Способ переработки окисленных железорудных материалов

(51) 21 13/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ железоуглеродистого полупродукта процессом Ромелт жидкофазного восстановления железа. Способ переработки окисленных железорудных материалов в жидкой ванне печи Ромелт включает подачу железорудных материалов и твердого топлива,восстановительную плавку при барботировании кислородсодержащим газом, дожигание отходящих при восстановлении газов над поверхностью барботируемого слоя кислородсодержащим газом и раздельный выпуск металла и шлака, при этом плавку проводят с дополнительной подачей через торцевые горелки с помощью кислородсодержащего газа мелкодисперсного железорудного материала в смеси с мелкодисперсным длиннопламенным углем. Достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение расхода дорогостоящих короткопламенных тощих углей и повышение эффективности процесса.(72) Левинтов Борис ЛьвовичРоменец Владимир АндреевичВалавин Валерий СергеевичСарсенов Рашит Темирбулатович Избасханов Кылышбек СатылгановичНайманбаев Мадали АбдуалиевичКреймер Эдуард ЛьвовичПанфилов Владимир ПавловичНамазбаев Серик Кульбаевич(73) Акционерное общество Центр наук о земле,металлургии и обогащения(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОКИСЛЕННЫХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к области черной металлургии,к извлечению железа из железосодержащих материалов без использования кокса, а именно, к производству жидкого Изобретение относится к области черной металлургии,к извлечению железа из железосодержащих материалов без использования кокса, а именно, к производству жидкого железоуглеродистого полупродукта процессом Ромелт жидкофазного восстановления железа. В связи с исчерпанием запасов коксующихся углей, богатых железных руд и накоплением железосодержащих отходов черная металлургия в современных условиях переходит к альтернативным агрегатам и процессам бескоксовой металлургии, не требующей агломерации и доменного передела. Поскольку известные твердофазные процессы основаны на использовании высококачественного сырья (суперконцентратов) и дорогостоящего природного газа, наметилась тенденция роста в черной металлургии доли жидкофазных процессов восстановления железа с использованием некоксующихся углей, при этом требования к качеству исходного железосодержащего сырья значительно ниже, чем у твердофазных процессов восстановления. Известен способ восстановительной плавки окисленного железорудного сырья в жидкой ванне печи Ромелт, включающий непрерывную подачу железосодержащего сырья, углеродистого топлива,кислородсодержащего дутья ниже и выше уровня шлака, вывод образующихся металла и шлака, отвод дымовых газов, контроль и регулирование параметров процесса (ж. Сталь, 12, 1996, с.62-64). Известен способ жидкофазного восстановления железа из окисленного железорудного сырья в печи Ромелт, выбранный в качестве прототипа, в котором решается задача управления процессом Ромелт ( 2182603, кл. С 21 В 13/00, опубл. 20.05.2002). Способ включает подачу железорудных материалов и углеродистого твердого топлива,восстановительную плавку при барботировании кислородсодержащим газом, дожигание отходящих при восстановлении газов над поверхностью барботируемого слоя кислородсодержащим газом,раздельный выпуск металла и шлака, отвод дымовых газов, контроль температуры шлака и состава дымовых газов, контроль содержания оксида железа в шлаке, заключающийся в поддержании на заданном уровне содержания в шлаке оксидов железа путем изменения расхода железосодержащего сырья, углеродистого топлива и кислородсодержащего дутья ниже и выше уровня шлака. Преимущества процесса и агрегата Ромелт заключаются в простоте конструкции, обеспечении хорошей теплопередачи и массопереноса,возможности высокого влечения железа, высоком уровне управляемости процессом, низком уровне требований к качеству железосодержащих материалов. Основным недостатком процесса Ромелт является высокий расход качественного угля и кислорода (около 1000 кг/т выплавляемого чугуна в зависимости от марки угля и до 900 нм 3 кислорода). В качестве угля в основном используется дорогостоящий тощий короткопламенный уголь пониженной зольности(выход