|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Двухступенчатый способ плавки на основе плавильной ванны для получения расплавленного металла из металлосодержащего исходного материала, который включает: (а) предварительный нагрев металлосодержащего исходного материала в устройстве для предварительного нагрева и (b) нагнетание предварительно нагретого металлосодержащего исходного материала и твердого углеродистого материала в плавильный сосуд, содержащий ванну расплавленного материала в виде расплавленного металла и расплавленного шлака, и образование фонтана из ванны/шлакового фонтана путем газообразования в плавильной ванне, и образование отходящего газа и плавку металлосодержащего исходного материала в плавильной ванне и формирование расплавленного металла, при этом этап предварительного нагрева включает предварительный нагрев металлосодержащего исходного материала путем сгорания топливного газа, который подводят на этап (а) предварительного нагрева при температуре менее 300°C, при этом топливный газ получают посредством охлаждения отходящего газа из плавильной печи, отведенного из плавильного сосуда, до температуры ниже 300°C и удаления частиц пыли, и образования охлажденного чистого топливного газа с теплотой сгорания в диапазоне 2-4 МДж/нм 3 (на основе LHV), сгорания топливного газа с воздухом или обогащенным кислородом воздухом в непосредственном контакте с исходным материалом в виде железной руды и нагревания исходного материала в виде железной руды до температуры в диапазоне 600-1000°C. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает охлаждение отходящего газа, отведенного из плавильного сосуда, до температуры менее 300°C. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что включает очистку отходящего газа перед этапом (а) предварительного нагрева. 4. Способ по любому из предыдущих пунктов, где металлосодержащим исходным материалом является железная руда и где способ включает следующие этапы: (i) нагнетание зернистого угля, флюса и предварительно нагретой железной руды в плавильную ванну через трубки для нагнетания; (ii) нагнетание кислородсодержащего газа в газовое верхнее пространство над плавильной ванной в плавильном сосуде и образование тепла путем сгорания горючих газов в верхнем пространстве с целью поддержания реакций плавления в ванне; (iii) образование фонтана из ванны/шлакового фонтана из-за поднимающихся, а затем падающих капель и брызг из плавильной ванны так, что тепло переходит из верхнего пространства в ванну с целью поддержания реакций плавления; (iv) удаление расплавленного железа полунепрерывно или непрерывно через копильник и периодическое удаление шлака через устройство для слива шлака с водяным охлаждением, установленное в боковой стенке сосуда; (v) охлаждение отходящего газа из плавильной печи, отведенного из плавильного сосуда, до температуры ниже 300°C и удаление частиц пыли, и образование охлажденного чистого топливного газа с теплотой сгорания в диапазоне 2-4 МДж/нм 3 (на основе LHV); (vi) подача по меньшей мере части топливного газа в устройство для предварительного нагрева руды либо непосредственно, либо через нагнетатель или компрессор для повышения давления; (vii) сгорание топливного газа с воздухом или обогащенным кислородом воздухом в непосредственном контакте с исходным материалом в виде железной руды и нагревание исходного материала в виде железной руды до температуры в диапазоне 600-1000°C; (viii) подача полученного горячего металлосодержащего материала в плавильный сосуд на этапе (i). 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что этап (vi) включает подачу от 15 до 35% топливного газа в устройство для предварительного нагрева руды. 6. Устройство для осуществления двухступенчатого способа плавки на основе плавильной ванны для получения расплавленного металла из металлосодержащего исходного материала по любому из пп.1-5, которое включает в себя (а) устройство для предварительного нагрева для предварительного нагрева металлосодержащего исходного материала и (b) плавильный сосуд, содержащий ванну расплавленного материала в виде расплавленного металла и расплавленного шлака и выполненный с возможностью образования фонтана из ванны/шлакового фонтана путем газообразования в плавильной ванне, и образования отходящего газа, и плавки предварительно нагретого металлосодержащего исходного материала из устройства для предварительного нагрева в плавильной ванне, и формирования расплавленного металла, и (с) систему обработки отходящего газа для охлаждения отходящего газа, отведенного из плавильного сосуда, и подвода охлажденного отходящего газа при температуре менее 300°C в устройство для предварительного нагрева для использования в качестве топливного газа с целью предварительного нагрева металлосодержащего исходного материала в устройстве для предварительного нагрева.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Двухступенчатый способ плавки на основе плавильной ванны для получения расплавленного металла из металлосодержащего исходного материала, который включает: (а) предварительный нагрев металлосодержащего исходного материала в устройстве для предварительного нагрева и (b) нагнетание предварительно нагретого металлосодержащего исходного материала и твердого углеродистого материала в плавильный сосуд, содержащий ванну расплавленного материала в виде расплавленного металла и расплавленного шлака, и образование фонтана из ванны/шлакового фонтана путем газообразования в плавильной ванне, и образование отходящего газа и плавку металлосодержащего исходного материала в плавильной ванне и формирование расплавленного металла, при этом этап предварительного нагрева включает предварительный нагрев металлосодержащего исходного материала путем сгорания топливного газа, который подводят на этап (а) предварительного нагрева при температуре менее 300°C, при этом топливный газ получают посредством охлаждения отходящего газа из плавильной печи, отведенного из плавильного сосуда, до температуры ниже 300°C и удаления частиц пыли, и образования охлажденного чистого топливного газа с теплотой сгорания в диапазоне 2-4 МДж/нм 3 (на основе LHV), сгорания топливного газа с воздухом или обогащенным кислородом воздухом в непосредственном контакте с исходным материалом в виде железной руды и нагревания исходного материала в виде железной руды до температуры в диапазоне 600-1000°C. