Шахтная печь

СОЮЗ СОВ "ТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 770362 С 21 В 7/О САН ОБРЕТЕН АВТОРСКО ВИДЕТЕЛЬ ТВ Изобретение отн лургии, в частности ству, а именно к пол горячих восстановитИзвестна шахтн колошник, шахту, ра устройства подачи ко и отбора восстанови нике . печь,ки, усдутьядля отченно шим поверуглу е Недост ключа ются ет исполь низкими те а восстэнов лошнике, и кое содержчи за рива ого ствами, й на коуи высоне по щихс нижн ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Институт черной металлургии, Всесоюзный теплотехнический институт им.Ф,Э.Дзержинского(57) Изобретение относится к черной металлургии, а именно к получению в шахтнойпечи горячих восстановительных газов(ГВГ), Фазы в нем и расширение топливнойбазы путем использования гвердого топлиосится к черной металдоменному производучению в шахтной печи ельных газов (ГВГ), ая печь, включающая спар, заплечики, горн, мбинированного дутья ельного газа на колошатки известной шахтнойв том, что она не предусмзование твердого тормомеханическлми своительный газ, отбираеммеет низкую температурание окислителей,вэ с низкими физическими своиствами. Печь содержит шахту, распор, заплечики горн, устройство для подачи комбинированного дутья и отвода ГВГ, пережим, выполненный в форме усеченного конуса с обращенным вверх основанием, нижняя часть которого переходит в цилиндр. Нижняя часть перекима расположена выше середины распара по расстоянию и = тц 0(О - б) ": йр/2, где О - угол естественного откоса шихтовых материалов; О - диаметр распара; б - диаметр нижней части кольцевого пережима; пр - высота распара. Цель достигается снижением скорости истечения газа в газоотводящие патрубки и уменьшением давления столба шихты на шихтовые материалы ниже пережима. 2 ил,качестве прототипа взята шахтная включающая шахту, распар, заплечитройства подачи комбинированного и кольцевой пережим сечения печи бора ГВГ, выполненный в виде усего конуса с обращенным вверх больоснованием и углом конусной Я хности к горизонту, соответствующим стественного откоса материалов, едостатками известной шахтной печи а тся то. что; конструкция и расположение кольцеережима, предназначенного для ГВГ, зволяет снизить давление вышележалоев ш ихты на нижележащие (диаметр ей части кольцевого пережима равендиаметру шахты), а также подать шихтовые материалы в самую широкую часть шахтной печи;- нижняя часть кольцевого пережима выполнена без перехода конусной части в 5 цилиндрическую. Указанные недостатки ограничивают возможность использования топлив с низкими термомеханическими свойствами и снижения содержания в составе ГВГ твердой фазы и окислителей. 10Целью настоящего изобретения является улучшение качества ГВГ путем снижения содержания окислителей и твердой фазы в его составе и расширение сырьевой топливной базы путем использования твердого 15 топлива с низкими термомеханическими свойствами,Поставленная печь достигается тем, что в шахтной печи, включающей шахту, распар, заплечики, горн, устройства подачи 20 комбинированного дутья и кольцевой пережим сечения печи для отбора горячего восстановительного газа, выполненный в виде усеченного конуса с обращенным вверх большим основанием и углом конусной по верхности к горизонту, соответствующим углу естественного откоса материалов, нижняя часть кольцевого перекима выполнена с переходом конуса в цилиндр и расположена на расстоянии от горизонтальной пло скости середины высоты распара:35где О - угол естественного откоса материалов;О - диаметр распара;б - диаметр нижней части кольцевогопе режима; 40пр - высота распара.Сравнительный анализ известных технических решений и заявляемого не выявилсходных признаков, следовательно, заявляемое техническое решение обладает новизной и существенными отличиями отизвестных,Изобретение поясняется чертежом, накотором схематически представлена шахтная печь с кольцевым перекимом в виде 50конусной перегородки,Шахтная печь включает шахту 1, распар2, заплечики 3, горн 4, кольцевую перегородку 5, выполненную в виде усеченногоконуса с обращенным вверх большим основанием и углом конусной поверхности к горизонту, соответствующим углуестественного откоса материалов, каналы для отбора ГВГ из шахты печи 6, цилиндрическую часть кольцевого пережима 7.