Способ эксплуатации вертикальной печи

Способ эксплуатации вертикальной печи

Реферат

 

Сущность: способ эксплуатации вертикальной печи включает загрузку в печь железного сырья, имеющего низкую степень металлизации и поэтому требующего восстановления, железного сырья, имеющего высокую степень металлизации и поэтому не требующего ничего, кроме плавления, и твердого топлива, и продувку печи через фурму содержащим кислород газом при нормальной или повышенной температуре вплоть до 600^oС для восстановления и плавления железного сырья. Определяют оптимальную величину _CO (степень использования газа) по средней степени металлизации железного сырья и работу вертикальной печи контролируют так, чтобы отходящий из печи газ имел оптимальную величину _CO. Контроль выполняют посредством регулирования высоты загрузки, высоты коксового слоя, объема дутья, диаметра фурмы и положения выдвижения фурмы, используя многоступенчатые фурмы и раздельную загрузку в радиальном направлении. Таким образом восстановление и плавление железного сырья может выполняться эффективно при низком расходе топлива. 3 с. и 15 з.п.ф-лы, 1 табл, 19 ил.

Изобретение относится к способу загрузки свежего топлива в вертикальную печь, в которой, независимо от свойств твердого топлива, может осуществляться непрерывная выплавка чушкового чугуна с высокой эффективностью и при низком расходе материала и топлива за счет использования в качестве сырья порошка, содержащего железо, и/или железных скрапов, и/или восстановленного железа, имеющего малое содержание примесей, а также к способу эксплуатации вертикальной печи.

К настоящему времени разработаны различные способы производства чушкового чугуна из невосстановленной руды, и сейчас в основном используют доменный процесс. В соответствии с этим доменным процессом загружаемое через верх печи исходное сырье достаточно хорошо подогревается посредством подаваемого снизу вверх нагретого до высокой температуры газа по мере опускания исходного сырья, и происходит непрямое восстановление оксида железа окисью углерода (CO) до степени по меньшей мере 60%. Для получения такой степени непрямого восстановления в доменном процессе пространство зоны циркуляции расположено перед фурмой, а выход восстановительного газа _CO(=CO₂/(CO+CO₂)) = 0. Для подъема температуры газообразных продуктов горения, служащих в качестве описанного выше высокотемпературного газа, температуру дутья устанавливают не ниже, чем 1000^oC.

В плавильной печи, в которой используется такое сырье, как содержащей железо порошок и/или железный скрап в качестве исходного материала, снижается таким образом потребность в производстве восстановительного газа в фурменной части печи. Поэтому предполагается эффективно использовать сжигание кокса перед фурмой в качестве средства обеспечения источника тепла для нагрева загружаемого материала, плавящего железное сырье.

Например, в случае использования ваграночного способа, который предназначен, главным образом, для плавления такого железного сырья, как железный скрап, литейный скрап, чушковой чугун и т.п., но не требует процесса восстановления, исходное сырье и топливо обычно загружаются в виде смеси, и плавление железного сырья, как правило, выполняется при условии _CO (степень использования газа) = 40 - 50%. Для получения такой газовой композиции в ваграночном способе используют литейный кокс, который имеет размер кусков от 100 до 150 мм и предотвращает потери при реакции растворения после сгорания кокса. Из-за большого диаметра кокс для литья является дорогим, поэтому считают, что эффективно использовать кокс, имеющий частицы меньшего диаметра, чтобы снизить стоимость топлива. Однако в этом случае уровень потерь при реакции растворения как эндотермической реакции возрастает, и степень использования _CO газа из кокса падает, за счет чего калорийность плавления падает, и на практике становится трудно поддерживать стабильность процесса.

С другой стороны, существует не так уж много примеров использования вертикальной печи, в которой применяется способная к самовосстановлению крупнокусковая руда и железный скрап в качестве основного исходного сырья, и требуется реакция восстановления вплоть до плавления. В отличие от доменной печи в такой вертикальной печи отсутствует зона циркуляции, и процесс осуществляется при установке температуры дутья не выше 600^oC.