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает охлаждение отходящего газа, отведенного из плавильного сосуда, до температуры менее 300°C. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что включает очистку отходящего газа перед этапом (а) предварительного нагрева. 4. Способ по любому из предыдущих пунктов, где металлосодержащим исходным материалом является железная руда и где способ включает следующие этапы: (i) нагнетание зернистого угля, флюса и предварительно нагретой железной руды в плавильную ванну через трубки для нагнетания; (ii) нагнетание кислородсодержащего газа в газовое верхнее пространство над плавильной ванной в плавильном сосуде и образование тепла путем сгорания горючих газов в верхнем пространстве с целью поддержания реакций плавления в ванне; (iii) образование фонтана из ванны/шлакового фонтана из-за поднимающихся, а затем падающих капель и брызг из плавильной ванны так, что тепло переходит из верхнего пространства в ванну с целью поддержания реакций плавления; (iv) удаление расплавленного железа полунепрерывно или непрерывно через копильник и периодическое удаление шлака через устройство для слива шлака с водяным охлаждением, установленное в боковой стенке сосуда; (v) охлаждение отходящего газа из плавильной печи, отведенного из плавильного сосуда, до температуры ниже 300°C и удаление частиц пыли, и образование охлажденного чистого топливного газа с теплотой сгорания в диапазоне 2-4 МДж/нм 3 (на основе LHV); (vi) подача по меньшей мере части топливного газа в устройство для предварительного нагрева руды либо непосредственно, либо через нагнетатель или компрессор для повышения давления; (vii) сгорание топливного газа с воздухом или обогащенным кислородом воздухом в непосредственном контакте с исходным материалом в виде железной руды и нагревание исходного материала в виде железной руды до температуры в диапазоне 600-1000°C; (viii) подача полученного горячего металлосодержащего материала в плавильный сосуд на этапе (i). 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что этап (vi) включает подачу от 15 до 35% топливного газа в устройство для предварительного нагрева руды. 6. Устройство для осуществления двухступенчатого способа плавки на основе плавильной ванны для получения расплавленного металла из металлосодержащего исходного материала по любому из пп.1-5, которое включает в себя (а) устройство для предварительного нагрева для предварительного нагрева металлосодержащего исходного материала и (b) плавильный сосуд, содержащий ванну расплавленного материала в виде расплавленного металла и расплавленного шлака и выполненный с возможностью образования фонтана из ванны/шлакового фонтана путем газообразования в плавильной ванне, и образования отходящего газа, и плавки предварительно нагретого металлосодержащего исходного материала из устройства для предварительного нагрева в плавильной ванне, и формирования расплавленного металла, и (с) систему обработки отходящего газа для охлаждения отходящего газа, отведенного из плавильного сосуда, и подвода охлажденного отходящего газа при температуре менее 300°C в устройство для предварительного нагрева для использования в качестве топливного газа с целью предварительного нагрева металлосодержащего исходного материала в устройстве для предварительного нагрева.
Евразийское 030240 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2018.07.31
(21) Номер заявки 201590779
(22) Дата подачи заявки
2013.11.12
(51) Int. Cl.
C2IB11/00 (2006.01) C2IB15/00 (2006.01) C2IB 3/04 (2006.01) C2IC 5/38 (2006.01) C2IC 5/40 (2006.01) F27D I3/00 (2006.01) F27D I7/00 (2006.01)
(54) ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ СПОСОБ ПЛАВКИ И УСТРОЙСТВО
(31) 2012904912
(32) 2012.11.12
(33) AU
(43) 2015.10.30
(86) PCT/AU2013/001301
(87) WO 2014/071464 2014.05.15
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ТЕКНОЛОДЖИКАЛ РЕСОРСИЗ ПТИ. ЛИМИТЕД (AU)
(72) Изобретатель:
Драй Родни Джеймс, Пилот Жак (AU)
(74) Представитель:
Поликарпов А.В. (RU)
(56) WO-A1-1999016911 US-B2-8298317 US-A1-20100011908
(57) Двухступенчатый способ плавки на основе плавильной ванны для получения расплавленного металла из металлосодержащего исходного материала включает: (а) предварительный нагрев металлосодержащего исходного материала в устройстве для предварительного нагрева и (b) нагнетание предварительно нагретого металлосодержащего исходного материала и твердого углеродистого материала в плавильную ванну плавильного сосуда и плавку металлосодержащего исходного материала в плавильной ванне и формирование расплавленного металла и отходящего газа. Способ включает охлаждение и очистку отходящего газа из плавильного сосуда и получение топливного газа. Этап (а) предварительного нагрева включает предварительный нагрев металлосодержащего исходного материала путем образования тепла с помощью сгорания по меньшей мере части топливного газа, который подводят на этап предварительного нагрева при температуре менее 300°C.
