Несообразности металлургического цикла. Их устранение (стр. 8 )

Рис. 3.3. Схема введения топлива Т через кольцевое пространство вокруг основного корпуса:

1 – фурмы основного дутья; 2 – дополнительное дутье для дожигания отходящих газов; 3 – загрузка топлива; 4 – загрузка окатышей; 5 – летки; П – перегородка, отделяющая топливо от окатышей.

Если факелы будут столь же интенсивными, длинными, со столь же высокими скоростями газа, как в доменной печи, то куски топлива будут сноситься газовыми потоками факелов к центру печи, вглубь плавящейся массы М металлизованных окатышей, обеспечивая ее науглероживание и плавление.

4. Врезки. Топливный отсек Т (см. рис. 3.3) не обязательно должен охватывать всю окружность агрегата; он может состоять из ряда отдельных секторов, каждый из которых «нацелен» на свою фурму. В этом случае топливо на каждую фурму будет подаваться из своей «врезки» в футеровке печи. Каждая «врезка» может иметь размер, например, 0,5-1 м. Каждая врезка прибавит к потоку опускающейся шихты свой поток топлива размером 0,5-1 м. Через течки, врезки, через кольцевое пространство Т можно вводить непосредственно в зону горения все те материалы, которые могут реагировать в факелах, но не могут успешно пройти длинный путь от колошника до факелов через шахту. Конечно, концентрат и угольную пыль нельзя загружать в доменную печь (или в агрегат см. рис. 3.1) сверху, через колошник; здесь эти порошки будут просто унесены из печи потоками отходящих газов. Сверху также нельзя загружать недостаточно прочные необожженные окатыши или непрочные куски угля, разрушающиеся в шахте. Но при введении прямо в зону горения, в факелы, нормально прореагируют, очевидно, любые виды топлива и рудные компоненты шихты.

5. Газогенератор в отдельном отсеке. Топливо можно сжигать в отдельных отсеках, в газогенераторах Г (см. рис. 3.4). Из газогенераторов Г горячие восстановительные газы поступают в основной рудный корпус М . Потоки дутья из газогенераторов и из коррекционных фурм 3 целесообразно направить так, чтобы газовые потоки циркулировали вокруг металлизованной массы М . Излишнее тепло горения топлива в газогенераторе можно утилизировать, добавляя в дутье водяной пар. При взаимодействии с углеродом пар даст водород, ускоряющий металлизацию. Избыток тепла будет меньше также при использовании углей с повышенным содержанием углеводородов. В данной схеме топливо не контактирует с рудой и металлом, поэтому будет уменьшено загрязнение металла рядом примесей топлива. Такие примеси будут удаляться с жидкой золой топлива через отдельную летку 5 (см. рис. 3.4).

Рис. 3.4. Схема агрегата «угольный Мидрекс» с газогенератором:

Г – один из газогенераторов; 1– фурмы основного дутья в газогенераторе; 2 – дополнительное дутье для дожигания отходящих газов; 3 – фурмы корректирующего дутья; 4 – загрузка окатышей; 5 – жидкое золоудаление газогенератора; 6 – летки

ГЛАВА 4. ВДУВАНИЕ ПОРОШКА КОНЦЕНТРАТА. О КАЧЕСТВЕ СТАЛИ

4.1. Вдувание порошка железорудного концентрата

с угольной пылью

В доменной печи в горячем дутье (например, 1200 0С) горит рудо–топливная смесь; в предлагаемых схемах в горячем воздухе горит одно лишь топливо, например, угольная пыль. Поэтому в зоне горения будет более высокая температура, чем в доменной печи, так как тепло внутри факела не будет расходоваться на нагрев железорудной компоненты шихты и на реакции восстановления.

Далее, в схеме (см. рис. 3.1) опускающиеся окатыши подойдут к зоне факелов более горячими, чем в доменной печи, так как они будут интенсивно прогреваться уже в шахте, в зоне дожигания отходящих газов. В зоне факелов образуется увеличенный избыток тепла еще и по этой причине. Для утилизации этого тепла в данной книге предлагается вдувать через фурмы в факел вместе с угольной пылью еще и порошок железорудного концентрата, или всыпать этот порошок концентрата с пылью в факелы через течки над фурмами.

Очевидно, вдувание концентрата можно выполнить по той же технологии и на том же оборудовании, которые используются сейчас при вдувании угольной пыли. При этом вдувание концентрата легче; угольную пыль требуется еще получить размолом кускового топлива, а концентрат в виде более тонкой пыли существует уже в своем исходном состоянии и, в отличие от угольной пыли, он не взрывоопасен, не пожароопасен. Концентрат ряда ГОКов имеет размер частиц меньше 0,3 мм, или даже меньше 0,074 мм, тогда как угольная пыль часто содержит частицы размером несколько миллиметров. Более тонкое измельчение требуется для сжигания пыли при более низких температурах.

