Установка для прямой выплавки

Установка для прямой выплавки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к установке для прямой выплавки, предназначенной для получения расплавленного металла из металлсодержащего исходного материала, такого как руды, частично восстановленные руды и металлсодержащие отходы.

Известный способ прямой выплавки, в основе которого лежит использование жидкой ванны как реакционной среды, и который в общем случае называется процессом Hismelt, описан в международной заявке PCT/AU96/00197 (WO 96/31627), зарегистрированной на имя заявителя настоящего изобретения. Описание, приведенное в указанной международной заявке, этим упоминанием посредством ссылки включено в текст данного описания.

Процесс Hismelt, описанный в указанной международной заявке, в контексте получения расплавленного железа содержит следующие этапы, на которых:

создают жидкую ванну из расплавленного железа и шлака в емкости для прямой выплавки;

вводят в упомянутую ванну: металлсодержащий исходный материал, в типичном случае - оксиды железа; и твердый углеродосодержащий материал, в типичном случае - уголь, который действует как восстановитель оксидов железа и источник энергии; и

плавят металлсодержащий исходный материал до получения железа в слое металла.

Здесь предполагается, что термин "выплавка" означает термическую обработку, при которой происходят химические реакции с восстановлением оксидов металлов для получения расплавленного металла.

Процесс Hismelt также содержит дожигание реакционных газов, таких как СО и Н₂, высвобожденных из ванны в пространство над ней, в присутствии кислородсодержащего газа и перенос тепла, возникшего при дожигании, в ванну, чтобы увеличить тепловую энергию, имеющуюся в распоряжении для плавления металлсодержащих исходных материалов.

Процесс Hismelt также предусматривает создание переходной зоны над номинальной спокойной поверхностью ванны, в которой существует значительная масса восходящих и затем нисходящих капель или брызг или потоков расплавленного металла и/или шлака, которые обеспечивают эффективную среду для переноса в ванну тепловой энергии, возникшей при дожигании реакционных газов над ванной.

При выполнении процесса Hismelt металлсодержащий исходный материал и твердый углеродосодержащий материал вводят в жидкую ванну через ряд трубок/фурм, которые наклонены к вертикали таким образом, чтобы проходить вниз и внутрь через боковую стенку емкости для прямой выплавки в нижнюю область этой емкости для подачи, по меньшей мере, части твердых материалов в слой металла на дне упомянутой емкости. Чтобы обеспечить дожигание реакционных газов в верхней области емкости, в эту область вводят струю горячего воздуха, который может быть обогащен кислородом, через проходящую вниз фурму для ввода горячего воздуха. Отходящий газ, возникающий при дожигании реакционных газов в емкости, отводится из верхней области емкости через трубопровод для отходящего газа. Емкость содержит водоохлаждаемые панели с огнеупорной футеровкой, установленные на ее боковой стенке и своде, и через эти панели в непрерывном цикле постоянно циркулирует вода.

Процесс Hismelt позволяет получать при помощи прямой выплавки в одной компактной емкости большие количества расплавленного металла, например, расплавленного железа. Для этого необходимо транспортировать большие количества горячего газа в емкость для прямой выплавки и из этой емкости, транспортировать большие количества металлсодержащего исходного материала, такого как железосодержащие исходные материалы, в емкость, транспортировать большие количества являющегося получаемым продуктом расплавленного металла, являющегося получаемым продуктом, и шлака, возникающего при выполнении процесса, из емкости и поддерживать циркуляцию больших количеств воды через водоохлаждаемые панели - и все это в относительно ограниченной зоне. Эти функции необходимо выполнять непрерывно в течение всей компании выплавки, которая в предпочтительном случае занимает, по меньшей мере, 12 месяцев. Также необходимо предусмотреть средства доступа и обслуживания, чтобы обеспечить доступ к емкости и подъем оборудования в промежутке между компаниями выплавки.

Промышленная установка для прямой выплавки при помощи процесса Hismelt, основной частью которой является емкость диаметром 6 метров (внутренний диаметр огнеупорного горна), построена в городе Куинана (Kwinana), Западная Австралия. Установка предназначена для выполнения процесса Hismelt и производства 800000 тонн расплавленного железа в год с использованием этой емкости.

Заявитель настоящего изобретения к текущему моменту выполнил научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы для создания промышленной установки для прямой выплавки при помощи процесса Hismelt большего масштаба, чтобы получать более 1 миллиона тонн в год расплавленного железа посредством процесса Hismelt.

