Шахтная печь

Шахтная печь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к черной металлургии , а именно к получению в шахтной печи горячих восстановительных газов (ГВГ). Фазы в нем и расширение топливной базы путем использования твердого топлива с низкими физическими свойствами. 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 пережима расположена выше середины распара по расстоянию h tg 6(D - d) ± hp/2, где в - угол естественного откоса шихтовых материалов; D - диаметр распара; d - 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 B 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4 4

C)

Сл)

0с, Э (21) 4757454/02 (22) 26.07.89 (46) 23,10.92. Бюл. М 39 (71) Институт черной металлургии, Всесоюзный теплотехнический институт им.

Ф.Э.Дзержинского (72) И,Г.Товаровский, С.И.Сучков, B.È.Áàбий, Е.Н.Тихомиров, А.А.Третя к, Ю.А. П риходько, И.И.Солодкий, С.В.Ипатов и

А.П. Пухов (56) Патент СССР N 1001863, кл. С 21 В 13/02, 17,11,77, (54) ШАХТНАЯ ПЕЧЬ (57) Изобретение относится к черной металлургии, а именно к получению в шахтной печи горячих восстановительных газов (ГВГ), Фазы в нем и расширение топливной базы путем использования твердого топлиИзобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, а именно к получению в шахтной печи горячих восстановительных газов (ГВГ), Известна шахтная печь, включающая колошник, шахту, распар, заплечики, горн, устройства подачи комбинированного дутья и отбора восстановительного газа на колошнике .

Недостатки известной шахтной печи заключаются в том, что она не предусматривает использование твердого топлива с низкими термомеханическими свойствами, а восстановительный газ, отбираемый на колошнике, имеет низкую температуру и высокое содержание окислителей, „„5U„„1770362 Al ва с низкими физическими свойствами. 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 пере>кима расположена выше середины распара по расстоянию h = тц 0(0 — cl) ": hp/2, где Π— угол естественного откоса шихтовых материалов; D — диаметр распара; d — диаметр нижней части кольцевого пережима; hp— высота распара. Цель достигается снижением скорости истечения газа в газоотводящие патрубки и уменьшением давления столба шихты на шихтовые материалы ниже пережима. 2 ил.

В качестве прототипа взята шахтная печь, включающая шахту, распар, заплечики, устройства подачи комбинированного дутья и кольцевой пережим сечения печи для отбора ГВГ, выполненный в виде усеченного конуса с обращенным seepx большим основанием и углом конусной поверхности к горизонту, соответствующим углу естественно о откоса материалов, Недостатками известной шахтной печи является то. что: — конструкция и расположение кольцевого пережима, предназначенного для ГВГ, не позволяет снизить давление вышележащих слоев ш ихты на нижележащие (диаметр нижней части кольцевого пережима равен

1770362 диаметру шахты), а также подать шихтовые материалы в самую широкую часть шахтной печи; — нижняя часть кольцевого пережима выполнена без перехода конусной части s 5 цилиндрическую. Указанные недостатки ограничивают возможность использования топлив с низкими термомеханическиMè свойствами и снижения содержания в составе ГВГ твердой фазы и окислителей. 10

Целью 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- 25 верхности к горизонту, соответствующим углу естественного откоса материалов, ни>княя часть кольцевого пере>кима выполнена с переходом конуса в цилиндр и расположена на расстоянии от горизонтальной пло- 30 скости середины высоты распара:

35 где Π— угол естественного откоса материалов;

D — диаметр распара; б — диаметр ни>кней части кольцевого пе режима: 40

ht> — высота распара.

Сравнительный анализ известных технических решений и заявляемого не выявил сходных признаков, следовательно, заявляемое техническое решение обладает новиз- 45 ной и существенными отличиями от известных.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематически представлена шахтная печь с кольцевым пере>кимом в виде 50 конусной перегородки.

Шахтная печь включает шахту 1, распар

2, заплечики 3, горн 4, кольцевую перегородку 5, выполненную в виде усеченного конуса с обращенным вверх большим осно- 55 ванием и углом конусной поверхности к горизонту, соответствующим углу естественного откоса материалов, каналы для отбора ГВГ из шахты печи б, 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 затем в нижнюю часть шахтной печи расходящимся под углом естественного откоса потоком через нижнюю часть кольцевого пережима.

Комбинированное дутье подают в горн, где оно, взаимодействуя с углородсодержащими материалами, образует фурменный гаэ, который распределяется следующим образом. Часть газа идет через нижнюю часть кольцевого пере>кима на подготовку шихтовых материалов и отводится из шахтной печи через колошник, Вторая часть газа отбирается из кольцевой полосы, образованной поверхностями кольцевого пережима и стенки печи. Со стороны печи полость ограничивается поверхностью ссыпающихся шихтовых материалов.

