RU2611229C2

RU2611229C2 - Processing method of metallurgical raw materials and device for such method implementation

Info

Publication number: RU2611229C2
Application number: RU2015141095A
Authority: RU
Inventors: Игорь Михайлович Шатохин; Александр Леонидович Кузьмин
Original assignee: Игорь Михайлович Шатохин; Александр Леонидович Кузьмин
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2017-02-21
Also published as: RU2015141095A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: method involves the preparation of the initial molten slag bath by filling a mobile capacity with slag, discharged from various metallurgical units. Then the supply to the molten stock is performed, consisting of the feedstock, solid carbonaceous material and fluxes, and the melt blowing by air and heating gas. The device consists of a container with the melt, immersion chamber without bottom, connected with a suction device and the movement mechanism. The chamber dome has the integrated multichannel vertical double-level tyere-burner, the stock is supplied along its central channel, injected by the air, and along the periphery ones - the air and heating gas, directly just below the level of the initial bath of molten slag.

EFFECT: efficiency increase of the reduction smelting in the liquid slag bath, while reducing the number of used units, reduction of capital and energy costs, improved environmental performance.

11 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии и относится к жидкофазным процессам переработки металлосодержащего оксидного природного сырья, а также техногенных отходов черной и цветной металлургии. Изобретение может быть использовано для производства железа, цинка, меди, никеля, кобальта и других металлов, а также их сплавов и композиций.The invention relates to metallurgy and relates to liquid-phase processes for the processing of metal-containing oxide natural raw materials, as well as man-made waste of ferrous and non-ferrous metallurgy. The invention can be used for the production of iron, zinc, copper, nickel, cobalt and other metals, as well as their alloys and compositions.

Известно, что во многих жидкофазных процессах в металлургии используют барботаж расплавов газами. Одним из способов жидкофазного барботажного восстановления с разделенными окислительной и восстановительной зонами является процесс COREX (Вегман Е.Ф., Роменец В.А. «Современное состояние и перспективы развития процессов жидкофазного восстановления железа», Сталь, 1993, №6, С. 10-13). Сущность способа заключается в следующем: в восстановительную шахтную печь загружают кусковую руду (или агломерат, или окатыши), которые, проходя навстречу потоку восстановительного газа, восстанавливаются до губчатого железа. Затем губчатое железо подается в плавильную газификационную камеру, где уже в объеме шлака, вспененного барботажом расплава кислородсодержащим дутьем, происходит окончательное восстановление железа из шлакового расплава, плавление металла и науглероживание до состава чугуна. Выпуск чугуна и шлака осуществляется через специальные летки так же, как и в доменной печи. Процесс COREX обладает рядом недостатков: использование только окускованных шихтовых материалов определенных фракций, низкая производительность, сложная конструкция тракта для подачи газа в восстановительную шахтную печь из-за ограничения температуры газа-восстановителя (не выше 850-900°С). Кроме того, для этого процесса характерен высокий расход угля вследствие того, что углерод угля в плавильной газификационной камере сжигается только до СО.It is known that in many liquid-phase processes in metallurgy, gas sparging is used. One of the methods of liquid-phase bubbling reduction with separated oxidation and reduction zones is the COREX process (Wegman E.F., Romenets V.A. “Current status and development prospects of liquid-phase reduction processes for iron”, Steel, 1993, No. 6, P. 10- 13). The essence of the method is as follows: lump ore (or agglomerate, or pellets) is loaded into a reduction shaft furnace, which, passing towards the flow of reducing gas, are reduced to sponge iron. Then the spongy iron is fed into the melting gasification chamber, where already in the volume of slag, foamed by sparging of the melt with oxygen-containing blast, the final reduction of iron from the slag melt occurs, the metal is melted and carbonized to the composition of cast iron. The production of pig iron and slag is carried out through special tap holes in the same way as in a blast furnace. The COREX process has several disadvantages: the use of only fine-grained charge materials of certain fractions, low productivity, and the complicated design of the path for supplying gas to the reduction shaft furnace due to the limitation of the temperature of the reducing gas (not higher than 850-900 ° С). In addition, this process is characterized by a high consumption of coal due to the fact that coal carbon in the melting gasification chamber is burned only to CO.