Область техники
Настоящее изобретение относится к двухступенчатому способу и устройству для плавки металлосодержащего материала.
Под термином "металлосодержащий материал" в данном документе подразумевают материал, который содержит твердый исходный материал, а также материал, в котором частично содержится восстановленный металлосодержащий материал.
Настоящее изобретение относится, в частности, хотя и не исключительно, к двухступенчатому способу плавки на основе плавильной ванны и устройству для получения расплавленного металла из метал-лосодержащего исходного материала, который вначале предварительно нагревают, а затем нагнетают в плавильный сосуд, в котором есть фонтан из ванны/шлаковый фонтан, образованный путем газообразования в плавильной ванне, при этом газообразование, по меньшей мере, частично является результатом нагнетания углеродистого материала в плавильную ванну.
В частности, хотя и не исключительно, настоящее изобретение относится к способу и устройству для плавки железосодержащего материала, например железной руды, и получения расплавленного железа.
Настоящее изобретение относится, в частности, хотя и не исключительно, к способу плавки в плавильном сосуде, который содержит основную плавильную камеру для плавки металлосодержащего материала.
Предпосылки изобретения
Известен способ плавки на основе плавильной ванны, как правило, именуемый способом HIsmelt, и описан в большом количестве патентов и патентных заявок от лица заявителя.
Способ HIsmelt связан, в частности, с получением расплавленного железа из железной руды или железосодержащего материала.
В случае получения расплавленного железа способ HIsmelt включает этапы:
(a) формирования ванны расплавленного железа и шлака в основной камере плавильного сосуда;
(b) нагнетания в ванну: (i) железной руды, обычно в мелкозернистом виде; и (ii) твердого углеродистого материала, как правило, угля, который действует в качестве восстановителя исходного материала железной руды и в качестве источника энергии; и
(c) плавки в ванной железной руды с получением железа.
Под термином "плавка" в данном документе подразумевают термическую обработку, при которой происходят химические реакции, в ходе которых происходит восстановление оксида металла, с целью получения расплавленного металла.
В ходе способа HIsmelt твердые исходные материалы в виде металлосодержащего материала и твердого углеродистого материала нагнетают с помощью газа-носителя в плавильную ванну через ряд трубок, которые наклонены относительно вертикали таким образом, что проходят вниз и внутрь через боковую стенку основной камеры плавильного сосуда и в нижнюю область сосуда для доставки по меньшей мере части твердых исходных материалов в слой металла, расположенный внизу основной камеры. Твердые исходные материалы и газ-носитель проникают внутрь плавильной ванны и приводят к перемещению жидкого металла и/или шлака в пространство над поверхностью ванны и формированию переходной зоны. Поток кислородсодержащего газа, как правило, обогащенного кислородом воздуха или чистого кислорода, нагнетают в верхнюю область основной камеры сосуда через проходящую вниз трубку, чтобы вызвать дожигание реакционных газов, выделяемых из плавильной ванны в верхней области сосуда. В переходной зоне существует необходимое количество поднимающихся, а затем падающих капель или брызг, или потоков расплавленного металла и/или шлака, что обеспечивает эффективный способ передачи в ванну тепловой энергии, образованной вследствие дожигания реакционных газов над ванной.
Как правило, в случае получения расплавленного железа, при использовании обогащенного кислородом воздуха, обогащенный кислородом воздух образуют в воздухонагревателях и подают при температуре порядка 1200°C в верхнюю область основной камеры сосуда. Если используется технический холодный кислород, технический холодный кислород, как правило, подают в верхнюю область основной камеры при температуре окружающей среды или близко к ней.
Отходящие газы, возникающие вследствие дожигания реакционных газов, в плавильном сосуде выводят из верхней области плавильного сосуда через канал отвода отходящих газов.
Плавильный сосуд содержит секции с огнеупорной футеровкой в нижней части горна, а также панели с водяным охлаждением в боковых стенках и крышке основной камеры сосуда, и вода постоянно циркулирует через панели по замкнутому контуру.
Способ HIsmelt позволяет получить большое количество расплавленного железа, как правило, по меньшей мере 0,5 млн тонн в год, с помощью плавки в одном компактном сосуде.
Способ HIsmelt включает нагнетание твердых материалов в плавильную ванну в плавильном сосуде посредством трубок для нагнетания твердых веществ с водяным охлаждением.
В дополнение к этому, ключевым признаком этого способа является то, что он применяется в плавильных сосудах, которые содержат основную камеру для плавки металлосодержащих материалов и ко
пильник, соединенный с основной камерой посредством соединителя для копильника, который обеспечивает непрерывный выпуск металлической продукции из сосудов. Копильник работает в качестве уплотнения сифона, заполненного расплавленным металлом, естественным образом осуществляющего "разлив" избыточного расплавленного металла из плавильного сосуда по мере его получения. Это позволяет следить за уровнем расплавленного металла в основной камере плавильного сосуда и контролировать его в пределах небольшого допуска - это играет значительную роль в безопасности установки.
Уровень расплавленного металла нужно (все время) поддерживать на безопасном расстоянии ниже элементов с водяным охлаждением, таких как трубки для нагнетания твердых веществ, проходящие в основную камеру, в ином случае возможны паровые взрывы. По этой причине копильник считают неотъемлемой частью плавильного сосуда для способа HIsmelt.