Использование предлагаемой шахтной печи позволяет, по сравнению с прототипом, снизить содержание окислителей в

ГВГ, По результатам зондирования доменной печи на уровне распара и низа шахты содержание окислителей в газе составляет

4,5% (3% СО> и 1,5% Н>О) и ""6,5% (5%

COg и 1,5% ¹0) при температуре газа

1250 С и 1000 С соответственно. Высокое содержание окислителей обусловлено прохождением реакций непрямого восстановления, скорость которых выше скорости реакции СОг+ С = 2СО при этих температурах, Для снижения содержания окислителей в газе необходимо, чтобы температура газа и шихтовых материалов была более высокой, Так при температуре газа 1400 С содер>кание СОг составляет 1%, а НгО -1—

1.,5% .

Применение предлагаемой шахтной печи позволяет снизить давление столба шихтовых материалов на нижеле>кащие слои и тем самым уменьшить разрушение топлива. что позволит поддерживать более высокую температуру при высокой гаэопроницаемости в слое и предотвратит каналообразование ("прорыв" окислительных газов из фурменной зоны), позволит также расширить сырьевую топливную базу путем использования твердого топлива с низкими термомеханическими свойствами, Кроме того, использование предлагаемого изобретения позволяет снизить вынос твердой фазы в составе ГВГ за счет снижения скорости газа, Поданным исследований количество уноса твердой фазы в составе

ГВГ обратно пропорционально поверхно17 70362 сти 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 Π— угол естественного откоса шихтовых материалов;

D — диаметр распара;

d — диаметр нижней части кольцевого пере>кима;

hp — высота распара, а каналы устройства для отбора ГВГ размещены под кольцевым пере>кимом 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 слу>кить только для производства ГВГ, предназначенного, например, для вдувания в другие доменные печи с целью экономии кокса. По экспериментальным исследова50

45 ниям ВТИ удовлетворительное качество газа-восстановителя, характеризующееся содержанием С02 в нем — 1 — 3%, обеспечивается уже при величине 0,018 (Нс=

= 1 м, P = 0,4 МПа, ц р = 22 М Вт/м ) комплекса

Нс Р (где Н вЂ” высота слоя топлива, м; P

QF — давление процесса, МПа; qF — теплонапряжение сечения реактора по потенциальному теплу топлива, МВт),от которого прямо пропорционально зависит степень завершенности химико-физических процессов газификации топлива, B данном техническом решении величина этого комплекса будет в несколько раз больше, т.к. величины, входящие в комплекс, для доменных печей составят: Hc > 3,5 м, P = 0,2 — 0,4 МПа, qF <12

МВт/м . Заметим также, что температурный уровень в слое шихты в доменном производстве составляет более высокие значения, чем в опорных опытах ВТИ (температура в зоне горения — около 2000 С, а на выходе из зоны газификации — 1000—

1200 С, в то время как в опытах ВТИ эти температуры составляли соответственно

1700 — 1800 С и 800 — 850 С). Этим обеспечивается большой резерв по степени завершенности химико-физических процессов в слое шихты и качеству ГВГ в заявленной шахтной печи по сравнению с опорными опытами ВТИ.

Применение заявляемой шахтной печи позволяет эффективнее использовать получаемый ГВГ при вдувании его в доменные печи с целью замены кокса. Снижение содержания окислителя в газе с 5% (по данным зондирования доменной печи на горизонтах низа и распара) до 3% (коэффициент замены кокса растет в среднем на 0,1 кг/м ГВГ на каждые 10% уменьшения содержания окислителя ) позволяет сэкономить кокса, при вдувании 1000 м /т чугуна в з доменную печь с производством 1 млн. т чугуна в год, в количестве

1 1000 „ = 20 млн . т/год, 2.0,1

При стоимости кокса 60 руб/т экономический эффект составит;

20 млн, т/год 60 руб, /т =

= 1200 млн. руб. /год .

Применение твердого топлива с низкими термомеханическими свойствами (низкопрочный кокс из плохоспекающихся углей, не ко к сующийся н из коп роч н ый угол ь.

1770362 ц О (Π— б> - П

2 например тощий) позволяет заменить более прочный, например антрацит. Например, при производительности 15 т/ч (для процесса Лурги ), замена антрацита менее прочным тощим рядовым углем даст зкономию

128,5 млн, т/год (20 — 10) =

=- 1285 мл н. ру б, / год. где 20 и 10 — цена 1 т антрацита и тощего рядового 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 расширения сырьевой топливной базы путем обеспечения использования твердого топлива с низкими термомеханическими свойствами, нижняя часть кольцевого пережима выпол10 нена с переходом конуса в цилиндр и расположена на расстоянии от горизонтальной плоскости середины высоты рэспара, определяемом по зависимости где 0 — угол естественного откоса шихтовых материалов;

20 D — диаметр распара:

d — диаметр нижней части кольцевого иере>кима;

hp — высота распара.

Составитель N .ToâàðîBñêèé

Техред M.MîðãåíTàë Корректор П.Гереши

Редактор Т.Шагова

Производственно-издательский ко, Винят "Патент", г. Ужгород, ул.i агарина, 0

Г, 1 "1

Заказ 3713 Тира>к Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва. >i<-35, Раушская наб,. 4/5