Goksel с соавторами (Transactions of American Foundrymen's Society. Vol. 85, AFS Des Plaines, III, (1977), pp. 327 - 332) сообщают об эксперименте с горячей вагранкой, в которой используется 5 вес.% C-содержащих окатышей при температуре дутья 450^oC, однако, отсутствуют более ранние публикации в данной области техники, которые имеют отношение к эксплуатации вагранки при нормальной температуре дутья или эксплуатации вертикальной печи, когда используются C-содержащие окатыши в больших количествах.

В публикации по неутвержденному патенту Японии (Kokai) N 1-501401 описана установка, состоящая из доменной печи, имеющей первичную фурму, вторичную фурму и подину, диаметр которой больше, чем у доменной печи. В соответствии с такой конструкцией печи через ее верх загружается только железное сырье, а топливо добавляется непосредственно в топливный слой, находящийся на стыке между доменной печью и подиной. Таким образом, поскольку внутри доменной печи находится слой руды, потерь топлива, связанных с реакцией растворения, не происходит, и можно ожидать достижения высокой эффективности процесса при составе отходящего газа, имеющего высокую величину CO₂/(CO + CO₂). В этой печи способная самовосстанавливаться руда как основное сырье вступает в реакцию с коксом внутри коксового слоя на подине, и восстановление при плавлении происходит как экзотермическая реакция. Однако, поскольку в зоне вторичной фурмы происходит эндотермическая реакция, выражаемая следующей ниже формулой (2), это тепло используется для подогрева, нагрева или плавления железного сырья, и предполагается возможность получения чушкового железа: CO + 1/2 O₂ ---> CO₂ + 67590 ккал/кмоль CO ...(2) Поскольку топливо не загружают через верх доменной печи, а загружается только руда, то кокс внутри коксового слоя расходуется нежелательным образом за счет науглероживания железа в ходе процесса, если непрерывный процесс осуществляется в течение длительного времени. Как ясно из диаграммы равновесия Fe-C-O, восстановление газом из FeO до Fe происходит нелегко даже в способной самовосстанавливаться руде, содержащей C, если состав газа имеет высокую степень окисления _CO 30%, а температура составляет не ниже 1000^oC. Вследствие этого становится неизбежным восстановление при плавлении в нижней части печи, а увеличение количества потребляемого кокса, снижение нагрева печи или увеличение давления дутья вследствие увеличения количества расплавленной жидкости требует дальнейшей разработки. Кроме того, когда руда, будучи размягченной и оплавленной в высокотемпературной зоне, приходит в контакт со стенкой печи, происходит налипание, что приводит к так называемому "наслоению".

Помимо описанных выше проблем, в связи с усложнением формы печи, возникает проблема охлаждения корпуса печи по мере образования наслоений. Таким образом, в печи с большими наслоениями возникают трудности с оборудованием.

С другой стороны, упомянутая выше публикация по неутвержденному патенту Японии (Kokai) No1-501401 не вносит ясности относительно взаимосвязи между положением добавки, когда топливо добавляется на участке стыка между доменной печью и подиной и первичной фурмой. Первичная фурма расположена, как показано, между соседними местами добавления топлива.

Если, как описано выше, первичная фурма находится в среднем положении между соседними местами добавления топлива в печи, имеющей средний диаметр D 1,00 м, то добавление топлива, сжигаемого перед участком первичной фурмы, становится эффективным при осуществлении загрузки непосредственно выше него. Поэтому в таком случае руда, опускающаяся из верхней части печи, замещает сгоревший кокс и препятствует постепенному опусканию добавляемого топлива, что увеличивает вероятность остановки процесса работы.