Под термином "копильник" в данном документе подразумевают камеру плавильного сосуда, которая сообщается с атмосферой и соединена с основной плавильной камерой плавильного сосуда посредством прохода (упомянутого в данном документе как "соединитель для копильника"), и при нормальных рабочих условиях содержит расплавленный металл в камере, при этом соединитель для копильника полностью заполнен расплавленным металлом.
Настоящее изобретение частично является следствием опыта, достигнутого на демонстрационной установке, которая работала по способу HIsmelt. Эта установка была создана в г. Перт, Восточная Австралия в 2002-2003 г., когда цены на природный газ были ниже 8 австралийских долларов/ГДж. К тому времени как первая установка такого типа была полностью готова к эксплуатации, через несколько лет спустя цены на природный газ выросли выше 8 австралийских долларов/ГДж. В результате конфигурация "в заводском исполнении" (которая была предназначена для высокого потребления природного газа из-за изначально низкой стоимости) подверглась сильному экономическому давлению.
Предварительный нагрев в псевдоожиженном слое железной руды (перед нагнетанием в плавильный сосуд), в ходе которого используют циркулирующий псевдоожиженный слой в установке, представляет собой одну из наиболее значительных ступеней потребления природного газа в установке.
Устройство для предварительного нагрева с псевдоожиженным слоем эксплуатировали при сгорании природного газа и воздуха в прямом контакте с железной рудой с целью образования тепла, необходимого для предварительного нагрева железной руды. Этот вид способа HIsmelt описан в дальнейшем как режим работы "без сопряжения", потому что в устройстве для предварительного нагрева не использовали доступную энергию из плавильного сосуда для предварительного нагрева железной руды.
Установка была предназначена для использования горячего отходящего газа из плавильной печи (обычно 1000°C) в качестве топливного газа в устройстве для предварительного нагрева руды. Этот вид способа HIsmelt описан в данном документе как режим работы "сопряжение с нагревом".
Несмотря на то, что значительный опыт был достигнут с помощью режима без сопряжения в установке, режим сопряжения с нагревом никогда не был осуществлен из-за опасений, главным образом опасений по поводу безопасности, относящихся к утечке из блока газа, содержащего монооксид углерода.
Вышеприведенное описание не следует принимать как признание общественных знаний в Австралии или где-либо еще.
Краткое описание изобретения
Способ и устройство согласно настоящему изобретению (i) исключают риски и возникновение опасений по поводу безопасности, связанных с утечкой монооксида углерода в режиме сопряжения с нагревом, (ii) используют конфиденциальный (для заявителя) опыт эксплуатации, достигнутый с помощью использования режима без сопряжения, и (iii) исключают использование природного газа (или другого импортированного топливного газа).
В отличие от документов из предшествующего уровня техники на имя заявителя (например, PCT/AU 2005/000284, PCT/AU 2007/000542 и PCT/AU 2007/000534) в способе и устройстве согласно настоящему изобретению охлаждают отходящий газ из плавильной печи до значительно более низкой температуры, как правило, ниже чем приблизительно 300°C (и, как правило, выше 200°C). В способе и устройстве согласно настоящему изобретению, как правило, весь отходящий газ из плавильной печи собирают, охлаждают до значительно более низкой температуры и обеспыливают (например, в мокром скруббере). После охлаждения и очистки по меньшей мере часть этого газа затем отделяют для использования в качестве топливного газа в блоке предварительного нагрева руды в псевдоожиженном слое. Способ согласно настоящему изобретению описан в данном документе как режим работы "сопряжение с охлаждением".
В целом, настоящее изобретение предусматривает двухступенчатый способ плавки на основе плавильной ванны для получения расплавленного металла из металлосодержащего исходного материала, включающий: (а) предварительный нагрев металлосодержащего исходного материала в устройстве для предварительного нагрева и (b) нагнетание предварительно нагретого металлосодержащего исходного материала и твердого углеродистого материала в плавильную ванну плавильного сосуда и плавку метал-лосодержащего исходного материала в плавильной ванне, и образование расплавленного металла и отходящего газа. Способ включает охлаждение и очистку отходящего газа из плавильного сосуда и получение топливного газа. Этап (а) предварительного нагрева включает предварительный нагрев металлосо
держащего исходного материала путем образования тепла при помощи сгорания по меньшей мере части топливного газа, который подводят на этап предварительного нагрева при температуре менее 300°C.
Настоящее изобретение предусматривает двухступенчатый способ плавки на основе плавильной ванны для получения расплавленного металла из металлосодержащего исходного материала, который включает: (а) предварительный нагрев металлосодержащего исходного материала в устройстве для предварительного нагрева и (b) нагнетание предварительно нагретого металлосодержащего исходного материала и твердого углеродистого материала в плавильный сосуд, содержащий ванну расплавленного материала в форме расплавленного металла и расплавленного шлака, и образование фонтана из ванны/шлакового фонтана путем газообразования в плавильной ванне, а также образование отходящего газа и плавку металлосодержащего исходного материала в плавильной ванне и образование расплавленного металла, при этом этап предварительного нагрева включает предварительный нагрев металлосодержаще-го исходного материала с помощью сгорания топливного газа, который подводят на этап (а) предварительного нагрева при температуре менее 300°C, при этом топливный газ получают из отходящего газа, выпущенного из плавильного сосуда.