летучих менее 20). Задачей и достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение расхода дорогостоящих короткопламенных тощих углей и повышение эффективности процесса путем повышения производительности печи по чугуну и снижения расхода топлива при разогреве печи. Указанный результат обеспечивается в способе переработки окисленных железорудных материалов в жидкой ванне печи Ромелт, включающем подачу железорудных материалов и твердого топлива,восстановительную плавку при барботировании кислородсодержащим газом, дожигание отходящих при восстановлении газов над поверхностью барботируемого слоя кислородсодержащим газом и раздельный выпуск металла и шлака, в котором согласно изобретению плавку проводят с дополнительной подачей через торцевые горелки с помощью кислородсодержащего газа мелкодисперсного железорудного материала в смеси с мелкодисперсными длиннопламенным углем. Предпочтительно, дополнительную подачу при плавке мелкодисперсного железорудного материала в смеси с мелкодисперсным длиннопламенным углем осуществляют через торцевые поворотные горелки. Сущность изобретения заключается в следующем. В процессе Ромелт высококачественный тощий уголь в кусковом виде подается через загрузочное окно в ванну барботируемого расплава. В этом случае часть тепла от дожигания выделяющихся из ванны расплава газов в подсводовом пространстве усваивается непосредственно железосодержащим материалом, который попадает в ванну расплава в уже разогретом и/или расплавленном состоянии,снижая потребность в теплоте у ванны расплава. При этом создаются благоприятные условия для возврата в ванну расплава тепла от дожигания горючих газов, выделяющихся из барботируемого шлакового расплава. Однако общий удельный расход качественного тощего угля на плавку остается высоким, так как тепло от сгорания СО до СО 2 при дожигании в большой степени расходуется на разогрев и плавление шихты. В заявляемом способе предлагается частичная замена подачи короткопламенных углей на длиннопламенные энергетические угли более низкого качества, подаваемые в измельченном виде через торцевые горелки. Общее снижение расхода высококачественных углей за счет замены их длиннопламенными позволит снизить затраты тепла на разогрев и расплавление части шихтовых материалов за счет введения их в факел сгорания длиннопламенных углей в торцевых горелках. Подбор соотношения расхода кислорода и количества дисперсного пылеугольного материала(длиннопламенных углей) в торцевых горелках позволит поддерживать необходимую температуру в требуемом диапазоне. Пример 1 (заявляемый способ). В печь Ромелт подавали шихту, состоящую из железосодержащего концентрата влажностью 6(4000 кг/ч) состава, мас. общ - 65,5 2 - 3,9 СаО-1,2 А 123-1,1 -0,75 -0,32 -0,12 Р 0,06, крупностью- 0,073 мм, короткопламенного угля марки ТСО (3100 кг/ч) состава -5-6 А-1416 -15-18 Сг-85 Нг-4,9 г-1,9 общ 0,4 Ог-5,8, крупность-25 мм, низш-6700 ккал/кг и известняка (400 кг/ч) состава,мас. СаО-53,4 2 -1,6 23-0,5 -0,9 23-0,4. На нижний ряд фурм вдували 900 нм 3/ч кислорода (99 кислорода) и 1100 нм 3/ч воздуха под избыточным давлением 0,3 МПа. На верхние фурмы камеры дожигания подавали 2300 нм 3/ч кислорода (99 кислорода). В торцевую горелку подавали 1200 нм 3/ч кислорода, железосодержащий концентрат приведенного выше состава (2500 кг/ч),длиннопламенный уголь марки Д (1400 кг/ч) состава-12 А-18-19 -42-45 Сг-73,3 Нг- 5,7 г-1,41 общ,-0,4 Ог-19,2, крупность-0,073 мм,низш-5200 ккал/кг. Образовавшиеся в процессе плавки дымовые газы в количестве 7650 нм 3/ч содержали, об. 259, -13,1 2-12,0 Н 2-14,42 Н 2-1,4. В результате плавки получили 4360 кг/ч чугуна состава, мас. С-4,1 -0,02-0,1 -0,02-0,1 0,03-0,05 Р-0,02-0,05 и 1,51 т/ч шлака (основность 0,9). Пример 2 (по прототипу). В печь Ромелт подавали шихту, состоящую из железосодержащего концентрата влажностью 6(5 600 кг/ч) состава, мас.общ- 65,5 2 - 3,9- 0,06,крупностью - 0,073 мм, короткопламенного угля марки ТСО (3950 кг/ч), состава- 5-6 А 14-16- 15-18 Сг- 85 Нг- 4,9 г- 1,9 общ- 0,4 Ог- 5,8 крупность -25 мм, низш.- 6700 ккал/кг, и известняка (370 кг/ч), состава, ма.