Исходя из предшествующего уровня техники, использование кокса чрезмерно большого диаметра в процессе плавления железного сырья в печах является неизбежным. В противоположность этому, в публикации по неутвержденному патенту Японии (Kokai) No1-501401 предложена плавильная печь, имеющая сложную конструкцию печного корпуса, и технология, направленная на достижение высокой степени _CO использования газа и на снижение расхода топлива при использовании кокса небольшого диаметра и большого количества способной самовосстанавливаться крупнокусковой руды. Однако, возможность возникновения проблем, связанных с так называемым "наслоением" внутри печи и расходом коксового слоя в нижней части печи, еще не нашла решения, и эти проблемы препятствуют стабильной работе печи в течение продолжительного времени. Кроме того еще остается проблема внедрения при увеличении масштаба.

Когда за основу принимается использование большого количества мелкокускового твердого топлива, исходя из предшествующего уровня техники, когда в процессе плавления используют способную самовосстанавливаться крупнокусковую руду, железный скрап и так далее, предполагается, что длительная стабильная работа, ориентированная на низкий расход топлива, будет сопряжена с трудностями.

Технической проблемой настоящего изобретения является получение возможности эффективно осуществлять работу печи на твердом топливе без снижения степени использования _CO газа и при устранении так называемого "наслоения", даже когда используется твердое топливо, имеющее более мелкий размер частиц, чем у использующегося литейного кокса.

В способе эксплуатации, по которому в вертикальную печь загружают по меньшей мере один вид железного сырья, выбранный из тех видов, которые не требуют процесса восстановления, таких как крупнокусковая руда с примесью порошка, способная к самовосстановлению крупнокусковая руда (C-содержащая крупнокусковая руда), восстановленное железо, имеющее низкую степень металлизации (содержащее восстановленный железный порошок), и т.д., и тех, которые требуют только выполнения процесса плавления, таких как HBI, DRI, железный скрап, бой чушкового чугуна, оборотный скрап и т.д., и твердое топливо, и по которому осуществляют восстановление и плавление железного сырья посредством продувки содержащего кислород газа при температуре от нормальной до температуры не выше 600^oC из фурмы, предусмотренной в поверхности стенки вертикальной печи, при этом согласно настоящему изобретению можно использовать твердое топливо, имеющее малый размер частиц, регулировать _CO= = (CO₂/(CO + CO₂)), как показатель реакции и тепловой коэффициент полезного действия печи в соответствии с сортом железного сырья, и эффективно осуществлять восстановление и плавление железного сырья при низком расходе топлива.

Способ эксплуатации вертикальной печи согласно настоящему изобретению, по которому в вертикальную печь загружают по меньшей мере один вид железного сырья, выбранный из тех видов, которые требуют процесса восстановления, таких как крупнокусковая руда с примесью порошка, способная к самовосстановлению крупнокусковая руда (C-содержащая крупнокусковая руда), восстановленное железо, имеющее низкую степень металлизации (содержащее восстановленный железный порошок) и т.д., и тех, которые требуют только выполнения процесса плавления, таких как HBI (горячебрикетированное восстановленное железо), DRI (восстановленные посредством применения прямого восстановления), железный скрап, бой чушкового чугуна, оборотный скрап и т.д., и твердое топливо, сущность которого раскрыта здесь в следующих ниже пунктах.

В способе регулирования степени использования _CO газа внутри печи по настоящему изобретению предполагается использование следующих средств: регулировать высоту загрузки (уровень исходного сырья), состоящей из железного сырья и твердого топлива, внутри вертикальной печи; регулировать по меньшей мере одно из: высоту коксового слоя, величину продувки, диаметр фурмы и положение выступающей части фурмы в соответствии с размерами частиц твердого топлива; и использовать две или более ступени фурмы в направлении высоты печи и регулировать степень продувки для каждой фурмы, расположенной в направлении высоты в соответствии со средней степенью металлизации железного сырья.

В способе загрузки один цикл состоит из двух или более загрузок, при этом весовое отношение железное сырье/твердое топливо, и/или сорт железного сырья, и/или размер частиц твердого топлива изменяются для каждой загрузки в каждом цикле, а одинаковая загрузка повторяется в элементах цикла для того, чтобы отрегулировать величину _CO до более стабильного значения степени восстановления/плавления описанного выше железного сырья.