Шахтная печь работает следующим образом. Шихтовые материалы, состоящие,например, из железорудного сырья, твердого топлива и флюса, загружают на колошник. Далее они опускаются в шахту, а затемв нижнюю часть шахтной печи расходящимся под углом естественного откоса потокомчерез нижнюю часть кольцевого пережима.Комбинированное дутье подают в горн, гдеоно, взаимодействуя с углородсодержащими материалами, образует фурменный гаэ,который распределяется следующим образом. Часть газа идет через нижнюю частькольцевого пережима на подготовку шихтовых материалов и отводится из шахтной печи через колошник, Вторая часть газаотбирается из кольцевой полосы, образованной поверхностями кольцевого пережима и стенки печи. Со стороны печи полостьограничивается поверхностью ссыпающихся шихтовых материалов.Использование предлагаемой шахтнойпечи позволяет, по сравнению с прототипом, снизить содержание окислителей вГВГ, По результатам зондирования доменной печи на уровне распара и низа шахтысодержание окислителей в газе составляет4,5 О/ (Зо/ С 02 и 1,5 О/ Н 20) и 6,5 О/ (5//С 02 и 1,5% Н 20) при температуре газа1250 С и 1000 С соответственно. Высокое содержание окислителей обусловленопрохождением реакций непрямого восстановления, скорость которых выше скоростиреакции С 02+ С = 2 СО при этих температурах, Для снижения содержания окислителейв газе необходимо, чтобы температура газаи шихтовых материалов была более высокой, Так при температуре газа 1400 С содеркание С 02 составляет "1%, а н 20 -1 -1.,5% .Применение предлагаемой шахтной печи позволяет снизить давление столба шихтовых материалов на нижелекащие слои итем самым уменьшить разрушение топлива,что позволит поддерживать более высокуютемпературу при высокой гаэопроницаемости в слое и предотвратит каналообразование (" прорыв" окислительных газов изфурменной зоны), позволит также расширить сырьевую топливную базу путем использования твердого топлива с низкимитермомеханическими свойствами,Кроме того, использование предлагаемого изобретения позволяет снизить выноствердой фазы в составе ГВГ за счет снижения скорости газа, Поданным исследованийколичество уноса твердой фазы в составеГВГ обратно пропорционально поверхно 17 70362сти шихтовых материалов, ссыпающихся в виде конуса из нижней части кольцевого пережима. Согласно закону Бернулли скорость газа будет наименьшей в самой широкой части газовой полости, по которой будет проходить граница осаждения твердой фазы. Наибольшее снижение уноса твердой фазы в составе ГВГ будет при подаче шихтовых материалов из нижней части кольцевого пережима в самую широкую часть шахтной печи - распар. Этим обеспечивается наибольшая поверхность ссыпающихся под углом естественного откоса шихтовых материалов из нижней части кольцевого пережима и соответственно наименьшую скорость газового потока. В этом случае нижняя часть кольцевого пережима должна находиться на высоте; где 0 - угол естественного откоса шихтовых материалов; О - диаметр распара; б - диаметр нижней части кольцевого перекима;Ь - высота распара, а каналы устройства для отбора ГВГ размещены под кольцевым перекимом на расстоянии Н от его верха, устанавливаемом из выражения: где йкп - высота кольцевого пережима.Снизить вынос твердой фазы в составе ГВГ позволяет также оборудование нижней части кольцевого пережима цилиндрической частью для увеличения расстояния от каналов отбора ГВГ до поверхности ссыпающихся шихтовых материалов, от величины которого в обратной зависимости находится вынос твердой фазы в составе ГВГ, а увеличение объема полости при этом приводит к получению более стабильного газа по химсоставу за счет его усреднения в полости,При использовании данного технического решения реализуется возможность получения чугуна и ГВГ в необходимых пропорциях, В частном случае, при исключении из шахты железорудных материалов, предлагаемая шахтная печь может слукить только для производства ГВГ, предназначенного, например, для вдувания в другие доменные печи с целью экономии кокса, По экспериментальным исследова 1000= 20 млн . т/год 2 0,1 0 р При стоимос50 ский эффект ти кокссостави экономиче 0 млн, т/го 60 ру= 1200 млн. р Применение тве и термомеханическ опрочный кокс из глей, некоксующийс дого топлива с низкими свойствами (низ- плохоспекающихся низкопрочныи уг ниям ВТИ удовлетворительное качество газа-восстановителя, характеризующееся содержанием С 02 в нем - 1 - 3,4,обеспечивается уже при величине 0,018(Н=5 =1 м, Р =0,4 МПа, цр =22 МВт/м ) комплексаН Р(где Нс - высота слоя топлива, м; РЦг- давление процесса, МПа; цг - теплонапряжение сечения реактора по потенциальному10 теплу топлива, МВт),от которого прямо пропорционально зависит степень завершенности химико-физических процессовгазификации топлива, В данном техническом решении величина этого комплекса бу 15 дет в несколько раз больше, т,к. величины,входящие в комплекс, для доменных печейсоставят: Нс3,5 м, Р = 0,2 - 0,4 МПа, цс Ы 2МВт/м . Заметим также, что температурный уровень в слое шихты в доменном про 20 изводстве составляет более высокиезначения, чем в опорных опытах ВТИ (температура в зоне горения в около 2000 С, ана выходе из зоны газификации - 1000 -1200 С, в то время как в опытах ВТИ эти25 температуры составляли соответственно1700 - 1800 С и 800 - 850 С), Этим обеспечивается большой резерв по степени завершенности химико-физических процессов вслое шихты и качеству ГВГ в заявленной30 шахтной печи по сравнению с опорнымиопытами ВТИ,Применение заявляемой шахтной печипозволяет эффективнее использовать получаемый ГВГ при вдувании его в доменные35 печи с целью замены кокса. Снижение содержания окислителя в газе с 5 (по данным зондирования доменной печи нагоризонтах низа и распара) до 3% (коэффициент замены кокса растет в среднем на 0,140 кг/м ГВГ на каждые 10 уменьшения содержания окислителя ) позволяет сэкономить кокса, при вдувании 1000 м /т чугуна вздоменную печь с производством 1 млн. тчугуна в год, в количественапример тощий) позволяет заменить более прочный, например антрацит, Например, при производительности 15 т/ч (для процесса Лурги ), замена антрацита менее прочным тощим рядовым углем даст зконо- мию 128,5 млн, т/год (20 - 10) =.=: 1285 млн. руб,/год, где 20 и 10 - цена 1 т антрацита и тощегорядового угля соответственно, руб/т,Формула изобретения Шахтная печь. содержащая шахту, распар, заплечики, горн, устройства подачи комбинированного дутья и.отвода горячего восстановительного газа, кольцевой пережим сечения печи, выполненный в виде усеченного конуса с обращенным вверх большим. основанием и угол образующей конуса, соответствующий углу естественного откоса шихтовых материалов, о т л и ч а ющ а я с я тем, что., с целью улучшения качества горячего восстановительного паза путем снижения содержания окислителей и 5 твердой фазы в его составе и расширениясырьевой топливной базы путем обеспечения использования твердого топлива с низкими термомеханическими свойствами, нижняя часть кольцевого пережима выпол нена с переходом конуса в цилиндр и расположена на расстоянии от горизонтальной плоскости середины высоты рэспара, определяемом по зависимости где 0 - угол естественного откоса шихтовыхматериалов;20 О - диаметр распара:б - диаметр нижней части кольцевогопережима;пр - высота распэра..Шагова Техред М.Моргентал Корректор П.Гере Реда кт Производственно-издательский комбинат "Патент", г, ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 3713 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035. Москва. )К, Раушская наб,. 4/5