Процесс Ромелт

Одностадийный процесс жидкофазного восстановления предназначен для неподгото­вленных железосодержащих материалов с использованием в качестве восстановителя энергетических углей осуществляется в плавильно-восстановительной печи прямоугольного сечения, работа­ющей с небольшим разрежением в рабочем пространстве, исключаю­щим выбросы газов в атмосферу.

Печь ПЖВ имеет рабочее пространство 1 и примыкающий к нему с двух сторон отстойники для металла и шлака. Отстойники имеют общую подину с рабочим пространством и соединяются с ним через отверстие 5 выполненные в нижней части торцевых стен. Рабочее пространство и отстойник заключены в металлический кожух. Воронка 6 для загрузки ШМ и патрубок 7 для отвода продуктов горения. Нижний ряд фурм- горелок 8 на высоте 1, 5 м от от подины. Верхний ряд фурм – 4, 5 м для дожигания с возможностью изменения угла наклона от 0⁰ до 60⁰.

Установка состоит из плавильно- восстановительной печи и следующих систем, обеспещивающих ее работу:

1.система подачи шихтовых материалов;

2.газоотводящий тракт;

3. система охлаждения;

4. система подачи энергоносителей;

5. система электроснабжения;

6. КИП и средств автомотизации.

Рисунок 7.6 - Схема агрегата РОМЕЛТ (а) и вид сбоку (б)

В плавильно-восстановительной печи Ромелт че­тыре зоны, характерные для одностадийных процессов жидкофазного восстановления: металлическая ванна, шлаковая барботируемая ванна, зона дожигания и зона свободного пространства в верхней части плавильно-восстано­вительной печи. Шлаковая ванна разделена на три зоны в соответствии с протекающими в ней процессами, В самой плавильно-восстановительной печи 5 зон, не считая зоны свободного подкупольного пространства печи.

1. Зона спокойного металла (температура 1350—1400 °С) в горне пе­чи, где происходит накопление металла и окончательно формируется его состав в реакциях между чугуном и расположенным на ним слоем относительно спокойного шлака.

2. Зона спокойного шлака (температура 1400—1450 °С) под уровнем барботажньгх фурм. В этой зоне происходит каогуляцияция капель ме­талла, их протекание через слой шлака в металлическую ванну и реакции между шлаком и металлом, формирующие окончательный состав чу­гуна.

3. Нижняя часть зоны барботируемого слоя шлака с температурой 1450—1500 °С, расположенная непосредственно над барботажными фурмами. В этой зоне идут многочисленные теплообменные и физи­ко-химические процессы: горение частиц твердого топлива, диссоциация гематита, плавление частиц руды, растворение углерода в металле, восстановление оксидов железа из жидкого шлака углеро­дом, окисление серы из шлака кислородом и десульфурация металла шлаком:

3Fe₂0₃→ 2Fe₃0₄ → 6(FeO) +1, 50₂;

С_тв + 0₂ = С0₂;

С_тв + С0₂ = 2СО;

(S) + 0₂ = S0₂;

С_тв > [С];

(FeO) + С_тв = [Fe] + СО;

[С] + (FeO) = [Fe] + СО;

СО + (FeO) = [Fe] + С0₂;

[FeS] + (CaO) + С_тв = (CaS) + [Fe] + CO.

4.Верхняя часть барботируемого слоя шлака с температурой 1500—1550 °С (поверхностный слой). В этом слое происходят: пиролиз, деструкция угольных частиц, выделение и разложение летучих веществ угля, испарение и разложение влаги, газификация углерода и частичное его окисление, образование частичек полукокса, диссоциация гематита, расплавление железорудных материалов и флюса и переход их в шлаковую фазу. Также восстанавливаются оксиды железа и идет реакция науглероживания чугуна. Из этой зоны происходят интенсивные выплески шлака вверх, в зону дожигания. Основные химические реакции в этой зоне следующие:

С_nН_m —> С_тв + Н₂;

С_тв + 0₂ = С0₂; С_тв + С0₂ = 2СО; С_тв + Н₂0 = Н₂ + СО;

Н₂0 + С_тв = СО + Н₂;

3Fe₂0₃ → 2Fe₃0₄ → 6FeO;

С_та + (FеО) = [ е] + СО; СО + (FeO) = [Fe] + С0₂; [С] + (FeO) = [Fe] + СО;

С_тв> [С].