Известен способ жидкофазного восстановления железа ROMELT (Усачев А.Б. Разработка теоретических и технологических основ производства чугуна процессом жидкофазного восстановления РОМЕЛТ: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук: М., 2003, 357с.). Процесс осуществляют в агрегате, снабженном двумя рядами фурм, расположенных на разных уровнях по высоте для разделения окислительных и восстановительных зон. Восстановительную плавку по этому процессу проводят в жидкой шлаковой ванне, барботируемой кислородсодержащим дутьем с содержанием кислорода 50-90%. Дутье подают через нижние фурмы. Шлак движется в горизонтальной плоскости, одновременно перемешиваясь по высоте. Лишь примыкающий к жидкому металлу слой шлака оставляют спокойным. На поверхность барботируемой шлаковой ванны подают железосодержащие материалы, флюсы и энергетический уголь, который служит как источником тепла, так и восстановителем. Уголь захватывается шлаком и горит в его массе перед нижними фурмами до образования СО. Оксиды железа и других металлов восстанавливаются в шлаковой ванне твердым углеродом, содержащимся в угле. Образующиеся в барботируемом слое шлака капли железа, опускаясь вниз, науглероживаются в покоящемся слое шлака, коагулируют, образуя слой чугуна. Чугун и шлак через перетоки поступают в соответствующие копильники с последующим удалением. Данный способ обладает рядом недостатков. Для разделения восстановительной и окислительной зоны используется специализированный агрегат сложный и по конструкции, и в обслуживании. Компенсация затрат тепла на проведение эндотермических реакций восстановления осуществляется в большей части только за счет тепла от сжигания подаваемого топлива. Нагрев холодных шихтовых материалов, загружаемых в шлаковый расплав до температуры проведения реакций восстановления (1300-1400°С), осуществляется за счет физического тепла ванны шлакового расплава и требует постоянного поддержания перегрева расплава, что приводит к дополнительным расходам энергоносителей. Наличие водоохлаждаемых кессонов в конструкции агрегатов с большой поверхностью охлаждения, а также большой объем барботируемой ванны, из-за которого увеличивается расход кислородсодержащего дутья, приводит к неизбежным потерям тепла. Стоит отметить, что неравномерное распределение шихтовых и углеродсодержащих материалов в барботируемой ванне из-за ее большой протяженности в горизонтальном направлении и наличии всего одной течки для подачи шихты затрудняет контактирование реагентов и, как следствие, осложняет протекание процессов. Напряженный тепловой баланс требует высокую степень обогащения воздуха кислородом с доведением содержания кислорода в дутье до 50-90%. Большим недостатком является также неизбежный вынос пылевидных фракций шихты из окислительной зоны дожигания, что усложняет и удорожает газоотводящий тракт, так как требует оснащения его дорогими газоочистительными средствами.There is a known method of liquid-phase reduction of iron ROMELT (Usachev AB Development of theoretical and technological foundations for the production of pig iron by the liquid-phase reduction process ROMELT: Thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences: M., 2003, 357 p.). The process is carried out in an aggregate equipped with two rows of tuyeres located at different levels in height to separate the oxidation and reduction zones. Recovery smelting in this process is carried out in a liquid slag bath, sparged with oxygen-containing blast with an oxygen content of 50-90%. The blast is fed through the lower tuyeres. Slag moves in a horizontal plane, while mixing in height. Only the slag layer adjacent to the liquid metal is left calm. Iron-containing materials, fluxes and steam coal, which serves as both a heat source and a reducing agent, are fed to the surface of the bubbled slag bath. Coal is captured by slag and burns in its mass in front of the lower tuyeres until CO is formed. Oxides of iron and other metals are reduced in a slag bath by solid carbon contained in coal. Iron droplets formed in the bubbled slag layer, dropping down, are carbonized in the slag layer at rest, coagulate, forming a layer of cast iron. Cast iron and slag through flows enter the respective piggy banks with subsequent removal. This method has several disadvantages. To separate the reduction and oxidation zones, a specialized unit is used, complex in design and maintenance. Compensation of heat costs for carrying out endothermic reduction reactions is carried out mainly due to the heat from burning the supplied fuel. The heating of cold charge materials loaded into the slag melt to the temperature of the reduction reactions (1300-1400 ° C) is carried out due to the physical heat of the slag melt bath and requires constant maintenance of the melt overheating, which leads to additional energy costs. The presence of water-cooled caissons in the design of units with a large cooling surface, as well as a large volume of the bubbled bath, which increases the consumption of oxygen-containing blast, leads to inevitable heat loss. It is worth noting that the uneven distribution of charge and carbon-containing materials in the bubbled bath, due to its great length in the horizontal direction and the presence of only one estrus for feeding the charge, makes it difficult to contact the reactants and, as a result, complicates the processes. Tense heat balance requires a high degree of oxygen enrichment of the air with bringing the oxygen content in the blast to 50-90%. A big drawback is also the inevitable removal of the pulverulent fractions of the charge from the oxidative afterburning zone, which complicates and increases the cost of the exhaust pipe, since it requires equipping it with expensive gas cleaning agents.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявленному способу является «Способ переработки сырья, содержащего цветные металлы и железо» (Пат. РФ № 2194781, МПК С22В 23/02, 19/00, опубл. 20.12.2002). Способ предусматривает использование окисленного металлсодержащего природного сырья, техногенных отходов черной и цветной металлургии, в том числе содержащих примеси цветных металлов. Шихту, состоящую из исходного сырья, флюсов и углеродсодержащих материалов, загружают в окислительную плавильную зону двухзонной печи, где ее расплавляют в шлаковом расплаве, барботируемом кислородсодержащим дутьем. Затем осуществляют дожигание отходящих газов, а расплав через переток подают в восстановительную зону. В этой зоне происходит восстановление оксидов извлекаемых металлов углеродсодержащими материалами, загруженными в эту зону совместно с флюсующими добавками. После этого дожигают отходящие из ванны восстановления горючие газы, а продукты плавки - металл и шлак выпускают из восстановительной зоны печи раздельно. Основные недостатки способа сходны с вышеперечисленными недостатками процесса ROMELT. Кроме этого, потребность в двух изолированных друг от друга зонах (плавильной и зоны восстановления) усложняет конструкцию агрегата, в котором осуществляют процесс. Требуется наличие специального перетока между зонами, стойкость которого весьма ограничена.The closest in technical essence and the achieved effect to the claimed method is the "Method of processing raw materials containing non-ferrous metals and iron" (Pat. RF № 2194781, IPC С22В 23/02, 19/00, publ. 12/20/2002). The method involves the use of oxidized metal-containing natural raw materials, industrial wastes of ferrous and non-ferrous metallurgy, including those containing impurities of non-ferrous metals. The mixture, consisting of feedstock, fluxes and carbon-containing materials, is loaded into the oxidizing melting zone of the dual-zone furnace, where it is melted in a slag melt sparged with oxygen-containing blast. Then carry out the afterburning of the exhaust gases, and the melt through the overflow serves in the recovery zone. In this zone, the oxides of extracted metals are reduced by carbon-containing materials loaded into this zone together with fluxing additives. After this, the combustible gases leaving the recovery bath are burned, and the melting products — metal and slag — are separately released from the reduction zone of the furnace. The main disadvantages of the method are similar to the above disadvantages of the ROMELT process. In addition, the need for two isolated from each other zones (melting and recovery zone) complicates the design of the unit in which the process is carried out. A special overflow between zones is required, the resistance of which is very limited.