Когда железное сырье и твердое топливо загружаются в печь через ее верхнюю часть, то железное сырье, имеющее высокую степень металлизации, смешивают с твердым топливом и загружают в центральную часть вертикальной печи, тогда как железное сырье, имеющее низкую степень металлизации, смешивают с твердым топливом и загружают в периферийную часть вертикальной печи. В этом примере высоту коксового слоя в нижней части вертикальной печи регулируют до предварительно определенной высоты в соответствии с размером частиц твердого топлива, включающего кокс, которое должно загружаться в вертикальную печь, и в условиях продувки через фурму.

Кроме того, размер кусков твердого топлива, загружаемого по периферийной части вертикальной печи, ограничивается до размера не более 60 мм, тогда как установлено, что размер кусков твердого топлива, подлежащего загрузке в центральную часть печи, должен быть больше, чем размер кусков топлива, подлежащего загрузке по периферийной части, предпочтительно, по меньшей мере 60 мм. Помимо этого, когда твердое топливо и железное сырье смешиваются и загружаются в центральную часть вертикальной печи, весовое отношение C, содержащегося в твердом топливе, к Fe, содержащемуся в железном сырье, ограничено до 0,01-0,05.

Помимо этого, высота загружаемого сырья, состоящего из железного сырья и твердого топлива, подлежащего загрузке в периферийную часть вертикальной печи, по отношению к центральной части печи (уровень сырья), при загрузке должна соответствовать степени металлизации железного сырья.

На фиг. 1(а) приведена схема, иллюстрирующая пример реакционной установки и загрузочного устройства, на фиг. 1(b) показана загрузка в центральную часть печи, а на фиг. 1(c) показана загрузка в периферийную часть печи.

На фиг. 2(а) показан способ загрузки сырья со степенью металлизации больше средней, на фиг. 2(b) показан способ загрузки со степенью металлизации меньше средней, а на фиг. 2(c) показана схема, поясняющая взаимосвязь центральной и периферийной части на фиг. 2(а).

На фиг. 3 приведен график, иллюстрирующий взаимосвязь средней степени металлизации железного сырья и уровня _CO, при которых может быть выполнено восстановление и плавление железного сырья без возникновения проблем.

На фиг. 4(а) приведен график, показывающий зависимость между высотой коксового слоя и _CO, когда изменяется размер кусков кокса, при скорости газового потока в печи 0,35 N м/сек, на фиг. 4(b) показана аналогичная зависимость при размере кусков кокса 30 мм, на фиг. 4(c) показана аналогичная зависимость при переменной скорости газового потока в печи.

На фиг. 5 приведен график, иллюстрирующий взаимосвязь между уровнем сырья и _CO, На фиг. 6(а) показан график, иллюстрирующий зависимость между температурой печи и _CO, когда содержащий железо порошок (способная самовосстанавливаться крупнокусковая руда) смешивается с коксом, на фиг. 6(b) показан график зависимости между температурой в печи и степенью восстановления в зависимости от наличия/отсутствия кокса в смеси.

На фиг. 7(a)-(d) приведены данные, иллюстрирующие типичные примеры способа загрузки.

На фиг. 8 приведен пример данных по эксплуатации.

На фиг. 9 приведен другой пример данных по эксплуатации.

Предпочтительный вариант изобретения Сначала будет представлено устройство и способ его эксплуатации по настоящему изобретению.

Реакционная установка по настоящему изобретению показана на фиг. 1(а)-1(с). На фиг. 1(b) и 1(с) показана верхняя часть загрузочного устройства, приведенного на фиг. 1(а). Загрузочное устройство состоит из ковша 1, конуса 2, подвижного дозатора 3 и загрузочной направляющей 4, выпускная газовая труба 6 находится в верхней части корпуса печи 5, а в нижней части находится фурма 7. Загрузка сырья может осуществляться раздельно в центральной части 9 и периферийной части 8. Кроме того в нижней части может быть образован коксовый слой 10 с возможностью регулирования при этом его высоты.