Заявитель настоящего изобретения столкнулся с рядом проблем при увеличении масштабов процесса Hismelt и разработал альтернативную конструкцию установки для прямой выплавки при помощи этого процесса.

Настоящее изобретение относится к установке для прямой выплавки, которая представляет собой альтернативную конструкцию по сравнению с указанной выше промышленной установкой для прямой выплавки при помощи процесса Hismelt.

Установка для прямой выплавки, соответствующая настоящему изобретению, также может использоваться для выполнения и других процессов прямой выплавки.

Сущность изобретения

Согласно настоящему изобретению предлагается установка для прямой выплавки, предназначенная для получения расплавленного металла из металлсодержащего исходного материала при помощи способа прямой выплавки с использованием жидкой ванны, которая содержит:

неподвижную емкость для прямой выплавки, предназначенную для размещения жидкой ванны металла и шлака и газового пространства над ванной, причем эта емкость содержит горн и боковую стенку;

узел подачи твердых веществ, предназначенный для подачи твердого исходного материала, включая металлсодержащий исходный материал и углеродсодержащий материал, из места расположения источника твердых исходных материалов, находящегося на удалении от емкости, в эту емкость, причем узел подачи твердых веществ содержит множество фурм для ввода твердых веществ, проходящих через отверстия в боковой стенке емкости;

узел подачи кислородсодержащего газа, предназначенный для подачи кислородсодержащего газа из места расположения источника кислородсодержащего газа, находящегося на удалении от емкости, в эту емкость, причем узел подачи кислородсодержащего газа содержит магистраль снабжения газом и множество фурм для ввода газа, проходящих через отверстия в боковой стенке емкости и предназначенных для ввода кислородсодержащего газа, подаваемого через магистраль снабжения газом, в емкость, при этом магистраль снабжения газом проходит, по меньшей мере, вокруг всей периферии емкости и расположена на расстоянии от этой емкости;

узел отвода отходящего газа, предназначенный для улучшения протекания отходящего газа из емкости;

узел выпуска металла, предназначенный для выпуска расплавленного металла из рабочего пространства во время операции выплавки;

узел выпуска шлака, предназначенный для выпуска шлака из рабочего пространства во время операции выплавки; и

множество зон доступа крана, которые расположены дальше от центра емкости относительно магистрали снабжения газом, чтобы сделать возможным удаление фурм для ввода твердых веществ из отверстий в боковой стенке емкости и установку сменных фурм в этих отверстиях.

В предпочтительном случае магистраль снабжения газом расположена на расстоянии от емкости, в результате чего между этой емкостью и магистралью снабжения газом существует зазор, позволяющий удалять через него фурмы для ввода газа, при этом установка содержит множество зон доступа крана, которые расположены ближе к центру емкости относительно магистрали снабжения газом, чтобы сделать возможным удаление фурм для ввода газа из отверстий в боковой стенке емкости и установку сменных фурм в этих отверстиях.

В предпочтительном случае магистраль снабжения газом расположена выше соединений фурм для ввода газа с емкостью.

В предпочтительном случае магистраль снабжения газом представляет собой кольцевую магистраль, создающую замкнутый путь протекания газа внутри магистрали.

В предпочтительном случае магистраль снабжения газом выполнена в форме подковы.

В предпочтительном случае каждая фурма для ввода газа установлена таким образом, чтобы направлять поток газа вниз и к периферии емкости.

В предпочтительном случае каждая трубка ввода газа установлена таким образом, чтобы направлять поток газа вниз и в направлении снаружи у боковой стенке емкости.

В предпочтительном случае каждая фурма для ввода газа установлена таким образом, что направлена вниз в емкость и наклонена относительно вертикальной плоскости и радиальной плоскости в емкости, в результате чего направление протекания потока газа из фурмы имеет радиальную и окружную составляющие.

В предпочтительном случае узел подачи твердых веществ содержит множество фурм для ввода твердых веществ, проходящих вниз и внутрь через отверстия в боковой стенке емкости, а фурмы для ввода твердых веществ включают множество фурм, предназначенных для ввода металлсодержащего материала в емкость, и множество фурм, предназначенных для ввода твердого углеродсодержащего материала в емкость, причем фурмы для ввода металлсодержащего материала установлены парами по периметру боковой стенки емкости и каждая фурма для ввода твердого углеродсодержащего материала установлена между соседними парами фурм для ввода металлсодержащего материала.