Наиболее близким устройством к заявленному по совокупности существенных признаков является «Устройство для обработки металлургического расплава» (Пат. РФ № 2173715, МПК С21С 7/10, опубл. 20.09.2001, Бюл. 26 - прототип), содержащее ковш, в днище которого расположены фурмы, футерованную погружную камеру, выполненную в виде цилиндра без дна и связанную с вакуумным насосом, механизм передвижения погружной камеры. При этом в стенке погружной камеры выполнены продувочные устройства для подачи инертного газа на часть поверхности металла, находящегося внутри погружной камеры. Продувочные устройства расположены по периметру поперечного сечения погружной камеры на длине дуги, равной 0,1-0,75 длины данного периметра, а фурмы в днище ковша расположены таким образом, что их центр в проекции поперечного сечения расположен от футеровки погружной камеры со стороны продувочных устройств на расстоянии, равном 0,1-0,7 радиуса погружной камеры, и ось симметрии расположения фурм в днище ковша совпадает с осью симметрии расположения продувочных устройств, расположенных в стенках погружной камеры. Данное устройство предназначено для повышения эффективности вакуумирования стали. Одновременная продувка жидкого металла аргоном через симметрично расположенные фурмы в днище ковша и продувочные устройства в стенке погружной камеры позволяет интенсифицировать процесс дегазации стали. В то же время в конструкции прототипа не предусмотрено устройство для ввода вглубь расплава твердых и газообразных реагентов.The closest device to the one claimed by the combination of essential features is the “Device for processing metallurgical melt” (Pat. RF No. 2173715, IPC S21C 7/10, publ. 09/20/2001, Bull. 26 - prototype), containing a bucket in the bottom of which are located lances, a lined immersion chamber made in the form of a cylinder without a bottom and connected with a vacuum pump, a mechanism for moving the immersion chamber. At the same time, purge devices are made in the wall of the immersion chamber for supplying an inert gas to a part of the surface of the metal inside the immersion chamber. Blowing devices are located along the perimeter of the cross section of the immersion chamber at an arc length equal to 0.1-0.75 of the length of this perimeter, and the tuyeres in the bottom of the bucket are located so that their center in the projection of the cross section is located from the lining of the immersion chamber from the side of the blowing devices at a distance equal to 0.1-0.7 radius of the immersion chamber, and the axis of symmetry of the tuyeres in the bottom of the bucket coincides with the axis of symmetry of the location of the purge devices located in the walls of the immersion chamber. This device is designed to increase the efficiency of evacuation of steel. Simultaneous purging of liquid metal with argon through symmetrically arranged tuyeres in the bottom of the bucket and purging devices in the wall of the immersion chamber allows to intensify the process of steel degassing. At the same time, the design of the prototype does not provide a device for entering deep into the melt of solid and gaseous reagents.

В предлагаемом изобретении ставится задача создания нового технологического процесса переработки металлургического сырья – природных металлсодержащих оксидных материалов, а также техногенных отходов черной и цветной металлургии.In the present invention, the task is to create a new technological process for the processing of metallurgical raw materials - natural metal-containing oxide materials, as well as industrial wastes of ferrous and non-ferrous metallurgy.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности восстановительной плавки в жидкой шлаковой ванне при сокращении количества используемых агрегатов, уменьшении капитальных и энергетических затрат, а также улучшении экологических показателей.The technical result of the invention is to increase the efficiency of reduction smelting in a liquid slag bath while reducing the number of units used, reducing capital and energy costs, as well as improving environmental performance.

Поставленная задача решается тем, что способ переработки металлургического сырья, включающий приготовление исходной ванны шлакового расплава, подачу в расплав шихты, состоящей из перерабатываемого сырья, твердого углеродсодержащего материала и флюсов, и продувку расплава воздухом и газообразным топливом, отличается тем, что:The problem is solved in that the method of processing metallurgical raw materials, including the preparation of the initial bath of slag melt, feeding the mixture consisting of the processed raw material, solid carbon-containing material and fluxes into the melt, and blowing the melt with air and gaseous fuel, is characterized in that:

- подачу в расплав шихты и продувку его воздухом и газообразным топливом осуществляют посредством двухъярусной многоканальной вертикальной фурмы-горелки с погруженным в расплав нижним ярусом, по центральному каналу которой подают шихту, инжектируемую воздухом, а по периферийным - воздух и газообразное топливо непосредственно под уровень исходной ванны шлакового расплава;- feeding the mixture into the melt and purging it with air and gaseous fuel is carried out by means of a two-tier multichannel vertical tuyere-burner with a lower tier immersed in the melt, through the central channel of which a charge is injected with air, and through the peripheral channel air and gaseous fuel are directly below the level of the initial bath slag melt;