Топливный газ, который подводят на этап (а) предварительного нагрева, может быть при температуре по меньшей мере 200°C.
Отходящий газ, отведенный из плавильного сосуда, как правило, находится под давлением в диапазоне 0,5-1,0 бар избыточного давления.
Как правило, отходящий газ, отведенный из плавильного сосуда, находится при значительно более высоких температурах, чем целевая максимальная температура 300°C для этапа (а) предварительного нагрева. Способ может включать охлаждение отходящего газа, отведенного из плавильного сосуда, до температуры менее 300°C.
Способ может включать очистку отходящего газа перед этапом (а) предварительного нагрева.
Мокрый скруббер является одним из средств для охлаждения и очистки отходящего газа.
Другим средством для охлаждения и очистки отходящего газа является газоохладитель с последующим сухим пылеуловителем и электростатическим фильтром (ESP).
Может быть использовано любое другое подходящее средство для охлаждения и очистки.
При использовании мокрого скруббера он, как правило, будет содержать клапан регулирования давления (который используют с целью регулирования давления в плавильной печи). Для этого клапана, который является частью процесса скрубберной очистки, необходимо падение давления (по меньшей мере) приблизительно на 0,4 бара для достижения необходимого уровня чистоты газа. Полученный холодный очищенный газ, таким образом, доступен в диапазоне давления приблизительно 0,1-0,6 бар избыточного давления. Расположенное далее по ходу процесса оборудование, такое как воздухонагреватели и котлы-утилизаторы, может нормально функционировать при помощи топливного газа на более низком уровне диапазона давления.
Однако для устройства для предварительного нагрева руды с псевдоожиженным слоем необходим более высокий уровень давления в топливном газе (в направлении к верхнему уровню диапазона) для правильного функционирования. В случаях, когда невозможно поддерживать достаточно высокий уровень давления в газопроводах, можно использовать нагнетатель или компрессор для повышения давления в части газа, предназначенной для устройства для предварительного нагрева железной руды (хотя это более затратный вариант, который обычно не предпочитают)
Когда используют газоохладитель с последующим сухим пылеуловителем (или ESP) вместо мокрого скруббера, тогда он будет, как правило, иметь клапан регулирования давления (соответствующий клапану в мокром скруббере), расположенный непосредственно после фильтрационных элементов. Падение давления на фильтрационных элементах, как правило, будет меньше чем приблизительно 0,1 бар. С помощью этого типа системы очистки газа можно отделять газ после фильтрационных элементов и перед основным клапаном регулирования давления, делая таким образом газ доступным для устройства для предварительного нагрева железной руды под давлением лишь приблизительно в 0,1 бар изб. (или меньше) под верхним пространством плавильной печи. В таких случаях менее вероятно, что газодувка или компрессор будут необходимы, но более вероятно, что система сможет функционировать при помощи прямого соединения между газоочистителем и устройством для предварительного нагрева железной руды. Однако в случаях, когда в устройстве для предварительного нагрева руды необходим высокий уровень падения давления (для смешивания и распределения газа), газодувка или компрессор будут все еще необходимы.
Этот режим работы "сопряжение с охлаждением" главным образом отвечает трем требованиям, описанным выше, и предлагает альтернативный вариант обычной схеме газового потока в установке, работающей по способу HIsmelt. Эти требования заключаются в (i) исключении рисков и возникновения опасений по поводу безопасности, связанных с утечкой монооксида углерода в режиме сопряжения с нагревом, (ii) использовании конфиденциального (для заявителя) опыта эксплуатации, достигнутого при помощи использования режима без сопряжения, и (iii) исключении использования природного газа (либо другого импортированного топливного газа).
Способ может включать регулирование давления отходящего газа, так как это необходимо для эта
па предварительного нагрева.