В предпочтительном случае узел подачи твердых веществ содержит основную линию подачи для каждой пары фурм для ввода металлсодержащего материала и пару отводных линий, идущих от основной линии и соединенных с трубками.

В предпочтительном случае узел подачи твердых веществ содержит систему ввода горячего металлсодержащего исходного материала, предназначенную для подачи предварительно нагретого металлсодержащего исходного материала в основную линию подачи для каждой пары фурм для ввода металлсодержащего исходного материала.

В предпочтительном случае установка содержит каркасную конструкцию, служащую опорой для магистрали снабжения газом.

В предпочтительном случае каркасная конструкция также содержит множество платформ, обеспечивающих доступ рабочих к емкости на разных по высоте уровнях емкости.

В предпочтительном случае зоны доступа крана для фурм для ввода твердых веществ расположены внутри внешнего периметра каркасной конструкции.

В предпочтительном случае узел отвода отходящего газа содержит два трубопровода отходящего газа, идущих наружу из емкости.

В предпочтительном случае трубопроводы для отходящего газа выполнены совпадающего диаметра.

В предпочтительном случае трубопроводы для отходящего газа выполнены совпадающей длины.

В предпочтительном случае установка содержит два вытяжных колпака для отходящего газа, предназначенных для охлаждения отходящего газа, причем один из упомянутых вытяжных колпаков для отходящего газа соединен с одним из упомянутых трубопроводов для отходящего газа.

В предпочтительном случае каждый вытяжной колпак для отходящего газа выполнен с возможностью охлаждения отходящего газа до температуры порядка 900-1100°С.

В предпочтительном случае установка содержит отдельный очиститель отходящего газа (скруббер), предназначенный для удаления макрочастиц из отходящего газа, который соединен с каждым из вытяжных колпаков для отходящего газа.

В предпочтительном случае установка содержит один охладитель отходящего газа, соединенный с обоими очистителями (скрубберами) отходящего газа.

В предпочтительном случае боковая стенка емкости содержит:

нижнюю цилиндрическую секцию;

верхнюю цилиндрическую секцию меньшего диаметра по сравнению с нижней секцией; и

переходную секцию, соединяющую между собой верхнюю и нижнюю секции.

В предпочтительном случае узел отвода отходящего газа проходит от упомянутой верхней цилиндрической секции.

В предпочтительном случае в упомянутой переходной секции выполнены отверстия для фурм для ввода газа, и эти фурмы проходят через упомянутые отверстия в емкость.

В предпочтительном случае в упомянутой нижней цилиндрической секции выполнены отверстия для фурм для ввода твердых веществ, и эти фурмы проходят через упомянутые отверстия в емкость.

В предпочтительном случае металлсодержащий материал включает в себя железную руду.

В предпочтительном случае углеродсодержащий материал включает в себя уголь.

Согласно настоящему изобретению также предлагается установка для прямой выплавки, предназначенная для получения расплавленного металла из металлсодержащего исходного материала при помощи способа прямой выплавки с использованием жидкой ванны, которая содержит:

неподвижную емкость для прямой выплавки, предназначенную для размещения жидкой ванны металла и шлака и газового пространства над ванной, причем эта емкость содержит горн и боковую стенку;

узел подачи твердых веществ, предназначенный для подачи твердого исходного материала, включая металлсодержащий исходный материал и углеродсодержащий материал, из места расположения источника твердых исходных материалов, находящегося на удалении от емкости, в эту емкость, причем узел подачи твердых веществ содержит множество фурм для ввода твердых веществ, проходящих через отверстия в боковой стенке емкости;

узел подачи кислородсодержащего газа, предназначенный для подачи кислородсодержащего газа из места расположения источника кислородсодержащего газа, находящегося на удалении от емкости, в эту емкость, причем узел подачи кислородсодержащего газа содержит магистраль снабжения газом и множество фурм для ввода газа, проходящих через отверстия в боковой стенке емкости и предназначенных для ввода кислородсодержащего газа, подаваемого через магистраль снабжения газом, в емкость, при этом магистраль снабжения газом проходит, по меньшей мере, вокруг всей периферии емкости и расположена на расстоянии от этой емкости таким образом, чтобы между емкостью и магистралью снабжения газом существовал зазор, позволяющий удалять через него фурмы для ввода газа;

узел отвода отходящего газа, предназначенный для улучшения протекания отходящего газа из емкости;

узел выпуска металла, предназначенный для выпуска расплавленного металла из рабочего пространства во время операции выплавки;

узел выпуска шлака, предназначенный для выпуска шлака из рабочего пространства во время операции выплавки; и

множество зон доступа крана, которые расположены дальше от центра емкости относительно магистрали снабжения газом, чтобы сделать возможным удаление фурм для ввода газа из отверстий в боковой стенке емкости и установку сменных фурм в этих отверстиях.