- осуществляют нагрев компонентов шихты факелом нижнего яруса фурмы-горелки и перемещают их в замкнутый барботажный реактор, который предварительно образован погруженным в ванну колпаком-камерой, изолирующим от атмосферы гидрозатвором часть поверхности расплава вокруг фурмы-горелки; - carry out the heating of the charge components with a torch of the lower tier of the tuyere-burner and transfer them to a closed bubble reactor, which is preliminarily formed by a cap-chamber immersed in the bath, which isolates part of the surface of the melt from the atmosphere around the tuyere-burner;

- производят наполнение созданного таким образом замкнутого барботажного реактора шлаковой пеной, образуемой продуктами горения газообразного топлива и твердого углеродсодержащего материала в факеле нижнего яруса фурмы-горелки и поднимаемой газлифтом;- fill in the closed bubbler reactor created in this way with slag foam formed by the combustion products of gaseous fuel and solid carbon-containing material in the flare of the lower tier of the tuyere-burner and lifted by a gas lift;

- осуществляют в полученной шлаковой пене прямое и косвенное восстановление оксидов металлов с гравитационным осаждением из нее восстановленных металлов и дожиганием избытка всплывающих восстановителей воздухом, вдуваемым в реактор через верхний ярус фурмы-горелки, и отведением из замкнутого барботажного реактора газов и возгонов металлов по специальному газоотводящему тракту путем создания над шлаковой пеной разрежения.- direct and indirect reduction of metal oxides is carried out in the resulting slag foam with gravitational precipitation of the reduced metals from it and afterburning of excess pop-up reducing agents with air blown into the reactor through the upper tier of the tuyere-burner, and the removal of gases and sublimates of metals from the closed bubbling reactor through a special gas exhaust path by creating a vacuum over the slag foam.

В частном случае возгонами металлов могут быть пары цинка и/или его соединений при переработке цинкосодержащих металлургических отходов, например шламов доменного или кислородно-конвертерного производства. In a particular case, sublimates of metals can be vapors of zinc and / or its compounds during the processing of zinc-containing metallurgical waste, for example, sludges from blast furnace or oxygen-converter production.

Процесс восстановления протекает в трех зонах, распределенных по высоте (Фиг. 1). В нижней зоне - в области погруженного факела (зона 1), происходит практически полное сгорание вдуваемого газообразного топлива. Окислителем здесь служит воздух, нагнетаемый в нижний ярус фурмы после предварительного подогрева в проточном канале охлаждения стен погружной камеры (колпака-камеры). При стехиометрическом соотношении газообразного топлива и воздуха, подогретого до ~300°С, образуется высокотемпературный факел с температурой горения ~1900°С, при этом азот воздуха также нагревается до температуры горения. Продукты горения факела будут взаимодействовать с находящимися в его объеме компонентами шихты, содержащей окислы восстанавливаемых металлов, флюсы и углеродсодержащий материал, преимущественно, в виде мелкого угля или коксика. Однако ввиду незначительного времени контакта твердого углерода с продуктами горения факела (Н₂О и СО₂) обратные эндотермические реакции разложения СО₂+С=2СО и Н₂О+С=Н₂+СО в нижней зоне 1 будут проходить в весьма малой степени, поэтому ее можно отнести к окислительной зоне с выделением большого количества тепла, передаваемого шихтовым материалам, азоту воздуха и шлаковому расплаву. Раскаленные газообразные продукты факельного горения, создавая в расплаве газлифт, поднимаются в среднюю зону (зона 2) барботажного реактора, где протекают эндотермические реакции прямого восстановления окислов металлов твердым углеродом. Восходящие потоки горячего азота также способствуют переносу тепла в эту зону. В верхней части зоны 2 по мере выгорания твердого углерода развиваются реакции косвенного восстановления окислов водородом и окисью углерода. Избыток восстановителей дожигается до СО₂ и Н₂О в верхней зоне (зона 3) при помощи воздуха, вдуваемого в расплав через сопла верхнего яруса фурмы-горелки. Опускающиеся периферийные нагретые потоки расплава возвращают тепло дожигания СО и Н₂ в эндотермическую зону (зона 2). Таким образом, эндотермическая зона прямого восстановления обогревается как снизу, так и сверху двумя окислительными зонами.The recovery process proceeds in three zones distributed in height (Fig. 1). In the lower zone, in the region of the submerged flame (zone 1), almost complete combustion of the gaseous fuel being injected occurs. Here, the oxidizing agent is the air pumped into the lower tier of the lance after preheating in the flow channel for cooling the walls of the immersion chamber (cap-chamber). With a stoichiometric ratio of gaseous fuel and air heated to ~ 300 ° C, a high-temperature flame is formed with a combustion temperature of ~ 1900 ° C, while the nitrogen of the air also heats up to a combustion temperature. The products of combustion of the torch will interact with the components of the charge in its volume, containing oxides of reduced metals, fluxes and a carbon-containing material, mainly in the form of fine coal or coke. However, due to the short contact time of solid carbon with the flare products of combustion (Н ₂ О and СО ₂ ), the reverse endothermic decomposition reactions of СО ₂ + С = 2СО and Н ₂ О + С = Н ₂ + СО in the lower zone 1 will take place to a very small extent , therefore, it can be attributed to the oxidation zone with the release of a large amount of heat transferred to the charge materials, air nitrogen and slag melt. The hot gaseous products of flare burning, creating a gas lift in the melt, rise to the middle zone (zone 2) of the bubble reactor, where endothermic reactions of direct reduction of metal oxides with solid carbon occur. Upward flows of hot nitrogen also contribute to the transfer of heat to this zone. In the upper part of zone 2, as solid carbon burns out, reactions of indirect reduction of oxides with hydrogen and carbon monoxide develop. The excess reducing agents is burned to CO ₂ and H ₂ O in the upper zone (zone 3) with the help of air blown into the melt through nozzles of the upper layer of the tuyere-burner. The descending peripheral heated melt flows return the heat of afterburning of CO and H ₂ to the endothermic zone (zone 2). Thus, the endothermic direct reduction zone is heated both below and above by two oxidizing zones.

