|
(21), (22) Заявка: 2006112387/02, 13.04.2006
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
13.04.2006
(46) Опубликовано: 27.02.2008
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске:
RU 2167944 С2, 27.05.2001. КУРУНОВ И.Ф. и др. Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа. М.: Черметинформация, 2002, с.117-129. RU 2134301 C1, 10.08.1999. RU 2248401 C1, 20.03.2005. US 6562102 A, 13.05.2003.
Адрес для переписки:
620002, г.Екатеринбург, ул. Мира, 19, ГОУ ВПО “УГТУ-УПИ”, Центр интеллектуальной собственности, Т.В. Маркс
|
(72) Автор(ы):
Лисиенко Владимир Георгиевич (RU), Попов Владимир Владимирович (RU)
(73) Патентообладатель(и):
ГОУ ВПО “Уральский государственный технический университет УГТУ-УПИ” (RU)
|
(54) СПОСОБ БЕСКОКСОВОЙ ПЕРЕРАБОТКИ РУДНОГО СЫРЬЯ С ПОЛУЧЕНИЕМ ЛЕГИРОВАННОЙ ВАНАДИЕМ СТАЛИ
(57) Реферат:
В газификаторе получают чугун и горячие восстановительные газы с температурой 850-1050°С путем газификации угля, осуществляют загрузку сырья и подачу горячих восстановительных газов в шахтную печь для металлизации, металлизацию и последующую плавку металлизованного сырья в дуговой электропечи. Необходимую температуру в газификаторе поддерживают путем дополнительного электрического нагрева, причем до 70% подводимой энергии составляет подвод электроэнергии. Использование изобретения позволяет уменьшить до 70% поступление серы и фосфора из угля в чугун и соответственно снизить содержание серы и фосфора в легируемой стали, что улучшает ее эксплуатационные расходы на производство стали. Кроме того, снижается содержание серы в отходящих газах шахтной печи металлизации. При этом снижается расход кислорода, повышается восстановительный потенциал восстановительного газа, ускоряется процесс и увеличивается степень металлизации, что приводит к снижению расхода электроэнергии в дуговой электропечи и увеличивается ее производительность. 1 ил.
Изобретение относится к металлургии, в частности к процессам металлизации и электросталеплавильному производству.
Известны способы прямого легирования стали и сплавов, при которых легирующие элементы поступают непосредственно из первородного природного сырья (концентраты, агломераты, окатыши [1-3]). При этом используется газификатор, работающий в смешанном режиме – с одновременным получением горячих восстановительных газов для целей металлизации исходного сырья и полупродукта – чугуна. Далее металлизированное сырье, имеющее в своем составе легирующие элементы – ванадий, никель и др. вместе с природно-легированным чугуном подается в электропечь для получения готового продукта легированной стали (ванадием) или сплава (ферроникель). Однако недостатком этого способа является применение в качестве единственного источника энергии угля для проведения процесса газификации и получения чугуна. Известно, что содержащиеся в угле в значительном количестве фосфор и сера при этом процессе переходят в металл и газовую фазу, что создает экологические проблемы и ухудшает качество металла.
Таким образом, известен способ прямого легирования стали ванадием [1], который наиболее близок к предлагаемому изобретению и принят за аналог. Однако недостатком этого способа является использование угля в качестве единственного источника энергии для процесса газификации. Это обуславливает появление значительных количеств серы и фосфора в восстановительном газе и чугуне, что ухудшает экологическую ситуацию и качество металла и усложняет технологию плавки в электропечи. Кроме того, для получения необходимого количества тепла в газификаторах используется кислород, подаваемый через верхние фурмы для дожигания оксида углерода. Это снижает восстановительный потенциал восстановительных газов, замедляет процесс металлизации, уменьшает степень металлизации, и как следствие, приводит к увеличению времени плавления в дуговой электропечи.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение улучшения качества легированного металла, снижение выбросов сернистых газов в атмосферу при прямом легировании стали и сплавов, увеличение производительности установки. Эта задача решается следующим образом.
Используется способ бескоксовой переработки рудного сырья с получением легированной ванадием стали, включающий получение горячих восстановительных газов и чугуна в газификаторе при температуре 850-1050°С путем газификации угля, загрузку сырья и подачу горячих восстановительных газов в шахтную печь для металлизации, металлизацию и последующую плавку металлизованного сырья в дуговой электропечи, отличающийся тем, что необходимую температуру в газификаторе поддерживают путем дополнительного электрического нагрева, причем до 70% подводимой энергии составляет подвод электроэнергии.