При вдувании (или засыпании в факел через течку) частички концентрата попадут с газовым потоком факела в среду газогенераторного газа при очень высокой температуре (например, 2000 0С) и почти мгновенно превратятся в малые капельки чугуна, которые затем налипнут на поверхности жидких или твердых фаз в горне печи. Возможность неблагоприятного результата состоит в том, что некоторые струйки газов с частичками концентрата могут попасть в выше расположенную и сравнительно холодную зону (ниже 1140 0С), где нет расплавов. Такие частички, оставаясь твердыми, могут не слипнуться, а, пройдя процессы восстановления и окисления, почти в исходном виде могут быть вынесены из агрегата с колошниковыми газами. Однако такой вынос не ведет к слишком вредным последствиям, а его вероятность может быть достаточно понижена. Если всыпаемый концентрат или окатыши упадут мимо факела и попадут в более низко расположенные горячие зоны горна, то это не будет неблагоприятным результатом.

Факелы горячего дутья с угольной пылью и с концентратом могут давать металл уже сам по себе, даже и без участия кусковой шихты, например, в «пустом» агрегате типа доменной печи. Правда, если горячие газы факела будут просто уходить из агрегата, без утилизации физического и химического тепла, которую в схеме рис. 2.1 выполняет шахта с окатышами, то потребуется весьма высокий расход топлива, например, 1,75 тонны углерода на тонну жидкого металла при горении только до СО, и порядка 1,2 тонны углерода на тонну металла при обычном соотношении СО и СО2 (см. Приложение 2, задача 3).

Известны патенты по способу «Циклон», в котором подобный факел при более низких температурах предназначается для металлизации концентрата в твердый порошок железа. Такие процессы достаточно затратны по расходу топлива.

Если же факелы с концентратом и угольной пылью работают в агрегате «угольный Мидрекс» в массе кусковой шихты, то физическое и химическое тепла отходящих газов утилизируется вышележащими слоями окатышей. Получение металла из вдуваемого концентрата в этом случае будет столь же экономично по теплу, как получение металла из окатышей.

Если мы получаем часть металла из порошка концентрата и угольной пыли, то мы как бы исключаем для этой части продукции из металлургического цикла два передела – коксование угля, а также формование из порошка концентрата окатышей и их обжиг. Температура этих переделов часто составляет 1100 – 1300 0С, то есть приближается к температуре самого доменного процесса. Поэтому исключение этих двух переделов значительно снизит энергоемкость цикла, даст значительный экономический эффект.

Соотношение подачи рудной компоненты концентратом в факелы и окатышами сверху будет определять профиль распределения температур по высоте печи. Верхний предел количества подаваемого концентрата определится тем, что температуру факела нельзя чрезмерно понижать, иначе наступят трудности с расплавлением металлизованной массы М. Кроме того, чрезмерное уменьшение потока нагревающихся и металлизующихся окатышей в шахте печи понизит возможности утилизации химического и физического тепла дожигаемых отходящих газов. Долю концентрата, видимо, целесообразно поддерживать значительно меньше половины.

Насколько нам известно, в настоящее время не осознаны отмеченные возможности, открывающиеся при вдувании порошка концентрата.

4.2. Управляемость процесса

У двух доменщиков всегда три мнения, потому что третье мнение имеет домна.

Из дискуссий

Предлагаемые процессы являются также более управляемыми по сравнению с современным доменным процессом. При доменной плавке большую угрозу может представлять намечающийся недостаток тепла в горне, похолодание горна. Но если печь отапливается вдуваемой угольной пылью, как в схеме (см. рис. 3.1), то можно быстро изменять ее количество, то есть варьировать коэффициент недостатка или избытка воздуха, и, соответственно, соотношение процессов восстановления и тепловыделения, то есть нагрева или плавления.

Вопреки распространенному мнению, факелы выделяют в горне больше тепла, если к дутью добавлять меньше топлива, угольной пыли. Если выявится большой недостаток тепла в горне, то на какое-то время можно вообще не подавать угольную пыль; дутье без топлива даст большое количество тепла Q в горне за счет горения железа (Q = 290 кДж на грамм-атом кислорода). Если горение пыли вести с небольшим избытком воздуха, то происходит полное горение топлива до СО2 и выделяется 200 кДж/г-ат кислорода. При этих режимах дутья можно разогревать горн (как в конвертере) и ускорять плавление при замедлении восстановления или даже при временной смене восстановления на окисление. Наоборот, при большом избытке угольной пыли увеличится доля восстановления окислов избыточным твердым углеродом (или «прямое восстановление», С + FеО = Fе + СО) с поглощением тепла (Q = -180 кДж/г-ат избыточного углерода). В таком режиме ускорится восстановление при снижении температуры и замедлении плавления. Факел с угольной пылью можно регулировать примерно как ацетиленовую горелку, которая при недостатке кислорода используется для накопления жидкого металла и для сварки, а при избытке кислорода выполняет резку металла за счет его горения. В схеме (см. рис. 3.1) можно быстро изменять температуру горения в факелах, особенно если с угольной пылью вдувается еще и порошок концентрата.

Подобных возможностей нет в обычном доменном процессе. Если, например, выявится недостаток топлива в шихте, и мы увеличим его долю в завалке, то это даст эффект, лишь через сутки, когда данная шихта дойдет от колошника до горна. Нет возможностей быстро и намного изменять температуру горения в доменных факелах, соотношение восстановления и плавления, соотношение рудной компоненты и топлива в горне, избыток или недостаток топлива при горении (в горне домны всегда большой избыток топлива). Так как в домне реагирует смесь компонентов, то разные процессы жестко взаимосвязаны, и мало возможностей повлиять на их соотношение.