Вся совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения обеспечивает эффективный металлургический процесс восстановления оксидов металлов с устранением недостатков, присущих прототипу. Вводом в расплав шихтовых материалов и твердых восстановителей непосредственно в барботируемую зону шлака достигается равномерное распределение в ней реагентов и увеличивается скорость их взаимодействия. Одновременно при этом пылевые потоки фильтруются непосредственно в расплаве и исключается вынос пыли за пределы установки.The whole set of essential features of the present invention provides an effective metallurgical process for the reduction of metal oxides with the elimination of the disadvantages inherent in the prototype. By introducing into the melt charge materials and solid reducing agents directly in the bubbling zone of the slag, a uniform distribution of reagents in it is achieved and the speed of their interaction increases. At the same time, the dust flows are filtered directly in the melt and the removal of dust outside the installation is eliminated.

В предлагаемом способе средством ввода реагентов в барботируемую зону выбрана двухъярусная (двухуровневая) многоканальная вертикальная фурма-горелка с заглубленными в шлак факелами. Это помогает исключить необходимость создания сложного тракта подачи шихты в барботируемую зону. Для улучшения распределения твердых реагентов в расплаве и интенсификации реакций восстановления шихту подают дискретными порциями. Для повышения температуры горения факелов возможно обогащение кислородом воздуха, вдуваемого под уровень шлакового расплава. Дополнительное увеличение температуры горения факелов в нижней зоне барботажного реактора можно достичь подачей в нижний ярус фурмы-горелки воздуха, предварительно подогретого в проточном канале охлаждения стен погружной камеры. In the proposed method, a two-tier (two-level) multi-channel vertical tuyere-burner with torches buried in slag is selected as a means of introducing reagents into the bubbling zone. This helps to eliminate the need to create a complex path for feeding the mixture into the bubbling zone. To improve the distribution of solid reagents in the melt and to intensify the reduction reactions, the mixture is served in discrete portions. To increase the burning temperature of flares, it is possible to enrich with air oxygen injected under the level of slag melt. An additional increase in the combustion temperature of flares in the lower zone of the bubble reactor can be achieved by supplying air to the lower tier of the tuyere-burner, which is preheated in the flow channel for cooling the walls of the immersion chamber.

Все процессы по предлагаемому способу в отличие от прототипа ведут в замкнутом пространстве небольшого объема, создаваемого погружаемым в шлак колпаком-камерой с обеспечением гидрозатвора. Именно это позволяет сформировать барботируемую зону небольшого объема и малого сечения в горизонтальной плоскости, что значительно облегчает взаимодействие реагентов и снижает потери тепла из зоны реакций. Кроме того, в замкнутом пространстве под колпаком можно создавать высокое разрежение, оборудовав газоотводящий тракт, например, водокольцевым вакуумным насосом или высокооборотным дымососом, что благоприятно сказывается на полноте и скорости реакций с образованием газообразных продуктов, а также интенсифицирует возгонку легко испаряемых металлов, например цинка. All processes according to the proposed method, in contrast to the prototype, are conducted in a closed space of a small volume created by a camera cap immersed in slag with the provision of a water seal. This is what allows us to form a sparged zone of small volume and small cross section in the horizontal plane, which greatly facilitates the interaction of reagents and reduces heat loss from the reaction zone. In addition, in a confined space under the hood, it is possible to create a high vacuum by equipping a gas exhaust path, for example, with a liquid ring vacuum pump or a high-speed smoke exhaust, which favorably affects the completeness and speed of reactions with the formation of gaseous products, and also intensifies the sublimation of easily evaporated metals, for example zinc.

Замкнутый барботажный реактор, образованный колпаком-камерой, может иметь достаточно большую высоту, способствующую более полному завершению химических реакций и усвоению тепла от дожигания избытка восстановителей, происходящему непосредственно в расплаве. Пенообразная структура реакционной зоны обеспечивает огромную межфазную поверхность, что не только оказывает влияние на полноту и скорость всех процессов, но и создает условия для высокой степени фильтрации пылевых потоков и исключает потребность в сложной газоочистке. В способе-прототипе барботируемую зону создают в агрегате, не позволяющем регулировать ее высоту и интенсифицировать скорость потоков. В предлагаемом способе размеры самой барботируемой зоны и зоны спокойного шлака легко регулировать глубиной погружения в шлак вертикальной фурмы-горелки и степенью разрежения в отводящем тракте.A closed bubbler reactor formed by a chamber cap can have a sufficiently high height, which contributes to a more complete completion of chemical reactions and the absorption of heat from the afterburning of excess reducing agents that occurs directly in the melt. The foam-like structure of the reaction zone provides a huge interfacial surface, which not only affects the completeness and speed of all processes, but also creates conditions for a high degree of filtration of dust flows and eliminates the need for complex gas purification. In the prototype method, a sparged zone is created in the unit, which does not allow to adjust its height and to intensify the flow rate. In the proposed method, the dimensions of the bubbling zone itself and the zone of calm slag are easily controlled by the depth of immersion in the slag of the vertical tuyere-burner and the degree of rarefaction in the discharge path.

