реактор с псевдоожиженным слоем размещен примерно на отметке высоты плавильного газификатора, подающее устройство имеет трубу, которая выходит из реактора с псевдоожиженным слоем и выступает за плавильный газификатор, эта труба входит в промежуточную емкость, снабженную деаэратором, и между промежуточной емкостью и загрузочным отверстием в куполе плавильного газификатора, предназначенным для загрузки восстановленного материала, имеется шлюзовая система.

Предлагаемая шлюзовая система состоит из бункера и герметичного разгрузочного устройства между бункером и плавильным газификатором, причем разгрузочное устройство представляет собой устройство с элеваторным колесом.

В предпочтительном варианте осуществления для деаэрации промежуточной емкости и выравнивания давления в бункере и плавильном газификаторе имеется запорное устройство, расположенное по потоку между промежуточной емкостью и бункером.

Преимущественный вариант осуществления отличается тем, что к бункеру подведен трубопровод для создания в нем избыточного давления, который соединен с источником восстановительного газа или источником инертного газа.

Для непрерывной загрузки восстановленного материала в предпочтительном варианте осуществления выше по потоку от промежуточной емкости имеются, по меньшей мере, два параллельно расположенных бункера, которые могут быть соединены по потоку с промежуточной емкостью двумя соединительными трубопроводами, имеющими запорные устройства.

В предпочтительном варианте осуществления труба имеет запорное устройство, предпочтительно в непосредственной близости от реактора с псевдоожиженным слоем.

Изобретение позволяет установить несколько линий реакторов, подключенных к одному плавильному газификатору, предпочтительно с двумя или более реакторами с псевдоожиженным слоем, расположенными почти на одном уровне с плавильным газификатором, причем каждый из реакторов с псевдоожиженным слоем соединен по потоку с плавильным газификатором через отдельное подающее устройство.

Ниже изобретение описывается более подробно со ссылками на два примера осуществления, схематически представленных на чертежах, где на фиг.1 представлена общая схема устройства по первому варианту осуществления изобретения, а на фиг.2 показан узел устройства по второму варианту осуществления изобретения.

Предлагаемое устройство состоит из двух линий реакторов А и В, в каждой из которых имеются три реактора 1, 2, 3 с псевдоожиженным слоем, соединенные последовательно и рассчитанные на давление, превышающее атмосферное (возможны также два или четыре реактора с псевдоожиженным слоем). Через соответствующий трубопровод 4 для подачи руды содержащий окись железа материал, например, пылевидную руду, подают в каждую из линий реакторов А и В в соответствующий первый реактор 1 с псевдоожиженным слоем, в котором осуществляется стадия 5 предварительного нагрева пылевидной руды и, возможно, предварительного восстановления, а затем из реактора 1 с псевдоожиженным слоем через подающие трубопроводы 6 направляют в реактор 2, 3 с псевдоожиженным слоем. В реакторе 2 с псевдоожиженным слоем на стадии предварительного восстановления 7 происходит предварительное восстановление, а в следующем реакторе 3 с псевдоожиженным слоем на стадии окончательного восстановления происходит окончательное восстановление пылевидной руды в губчатое железо.

Полностью восстановленный материал в виде губчатого железа подают из реактора 3 с псевдоожиженным слоем, расположенного в каждой из линий реакторов А, В последним по направлению потока пылевидной руды, через подающее устройство 9, которое описано ниже, в плавильный газификатор 10, также рассчитанный на давление, превышающее атмосферное. Плавильный газификатор 10 и реактор с псевдоожиженным слоем, расположенный последним по направлению потока пылевидной руды, установлены примерно на одной отметке высоты N.

Как плавильный газификатор 10, так и реактор 1-3 с псевдоожиженным слоем работают под давлением, превышающим атмосферное на 3-8 бар, предпочтительно на 3-4 бара. Для загрузки пылевидной руды в первый по направлению потока реактор 1 с псевдоожиженным слоем в каждой линии реакторов А, В имеются соответствующие бункеры 11, 12, расположенные один над другим, и пылевидную руду вначале загружают в верхний первый бункер 11, из которого она поступает во второй бункер 12, расположенный ниже, через трубопровод 13 с запорным устройством 14 сразу же после открытия запорного устройства 14. После этого запорное устройство 14 перекрывают и в нижнем бункере 12 создают избыточное давление. После этого пылевидная руда может быть загружена в реактор 1 с псевдоожиженным слоем, расположенный первым по направлению потока пылевидной руды, через шлюз 15, например, шлюз в виде элеваторного колеса, расположенный у нижнего конца нижнего бункера 12.

В плавильно-газификационной зоне 16 плавильного газификатора 10 из угля и содержащего кислород газа получают восстановительный газ, содержащий СО и Н₂, который подают в реактор 3 с псевдоожиженным слоем каждой линии реакторов А, В, расположенный последним по направлению потока пылевидной руды, через трубопровод 17 для подачи восстановительного газа. Затем восстановительный газ из реактора 3 с псевдоожиженным слоем направляют в реакторы 2 и 1 с псевдоожиженным слоем через соединительные трубопроводы 18 в противотоке потоку руды, а затем через трубопровод 19 для колошникового газа выводят из реактора 1 с псевдоожиженным слоем, расположенного первым в направлении потока пылевидной руды, уже как колошниковый газ и охлаждают и промывают в верхнем скруббере 20. После этого колошниковый газ может быть либо рециркулирован, либо выведен для иного использования.