Что касается металлосодержащего исходного материала в виде железной руды, настоящее изобретение обеспечивает способ эксплуатации для двухступенчатого способа плавки с применением плавильного сосуда и блока предварительного нагрева железной руды. Плавильный сосуд может содержать основную камеру с огнеупорной футеровкой и копильник с огнеупорной футеровкой, соединенный с основной плавильной камерой посредством соединителя для копильника. Способ может включать следующие этапы:
(i) нагнетание зернистого угля, флюса и предварительно нагретой железной руды, как правило, в мелкозернистом виде с основным размером менее 6 мм, в плавильную ванну через трубки для нагнетания, при этом предварительно нагретая железная руда, как правило, находится при температуре 300°C или более в точке подачи в трубки для нагнетания;
(ii) нагнетание кислородсодержащего газа (как правило, горячего обогащенного кислородом воздуха или холодного технического кислорода) в верхнее газовое пространство над плавильной ванной в плавильном сосуде для образования тепла путем сгорания горючих газов в верхнем пространстве для поддержания плавильных реакций в ванне;
(iii) образование фонтана из ванны/шлакового фонтана посредством поднимающихся, а затем падающих капель и брызг из плавильной ванны, таким образом, что тепло переходит из верхнего пространства к ванне с целью поддержания плавильных реакций;
(iv) удаление расплавленного железа полунепрерывно или непрерывно посредством копильника и периодическое удаление шлака посредством устройства для слива шлака с водяным охлаждением, установленного в боковой стенке сосуда;
(v) охлаждение отходящего газа плавильной печи, отведенного из плавильного сосуда до температуры ниже приблизительно 300°C и, как правило, выше 200°C, и удаление частиц пыли, и образование холодного чистого топливного газа с теплотой сгорания в диапазоне 2-4 МДж/нм3 (на основе LHV);
(vi) подачу по меньшей мере части, как правило, в диапазоне от 15 до 35% топливного газа в устройство для предварительного нагрева руды при температуре ниже приблизительно 300°C или напрямую (в случае, если достаточно давления для работы устройства для предварительного нагрева), или посредством нагнетателя или компрессора для повышения давления (если давление газа недостаточно);
(vii) сгорание этого топливного газа с воздухом или обогащенным кислородом воздухом в прямом контакте с исходным материалом в виде железной руды, как правило, зернистой железной руды, такой как железорудная мелочь, и нагревание исходного материала в виде железной руды до температуры в
диапазоне 600-1000°C, и
(viii) подачу получившегося горячего металлосодержащего материала (как правило, с помощью системы шлюзового бункера) в плавильный сосуд, как описано в этапе (i).
Настоящее изобретение также обеспечивает устройство для двухступенчатого способа плавки на основе плавильной ванны для получения расплавленного металла из металлосодержащего исходного материала, которое содержит: (а) устройство для предварительного нагрева для предварительного нагрева металлосодержащего исходного металла и (b) плавильный сосуд, содержащий ванну расплавленного материала в форме расплавленного металла и расплавленного шлака и выполненный с возможностью образования фонтана из ванны/шлакового фонтана путем газообразования в плавильной ванне, и образования отходящего газа, и плавки предварительно нагретого металлосодержащего материала из устройства для предварительного нагрева в плавильной ванне и формирования расплавленного металла, и (с) систему обработки отходящего газа для охлаждения отходящего газа, отведенного из плавильного сосуда, и подвода охлажденного отходящего газа при температуре менее 300°C и, как правило, выше 200°C, в устройство для предварительного нагрева с целью использования в качестве топливного газа для предварительного нагрева металлосодержащего исходного материала в устройстве для предварительного нагрева.
Система обработки отходящего газа может содержать мокрый скруббер.
Система обработки отходящего газа может содержать газоохладитель с последующим сухим пылеуловителем или электростатическим фильтром.
Система обработки отходящего газа может быть любой другой подходящей системой. Краткое описание графических материалов
Двухступенчатый способ прямой плавки и устройство в соответствии с настоящим изобретением описаны далее с помощью примера только со ссылкой на прилагаемые графические материалы, на которых
на фиг. 1 изображена схема, которая отображает один вариант осуществления технологической схемы прямой плавки по способу HIsmelt, выполненной с возможностью работы в режиме "сопряжения с охлаждением" согласно настоящему изобретению; и
на фиг. 2 изображена схема, которая отображает другой, хотя и не единственный вариант осуществления технологической схемы прямой плавки по способу Hismelt, выполненной с возможностью работы в режиме "сопряжения с охлаждением" согласно настоящему изобретению.
Описание вариантов осуществления изобретения
На фиг. 1 показана технологическая схема способа прямой плавки HIsmelt, выполненная с возмож
ностью работы в режиме "сопряжения с охлаждением".
Металлосодержащий исходный материал в виде железной руды 1 (необязательно смешанный с некоторым количество флюса) подают в устройство 2 для предварительного нагрева руды, которое, в этом примере, является устройством для предварительного нагрева с циркулирующим псевдоожиженным слоем, но может быть любым другим подходящим устройством для предварительного нагрева. Горячую железную руду при температуре приблизительно 850°C удаляют с нижней части псевдоожиженного слоя и подают, вместе с небольшим количеством пыли из многоциклонного сепаратора 24, в систему 3 шлюзного бункера. Горячую руду затем подают из системы 3 шлюзного бункера в трубки 6 для нагнетания в плавильном сосуде 7. Давление верхнего пространства в плавильном сосуде 7 поддерживают на уровне приблизительно 0,8-1,0 бар изб. Горячая руда поступает в точке подачи в трубки 6 (перед смешиванием с углем/флюсом) при температуре приблизительно 400-700°C.
Уголь 4 и флюс 5 также подают в трубки 6 для нагнетания, при этом уголь сначала высушивают и измельчают в угольной мельнице.
Трубки 6 для нагнетания твердых веществ нагнетают все твердые вещества в ванну, и осуществляется плавка согласно нормальному способу HIsmelt, как описано ранее.
Расплавленный металл 8 отводят через копильник, а шлак 9 отводят через шлаковую летку с водяным охлаждением.
Технический кислород из кислородной установки 10 и воздух 11 после сжатия смешивают и нагревают в воздухонагревателях 12 до (как правило) 1200°C и от 35-40 об.% кислорода. Этот поток 13 горячего газа входит в верхнее пространство плавильного сосуда 7 через верхнюю трубку 22, которая проходит вертикально в плавильный сосуд 7, и обеспечивает сгорание технологического газа, образованного в плавильном сосуде 7 с целью образования тепла для способа плавки.