При осуществлении процесса восстановительной плавки в жидкой шлаковой ванне по способу прототипа в компенсации затрат тепла на проведение эндотермических реакций восстановления используется только тепло химических реакций от сжигания подаваемого в агрегат топлива. В предлагаемом изобретении приготовление исходной ванны шлакового расплава осуществляют частичным заполнением мобильной емкости шлаками, выпускаемыми из различных металлургических агрегатов. Это позволяет использовать физическое тепло горячего шлакового расплава, обновляемого в каждом цикле плавки, и перенесенное из других источников, не связанных с расходом энергоносителей в объекте изобретения. Поскольку это физическое тепло шлака, как правило, не используется в других альтернативных процессах, а в изобретении составляет положительную статью теплового баланса, то удельные затраты энергоносителей на единицу произведенной продукции в изобретении будут значительно ниже, чем в прототипе. Следует отметить, что в качестве мобильной емкости может служить обычная шлаковая чаша, что сокращает количество используемых агрегатов и существенно уменьшает технологический цикл переработки в условиях действующего производства металлургического завода. When carrying out the process of reductive melting in a liquid slag bath according to the prototype method, only the heat of chemical reactions from the combustion of the fuel supplied to the unit is used to compensate for the heat consumption for carrying out the endothermic recovery reactions. In the present invention, the preparation of the initial bath of slag melt is carried out by partial filling of the mobile tank with slag produced from various metallurgical units. This allows you to use the physical heat of the hot slag melt, updated in each melting cycle, and transferred from other sources that are not related to energy consumption in the object of the invention. Since this physical heat of slag, as a rule, is not used in other alternative processes, and in the invention is a positive article of the heat balance, the specific energy costs per unit of production in the invention will be significantly lower than in the prototype. It should be noted that an ordinary slag bowl can serve as a mobile tank, which reduces the number of units used and significantly reduces the processing cycle in the current production of a metallurgical plant.

Гравитационное осаждение восстановленных металлов на дно мобильной емкости в твердой фазе обеспечивает снижение затрат на процесс по сравнению с прототипом за счет отсутствия необходимости полностью расплавлять конечный продукт и перегревать его над линией ликвидуса для выпуска продукта из агрегата. Сравнительные расчеты теплового баланса (например, для процесса восстановления железа из окислов) показывают, что с учетом всех статей теплового баланса удельный расход условного топлива на реализацию процесса по изобретению примерно в два раза ниже, чем в способе реализации по аналогу (процессу ROMELT, на который имеются опубликованные данные по энергозатратам).Gravity deposition of reduced metals to the bottom of the mobile container in the solid phase reduces the cost of the process compared to the prototype due to the lack of the need to completely melt the final product and superheat it over the liquidus line to release the product from the unit. Comparative calculations of the heat balance (for example, for the process of reducing iron from oxides) show that, taking into account all the articles of the heat balance, the specific consumption of equivalent fuel for the implementation of the process according to the invention is approximately two times lower than in the implementation method by analogy (ROMELT process, for which there are published data on energy consumption).

Все перечисленные преимущества нового процесса дополняются возможностью извлечения металлов из жидких шлаков, которые используются в качестве исходных. Так, например, из конвертерных шлаков можно извлечь большую часть содержащегося в них железа. All these advantages of the new process are complemented by the ability to extract metals from liquid slags, which are used as source materials. Thus, for example, converter slags can be used to extract most of the iron contained in them.

Следует отметить, что в заявляемом способе используется обычный компримированный воздух. Обогащение технологического воздуха кислородом может использоваться в отдельных случаях и вовсе не обязательно, следовательно, существенно снижаются капитальные затраты. It should be noted that in the inventive method uses conventional compressed air. The enrichment of process air with oxygen can be used in some cases and is not necessary at all, therefore, capital costs are significantly reduced.

Для реализации нового способа предлагается устройство, содержащее емкость с расплавом, погружную камеру без дна, связанную с отсасывающим устройством и механизм передвижения, при этом в купол камеры встроена вертикальная двухъярусная фурма-горелка, содержащая несколько концентрично расположенных труб, образующих каналы для подачи твердых и газообразных реагентов; центральный канал фурмы-горелки соединен с дозатором подачи твердых реагентов, а периферийные - с источниками воздуха и газообразного топлива; один из периферийных каналов фурмы-горелки выполнен с укороченной длиной, обеспечивающей выход воздуха в расплав на верхнем ярусе; уровень истечения реагентов из каналов нижнего яруса фурмы-горелки расположен выше уровня нижней кромки погружной камеры, стенки которой снабжены проточным каналом охлаждения, входной патрубок которого соединен с магистралью сжатого воздуха, а выходной - с центральным каналом фурмы-горелки. To implement the new method, a device is proposed that contains a vessel with a melt, an immersion chamber without a bottom, connected with a suction device and a movement mechanism, while a vertical two-tier tuyere-burner is built into the chamber dome, containing several concentrically arranged pipes forming channels for supplying solid and gaseous reagents; the central channel of the tuyere-burner is connected to the dispenser for supplying solid reagents, and the peripheral channels are connected to sources of air and gaseous fuel; one of the peripheral channels of the tuyere-burner is made with a shortened length, which provides air outlet to the melt on the upper tier; the level of outflow of reagents from the channels of the lower tier of the tuyere-burner is located above the level of the lower edge of the immersion chamber, the walls of which are equipped with a flow cooling channel, the inlet of which is connected to the compressed air line, and the outlet - to the central channel of the tuyere-burner.