В предпочтительном случае установка дополнительно содержит распределительные трубы для охлаждающей воды, предназначенные для подачи охлаждающей воды в емкость, причем эти распределительные трубы для охлаждающей воды расположены выше узла подачи газа, и множество труб подачи и возврата охлаждающей воды, проходящих между распределительными трубами для охлаждающей воды и емкостью и сгруппированных поблизости от распределительных труб для охлаждающей воды в промежутке между зонами доступа крана, расположенными ближе к центру емкости относительно магистрали снабжения газом.

В предпочтительном случае трубы подачи и возврата охлаждающей воды сгруппированы поблизости от распределительных труб для охлаждающей воды таким образом, чтобы создать, по меньшей мере отчасти, одну или более внешних границ зон доступа крана, расположенных ближе к центру емкости относительно магистрали снабжения газом.

В предпочтительном случае трубы подачи и возврата охлаждающей воды сгруппированы поблизости от распределительных труб для охлаждающей воды в множестве отдельных зон, которые расположены на расстоянии друг от друга.

В предпочтительном случае распределительные трубы для охлаждающей воды проходят, по меньшей мере, вокруг всей периферии емкости.

В предпочтительном случае распределительные трубы для охлаждающей воды расположены выше и фактически в одной вертикальной плоскости с магистралью снабжения газом, входящей в состав узла подачи газа.

В предпочтительном случае установка дополнительно содержит множество распределительных труб для охлаждающей воды, проходящих фактически по всей периферии емкости и расположенных на различных уровнях по высоте, чтобы подавать воду в различные области емкости, и эти распределительные трубы расположены фактически в одной плоскости с магистралью снабжения газом, входящей в состав узла подачи газа.

Краткое описание чертежей

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно на примере и со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых показано:

Фиг.1 и Фиг.2 - общие виды под двумя разными углами, на которых изображены емкость для прямой выплавки и часть системы отвода отходящего газа, входящие в состав установки для прямой выплавки, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения;

Фиг.3 - общий вид емкости для прямой выплавки;

Фиг.4 - вид сбоку емкости для прямой выплавки;

Фиг.5 - вид сбоку емкости для прямой выплавки, на котором показано расположение огнеупорных кирпичей внутри этой емкости;

Фиг.6 - вид сбоку емкости для прямой выплавки, на котором показано размещение фурм для ввода твердых веществ и фурм для ввода горячего воздуха в емкость;

Фиг.7 - поперечное сечение плоскостью А-А, показанной на Фиг.6;

Фиг.8 - поперечное сечение плоскостью В-В, показанной на Фиг.6;

Фиг.9 - схема, иллюстрирующая размещение фурм для ввода твердых веществ в емкости;

Фиг.10 - схематично показанный вид сверху выбранных компонентов емкости, который иллюстрирует конфигурацию зон введения и выведения фурм для ввода твердых веществ и фурм для ввода горячего воздуха;

Фиг.11 - вид сверху емкости для прямой выплавки;

Фиг.12 - вид сверху емкости для прямой выплавки при удаленной системе отвода отходящего газа и системе снабжения горячим воздухом;

Фиг.13 - вид сверху емкости для прямой выплавки, на котором показаны распределительные трубы для охлаждающей воды и трубы снабжения; и

Фиг.14 - изометрическое изображение каркасной конструкции, которая служит опорой системе снабжения горячим воздухом, трубопроводам для отходящего газа и системе водяного охлаждения.

Подробное описание варианта реализации изобретения

Установка для прямой выплавки, изображенная на указанных чертежах, подходит, в частности, для плавки металлсодержащего материала в соответствии с процессом Hismelt, который описан в международной заявке на патент PCT/AU96/00197 (WO 96/00197).

Использование этой установки не ограничено плавкой металлсодержащего материала в соответствии с процессом Hismelt.