СаО- 53,4 2- 1,6 23- 0,5 -0,9 А 123- 0,4. На нижний ряд фурм вдували 1275 нм 3/ч кислорода (99 кислорода) и 725 нм 3/ч воздуха под избыточным давлением 0,3 МПа. На верхние фурмы камеры дожигания подавали 3100 нм /ч кислорода(99 кислорода). Образовавшиеся в процессе плавки дымовые газы в количестве 7 050 нм 3/ч содержали, об.С 2- 60,5 СО - 13,4 2- 8,8 Н 2 - 15,7 Н 2 - 1,6. В результате плавки получали 3 780 кг/ч чугуна,состава, мас.С- 4,1 - 0,02-0,1 М- 0,02-0,1 0,03-0,05 Р- 0,02-0,05 и 1,24 т/ч шлака (основность 0,9). По сравнению с вариантом по прототипу производительность печи по чугуну возросла на 580 кг/ч (15 от прототипа). Удельные расходы энергоносителей на 1 т чугуна представлены в таблице. Таблица Расход кислорода, Расход воздуха, Расход угля марки Расход угля марки нм 3/т нм 3/т ТСО, кг/т Д, кг/т 1157 192 1045 1009 252 711 321 В пространство печи, оборудованной торцевыми горелками, вдувается угольная пыль, полученная от измельчения энергетического угля пониженного качества, мелкодисперсный железосодержащий материал и кислород. Подача мелкодисперсного железорудного материала в торцевые горелки позволит увеличить долю разогреваемого железосодержащего материала перед его попаданием в ванну. При этом кислород, подаваемый в торцевые горелки, за счет инжекции будет более рационально способствовать дожиганию оксида углерода и водорода, выделяемых из барботируемой ванны расплава. Повышенное количество летучих, содержащихся в длиннопламенных энергетических углях,способствует более эффективному сгоранию их в факеле торцевых горелок, что является основным фактором обеспечения полного сгорания топлива в печи и увеличения удельной производительности агрегата. Подача при плавке мелкодисперсного железорудного материала в смеси с мелкодисперсным длиннопламенным углем кислородсодержащим газом через торцевые поворотные горелки дает возможность изменения направления струй дутья горелок как по вертикали,так и по горизонтали и позволит направлять, в случае необходимости, поток расплавленных частиц на холодильники боковых стен камеры дожигания для возобновления на них слоя гарнисажа. В рабочем положении факел горелки направлен в ванну шлака на некотором удалении от торцевой стенки камеры. Разогрев печи перед пуском осуществляется с использованием горелок, устанавливаемых на место погружных фурм и фурм дожигания, работающих на природном газе или мазуте. Использование поворотных торцевых горелок при пуске печи позволит заменить часть природного газа и мазута на разогрев печи и ускорить наплавление ванны шлака перед ее пуском. Совокупность отличительных признаков заявляемого способа способствует более полной утилизации доступного тепла зоны дожигания в ванну расплава и обеспечивает подачу обогащенного кислородом воздуха для дожигания над ванной отходящих газов. Таким образом использование предлагаемого способа позволяет снизить расход дорогостоящих углей (стоимость короткопламенных углей марок Т выше стоимости длиннопламенных углей марок Д в 3 и более раз), снизить расход чистого кислорода за счет увеличения расхода воздуха, повысить производительность печи по чугуну и снизить расход топлива при разогреве печи. Примеры осуществления способа. Пример по прототипу предлагаемый способ Таким образом, при производстве чугуна по предлагаемому способу удается заменить до 32 короткопламенного дорогостоящего угля на длиннопламенные угли пониженного качества без общего увеличения удельного расхода угля. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ переработки окисленных железорудных материалов в жидкой ванне печи Ромелт, включающий подачу железорудных материалов и твердого топлива, восстановительную плавку при барботировании кислородсодержащим газом, дожигание отходящих при восстановлении газов над поверхностью барботируемого слоя кислородсодержащим газом и раздельный выпуск металла и шлака, отличающийся тем, что плавку проводят с дополнительной подачей через торцевые горелки с помощью кислородсодержащего газа мелкодисперсного железорудного материала в смеси с мелкодисперсным длиннопламенным углем. 2. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что дополнительную подачу при плавке мелкодисперсного железорудного материала в смеси с мелкодисперсным длиннопламенным углем осуществляют через торцевые поворотные горелки.