Устройство в соответствии с фиг. 1 содержит: емкость с расплавом 1, показанную в поднятом рабочем состоянии, погружную камеру 2, механизм передвижения 3, патрубок 4 для подачи рабочего воздуха в проточный канал охлаждения камеры 2, патрубок 5 для отвода из камеры газообразных продуктов, двухъярусную вертикальную фурму-горелку 6, закрепленную в стенке купола камеры и снабженную подводящими патрубками подачи воздуха 7 и 8, твердых материалов 9, горючих газов 10. Фурма содержит несколько концентрично расположенных труб, образующих каналы для введения в расплав указанных твердых и газообразных реагентов. В исходном состоянии емкость с расплавом установлена на горизонтально перемещаемой тележке 11. Уровень истечения реагентов из нижнего конца фурмы-горелки расположен выше уровня нижней кромки погружной камеры, образующей гидрозатвор для предотвращения выбросов пыли и газов в атмосферу и обеспечения работы газлифта. Корпус погружной камеры выполнен с проточным каналом охлаждения, соединенным с одной стороны с магистралью сжатого воздуха (посредством патрубка 4), а с другой - с трактом подачи воздуха на нижний ярус фурмы-горелки 6 (посредством патрубка 7), с целью использования в технологическом процессе подогретого воздуха. Подвод воздуха на верхний (второй) ярус фурмы-горелки осуществляется напрямую от магистрали сжатого воздуха (через патрубок 8), что обеспечивает охлаждение периферийного канала фурмы-горелки до уровня истечения воздуха из верхнего яруса. Ниже корпус фурмы-горелки охлаждается горючими газами, подаваемыми в нижний ярус через патрубок 10, за счет теплопередачи газовому потоку и эндотермическому разложению углеводородов, присутствующих в горючих газах. Отвод дымовых газов и продуктов возгонки осуществляется через патрубок 5, связанный с отсасывающим устройством.The device according to FIG. 1 contains: a container with a melt 1, shown in a raised working condition, an immersion chamber 2, a movement mechanism 3, a nozzle 4 for supplying working air to the flow cooling channel of the chamber 2, a nozzle 5 for removing gaseous products from the chamber, a two-tier vertical tuyere-burner 6 fixed in the wall of the chamber dome and equipped with inlet pipes for air supply 7 and 8, solid materials 9, combustible gases 10. The lance contains several concentrically arranged pipes that form channels for introducing said solid and gaseous reagents. In the initial state, the vessel with the melt is mounted on a horizontally movable carriage 11. The level of reagent outflow from the lower end of the tuyere-burner is located above the lower edge of the immersion chamber, which forms a water seal to prevent dust and gas emissions into the atmosphere and to ensure gas lift operation. The housing of the immersion chamber is made with a flow-through cooling channel, connected on one side to the compressed air line (via pipe 4) and, on the other, to the air supply path to the lower tier of the tuyere-burner 6 (via pipe 7), for use in the process heated air. Air is supplied to the upper (second) layer of the tuyere-burner directly from the compressed air line (through pipe 8), which provides cooling of the peripheral channel of the tuyere-burner to the level of air outflow from the upper tier. Below the lance of the tuyere-burner is cooled by combustible gases supplied to the lower tier through the pipe 10, due to heat transfer to the gas stream and endothermic decomposition of hydrocarbons present in the combustible gases. The removal of flue gases and sublimation products is carried out through a pipe 5 connected to a suction device.

Подача твердых реагентов осуществляется в центральный канал фурмы-горелки для увеличения надежности и упрощения процесса шихтоподачи. Уровень истечения реагентов из каналов фурмы расположен выше уровня нижней кромки погружной камеры для повышения надежности гидрозатвора и предотвращения выбросов пыли и газов через кольцевой зазор между мобильной емкостью и погружной камерой. Корпус погружной камеры имеет проточный канал охлаждения, связанный с магистралью сжатого воздуха, что обеспечивает охлаждение стен погружной камеры и использование подогретого воздуха в технологическом процессе.The supply of solid reagents is carried out in the Central channel of the tuyere-burner to increase reliability and simplify the process of charge supply. The level of expiration of reagents from the tuyere channels is located above the level of the lower edge of the immersion chamber to increase the reliability of the water seal and prevent dust and gas emissions through the annular gap between the mobile tank and the immersion chamber. The housing of the immersion chamber has a flow cooling channel connected to the compressed air line, which provides cooling of the walls of the immersion chamber and the use of heated air in the process.

В предпочтительном варианте осуществления устройства погружная камера выполнена в виде цилиндрического сосуда с конусным сужением в нижней части с целью создания максимальной реакционной поверхности. Емкость с расплавом установлена на горизонтально перемещаемую тележку для снижения времени установки емкости под погружную камеру и увоза емкости после обработки. In a preferred embodiment of the device, the immersion chamber is made in the form of a cylindrical vessel with a conical narrowing in the lower part in order to create a maximum reaction surface. The vessel with the melt is mounted on a horizontally movable trolley to reduce the installation time of the vessel under the immersion chamber and the removal of the vessel after processing.