Поток отходящего газа, указанный стрелкой 14, который отводят при высоких температурах (как правило, выше 1000°C) и высоких скоростях потока из плавильного сосуда 7, обрабатывают непосредственно в системе обработки отходящего газа, в которой отходящий газ охлаждается и очищается для использования в качестве топливного газа.
В частности, горячий отходящий газ охлаждают в зонте, а потом подвергают скрубберной очистке в мокром скруббере 16. Чистый газ 17 при температуре в диапазоне 150-300°C, как правило, при температуре приблизительно 250°C, и при теплоте сгорания, как правило, в диапазоне 2-4 МДж/нм3 (на основе LHV) подвергают контролю до достижения давления условно в 0,4-0,5 бар изб. и затем разделяют на следующие три части:
(i) Топливный газ 18, который направляют непосредственно (если давление достаточно) или опосредованно через нагнетатель или компрессор (если давление слишком низкое) в устройство 2 для предварительного нагрева руды. Топливный газ 18 содержит 10-40%, как правило, 10-30%, в основном 20% потока из плавильного сосуда 7 и он сгорает с воздухом 19 (в устройстве 2 для предварительного нагрева руды) для образования тепла для предварительного нагрева поступающей железной руды к устройству 2 для предварительного нагрева руды.
(ii) Топливный газ 20, который используют для обогрева воздухонагревателей 12.
(iii) Топливный газ 21, который сжигают в котле-утилизаторе 23 для образования пара и энергии.
На фиг. 2 показана технологическая схема прямой плавки по способу HIsmelt, предназначенная для
второго, хотя и не единственно возможного, варианта режима "сопряжения с охлаждением".
Железную руду 201 (необязательно смешенную с флюсом) подают в устройство 202 для предварительного нагрева руды, которое, в этом примере, имеет циркулирующий псевдоожиженный слой. Горячую железную руду при приблизительно 850°C удаляют с нижней части псевдоожиженного слоя и подают вместе с небольшим количеством пыли из многоциклонного сепаратора 226 в систему 203 шлюзного бункера. Далее горячую руду подают из системы шлюзного бункера в трубки 206 для нагнетания в плавильном сосуде 207. Давление верхнего пространства в плавильном сосуде 207 поддерживают при приблизительно 0,8-1,0 бар изб. Горячая руда поступает в точке подачи в трубки 206 (перед смешиванием с углем/флюсом) при приблизительно 400-700°C.
Уголь 204 и флюс 205 также подают в трубки 206 для нагнетания, при этом уголь сначала высушивают и измельчают в угольной мельнице.
Трубки 206 для нагнетания твердых веществ нагнетают все твердые вещества в ванну, и осуществляется плавка согласно нормальному способу HIsmelt, как описано ранее.
Расплавленный металл 208 отводят через копильник, а шлак 9 отводят через шлаковую летку с водяным охлаждением.
Технический кислород из кислородной установки 210 и воздух 211 после сжатия смешивают и нагревают в воздухонагревателях 212 до (как правило) 1200°C и от 35-40 об.% кислорода. Этот поток 213 горячего газа входит в верхнее пространство плавильного сосуда 207 через верхнюю трубку 228, которая проходит вертикально в плавильный 207 сосуд, и обеспечивает сгорание технологического газа, образованного в плавильном сосуде 207 для образования тепла для способа плавки.
Поток отходящего газа, указанный стрелкой 214, который отводят при высоких температурах и высокой скорости потока из плавильного сосуда 207, обрабатывают непосредственно в системе обработки
отходящего газа, в которой отходящий газ охлаждается и очищается для использования в качестве топливного газа.
В частности, горячий отходящий газ охлаждают в зонте 215 до приблизительно 800-1000°C, а потом разделяют на (а) одну часть 216, содержащую приблизительно 10-40%, как правило, 10-30, в основном 20% потока из плавильного сосуда 207, и (b) вторую часть 221, имеющую баланс.
Поток 216 газа затем охлаждают до температуры в диапазоне 150-300°C, как правило, до температуры приблизительно 250°C в газоохладителе 217, и после того удаляют пыль в пылеуловителе 218. Охлажденный чистый газ 219 при давлении приблизительно 0,1 бар изб., которое ниже давления в верхнем пространстве плавильной печи, и при теплоте сгорания, как правило, в диапазоне 2-4 МДж/нм3 (на основе LHV), затем подают непосредственно в устройство 202 для предварительного нагрева руды, в котором он сгорает с воздухом 220.
Поток 221 газа охлаждают и подвергают скрубберной очистке в мокром скруббере 222 для получения потока 223 чистого топливного газа при температуре приблизительно 250°C и теплоте сгорания, как правило, в диапазоне от 2-4 МДж/нм3 (на основе LHV). Этот газ затем разделяется на:
(i) топливный газ 224, который используют для обогрева воздухонагревателей 212;
(ii) топливный 225 газ, который сжигают в котле-утилизаторе 230 для образования пара и энергия. Описанные выше варианты осуществления способа прямой плавки HIsmelt, предназначенные для
работы в режиме "сопряжения с охлаждением" согласно настоящему изобретению, являются оптимальными альтернативными вариантами для текущих рабочих режимов способа HIsmelt.