Последующее описание приведено в контексте плавки мелких фракций железной руды с целью получения расплавленного железа в соответствии с процессом Hismelt.

Настоящее изобретение не ограничивается получением расплавленного железа и распространяется на прямую выплавку любого металлсодержащего материала.

Целью приведенного ниже описания является рассмотрение емкости для прямой выплавки, входящей в состав установки для прямой выплавки, и таких устройств, как фурмы для ввода твердых веществ и для ввода газа, которые непосредственным образом связаны с этой емкостью.

Установка для прямой выплавки также содержит и другие устройства, например, устройство для обработки исходных материалов, подаваемых в емкость, которое расположено в направлении технологического процесса перед емкостью, и устройство для обработки продуктов (расплавленного металла, расплавленного шлака и отходящего газа), получаемых в емкости. Подобные другие устройства не рассматриваются здесь подробно, так как они не являются предметом настоящего изобретения, хотя и являются частью данной установки. Подобные другие устройства описаны в других заявках на патент и патентах, выданных на имя заявителя настоящего изобретения, и содержание этих заявок и патентов включено в текст данного описания посредством ссылки.

В контексте настоящего изобретения основными отличительными особенностями данного варианта установки для прямой выплавки, показанной на упомянутых чертежах, являются следующие:

неподвижная емкость 3 для прямой выплавки, предназначенная для размещения жидкой ванны 41 металла и шлака и газового пространства 43 над ванной;

узел подачи твердых веществ, который содержит 12 фурм 5а, 5b для ввода твердых веществ, предназначенных для подачи твердого исходного материала, включая металлсодержащий исходный материал и углеродсодержащий материал, в емкость;

узел подачи кислородсодержащего газа, предназначенный для подачи кислородсодержащего газа в емкость, который содержит:

узел ввода газа в виде 4 фурм 7 для ввода газа, предназначенных для ввода кислородсодержащего газа в газовое пространство и/или ванну, созданные в емкости; и

узел снабжения газом, который содержит кольцевую магистраль 9 и множество элементов 49, по одному из которых связано с каждой из фурм 7 для ввода газа, и которые соединяют кольцевую магистраль 9 и фурмы 7 для ввода газа, предназначенные для подачи кислородсодержащего газа, в типичном случае воздуха или обогащенного кислородом воздуха, в фурмы 7 для ввода газа; и

узел отвода отходящего газа, который содержит два трубопровода 11 для отходящего газа, предназначенные для улучшения протекания отходящего газа, выходящего из емкости, наружу из этой емкости.

Если обратиться к Фиг.1, 2 и 10, то в этой связи уместно заметить, что установка для прямой выплавки также содержит каркасную конструкцию 89, изготовленную из стальных балок, смонтированных вместе, чтобы получить внешний периметр 91 восьмиугольной формы, внутренний периметр 93 восьмиугольной формы и ряд поперечных элементов 95, соединяющих между собой балки периметра. Каркасная конструкция 89 служит опорой кольцевой магистрали 9 узла снабжения газом посредством подвесных кронштейнов (не показаны). Каркасная конструкция также содержит множество платформ (не показаны), которые обеспечивают доступ рабочих к емкости 3 на различных по высоте уровнях емкости 3.

Емкость 3 содержит горн, включающий в себя основание 21 и стороны 23, изготовленные из огнеупорных кирпичей, боковую стенку 25, проходящую вверх от горна, и коробчатый свод 27. В контексте ежегодного производства 2 миллионов тонн расплавленного железа при выборе размеров предназначенной для этого емкости 3 необходимо обеспечить, чтобы диаметр (внутренний) горна составлял приблизительно 8 метров.

Боковая стенка 25 емкости 3 выполнена таким образом, чтобы эта емкость содержала нижнюю цилиндрическую секцию 29, верхнюю цилиндрическую секцию 31 меньшего диметра по сравнению с нижней секцией 29 и секцию 33 в форме усеченного конуса, которая соединяет упомянутые две секции 29 и 31.

Из приведенного ниже описания и чертежей видно, что 3 секции 29, 31, 33 боковой стенки 25 емкости делят эту стенку 25 на 3 отдельных зоны. Нижняя секция 29 служит опорой для фурм 5а, 5b для ввода твердых веществ. Секция 33 в форме усеченного конуса служит опорой для фурм 7 для ввода газа. И, наконец, верхняя секция 33, по существу, представляет собой камеру отходящего газа, через которую отходящий газ покидает емкость.