Процесс газификации для получения восстановительного газа для целей металлизации сырья осуществляется в газификаторе, работающем таким образом на двух источниках энергии – электрической и энергии угля. При этом затраты энергии на нагрев и плавление исходных материалов газификатора, работающего с использованием жидкой барботирующей, шлаковой ванны или с коксовой насадкой, компенсируются с использованием электрической энергии, а углесодержащие материалы используются лишь для получения восстановительного газа и восстановления исходных рудных материалов. Расчеты показывают, что в тепловом балансе газификатора горячих восстановительных газов, работающем в смешанном режиме, до 70% подводимой энергии отводится на нагрев и плавление исходных материалов (рудный концентрат, уголь, флюсы) и переходит в теплосодержание, а остальная часть энергии расходуется на получение восстановительных газов и восстановление металла из рудных материалов (эндотермические реакции). Таким образом, до 70% подводимой энергии может быть заменено на электрическую энергию. При этом расход угля (кокса) сокращается до 70%, и, соответственно, уменьшается содержание серы и фосфора в восстановительном газе и чугуне.
В частности, при содержании пентаоксида фосфора Р2О5 в угле 0,1% его содержание в металле без использования электроэнергии составляет в среднем 0,05-0,1%, а с использованием электрической энергии в количестве 70% по теплу содержание фосфора в металле снизится на 70% и составит примерно 0,015-0,03%.
Это позволяет при дальнейшем поступлении металлизированного сырья (концентрат, окатыши) и чугуна в дуговую электропечь для получения легированной стали (сплава) без осложнений проводить окислительный и восстановительный период плавки, так как перевод фосфора в восстановительный период из шлака в металл будет небольшим – до 70% меньшим, чем при применении в качестве источника энергии в газификаторе только угля. При предлагаемом способе отпадает необходимость в получении дополнительной теплоты за счет частичного дожигания восстановительных газов над шлаковой ванной.
Применение электрической энергии в газификаторе позволяет, таким образом, отказаться от использования дожигания оксида углерода. При этом на 20% возрастает восстановительный потенциал восстановительных газов, что приводит к ускорению процесса металлизации и увеличению степени металлизации в шахтной печи. Это в свою очередь приводит к снижению длительности плавления в электропечи и увеличению производительности процесса. Кроме того, требуемый расход кислорода сокращается на 40-50%.
Этот способ реализуется с помощью устройства, представленного на чертеже, где ГВГ – горячий восстановительный газ; ВГ – восстановительный газ; ЭГ – экспортный газ; р – степень рекуперации.
Устройство включает электроугольный газификатор горячих восстановительных газов 1, печь для металлизации железорудного сырья (окатыши, концентрат) 2, дуговую электропечь 3, электронагревательное устройство и электроды газификатора 4, фурмы для подачи окислителя (обогащенное кислородом дутье) 5, устройство загрузки рудных материалов и угля 6, патрубок для горячих восстановительных газов 7, рекуператор второй ступени для подогрева окислителя 8, рекуператор для подогрева окислителя первой ступени 9, устройство загрузки окисленного рудного сырья в печь металлизации 10, устройство ввода восстановительных газов в печь металлизации 11, устройство выгрузки металлизированного сырья 12, электроды дуговой электропечи 13, устройство заливки чугуна в электропечь 14, устройство подачи металлизированного сырья в электропечь 15, устройство подачи металлического лома в электропечь 16, топливно-кислородные горелки 17, трубопровод отвода колошникового газа из печи металлизации – экспортного газа 18, охладитель ГВГ и очистку его от пыли 19, очистку колошникового газа от пыли 20, устройства выпуска чугуна 21 из газификатора.
Устройство работает следующим образом.