Могут быть выполнены различные модификации вариантов осуществления способа согласно настоящему изобретению, описанных по отношению к фигурам, не выходящие за пределы сущности и объема настоящего изобретения.
В качестве примера, хотя варианты осуществления описаны по отношению к способу прямой плавки HIsmelt, можно легко понять то, что настоящее изобретение не ограничено и распространяется на любой двухступенчатый способ на основе плавильной ванны, который включает этап предварительного нагрева металлосодержащего исходного материала и этап плавки.
В качестве примера, хотя варианты осуществления описаны по отношению плавке железной руды, можно легко понять то, что настоящее изобретение не ограничивается этим материалом и распространяется на любой подходящий металлосодержащий материал.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Двухступенчатый способ плавки на основе плавильной ванны для получения расплавленного металла из металлосодержащего исходного материала, который включает: (а) предварительный нагрев ме-таллосодержащего исходного материала в устройстве для предварительного нагрева и (b) нагнетание предварительно нагретого металлосодержащего исходного материала и твердого углеродистого материала в плавильный сосуд, содержащий ванну расплавленного материала в виде расплавленного металла и расплавленного шлака, и образование фонтана из ванны/шлакового фонтана путем газообразования в плавильной ванне, и образование отходящего газа и плавку металлосодержащего исходного материала в плавильной ванне и формирование расплавленного металла, при этом этап предварительного нагрева включает предварительный нагрев металлосодержащего исходного материала путем сгорания топливного газа, который подводят на этап (а) предварительного нагрева при температуре менее 300°C, при этом топливный газ получают посредством охлаждения отходящего газа из плавильной печи, отведенного из плавильного сосуда, до температуры ниже 300°C и удаления частиц пыли, и образования охлажденного чистого топливного газа с теплотой сгорания в диапазоне 2-4 МДж/нм3 (на основе LHV), сгорания топливного газа с воздухом или обогащенным кислородом воздухом в непосредственном контакте с исходным материалом в виде железной руды и нагревания исходного материала в виде железной руды до температуры в диапазоне 600-1000°C.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает охлаждение отходящего газа, отведенного из плавильного сосуда, до температуры менее 300°C.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что включает очистку отходящего газа перед этапом (а) предварительного нагрева.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, где металлосодержащим исходным материалом является железная руда и где способ включает следующие этапы:
(i) нагнетание зернистого угля, флюса и предварительно нагретой железной руды в плавильную ванну через трубки для нагнетания;
(ii) нагнетание кислородсодержащего газа в газовое верхнее пространство над плавильной ванной в плавильном сосуде и образование тепла путем сгорания горючих газов в верхнем пространстве с целью поддержания реакций плавления в ванне;
(iii) образование фонтана из ванны/шлакового фонтана из-за поднимающихся, а затем падающих
капель и брызг из плавильной ванны так, что тепло переходит из верхнего пространства в ванну с целью
поддержания реакций плавления;
(iv) удаление расплавленного железа полунепрерывно или непрерывно через копильник и периодическое удаление шлака через устройство для слива шлака с водяным охлаждением, установленное в боковой стенке сосуда;
(v) охлаждение отходящего газа из плавильной печи, отведенного из плавильного сосуда, до температуры ниже 300°C и удаление частиц пыли, и образование охлажденного чистого топливного газа с теплотой сгорания в диапазоне 2-4 МДж/нм3 (на основе LHV);
(vi) подача по меньшей мере части топливного газа в устройство для предварительного нагрева руды либо непосредственно, либо через нагнетатель или компрессор для повышения давления;
(vii) сгорание топливного газа с воздухом или обогащенным кислородом воздухом в непосредственном контакте с исходным материалом в виде железной руды и нагревание исходного материала в виде железной руды до температуры в диапазоне 600-1000°C;
(viii) подача полученного горячего металлосодержащего материала в плавильный сосуд на этапе (i).
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что этап (vi) включает подачу от 15 до 35% топливного газа в устройство для предварительного нагрева руды.
6. Устройство для осуществления двухступенчатого способа плавки на основе плавильной ванны для получения расплавленного металла из металлосодержащего исходного материала по любому из пп.1-5, которое включает в себя (а) устройство для предварительного нагрева для предварительного нагрева металлосодержащего исходного материала и (b) плавильный сосуд, содержащий ванну расплавленного материала в виде расплавленного металла и расплавленного шлака и выполненный с возможностью образования фонтана из ванны/шлакового фонтана путем газообразования в плавильной ванне, и образования отходящего газа, и плавки предварительно нагретого металлосодержащего исходного материала из устройства для предварительного нагрева в плавильной ванне, и формирования расплавленного металла, и (с) систему обработки отходящего газа для охлаждения отходящего газа, отведенного из плавильного сосуда, и подвода охлажденного отходящего газа при температуре менее 300°C в устройство для предварительного нагрева для использования в качестве топливного газа с целью предварительного нагрева металлосодержащего исходного материала в устройстве для предварительного нагрева.
5.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
030240
- 1 -
(19)
030240
- 1 -
(19)
030240
- 1 -
(19)
030240
- 4 -
030240
- 8 -
|