В каждом из трубопроводов 17 для подачи восстановительного газа, выходящего из плавильного газификатора 10 и проходящего в реактор 3 с псевдоожиженным слоем, расположенный последним по направлению потока пылевидной руды, имеется пылеулавливающее устройство 21, например, циклон горячего газа, и частицы пыли, отделенные в этом циклоне, подают в плавильный газификатор 10 через возвратный трубопровод 22 потоком кислорода в качестве передающей среды, который вдувают через горелку 23.

Плавильный газификатор 10 имеет подающий трубопровод 24 для твердых носителей углерода и подающий трубопровод 25 для газов, содержащих кислород, а также, как вариант, подающие трубопроводы для носителей углерода, которые при комнатной температуре находятся в жидком или газообразном состоянии, например, углеводороды, а также для обожженных флюсов. В плавильном газификаторе 10 ниже плавильно-газификационной зоны 16 скапливаются расплавленный передельный чугун 26 и(или) расплавленные предпродукты стали и расплавленный шлак 27, которые выпускают через выпускное отверстие 28.

В предпочтительном варианте осуществления плавильный газификатор 10 работает под давлением, которое на 3-4 бара выше атмосферного, реакторы 1-3 с псевдоожиженным слоем работают под давлением, выше атмосферного на 2-4 бара, за счет потерь в подающем трубопроводе для восстановительного газа, а давление в реакторе 3 с псевдоожиженным слоем, расположенном последним в направлении потока пылевидной руды, примерно на полбара ниже, чем в плавильном газификаторе 10, и еще примерно полбара давления теряется на каждой стадии псевдоожиженного слоя по ходу до реактора 1 с псевдоожиженным слоем, расположенного первым.

Каждое из подающих устройств 9 выполнено следующим образом.

Из реактора 3 с псевдоожиженным слоем, расположенного последним по направлению потока пылевидной руды и примерно на отметке высоты N плавильного газификатора 10, выходит трубопровод 29, который проходит выше купола 30 плавильного газификатора 10 и входит в промежуточную емкость 31, расположенную над куполом 30. В трубопроводе 29, предпочтительно вблизи реактора 3 с псевдоожиженным слоем, имеется запорное устройство 32. Эта промежуточная емкость 31 оснащена деаэратором 33 для сброса давления, которое превышает атмосферное. Ниже промежуточной емкости 31 имеется бункер 34, который соединен трубопроводом 35 по потоку с промежуточной емкостью 31. Трубопровод 35 оборудован запорным устройством 36.

Кроме того, бункер 34 расположен выше купола 30 плавильного газификатора 10. На нижнем конце бункера имеется выпускное отверстие 37, которое через шлюз 38, например, шлюз в виде элеваторного колеса, соединен по потоку с трубопроводом 39, который вводит в плавильный газификатор 10 в зоне купола 30.

Функция подающего устройства 9 заключается в следующем.

При загрузке восстановленного материала в плавильный газификатор 10 первым из всех клапанов кратковременно открывают клапан 32. При открытом состоянии этого клапана вследствие избыточного давления в реакторе 3 с псевдоожиженным слоем, расположенном последним по направлению потока пылевидной руды, восстановленный материал за счет релаксации до давления окружающей среды и под действием высвобожденной в результате этого энергии перетекает вместе с восстановительным газом в промежуточную емкость 31, которая находится под давлением окружающей среды или, самое большое, под минимальным избыточным давлением. Восстановительный газ, протекающий вместе с восстановленным материалом, постоянно отводят из промежуточной емкости 31 через трубопровод 33 и скруббер, подробное описание которого не приводится. Запорное устройство 36 трубы 35 вначале закрыто. После заполнения промежуточной емкости 31 запорное устройство 36 между промежуточной емкостью 31 и бункером 34 открывают, и восстановленный материал из промежуточной емкости 31 под действием силы тяжести перетекает в бункер 34.

После того, как восстановленный материал поступил в бункер 34, запорное устройство 35, расположенное между промежуточной емкостью 31 и бункером 34, закрывают, и в бункере 34 создают давление, равное, по меньшей мере, давлению в плавильном газификаторе 10. Это можно сделать с помощью восстановительного газа, получаемого в плавильном газификаторе 10, или с помощью инертного газа, подаваемого отдельно. Подведенный к бункеру трубопровод для подачи восстановительного газа и(или), например, азота обозначен позицией 40.

После повышения давления в бункере 34 восстановленный материал из бункера 34 может быть загружен в плавильный газификатор 10 через шлюз 38, который в представленном примере осуществления выполнен в виде элеваторного колеса 38. Таким образом, восстановленный материал попадает из бункера 34 в купол 30 плавильного газификатора 10 под действием силы тяжести. Через предложенную шлюзовую систему 34, 38 восстановленный материал попадает в плавильный газификатор 10 плотной струей материала, в результате чего потоком восстановительного газа, выходящего из плавильного газификатора 10, выносится лишь незначительное количество материала.