В газификатор подаются через устройство загрузки рудные материалы, содержащие легирующий элемент, и уголь. Через фурмы в газификатор подается окислитель (обогащенный кислородом воздух). Образующиеся горячие восстановительные газы подаются через патрубок в рекуператор второй ступени нагрева, в этот же рекуператор поступает и нагретый в рекуператоре первой ступени окислитель. Охлажденный в рекуператоре восстановительный газ поступает через устройство ввода восстановительных газов в печь металлизации. Через устройство загрузки рудного сырья в печь металлизации поступает окислительное рудное сырье (окатыши), содержащее легирующий элемент. Металлизированное рудное сырье подается через устройство подачи металлизированного рудного сырья в электропечь. Через устройства заливки чугуна и подачи металлического лома в электропечь подается также жидкий чугун и лом. Через топливно-кислородные горелки в электропечь подаем дополнительное к электрической энергии тепло. При этом может использоваться и колошниковый экспортный газ печи металлизации. Остальная часть колошникового газа является экспортной и отводится по трубопроводу. В устройстве охлаждения и очистки горячих восстановительных газов проводится частичное охлаждение и очистка ГВГ от пыли, а в устройстве очистки колошникового газа проводится очистка колошникового газа шахтной печи от пыли. Из газификатора получаемый полупродукт (чугун) отводится через устройство выпуска чугуна.
Использование данного способа позволяет уменьшить до 70% поступление серы и фосфора из угля в чугун и, соответственно, снизить содержание фосфора и серы в легируемой стали, что улучшает ее эксплуатационные свойства и снижает эксплуатационные расходы на производство стали. При этом уменьшается расход кислорода, восстановительный газ газификатора имеет больший восстановительный потенциал, что ускоряет процесс металлизации железорудного сырья и увеличивает степень металлизации. При этом также снижается расход электроэнергии в дуговой электропечи и увеличивается ее производительность. Кроме того, снижается содержание серы в отходящих газах шахтной печи металлизации.
Пример 1. По предлагаемому способу газификатор имеет размеры:
Размеры горизонтального сечения на уровне нижних фурм:
Площадь, м2 |
28 |
Длина, м |
11 |
Ширина, м |
2,5 |
Высота:
Рабочего пространства от подины до свода, м |
6,0 |
От подины до нижних фурм, м |
1,5 |
От подины до отверстий для электродов, м |
4,0 |
На выходе газификатора производится чугун. Соответственно, из расчета на 1 т чугуна на выходе газификатора загружается 2,16 т угля, 1682 кг руды, 11 кг извести, дутье нижних фурм 2049 кг. Необходимое тепло для нагрева и плавления исходных материалов (рудный концентрат, уголь, флюсы) обеспечивается электрическим нагревом. Энергия, расходуемая на получение восстановительных газов и восстановление металла из рудных материалов (эндотермические реакции), обеспечивается дожиганием угля. Мощность трансформатора составляет 50-140 МВ·А, сила тока составляет 30-80 кА. Число электродов три.
Таким образом на выходе газификатора получается: 1 т чугуна, 4760 м3/ч ГВГ, 494 кг шлака, 115 кг пыли. За счет электрического нагрева восстановительный потенциал восстановительных газов увеличивается на 25%.
Состав ГВГ: СО – 65%; Н2 – 23%; N2 – 12%; СО2 – 0%; Н2О – 0%.
Используемая литература
1. Лисиенко В.Г., Роменец В.А., Пареньков А.Е. и др. Способ бескоксовой переработки ванадийсодержащего рудного сырья с получением легированной ванадием стали. Патент РФ №2167944, Приоритет от 11.08.1998 г., Бюл. №15, 27.05.2001.
2. Пареньков А.Е., Лисиенко В.Г., Чистов В.П., Юсфин Ю.С. и др. Способ переработки никельсодержащего железорудного сырья. Патент РФ №2217505, Приоритет от 22.03.2002 г., Бюл. №33, 27.11.2003.
3. Лисиенко В.Г., Файншмидт Е.М., Дружинина О.Г. Конструкционная сталь. Патент РФ №2217519, Приоритет от 6.06.2001 г., Бюл. №33, 22.11.2003.
Формула изобретения
Способ бескоксовой переработки рудного сырья с получением легированной ванадием стали, включающий получение в газификаторе чугуна и горячих восстановительных газов с температурой 850-1050°С путем газификации угля, загрузку сырья и подачу горячих восстановительных газов в шахтную печь для металлизации, металлизацию и последующую плавку металлизованного сырья в дуговой электропечи, отличающийся тем, что необходимую температуру в газификаторе поддерживают путем дополнительного электрического нагрева, причем до 70% подводимой энергии составляет подвод электроэнергии.
РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 14.04.2008
Извещение опубликовано: 27.12.2009 БИ: 36/2009
|
|