Реакционная установка имеет фурмы по меньшей мере на двух ступенях в направлении высоты, а в верхней части печи предусмотрено загрузочное устройство, которое способно обеспечить раздельную загрузку в радиальном направлении (см. фиг. 1). Дутье осуществляется при нормальной температуре или при высокой температуре, но не выше 600^oC, а что касается диаметра фурмы, то он устанавливается таким, чтобы не вызывать избыточного дутья с учетом обогащения кислородом. Выступающее положение вторичной фурмы изменяют в соответствии с загружаемыми сырьевыми материалами.

Сырьевые материалы представляют собой главным образом те виды железного сырья, которые имеют высокую степень металлизации, такие как железный скрап, чушковой чугун, литейный скрап, горячебрикетированное железо (HBI), восстановленное железо DRI и т.д., и те виды, которые имеют низкую степень металлизации, такие как крупнокусковая руда с примесью порошка, способная самовосстанавливаться крупнокусковая руда, частично окислившаяся восстановленная крупнокусковая руда, порошкообразная руда и т.п., а топливо представляет собой в основном твердое топливо, такое как кокс, бездымный кокс и так далее.

В качестве способа загрузки используют обычный способ загрузки, когда кокс загружают так, чтобы образовался коксовый слой, а затем загружают топливное сырье либо полностью, либо в виде смеси, или послойно, и новый способ загрузки, по которому топливное сырье загружают раздельно в радиальном направлении.

На фиг. 2(а) показана загрузка, при которой в центральной части 16а осуществляют плавление только сортового железного сырья, кокс с порошковыми сортами находятся в периферийной части 17а, а уровни коксового слоя 10 составляют 13а в центральной части 16 и 14а в периферийной части. На фиг. 2(b) показана загрузка, при которой кокс, железное сырье и порошок находятся в центральной части 16, кокс с порошковыми сортами находятся в периферийной части 17b, а уровни коксового слоя 10 составляют 13b в центральной части и 14b в периферийной части. На этих фигурах такие газы, как кислород, подаются через первичную фурму 11 и вторичную фурму 11, в печи образуется поток газа 15, и происходит восстановление/плавление сырья.

На фиг. 2(с) показана взаимосвязь между степенью использования газа _CO внутри печи и расстоянием от первичной фурмы в центральной части и периферийной части на фиг. 2(а).

Новый способ загрузки можно вообще-то разделить на способ, который направлен на эксплуатацию, имеющую высокую эффективность реакции, и способ, направленный на использование больших количеств мелкодисперсного железного сырья. По первому способу загружаемые сырьевые материалы разделяют в соответствии со средней степенью металлизации, определяемой по среднеарифметической степени металлизации каждого из загружаемых сырьевых материалов, и загрузка сырьевых материалов, имеющих высокую степень металлизации, осуществляется в центральной части, а сырьевых материалов, имеющих низкую степень металлизации - в периферийной части в виде их смеси с мелкодисперсным коксом с тем, чтобы получить высокую эффективность реакции. Этот метод изображен на фиг. 2(а) и 2(b). По другому способу смешивают мелкие гранулы (5 мм) железного сырья с мелкими гранулами твердого топлива, и эти смеси загружают по периферийной части, а железное сырье, имеющее крупный размер частиц, загружают в центральную часть с тем, чтобы обеспечить использование больших количеств мелкодисперсного железного сырья в условиях стабилизированного потока газа.

Процесс работы реакционной печи контролируется посредством регулирования высоты коксового слоя и положения уровня сырья и использованием способа раздельной загрузки и изменением выступающего положения вторичной фурмы в соответствии с используемым сортом сырьевого материала и топлива. Оптимальная высота коксового слоя изменяется в зависимости от того, направлен ли процесс работы главным образом на плавление железного сырья или на восстановление железного сырья, а верхнее положение коксового слоя устанавливается на уровне, соответствующем _CO фурмы. К тому же внутри коксового слоя происходит реакция горения кокса и потери при реакции растворения после сгорания, и скорости обеих реакций регулируют посредством размера частиц твердого топлива, скорости газового потока и температуры дутья.