После загрузки восстановленного материала из бункера 34 в плавильный газификатор 10 давление в бункере 34 устанавливают равным давлению окружающей среды с помощью трубопровода 41 и клапана 42, и он готов к заполнению восстановленным материалом, который снова может быть подан в бункер 34 из промежуточной емкости 31, давление в которой доведено до окружающего и которая к тому времени уже заполнена восстановленным материалом.

Изобретение не ограничивается примером осуществления, представленным на чертежах, и может иметь различные варианты осуществления в разных аспектах. Например, восстановленный материал можно также подавать в плавильный газификатор 10 непрерывным потоком. Для этого подающее устройство 9 выполняют так, как показано на фиг.2.

В этом варианте осуществления отдельная промежуточная емкость 31 связана с двумя бункерами 34, связанными по потоку с промежуточной емкостью 31 через соединительные трубопроводы 35 и 43. В трубопроводах 35 имеются запорные клапаны 36, а также шлюз в виде элеваторного колеса 44; в соединительных трубопроводах 43 предусмотрены также запорные клапаны 46. В трубопроводах 39, выходящих из бункеров 34 и входящих в плавильный газификатор 10, имеются также запорные клапаны 45.

Далее по тексту описывается работа линии "а", показанной на правой половине фиг.2, а в дополнение к номерам позиций, указанным выше, элементы конструкции указаны с индексом "а".

При наполнении плавильного газификатора 10 через линию "а" первый запорный клапан 45а находится в закрытом положении и не пропускает газ, а давление в бункере 34а через трубопровод 41а открытием клапана 42а доведено до давления, равного окружающему. Далее, выравнивание давления через трубопровод 43а осуществляют открытием клапана 46а. После открытия запорного клапана 36а восстановленный материал из промежуточной емкости 31, которая к тому времени уже заполнена восстановленным материалом, загружают в бункер 34а через шлюз в виде элеваторного колеса 44 и трубопровод 35а.

После этого запорные клапаны 36а и 46а закрывают, и восстановительный или инертный газ по трубопроводу 40а поступает в бункер 34а до тех пор, пока давление в нем не станет, по меньшей мере, соответствовать давлению в плавильном газификаторе 10. После этого загрузка восстановленного материала из бункера 34а в плавильный газификатор 10 может быть осуществлена через шлюз в виде элеваторного колеса 38а и запорный клапан 45а. Во время этой операции загрузка второго бункера 34 происходит таким же образом, как описано выше для бункера 34а, так что после опорожнения бункера 34а восстановленный материал из второго бункера 34 может быть подан в плавильный газификатор 10. Таким образом, становится возможной непрерывная подача восстановленного материала в плавильный газификатор 10, в данном случае попеременно, а именно: один раз из бункера 34 и один раз из бункера 34а.

На чертежах показаны две линии реакторов А, В; может, однако, быть реализовано и большее число линий реакторов. Устройство двух или более линий реакторов для одного плавильного газификатора 10 не только повышает эксплуатационные показатели, но и позволяет более эффективно использовать восстановительный газ.

Реферат

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу выплавки металла путем восстановления содержащего окись металла материала в реакторе с псевдоожиженным слоем, а также устройству для его осуществления. Способ включает восстановление материала, содержащего окись железа, в реакторе с псевдоожиженным слоем и последующее плавления восстановленного материала в плавильном газификаторе, в котором находится полученный из углеродосодержащего материала восстановительный газ, используемый для восстановления содержащего окись металла материала в псевдоожиженном слое. При этом как восстановление содержащего окись металла материала, так и плавление восстановленного материала осуществляют под давлением, превышающим атмосферное. Для передачи восстановленного материала из реактора с псевдоожиженным слоем в плавильный газификатор в промежуточной емкости, расположенной выше плавильного газификатора, устанавливают более низкое давление, чем в реакторе с псевдоожиженным слоем, и восстановленный материал при релаксации давления перетекает вверх из реактора с псевдоожиженным слоем в промежуточную емкость и из промежуточной емкости поступает через шлюзовую систему в плавильный газификатор при повышенном давлении. Устройство содержит реактор с псевдоожиженным слоем, который расположен по существу на отметке высоты (N) плавильного газификатора. Подающее устройство снабжено трубопроводом, который выходит из реактора с псевдоожиженным слом, выступает за пределы плавильного газификатора и входит в промежуточную емкость, имеющую деаэратор. При этом между промежуточной емкостью и загрузочным отверстием, выполненным в куполе плавильного газификатора и предназначенным для загрузки восстановленного материала, установлена шлюзовая система. Изобретение позволяет расположить реакторы с псевдоожиженным слоем на отметке высоты плавильного газификатора и упростить загрузку в плавильный газификатор, в частности в его куполообразную зону, а также не нарушать протекающие в плавильном газификаторе процессы за счет загрузки восстановленного материала под действием силы тяжести. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула