Устройство для выплавки стали

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ПАТЕНТУ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(76) Лупэйко Витольд Марианович(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ(57) Использование. в области черной металлургиипри выплавке стали. Сущность изобретения: устройство для выплавки стали содержит плавильнуюемкость в виде замкнутой кольцевой камеры 5 сзонами смешения, разделения и регенерации, газовые полости которых отделены друг от друга поперечными герметичными перегородками 20 В середине свода зоны регенерации выполнено ломоэагруэочное отверстие 13 с установленными вокруг(191 КС (И) 2001959 С 1 (51) с 4 оо него с возможностью качания относительно вертикальной оси и перемещения в продольном направпении ломолпавипьными фурмами 24 Газовые лов лости зон смещения и разделения соединены с топливно-кислородными и продувочными фурмами зоны регенерации посредством газоперекачивающего инжекторного тракта. На границе зон разделения и регенерации у перегородки выполнено дополнительное отверстие для выпуска шлака Газолерекачивающий инжекторный тракт соединяет газовуо полость зоны смешения с топливно-кислородными и газопорошковыми фурмами зоны регенерации 3 ил.ния в не 1 высоо;:изаодительного технологичесого процесс, г рямого одностадий ного получепи с 11 ли из любой железосодержащей щи ты в режк е непрерывного процес са с высок,-,;,е овьм КПД и удельнымрасходом оплиоа лиближающимся к теоретическо.у ;,п луму, а также значительно меньше за р,;:няющим окружающую среду вредными выбросами в сравнении с аналсгами,Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для использования в сталеплавильном производстве при выплавке стали в жидкой ванне.Общеизвестно устройство для получения стали в жидкой ванне, представляющее собой мартеновскую печь, содержащую плавильную емкость для плавления в ней шихтовых материалов, образования жидкой ванны и получения в ней ниэкоуглеродистой стали, в том числе и из руды. Емкость для плавления образована подом, стенками и сводом и снабжена приспособлением для ввода в жидкую ванну восстановителя железа, для загрузки в нее шихтовых материалов и средством для выпуске из нее стали и шлака, горелочным приспособлением для сжигания внутри плавильной емкости топлива за счет кислородсодержащего гээа и трактом для отвода из этой емкости продуктов горения.Существенной особенностью устройства является общая технологическая зона для проведения как окислительных, тэк и восстановительных процессов.При этом атмосфера рабочего пространства мартеновской печи имеет очень окислительный характер по отношению к металлу, что вызвано необходимостью полного сжигания топлива, а это тормозит процсо восстановления железа, котсрое при контакте с окислительными газами - продуктами горения (С 02 и Н 20) активно окисляется, В конеч ом счете это ведет к увеличению удельного расхода восстановителя и сни.лает скорость процесса восстзнов 1 енля,Условия передачи тепла расплаву в мартеновской печи малоэффективны, главным образом, из-за сравнительно небольшой контактной поверхнос;и между факелом горени" ь распласом. в основном, шлаком. даже при кипении последнего, который обладает очень низкой теплопроводностью.с -. зе. ье форсировать процесс плавки з отражательной печи, которая, в основном, :ээтому и отличается низкой произооди;ельностью, низким тепловым коэФициентом полезного действия и высохни .Рг ь 1.м рсхода топливаМ,. 1.овская печь без нарушения ее стойко. 1 ь угара железа не позволяет за меипь в зду для сжигания топлива кислородом. ч Г сущес 1 венн повысило бы тепловой ээффициент полезного действия процесса.ИзяестнО усгройстяо-прототип,которое содегжиг .:л,вильную емкость выполненную в виде замкнутой кольцевой камеры с днищем и сводом. Кольцевая камера содер 5 10 15 20 25 30 35 40 45 жит зоны регенерации, смещения и разделения. В зоне регенерации размещены продувочные топливно-кислородные фурмы. В зоне смешения размещен пульверизирующий узел, а в зоне разделения - выпускное отверстие. Кольцевая камера сочленена с гаэоотводящим трактом, Устройство может содержать пневмотранспортную систему для подачи в расплав порощкообразных материалов.Известное устройство предназначено для обработки жидкого чугуна рафипировочным шлаковым расплавом, ко,орый находится в кольцевой камере и непрерывно регенерируется в устройстве (очищается от серы и перегревается) в режиме рециркуляционного пото:а. Г;кяя обработка чугуна путем слива егс а р; здробленном виде в шлаковый расплав позволяет осуществить глубокую цссульфурацию и существенный перегрев чугуна при низком удельном расходе топлива и еласпобраэующих.Анализ кон, трукции этого устройства показал, что в у:тройсве-прототипе возможно также и поучение жидкой стали иэ руды, рудного концентрата, чугуна в режиме только дискре ного процесса из-эа отсутствия юлаковсй де ы.Однако, и; и з том данное устройство не позволяет кроме более высокого теплового КПД, достичь знгц лельных преимуществ в сравненьи с мяртеновсой печью, а в отношении переработки лама уступает ей. Кроме того, оно не л".:-валяет проводить процесс последовательно в окислительной, а затем в восстановительной технологических зонах, С максимальной эффективностью испольэовать в процессе выплавки стали образующиеся при восстановлении железа газы, проводить процег с восстановления железа по более зффектияой - 2-х стадийной схеме, эффективнг спользовать при выплавке стали металлолом, а также проводить выплавку стали с высокой производительнос 1 ью в .;вживе;,прерывного процесса с непрерывным у,ением из устройства части шлака.Гехнической задачей изобретения является созда ле т-кого гстройстяз которое обеспечцяэлс бы ьоз, ожность осуществле 200195955 Указанная техническая задача достигается тем, что известное устройство-прототип, содержащее плавильную емкость в виде замкнутой кольцевой камеры с днищем, сводом и металловыпускным отверстием, подразделенную на зоны регенерации, смешения и разделения, продувочные топливно-кислородные фурмы, газоотводящий тракт и пневмо-транспортную систему, оно дополнительно снабжено газо-порошковыми фурмами в зоне регенерации, продувочными фурмами, установленными в зоне смешения, поперечными герметичными перегородками, отделяющими газовую полость зоны регенерации от газовой полости смежных зон, ломозагруэочным отверстием, выполненным в средней части зоны регенерации, и ломоплавильными фурмами, установленными вблизи этого отверстия, а также отверстием для спуска шлака, размещенным у перегородки на границе зон разделения и регенерации,Устройство может быть снабжено также гээоперекачивающим инжекторным трактом, соединяющим газовую полость зон смешения-разделения с продувочными фурмами эоны регенерации,Устройство, кроме того, может содержать средство (например, пульверизирующий узел в заливочном отверстии) для ввода в шлаковый расплав жидкого чугуна, раздробленного на капли, а также быть снабжено предохранительным газовым клапаном в зоне смешения или разделения,Такое выполнение устройства обладает рядом особенностей,Система продувочных фурм может состоять кэк из одной группы фурм, располагэемых или в начальном участке эоны смешения перед (по ходу движения шлакового потока) пульверизирующим узлом, или после этого узла (в конце зоны смешения). так и из этих обеих групп фурм. В эту систему входят, кроме фурм, и пневмотранспортные агрегаты (пневмонэгнетатели), которые сочленены с фурмами пневмопроводами.Продувочные фурмы могут устанавливаться стационарно путем их авода через боковые стенки кольцевой плавильной камеры, однако предпочтительнее установка их в виде подвижных сводовых фурм. Количество фурм определяется размерами агрегата и необходимостью охватить обработкой восстановителем оксидный расплав по всему поперечному сечению его потока с учетом всплывания в расплэве частиц или пузырьков восстановителя. Конструкция фурм для вдувания восстановителя в расплав должна отвечать этим же условиям, т.е. обеспечивать в нем наиболее равномерное в максимальном его обьеме рассредоточение восстановителя, Фурмы могут содержать какодно, так и несколько сопел, которые могут5 распо.:агаться кэк на срезе фурлы, так и наее боковой поверхности с расположениемосей сопел в горизонтальной плоскости;При использовании газообразного восстановителя, например, природного газа, пнев 10 монагнетатели не используются, Последниепредназначены для подачи в фурмы дозированного количества твердого восстановителя,например угольного порошка. Отдельныйпневмонагнетатель может обслуживать как15 одну фурму, так и группу фурм, работающихпо однолюбу режиму, например, группу, расположенную перед пульверизирующим узлом, и другую группу, расположенную эаним (по ходу движения расплава), Герметич 20 ные перегородки, разделяющие газовую полость в кольцевой плавильной каплере,выполняются таким образом, чтобы их нижний край (борт) был погружен в шлаковыйрасплав на глубину, которая гарантирует с25 учетом возможных колебаний уровня этогорасплава газовую герметичность такого разделения. С учетом рациональной глубинышлакового расплава и объема газовой полости над ним, частично заполняемой вспеЭО ненныл шлаком, зависящими от габаритови производительности устройства, просветмежду подом и нижним бортом перегородокдолжен выполняться в пределэх, например,15-40), от высоты кольцевой плавильной35 камеры,С целью более надежной стойкости игерметичности перегородки могут выполняться металлическими охлаждаемыми с наружной футеровкой или гарнисажем,40 Систему ломоплавильных топливнокислородных фурм размещают в зоне регенерации, предпочтительно между передним(по ходу движения шлакового потока) и задним рядами топливно-кислородных фурм,15 погруженных в шлаковый расплав, Ломоплавильные фурмы выполняют охлэждаемыми подвижными по вертикали и размещаютих вокруг заливочно-загрузочного отверстия.Эти фурмы могут быть снабжены механизмом50 их качания относительно вертикальной оси. Ломоплавильные фурмы могут выполняться также и с изогнутым стволом в виде перевернутых фурм 11 или 1. Количество этих фурм определяется, конкретными условиями работы устройства.Газоперекачивающий тракт предназначен для организованного отвода (отсоса) иэ эон смешения и разделения газообразных продуктов восстановления железа (еосстановитсльных газов СО и Нг и подачи их в5 10 15 20 30 35 40 45 50 зону регенерации в топливно-кислородные фурмы в качестве топлива или в гаэопорошковые, которые размещены в конце (по ходу движения шлакового потока) этой зоны, где используют эти газы в качестве восстановителя Гез 04 до ГеО, Газы СО и Н 2 могут подаваться также одновременно и в те, и другие фурмы, Газоперекачивающий тракт оборудуют инжекторным узлом, который может размещаться, практически, в любом участке тракта, но предпочтительнее в его начале. В этом случае ведущим (инжектирующим) газом может служить сжатый природный газ, имеющий обычную температуру, При смешении его в смесительной камере с перекачиваемым газом СО и Н 2, который будет содержать значительное количество СО 2 и Н 20, температура газовой смеси будет в несколько раз меньше начальной температуры перекачиваемого из зон смешения и разделения газа, Поэтому участок гаэоперекачивающего тракта от его начала (от места выбора газа) и кончая инжекторным узлом, выполняют охлаждаемым с футеровкой внутренней поверхности трубчатой части тракта. Дальнейшее охлаждение этой газовой смеси может осуществляться в рекуператоре кислородом, поступающим в газокислорЬдныефурмы,Гаэоперекачивающий тракт может состоять или иэ автономных ветвей. каждая иэ которых питает газовой смесью только одну фурму или же иметь один общий начальный участок с одним инжектором и одним рекуператором, эа которым следуют ветви к каждой фурме.Возможен вариант, когда отверстие для заливки шлака в кольцевую плавильную камеру в зоне регенерации совмещается с отверстием для загрузки лома путем соответствующего увеличения размера первого. Другой вариант, когда эти отверстия выполнены раздельно.Кроме того, с целью удобства удаления отвальной части конечного шлака, особенно при работе в режиме непрерывной выплавки стали, устройство-прототип снабжают шлаковыпускным отверстием, расположенным на границе эон разделения и регенерации-плавления, например. на наружной стенке кольцевой плавильной камеры.На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство. вид сверху; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг, 1; на фиг. 3 - развертка плавильной камеры вдоль ее осевой кольцевой плоскости Б-Б (фиг. 1).УстройСтво представляет собой плавильную емкость. выполненную в виде замкнутого полого кольца любой конфигурации, но предпочтительно в виде кругя включающую зону смеш,ия, разделения и плавления. В вертикально-поперечном сечении пОлое кольцо имеет. предпочтительно, прямоугольную форму. Устройство содержит кольцевые наружную 1 и внутреннюю 2 стенки, днище 3 и свод 4. Во внутренней полости кольцевой камеры 5 в районе эоны регенерации располагаются вертикальные продувочные топливно-кислородные фурмы 6 с горизонтальными соплами на боковой поверхности фурм, э также фурмы 7 и 8. предназначенные для вдувания в шлаковый расплав порошкообразных материалов, подаваемых, по трубопроводам 9 и 10 с помощью пневмонагнетателей 11 и 12, каждый из которых может заменяться несколькими. Общее количество фурм 6, 7, 8, количество их в одном ряду(в диаметральной плоскости устройства), количество этих рядов в зоне регенерации зависит от размеров кольцевой плавильной камеры, от производительности агрегата и конкретных технологических параметров выплавки стали, Возможен вариант размещения фурм 7 и 8 в одном ряду с фурмами 6,В зоне регенерации свод 4 снабжен сквозным заливочно-загрузочным отверсти ем 13 с воронкой и заслонкой 14, предназначенным для заливки жидкого шлака и загрузки лома н куск;вых шлакообразую. щих во внутрь кольцевой камеры. Это отверстие 13 расположено между передними и задними рядами фурм 6. Для удаления отработанных газов служит газоход 15, В зоне смешения в своде 4 расположены пульверизирующие узлы 16, через которые сливают внутрь кольцевой полости и дробят на капли металл, подлежащий рафинированию шлаком, По обе стороны пульверизирующих узлов расположены фурмы 17 для вдувания в шлаковый расплав углеродсодержащих порошков или восстановительных газов или смеси тех и других, Устройство снабжено выпускными отверстиями: для металла 18 в зоне смешения или разделения и для шлака 19 у границы зоны разделения и зоны регенерации. Газовая полость кольцевой плавильной емкости эоны регенерации герметично отделена от газовой полости двух других зон перегородками 20. Стенки 1 и 2 в районе пояса шлакового расплава оборудованы металлическими охлаждаемыми элементами, например, панелями 21. В качестве охлаждающего агента предпочтительно в целях взрывобеэопасности использовать в устройстве влажный водяной пар. Выше шлакового расплава стенки 1 и 2 могут выполняться наклонными в сторону от осевой кольцевой плоскости ББ, что при неизменной высот кольцевой камеры увеличит объем ее газовой полости.частично заполняемой вспененным шлаком. Газовая полость эон смешения и разделения сочленена с помощью газопровода 22 с погружными топливно-кислородными фурмами б и 8. В зоне регенерации вокруг заливочно-загрузочного отверстия 13 расположены сводовые плавильные фурмы 23 и 24, Эти фурмы имеют механизм перемощения их по вертикали, а сами фурмы 23 устанавливают таким образом, что их оси расположены вертикально или наклонены под острым углом к вертикальной оси отверстия 13. Плавильные фурмы 23 могут быть как обычной конфигурации (прямоствольные), так и в виде перевернутых букв П и Г, в которых сопла располагаются на их горизонтальной ветви (фурмы 24), Плавильные фурмы 23 и 24 могут быть оборудованы механизмом 25 качания. при помощи которого фурмы могут совершать маятниковое движение (качание с заданным углом а). Все фурми предпочтительно выполняются охлаждаемыми, например, водой или влажным паром. Фурмы 23 и 24 сочленяются с кислородопроводом и газопроводом 26 (например, при помощи гибких рукавов), по которому поступает образующаяся в зонах смешения и разделения окись углерода (СО). В качестве топлива вместо нее в фурмы 23 и 24, так же как и фурмы 6, может подаваться другое топливо, например, природный газ по отдельному топливопроводу. В целях безопасности агрегат снабжен газовой свечой с клапаном 27, устанавливаемой на своде 4 в зоне разделения для сброса в ней избыточного давления СО. При использовании одного пневмонагнетателя для подачи углеродсодержащего порошка пневмопровод перед фурмами 8 и 17 оборудуется специальными кранами-дозаторами 28, Загрузка лома в кольцевую плавильную камеру осуществляется с помощью известных загрузочных механизмов 29, например, транспортерного типа. Устройство работает следующим обре.зом. Вначале через отверстие 13 заливают вкольцевую плавильную камеру жидкий расплав, например, жидкую сталь из соседнегоагрегата, в количестве, которое позволяет поддерживать ее зеркало на уровне нижнего края охлаждаемых панелей 21. Затем наметалл заливают шлаковый расплав, например, иэ соседнего агрегата, предварительновключив в работу топливно-кислородные фурмы б (области шлакового расплаваи Ч 1). После прогрева шлакового расплава дорабочей температуры проводят корректировку его состава путем подачи в него (об 15 20 25 30 35 40 лению железа углеродсодержащим порошком, поступающим в шлаковый расплав из фурм 8 (область Ч). Окончательное восстановление оксидов железа. находящихся в 55 этом расплаве, производят при поступлении его в зону смешения. Восстановление железа здесь осуществляют или путем пульверизации чугуна в шлаковый расплав (обо;ть Ч 111), или путем вдувания в него порошкообразного восстановителя. например, молотого 5 10 45 50 ласть 1) с помощью пневмонагнетателя 11 необходимых шлакообразующих порошкообразных материалов, выдерживая оптимальный баланс подачи тепла в шлак через фурмы б (в обеих областях 11 и Ч 1) для сохранения при этом его темпе этуры. После достижения заданного состаь. шлака при отодвинутой заслонке через отверстие 13 с помощью загрузочного механизма 29 на днище 3 загружают порцию лома. Движение с определенной скоростью шлакового расплава вдоль кольцевой плавильной камеры производится за счет динамичесого воздействия на расплав струй факела горения, истекающих из горизонтальных сопел фурм 6 (областии Ч 1). При этом следует учитывать возможность регулировки в определенных пределах этой скорости за счет фурм 6(области 1 и Ч или одна из них) путем их соответствующего поворота вокруг своей оси, После загрузки порции лома и закрытия заслонки включают в работу плавильные фурмы 23 или 24 (область 1 Ч), опуская их иэ-под свода 4 в шлак и приближая их сопловой участок непосредственно к лому с тем, чтобы факел горения интенсивно омывал куски лома и турбулизировал шлаковый поток у его поверхности (область(1). Включение механизмов 25 качания плавильных фурм 23 и 24 позволит интенсифицировать теплообмен между факелом горения и большей поверхностью кусков лома, что в конечном счете приведет к еще большему ускорению процесса плавления лома. Однако такой процесс интенсивного плавления лома будет сопровождаться значительным окислением железа и накоплением его оксидов в шлаке, Еще большим окислением железа будет сопровождаться процесс ускоренного плавления лома, когда через дополнительные фурмы будет подаваться только кислород без топлива, Процесс интенсивного плавления лома можно осуществлять и путем окисления соответствующего, количества железа из металлического расплава путем продувки его кислородом или газокислородным факелом с помощью тех же