Положение уровня сырья связано со скоростью роста температуры топливного сырья и особенно влияет на уровень потерь при реакции растворения твердого топлива. Таким образом, положение уровня сырья используется как средство контроля для недопущения снижения эффективности реакции. Что касается способа раздельной загрузки в радиальном направлении, то внутреннее пространство реакционной установки разделено на участок, в котором степень металлизации высокая, и участок, в котором она низкая. Первый используется для процесса, предназначенного главным образом для плавления и достижения верхнего предела степени использования газа _CO как цели. Второй участок предназначен в основном для восстановления. В целом, может быть достигнута более высокая эффективность процесса работы посредством регулирования степени использования газа, необходимой для восстановления в соответствии со средней степенью металлизации сырьевых материалов и с содержанием C. Вторичная фурма эффективно используется для участка, где имеет место высокая степень металлизации, и основным процессом является плавление, цель состоит в достижении верхнего предела степени вторичного сгорания при дутье из вторичной фурмы. Если участок, в котором основным является плавление, находится ближе к центральной части при способе раздельной загрузки в радиальном направлении, можно получить более высокий эффект посредством установления выдвинутого положения вторичной фурмы на границу между центром и периферией печи.

Далее последует описание способа регулирования степени использования газа _CO. Пример способа регулирования _CO по настоящему изобретению включает следующие ниже этапы. Будет пояснена сущность регулирования по настоящему изобретению потока в печи. Данный способ регулирования может быть обобщен в приведенных ниже этапах (1) - (5): (1) Средняя степень металлизации (средняя M.Fe/T.Fe) определяется из количества компонентов и смесей (использованные количества) загружаемого железного сырья.

Когда стремятся к более эффективному процессу работы, то выполняют раздельную загрузку в радиальном направлении, и при использовании этого способа средняя степень металлизации определяется по железному сырью, загружаемому в центральную и периферийную части, соответственно.

(2) Диапазон подходящего для процесса работы уровня _CO определяется из средней степени металлизации (среднее M.Fe/T.Fe) данного загружаемого железного сырья и от содержания C в железном сырье, в соответствии с формулой (1) (фиг. 3); в случае способа раздельной загрузки подходящая _CO определяется в центральной и периферийной частях, соответственно, 1,5 C% _CO - 0,7 (среднее M.Fe/T.Fe) 3,0 C% (1) где C - содержание C в железном сырье, 0% C% 20%, _CO - степень использования газа (%), (среднее M.Fe/T.Fe) - средняя степень металлизации (%), степень металлизации - количество металлического железа в железном сырье (М.Ее)/полное количество железа в железном сырье (T/Fe).

средняя степень металлизации - степень металлизации, полученная по среднеарифметическому значению для нескольких сортов железного сырья.

(3) Поскольку средняя скорость течения газа (N м/сек) внутри печи определяется условиями процесса работы (критерием количества выпущенного металла) плавильной печи, то высота коксового слоя от первичной фурмы определяется в соответствии с размером частиц использованного твердого топлива, из данных, приведенных на фиг. 4.

В случае использования способа раздельной загрузки приемлемая высота определяется в центральной и периферийной частях, соответственно.

(4) Что касается уровня сырья, то уровень сырья H (м) (высота поверхности загруженного сырья от первичной фурмы), соответствующий _CO у фурмы, определяют и устанавливают в соответствии с формулой (3) (фиг. 5).

Аппроксимирующее уравнение (3) представляет собой линейную аппроксимацию методом наименьших квадратов и предположительно изменяется до некоторых пределов в зависимости от сорта железного сырья и от степени металлизации. Тем не менее, уровень сырья H (м) устанавливается на основе _CO фурмы.

