Ромелт процесс (Плавка в ПЖВ)

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: система подачи шихтовых материалов; газоотводящий тракт; система охлаждения; система подачи энергоносителей; система электроснабжения; КИП и средств автомотизации.

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.

 

Рисунок 10.2 - Схема агрегата РОМЕЛТ (а) и вид сбоку (б)

 

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 каогуляция 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 тру­дно восстановимых 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: -отсутствие кокса; -возможна переработка пылеватых руд без их окускования; -утилизации металлургических и техногенных отходов, например 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.

Контрольные вопросы для самопроверки

1. Как классифицируются внедоменные процессы выплавки чугуна?

2. Какие основные недостатки доменной плавки?

3 Дайте характеристику одностадийным процессам.

4 Дайте характеристику Корекс и Мидрекс процессов.

5 Дайте характеристику Ромелт процесса.

6 Какие побочные продукты плавки образуются в Ромелт процессе?

 

Список рекомендуемой литературы

 

1. Металлургия чугуна: учебник / Под ред. Ю.С. Юсфина – М.: Академкнига, 2004. – 774 с.

2. Келина И.М. Обогащение руд. М.: Недра, 1979. – 222 с.

3. Батанов А.И. Обогащение руд черных металлов. - М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по горному делу. 1961. – 424 с.

4. Вегман Е.Ф., Чургель В.О. Теоретические проблемы металлургии чугуна. - М. Машиностроение, 2000. – 348 с.

5. Ефименко Г.Г., Гиммельфарб А.А., Левченко В.К. Металлургия чугуна. - Киев, Вища школа, 1988. – 351 с.

6. Вегман Е.Ф. Краткий справочник доменщика. -М.: Металлургия, 1981. – 238 с.

7. Шпарбер Л.Я. Металлургия железа и чугуна. - Справочное изд. в 2-х книгах. – Тула: АССОД, 1996. – 368 с.

8. Полтавец В.В. Доменное производство. – М.: Металлургия, 1981. -414 с.

9. Неясов А.Г. Введение к лабораторным занятиям по дисциплине «Теория и технология подготовки сырья к доменной плавке». – Магнитогорск: Изд. МГМИ, 1980.

10.Сырьевая и топливная база черной металлургии. Методическое пособие для практических занятий. / Братковский Е.В., Заводяный А.В., Пареньков А.Е. – Новотроицк: НФ МИСиС, 2006. – 72 с.