ломоплавильных фурм, По ходу движения шлак, обогащенный оксидами железа, может частично подвергнуться восстанов2001959 угля или газообразного, например, природного газа через фурмы 17 (область В и Х), или совместным применением этих приемов, Образующаяся при восстановлении железа окись углерода (СО) отводится по газопроводам 22 и 26 из зон смешения и разделения во все топливно-кислородные фурмы 6 и 23, а также в фурмы 8, где исполь,зуется как топливо и в последних как восстановитель. Расплавленный лом стекает в сторону выпускного отверстия 18, где смешивается с восстановленным железом и рафинированным до заданной степени (вплоть до металла, отвечающего составу стали) чугуном. В случае применения в качестве восстановителя только порошкообразных материалов применение чугуна в процессе выплавки стали исключается, Возможно при помощи пневмонагнетателя 11 и фурм 7 наплавление рудношлакового расплава с восстановлением его оксидов в зоне смешения одновременно с оксидами, образованными при плавлении лома. Тогда в жидкой стали будет находиться и соответствующая доля металла, полученного из рудного материала, После процесса восстановления железа и отделения его от шлакового расплава последний перетекает в зону регенерации (меньшая часть его - отвальный шлак - удаляется из агрегата).Формула изобретения 1, УСТРОЙСТВОДЛЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ, содержащее плавильную емкость в виде замкнутой кольцевой камеры с днищем, сводом, металловыпускным отверстием и зонами смешения, разделения и регенераций с газовыми полостями, продувочные топливно-кислородные и газопорошковые фурмы, газоотводящий тракт, отличающееся тем, что оно снабжено установленными в зоне смешения продувочными фурмами, отделяющими газовую полость зоны регенерации от газовой полости смежных зон поперечными герметичными перегородками, выполненными в середине свода эоны регенерации ломо- загрузочным отверстием и установленными вокруг этого отверстия ломоплавильными фурмами, газоперекачигде начинается для него новый технологический цикл. Металл перед выпуском может быть науглерожен до уровня. требуемого для данной марки стали с помощью фурм 17, 5 или же эту операцию. как и операции покорректировке химсостава и раскислению, проводят вне этого устройства. например, в ковше.Применение устройства для выплавки 10 стали одностадийным процессом, выполненного в соответствии с данным изобретением, в сравнении с возможным применением устройства-прототипа для той же цели позволит проводить процесс выплавки стали в 15 непрерывном режиме, что увеличит производительность агрегата в 1.2-1,5 р" . снизит удельные расходы энергии в .3-1,5 раза. а также удельные капиталовложения и себестоимость стали.20 Устройство позволяет проводитьпроцесс выплавки стали с использованием лома при любом соотношении в шиканелома, железорудного сырья и чугуна, а так 25 же уменьшить загрязнение окружающейсреды,(56) Похвиснев А,Н. и др, Внедоменное получение железа, М.: Металлургия, с. 270-296,Авторское свидетельство М 1134607,30 кл, С 21 С 1/10 и 7/00. 1983. вающим инжекторным трактом, соединяющим газовую полость зон смешения и35 разделения с топливно-кислородными ипродувочными фурмами эоны регенерации, и размещенным у перегородки на границе зон разделения и регенерациидополнительным отверстием для выпуска40 шлака.2, Устройство по п.1, отличающеесятем, что ломоплавильные фурмы установлены с возможностью качания относительно вертикальной оси и перемещения в45 продольном направлении,3, Устройство по п.1, отличающеесятем, что газоперекачивающий инжекторный тракт соединяет газовую полость зонысмешения с топливно-кислородными и газопорошковыми фурмами зоны регенерации,2001959 12 Составитель В. ЛупейкоТехред М,Моргентал Рос пат35, Рауш такая наб., 4 род ул Гагарина 101,г.уж ат оизводственно-иэдательски Редактор С. КулаковЗаказ 3156 Тираж НПО Пои 35. Москва, Л-ЯР 5 орректор Е. Папподписное 15 У