H = -0,02775 _CO +4,755 (3) В случае использования способа раздельной загрузки уровень сырья определяют в центральной и периферийной частях, соответственно.

(5) Что касается топливного соотношения, то уровень топливного соотношения (кг/т) может быть определен из равновесия тепло - материал, как только определено описанное выше _CO фурмы, в дополнение к излучению тепла корпусом печи (ккал/час) как характеристик печи, плановому количеству выпущенного из печи металла (т/день) и условиям процесса работы, включающих сорт железного сырья, количество и т.д. При определенных условиях процесс работы выполняется таким образом, чтобы поддерживать плановый уровень _CO посредством точного регулирования объема вторичного дутья и точной регулировки уровня сырья.

В случае использования способа раздельной загрузки топливное соотношение определяют и используют при загрузке в центральной и периферийной частях, соответственно.

Следует рассмотреть причину, по которой _CO внутри печи следует регулировать и контролировать в соответствии со средней степенью металлизации (M. Fe/T. Fe) железа, содержащегося в железном сырье, когда происходит восстановление и плавление железного сырья.

Функция восстановления не требуется в процессе плавления железного сырья, имеющего высокую степень металлизации, по меньшей мере 90%, такого как железный скрап, чушковой чугун, литейный скрап, HBI, восстановленное железо DRI и т. д. Таким образом, предпочтительными являются условия, при которых имеет место высокая степень _CO, так что задачей процесса работы является осуществление процесса при низком расходе топлива, и величина _CO > 80%.

С другой стороны, когда осуществляют восстановление и плавление железного сырья с низкой степенью металлизации, такого как крупнокусковая руда с примесью порошка, способная к самовосстановлению крупнокусковая руда, частично окисленное восстановленное железо, восстановленный железный порошок и т. д., то для стабилизации процесса работы и улучшения качества чушкового чугуна предпочтительно достигать восстановления посредством взаимодействия твердое сырье-газ для получения большого количества железа в твердом состоянии, а затем плавить его. Для осуществления этой цели требуется, например, как термодинамическое условие (на основании теории равновесия) для восстановления чистого вюстита (FeO) до железа выполнить условие по газу _CO < приблизительно 30% в температурном диапазоне по меньшей мере 1000^oC.

К видам железного сырья, требующим таких условий, относится вюстит (FeO), имеющий степень металлизации 0%, окалина, окатыши, крупнокусковые руды, используемые для загрузки в доменную печь, и т.д.

С другой стороны, подтверждается, что для случая C-содержащей крупнокусковой руды, такой как C-содержащая способная самовосстанавливаться крупнокусковая руда, используемая по настоящему изобретению, или C-содержащая крупнокусковая руда с примесью порошка, можно использовать, например, внутри крупнокусковой руды условие _CO < приблизительно 30%, благодаря присутствию C в крупнокусковой руде, и восстановление до металлического железа происходит даже при условии, когда газовая атмосфера снаружи крупнокусковой руды соответствует _CO > приблизительно 30%, и теоретически, исходя из принципа равновесия, восстановления FeO в железо не должно происходить.

Например, при использовании 50% самовосстанавливающейся крупнокусковой руды, содержащей 12% C и 50% железных скрапов, процесс работы происходит ровно, даже при газовом режиме в верхней части печи _CO около 50%, а это подтверждает, что этот режим приемлем для осуществления внутрипечного восстановления.

Как сказано выше, нельзя ожидать высокого _CO в условиях, когда используются большие количества порошков, имеющих низкую степень металлизации, как в случае, когда основным является процесс восстановления железного сырья, однако, можно принять во внимание, что процесс работы с высоким _CO возможен в случае процесса переплава железных скрапов, направленного главным образом на плавление железного сырья, или процесса с использованием большого количества железного сырья, имеющего высокую степень металлизации, или процесса с использованием малого количества порошка, имеющего низкую степень металлизации.

Другими словами, предпочтительно регулировать и контролировать уровень _CO в пределах диапазона, когда отсутствуют проблемы в процессе реакции восстановления, в соответствии с сортом железного сырья и с соотношением M. Fe/T.Fe.