Боковая стенка 25 и свод 27 емкости 3 служат опорой для множества водоохлаждаемых панелей (не показаны), а установка содержит систему циркуляции охлаждающей воды. Как показано на Фиг.5, верхняя секция 33 содержит одинарные стальные панели, а нижняя секция 29 содержит двойные стальные панели. Система циркуляции охлаждающей воды обеспечивает подачу воды в водоохлаждаемые панели и удаление нагретой воды из этих панелей, а затем извлечение тепла из нагретой воды перед ее возвратом в водоохлаждаемые панели.

Секция 33 боковой стенки 25 емкости 3, выполненная в форме усеченного конуса, имеет отверстия 35 для фурм 7 для ввода газа. Фурмы 7 проходят через отверстия 35. В отверстиях 35 для фурм установлены монтажные фланцы 37, и фурмы 7 установлены на фланцах 37, которые служат опорой этим фурмам. Отверстия 35 для фурм находятся на одном уровне по высоте емкости и расположены на одинаковом расстоянии друг от друга по периметру боковой стенки 25 этой емкости 3.

Как показано на Фиг.5, при использовании емкости 3 для плавки мелких фракций железной руды с целью получения расплавленного железа в соответствии с процессом Hismelt, емкость 3 содержит жидкую ванну 41 из железа из шлака, которая включает слой (не показан) расплавленного металла, находящийся в горне емкости 3, и слой (не показан) расплавленного шлака, расположенный на слое металла. Жидкая ванна 41, показанная на Фиг.5, находится в спокойных условиях, т.е. в условиях, когда отсутствует ввод твердых веществ и газа в емкость 3. В типичном случае, когда в емкости 3 выполняется процесс Hismelt с целью ежегодного производства 2 миллионов тонн расплавленного железа, емкость 3 содержит 500 тонн расплавленного железа и 700 тонн расплавленного шлака.

Как показано на Фиг.3 и 4, емкость 3 также содержит 2 дверцы 45 доступа на стороне 23 горна, чтобы сделать возможным доступ во внутреннее пространство емкости 3 для замены футеровки или других работ по техническому обслуживанию в этом пространстве.

Дверцы 45 доступа выполнены в виде стальных пластин, которые приварены к боковой стороне 23. Когда требуется доступ во внутреннее пространство емкости 3, пластины вырезают из боковой стороны 23 горна, и после завершения работы в емкости 3 на это место приваривают сменные пластины. Дверцы 45 доступа расположены на одном уровне по высоте емкости 3. Дверцы 45 доступа расположены на интервале друг от друга по периферии емкости таким образом, что угол между ними составляет, по меньшей мере, 90°. Этот интервал позволяет вводить в емкость через дверцы 45 оборудование для демонтажа огнеупорных стенок и снимать значительную часть огнеупорного материала с боковой стенки, которая футерована огнеупорным материалом, пока емкость нагрета. В дополнение к этому дверцы 45 доступа являются достаточно большими, в типичном случае 2,5 метра в диаметре, чтобы сделать возможным доступ во внутреннее пространство емкости 3 небольшого фронтального погрузчика или аналогичного оборудования.

Как показано на Фиг.3, емкость 3 также содержит аналогичную дверцу 47 доступа на своде 27 этой емкости, чтобы сделать возможным доступ во внутреннее пространство емкости для замены облицовки или выполнения других работ по техническому обслуживанию.

Во время работы при помощи четырех фурм 7 для ввода газа, входящих в состав узла ввода газа, вводят струю обогащенного кислородом горячего воздуха, поступающего от станции подачи горячего газа (не показана), находящейся на некотором удалении от емкости 3. Станция подачи горячего газа содержит ряд газовых печей (воздухонагревателей) (не показаны) и кислородную установку (не показана), чтобы сделать возможным протекание потока обогащенного кислородом воздуха через газовые печи и поступление в трубопровод 51 снабжения горячим газом (Фиг.2 и 11), который соединен с кольцевой магистралью 9. В качестве альтернативы кислород может добавляться к потоку воздуха после того, как этот поток нагрет упомянутыми газовыми печами.