5. Зона дожигания (1750—1850 °С). В этой зоне выделяется основное количество тепла в результате окисления СО до С0₂ и Н₂ до Н₂0 и идет интенсивная теплопередача от газовой фазы шлаку за счет конвективного теплообмена и излучения. В этой зоне происходит также частичное окисление мелких частиц угля, выносимых потоком газа:

2СО + 0₂ = 2С0₂; 2Н₂ + 0₂ = 2Н₂0;

Н₂0 + СО = Н₂ + С0₂;

С_тв + 0₂ = С0₂; С_тв + С0₂ = 2СО; С_тв + Н₂0 = СО + Н₂.

Над зоной дожигания существует относительно высокое свободное подкупольное простран­ство, в котором происходит погашение энергии взлетающих капель шлака, снижение скорости выделяющегося дыма, за счет которого уменьшается вынос мелочи загружаемых материалов с отходящим га­зом.

Шм - природные и техногенные же­лезорудные материалы, а в качестве топлива — различные энергетиче­ские угли с широким диапазоном содержания летучих веществ и золы. Получаемый чугун по содержанию углерода и серы мало отличался от доменного, но практически не содержал кремния и других тру­дновосстановимых элементов. Содержание фосфора в чугуне зависит от содержания закиси железа в шлаке, которое составляет 1, 5—3, 0%.

Поэтому в зоне барботируемого шлака отсутствует огнеупорная футеровка, вместо нее медные водоохлаждаемве кессоны. По этой причине большие тепловые потери, что является основным недостатком этого процесса. Фосфор в процессе Ромелт частично (на 20—30%) переходит в шлак.

Преимущества процесса Ромелт следующие:

-отсутствие кокса;

-возможна переработка пылеватых руд без их окускования;

-утилизации металлургических и техногенных отходов (пластмасс, РТИ, отработанных покрышек без их специальной подготовки к переработке сортировка, дробление, дробление, измельчение), как это требуется, например, для вдувания пластмасс в доменные печи;

-перерабатывать отхо­ды, содержащие до 7, 6% Zn и 0, 86% Рb, щелочные элементы - хлориды и оксиды.

Температурно-восстановительные условия в рабочем пространстве плавильно-восстановительной печи обеспечивают удаление этих металлов и части щелочей из ванны и возможность их улавливания в системе газоочистки, цветных металлов с низкой температурой плавления цинк, свинец, мышьяк и др., например возгонка сурьмы на БНЗ (г. Светлый),

-возможность переработки ТБО с получением шлака, жидкого металла и улавливанием вредных газов, что невозможно при их переработки другими методами, в частности сжиганием.

Основными характеристиками процесса Ромелт, обес­печивающими оптимальные условия для выплавки металла в печи и максимальное использование избыточного тепла отходящих газов, являются:

- барботирование жидкой шлаковой ванны струями кислородо -воздушной смеси; -дожигание выходящих из жидкой ванны плавильно-восстанови­тельной печи газов кислородом; -водяное охлаждение стен шлакового пояса;

- непрерывная загрузка материалов в плавильно-восстановительную печь.

Побочным продуктом процесса является гранулированный шлак и энергети­ческий пар.

В состав модулей входят следующие основные агрегаты и системы.

1 — в кислородно-конвертерный и электросталеплавильный цехи; 2 — на разливочную машину; 3 — техническая вода; 4 — вода к водяному теплообменнику; 5 — резервуар потребляемой воды; 6 — чугун; 7 — гранулированный шлак; 8 — шлак; 9 — кислород; 10 — сжатый воздух; 11 — бак-сепаратор испарительной системы охлаждения; 12 — печь РОМЕЛТ; 13 — шихтовые бункера; 14 — деминерализованная вода; 15 — грубая пыль; 16 — тонкая пыль; 17 — со склада: шламы, уголь, известняк; 18 — теплообменник-парогенератор; 19 — циклон-пылеуловитель; 20 — электрофильтры; 21 — вентилятор; 22 — электрогенератор; 23 — паровая турбина; 24 — пар; 25 — дымовые газы

Рис. 6.30. Технологическая схема промышленного модуля РОМЕЛТ

Контрольные вопросы

1. В чем заключаются особенности доменной плавки?

2. Опишите схему работы современного металлургического комбината.

3. Почему применяют двухстадийный способ получения стали?

4. Какие преимущества и недостатки доменного процесса?

5. Какие преимущества и недостатки недоменных способов выплавки чугуна?

6. Какие основные реакции протекают в агрегате Ромелт?