Далее последует описание способа регулирования _CO.

В качестве способа регулирования _CO в настоящем изобретении предложено: (1) регулировать положение высоты загрузки сырья (уровень сырья), (2) регулировать высоту коксового слоя и т.д., (3) использовать многоступенчатые фурмы и (4) использовать раздельную загрузку в радиальном направлении. После этого последует поэтапное описание технологии.

Во-первых, последует объяснение, почему изменение внутри вертикальной печи высоты загрузки (уровня сырья) загружаемого сырья, состоящего из железного сырья и твердого топлива, является эффективным для регулирования _CO. Что касается уровня сырья, то отношение H/D высоты (H) от фурмы нижней ступени до уровня сырья к диаметру печи (D) обычно устанавливают от 4 до 5, например, в процессе плавления в вагранках железного скрапа, литейного скрапа и т.п., при использовании крупнокускового литейного кокса. Что касается использования в вертикальной печи мелкокускового литейного кокса, такого как доменный кокс, требующего процесса восстановления, такого как восстановление порошкового сырья, то пока результатов экспериментов по уровню сырья не обнаружено. Исходя из этого, испытания по изменению уровня сырья выполняли в условиях, когда использовали железный скрап с разными диаметрами кусков, и связь с _CO отходящего газа проанализирована и показана на фиг. 5.

Результаты эксперимента по использованию вертикальной печи, имеющей диаметр рабочего пространства D = 1,4 м, показали, что при установке значения соотношения H/D = 2,0 может поддерживаться высокое _CO отходящего газа _CO > 70%, и _CO отходящего газа может быть понижено посредством увеличения уровня сырья.

В том случае, когда уровень сырья растет, передача тепла от газа к сырью и топливу становится чрезмерной, и разогрев и подъем температуры твердого топлива происходит в более высокой части печи, при этом процесс потерь при растворении в верхней части печи выражается формулой (4). В результате потребление C возрастает, а _CO снижается.

C + CO₂ = 2CO, (4) Как описано выше, изменение уровня сырья играет роль регулятора роста температуры сырья и топлива внутри печи и служит средством регулирования _CO отходящего газа.

Далее последует объяснение, как достичь, чтобы изменение высоты коксового слоя в нижней части вертикальной печи, а также изменение объема дутья, диаметра фурмы и выдвинутого положения фурмы оказалось эффективным при регулировании _CO..

На фиг. 4(а) - 4(с) приведены результаты эксперимента на отдельной моделирующей установке для изучения высоты коксового слоя от фурмы и изменения _CO на этом участке при изменении размера кусков кокса и объема дутья (скорости течения газа). В соответствии с фиг. 4(а) - 4(с) кислород и кислород из обогащенного им воздуха, выдуваемый из фурм, сгорает вместе с коксом с образованием CO₂, и полное сгорание достигается на участке, где O₂ исчезает, в соответствии со следующей формулой (5): C + O₂ ---> CO₂. (5) На этом участке температура более высокая, и потери в процессе растворения по формуле (5) как эндотермической реакции на этом участке выше, поэтому _CO падает, а также падает температура.

Когда размер частиц кокса уменьшается, то скорость сгорания по формуле (5) возрастает. Поэтому участок, имеющий более высокую температуру газа (О₂ = 0, а _CO = 100%) приближается к фурме. Когда объем дутья увеличивается и скорость потока газа возрастает, то внутри печи возрастает и скорость кислорода, подаваемого из фурмы, и его контакт с C вблизи фурмы становится более кратковременным. Как следствие этого, процесс горения по формуле (5) распространяется в верхнюю часть печи. Поэтому, когда скорость потока увеличивается при одинаковом размере частиц, то _CO внутри печи в целом становится выше, чем когда скорость потока является низкой, как можно видеть из фиг. 4(а) - 4(с). Устройство, в котором первичная фурма может выдвигаться в печь, или диаметр фурм