Назначением фурм 7 для ввода газа является обеспечение достаточного расхода горячего воздуха, обогащенного кислородом, при достаточной скорости его протекания таким образом, чтобы горячий воздух проникал в бурун, в типичном случае круговой формы, образованный расплавленным металлом и шлаком, который выбрасывается вверх внутри емкости 3 в ходе выполнения процесса Hismelt, и этот обогащенный кислородом горячий воздух обеспечивает сжигание горючего газа, например монооксида углерода и водорода, высвобожденных из ванны, которые содержатся в упомянутом буруне. При сжигании горючего газа вырабатывается тепло, которое передается в жидкую ванну, когда расплавленные металл и шлак возвращаются вниз, в эту ванну.

Фурмы 7 для ввода газа представляют собой прямолинейные фурмы для ввода с точки зрения их конструктивного исполнения и не содержат завихрителей, обеспечивающих турбулентность в потоке обогащенного кислородом воздуха, текущего через эти фурмы. Как указано выше, при проведении исследований заявитель обнаружил, что использование фурм 7 для ввода газа, работающих без возникновения турбулентности, могло бы обеспечить производительность, сравнимую с производительностью фурм, работающих с возникновением турбулентности.

Фурмы 7 для ввода газа проходят вниз через секцию 33 в форме усеченного конуса, имеющуюся в боковой стенке 25 емкости 3, и в верхнюю область емкости 3. Фурмы 7 расположены на одинаковом расстоянии друг от друга по периметру секции 33 в форме усеченного конуса и находятся на одном уровне по высоте. Фурмы 7 установлены таким образом, чтобы проходить в направлении вниз и к периферии емкости, чтобы вводить горячий воздух в направлении нижней секции 29 боковой стенки 25. Важно отметить, что нежелательным является контакт кислородсодержащего газа с боковой стенкой 25 емкости - высокие температуры, возникающие при сжигании у боковой стенки, являются нежелательными с точки зрения срока службы этой емкости. Следовательно, фурмы 7 размещены таким образом, чтобы вершины 53 фурм 7 находились на одной горизонтальной окружности.

Описанная выше схема ввода кислородсодержащего газа в направлении вниз и к периферии емкости также желательна для того, чтобы избежать сжигания реакционных газов, например СО, в центральной вертикальной части емкости, в общем обозначенной ссылочным номером 139 на Фиг.5 и возникающей в результате потери тепла вместе с отходящим газом, уходящим по трубопроводам 11 для отходящего газа.

Как можно лучше видеть на Фиг.3, кольцевая магистраль 9 узла снабжения газом представляет собой кольцевой трубопровод, который расположен над емкостью 3. Как описано выше, кольцевая магистраль 9 соединена с трубопроводом 51 снабжения горячим газом, и в нее поступает воздух, обогащенный кислородом, из этого трубопровода 51.

Кольцевая магистраль 9 содержит 4 выпуска 65.

Соединительные элементы 49 узла снабжения газом соединяют между собой кольцевую магистраль 9 и фурмы 7 для ввода газа.

Нагретый до высокой температуры соединительный элемент 49 для каждой фурмы 7 для ввода газа содержит переходник 61, который проходит от впускного конца фурмы 7, и температурный компенсатор 63, один конец которого соединен с переходником 61, а другой - с выпуском 65 кольцевой магистрали 9.

Во время работы в фурмы 7 для ввода газа поступает поток горячего воздуха, обогащенного кислородом, протекающий через кольцевую магистраль 9 и соединительные элементы 49, которые соединяют эти фурмы 7 с кольцевой магистралью 9. Кольцевая магистраль 9 обеспечивает одинаковый расход горячего воздуха для всех фурм 7.

Как видно на Фиг.6 и 8, положение каждой из фурм 7 для ввода газа внутри емкости 3 теоретически можно задать следующим образом:

устанавливают фурму 7 вертикально, обеспечивая требуемое положение вершины 53 этой фурмы 7 - на Фиг.6 и 8 указана пиктограммой 55 в форме круга, а затем

при фиксированном положении вершины 53 фурмы отклоняют фурму на 35° в вертикальной плоскости, которая проходит через вершину 53 и перпендикулярна радиальной плоскости, проходящей через эту вершину 35, после чего

при фиксированном положении вершины 53 фурмы поворачивают фурму на 30° наружу в направлении упомянутой радиальной плоскости.

Фурмы 7 для ввода газа установлены таким образом, чтобы их можно было удалить из емкости 3.