Процесс переработки металлургического сырья осуществляется следующим образом. Емкость с расплавом 1, например чашу с конвертерным шлаком, заполненную на 2/3 объема, устанавливают под погружную камеру 2, включают отсасывающее устройство, соединенное с патрубком 5, и через патрубок 4 в проточный канал охлаждения камеры нагнетают охлаждающий воздух, который затем отводится в патрубок 7. Далее через патрубок 10 производят подачу в фурму-горелку 6 горючих газов и зажигают факел. При помощи механизма вертикального передвижения 3 чашу с расплавом поднимают до замыкания гидрозатвора. В центральный канал фурмы через патрубок 9 инжектируют твердые шихтовые материалы. В процессе обработки при необходимости производят корректировку высоты погружения камеры с помощью механизма вертикального передвижения 3. Выделяющиеся газы дожигаются в слое пенистого шлака воздухом, вдуваемым через верхний ярус фурмы-горелки, и далее все газообразные продукты отводятся через патрубок 5. После завершения технологического процесса подачу твердых материалов прекращают, уменьшают подачу воздуха, производят опускание чаши на тележку 11 при помощи механизма вертикального передвижения, отключают или снижают подачу горючих газов. Емкость с обработанным расплавом и твердым полупродуктом передают на дальнейший передел.The processing of metallurgical raw materials is as follows. A vessel with a melt 1, for example, a bowl with converter slag, filled in 2/3 of the volume, is installed under the immersion chamber 2, a suction device connected to the nozzle 5 is turned on, and cooling air is pumped through the nozzle 4 into the flow cooling channel of the chamber, which is then discharged to branch pipe 7. Then, through the branch pipe 10, combustible gases 6 are supplied to the tuyere-burner and a torch is ignited. Using the mechanism of vertical movement 3, the bowl with the melt is raised until the hydraulic lock closes. Solid charge materials are injected into the central channel of the tuyere through the pipe 9. During processing, if necessary, adjust the immersion height of the chamber using the vertical movement mechanism 3. The evolved gases are burned in a layer of foamy slag by air blown through the upper tier of the tuyere-burner, and then all gaseous products are discharged through the nozzle 5. After completion of the process, the supply of solid materials stop, reduce the air supply, lower the bowl on the trolley 11 using the vertical movement mechanism, turn off or reduce the flow of fuel x gases. The tank with the processed melt and solid intermediate is transferred to a further redistribution.

Claims

1. A method of processing metallurgical raw materials, including preparing a slag melt in a mobile tank of an initial bath, feeding a charge consisting of a processed material, solid carbon-containing material and fluxes into the melt, and blowing the melt with air and gaseous fuel, characterized in that the charge is fed into the melt and its blowing with air and gaseous fuel is carried out by means of a two-tier multichannel vertical tuyere-burner with a lower tier immersed in the melt, along the central channel of which they charge the mixture injected with air, and at the peripheral charge air and gaseous fuel directly below the level of the initial slag melt bath, the components of the charge are heated by the torch of the lower tier of the tuyere-burner and sent to a closed bubbler reactor preliminarily formed by a chamber insulating the bath from the part of the surface of the melt around the tuyere-burner and a closed bubbler reactor are filled with slag foam formed by the combustion products of gaseous fuels and solid of the material containing hydrogen in the torch of the lower layer of the tuyere-burner and lifted by a gas lift, while the resulting slag foam carries out direct and indirect reduction of metal oxides of the mixture with gravitational deposition of reduced metals from it, afterburning of excess pop-up reducing agents with air blown through the upper layer of the tuyere-burner, the removal of gases and sublimates of reduced metals from a closed bubbler reactor through a gas exhaust path by creating a vacuum above the slag foam.

2. The method according to p. 1, characterized in that the preparation of the initial bath of the slag melt is carried out by partially filling the mobile tank with slag produced from various metallurgical units.

3. The method according to p. 2, characterized in that as a mobile tank using a slag bowl.

4. The method according to p. 1, characterized in that under the level of the initial bath of slag melt serves air enriched with oxygen.

5. The method according to p. 1, characterized in that the mixture is fed into the melt in discrete portions.

6. The method according to p. 1, characterized in that the air heated in the flow cooling system of the walls of the immersion chamber is supplied to the lower tier of the tuyere-burner.

7. The method according to p. 1, characterized in that the gravitational deposition of reduced metals to the bottom of the mobile tank is carried out in the solid phase.

8. The method according to p. 1, characterized in that the sublimates of the metal are a pair of zinc and / or its compounds.

9. A device for processing metallurgical raw materials containing a mobile container with a melt, an immersion chamber without a bottom, connected with a suction device, a mechanism for moving the immersion chamber, characterized in that a vertical two-tier tuyere-burner is integrated in the chamber dome, containing several concentrically arranged pipes forming channels for supplying solid and gaseous reagents, while the central channel of the tuyere-burner is connected to a dispenser for supplying solid reagents, and peripheral to air and gas sources different fuels, and one of the peripheral channels of the tuyere-burner is made with a shortened length, which provides air outlet to the melt at the upper tier, while the level of outflow of reagents from the channels of the lower tier of the tuyere-burner is located above the lower edge of the immersion chamber, the walls of which are made with flow a cooling channel, the inlet of which is connected to the compressed air line, and the outlet - with the central channel of the tuyere-burner.

10. The device according to p. 9, characterized in that the immersion chamber is made in the form of a cylindrical vessel with a conical narrowing in the lower part.

11. The device according to p. 9, characterized in that the mobile container with the melt is mounted on a horizontally movable trolley and is made with the possibility of vertical movement.