Если говорить более конкретно, каждую фурму 7 можно извлечь следующим образом: снять переходник 61 и температурный компенсатор 63 соответствующего соединительного элемента 49 с каждой фурмы 7 и кольцевой магистрали 9, после чего удалить болты, крепящие фурму 7 к монтажному фланцу 37 отверстия 35 для фурмы, выполненного в секции 33 в форме усеченного конуса, входящей в состав боковой стенки 25, а затем прикрепить фурму 7 к мостовому крану (не показан) и поднять фурму 7 вверх из отверстия 35.

С использованием процедуры, обратной к описанной в предыдущем абзаце, можно установить в емкости 3 сменные фурмы 7.

12 фурм 5а, 5b для ввода твердых веществ, входящих в состав узла подачи твердых веществ, проходят вниз и внутрь через отверстия (не показаны), выполненные в нижней секции 29 боковой стенки 25 емкости 3, и в слой шлака (не показан) жидкой ванны 41. Фурмы 5а, 5b размещены таким образом, чтобы вершины фурм находились на воображаемой горизонтальной окружности. Боковая стенка 25 содержит монтажные фланцы 69, и фурмы 5а, 5b установлены на этих фланцах 69, которые служат им опорой.

Как показано на Фиг.7 и 9, фурмы 5а, 5b для ввода твердых веществ включают 8 фурм 5а, предназначенных для ввода мелких фракций железной руды и флюса в емкость 3, и 4 фурмы 5b, предназначенных для ввода твердого углеродсодержащего материала и флюса в емкость 3.

Твердые материалы транспортируют в газе-носителе, имеющем пониженное содержание кислорода. Все фурмы 5а, 5b имеют одинаковый внешний диаметр и расположены на одном уровне по высоте емкости 3. Фурмы 5а, 5b размещены на одинаковом расстоянии друг от друга по периметру нижней секции 29 боковой стенки 25 и таким образом, что фурмы 5а для ввода железной руды расположены парами, а соседние пары этих фурм 5а разделены установленной между этими парами трубкой 5b для ввода угля. Попарное размещение фурм 5а для ввода железной руды, предназначенных для ввода горячей железной руды в емкость, снижает проблемы, связанные с доступом к трубам, расположенным вокруг емкости.

В процессе работы в фурмы 5а для ввода железной руды поступают мелкие фракции горячей железной руды и флюс через систему ввода горячей руды, а в фурмы 5b для ввода угля поступает уголь и флюс через систему ввода углеродсодержащего материала во время операции выплавки.

Если обратиться к Фиг.9, система ввода горячей руды содержит устройство предварительного нагрева (не показано), предназначенное для нагрева мелких фракций железной руды, и систему транспортировки горячей руды, которая содержит ряд основных линий 73 подачи и пары отводных линий 75 подачи для каждой пары фурм 5а для ввода железной руды, а также источник газа-носителя, обеспечивающий перемещение мелких фракций горячей железной руды по линиям 73, 75 подачи и ввод этих фракций в емкость 3 при температуре порядка 680°С.

Как показано на Фиг.9, система ввода углеродсодержащего материала/флюса содержит одну линию 77 подачи для каждой фурмы 5b для ввода угля.

Внешний диаметр линий 77 подачи угля меньше внешнего диаметра отводных линий 75 подачи горячей руды и составляет в типичном случае 40-60% последнего. Хотя внутренний диаметр фурм 5а, 5b в предпочтительном случае один и тот же, необходимость изолировать линии 73 подачи горячей руды и отводные линии 75 подачи горячей руды приводит к значительному увеличению внешнего диаметра этих фурм. В типичном случае отводные линии 75 подачи горячей руды имеют одинаковый внешний диаметр в диапазоне 400-600 мм, а линии 77 подачи угля имеют одинаковый внешний диаметр в диапазоне 100-300 мм. В одном из конкретных примеров отводные линии 75 подачи горячей руды имеют внешний диаметр, равный 500 мм, а линии 77 подачи угля имеют внешний диаметр, равный 200 мм.

Фурмы 5а, 5b для ввода твердых веществ установлены таким образом, чтобы их можно было удалить из емкости 3.

Если говорить более конкретно, узел подачи твердых веществ содержит опорный узел, используемый в качестве опоры для каждой фурмы 5а, 5b для ввода твердых веществ во время удаления этой фурмы из емкости 3 и установки сменной фурмы в емкость 3. Опорный узел для каждой фурмы 5а, 5b содержит вытянутую направляющую (не показана), проходящую вверх и наружу от боковой стенки 25 емкости 3, тележку (не показана), установленную с возможностью перемещения по направляющ