Процесс Согех

Процессы с предварительным восстановлением железа в твердой фазе и довосстановлением в жидкой фазе появились вследст­вие неудачных попыток создания плавильно-восстановительного одностадийного процесса, а также успешного развития технологий твердофазного восстановления, продуктом которых является губчатое железо.

Важнейшим этапом, изменившим отношение металлургов к беско­ксовым способам получения жидкого чугуна, стало промышленное внедрение процесса Согех, разработанного фирмами «Korf Engmeering GmbH», Германия, и «Voest Alpine Industrieanlagenbau AG» (VAI), Авст­рия. Первые опыты по реализации процесса провели на заводе Badische Stahlwerke AG, Германия, в 1977 году. Детальное освоение тех­нологии прошло в период 1981—1987 годов (10 кампаний, 6000 ч рабо­ты) на пилотной установке мощностью 70 тыс. т чугуна в год в г. Келе, Германия. В конце 1989 году был введен в эксплуатацию первый промышленньгй комплекс Согех-1000 с фактической производительно­стью 315 тыс. т чугуна в год на заводе фирмы «Iscor» в Претории, ЮАР.

К настоящему времени процессом Согех произведено более 6 млн. т чугуна. Действующие компании Согех: ЮАР, — 0, 65 млн т/год; Индия, — 0, 8 млн т/год; Ю. Корея — 0, 8 млн т/год.

В этом процессе восстановителем и источником тепла является уголь. Установка (рис. 6.10) имеет два расположенных друг над другом реактора: нижний плавильный реактор, в котором также регенериру­ется восстановительный газ, и верхний восстановительный реактор — шахтная печь, в которой получают губчатое железо. Плавильный реа­ктор является основным агрегатом установки. Он представляет собой угольный газификатор с вихревым слоем. Загружаемый в реактор уголь (0—50 мм) горит в нижней части реактора, где расположен пояс кислородных фурм, в кипящем слое в токе вдуваемого кислорода, при этом температура достигает 2500 °С

Рабочее пространство реактора-газификатора можно разделить на несколько зон (рис. 6.11).

Верхняя часть плавильного газификатора выполнена в виде камеры «успокоения». В этой зоне из вихревого слоя осаждаются мелкие час­тицы твердого топлива, чем предотвращается их вынос газовым пото­ком. Здесь же осуществляется газификация твердого топлива. Образу­ющийся газ, содержащий 90-95% СО и Н₂ (Н₂/СО ~ 0, 3) и 1-5% С0₂, а также немного азота, разбавляется охлажденным газом того же со­става и после очистки с температурой 800—900 °С вдувается в шахту, обеспечивая в ней степень металлизации рудных материалов до 93%. Через эту зону проходит поток загружаемых сверху шихтовых матери­алов и угля. Ниже верхней зоны в угольном слое происходит испаре­ние влаги, пиролиз угля и начинается довосстановление металлизованной шихты.

Затем расположена зона, где протекает только незначительная га­зификация угля остаточными количествами влаги и С0₂. Здесь проис­ходит плавление шихты и завершается восстановление железа из рас­плава.

Науглероживание железа начинается в верхней восстановительной шахте и завершается в нижнем реакторе-газификаторе.

Плавление металла происходит в нижнем конце вихревого слоя вблизи кислородных форсунок. При этом образуется чугун, содержащий до 4% С, 0, 4-2, 5% Si и 0, 02-0, 1% S. Содержание фосфора зави­сит от состава угля и рудного материала. Температура жидкого чугуна и шлака составляет 1450—1550 °С. Удельная потребность в кислороде составляет 500—600 м³/т чугуна. Потребность в угле зависит от его ка­чества и равна 950—1050 кг/т чугуна.

1 — восстановительная шахтная печь; 2 — плавильный газификатор; 3 — бункер для угля; 4 — шнеки; 5 — циклон; 6 — холодильник; 7— нагнетатель охлаждающего газа; 8 — нагнетатель рабочего газа; 9 — скруббер колошникового газа; 10 — сгуститель

Рисунок 6.10 - Установка прямого получения жидкого металла по спосо­бу Согех

Избыточный газ после шахтной печи (35—45% СО, 35—45% С0₂, 15—20% Н₂, 1—3% N₂, 1—4% СН₄) с теплотворной способностью 6, 7—8, 0 МДж/нм³ может использоваться для собственных нужд завода (производство электроэнергии; в установке металлизации после очи­стки от С0₂, для нагрева установок в комплексе чугун — сталь, в хими­ческой промышленности).

Уловленная в циклонах пыль из газа, содержащая уголь и железо, вдувается в реактор-газификатор, что снижает расход материалов на процесс. Кроме этого, применение мелкой железной руды (в количе­стве 10—12% от всей металлошихты), которая загружается в плавиль­ную печь-газификатор через загрузочные устройства для угля, приво­дит к сокращению расхода топлива и кислорода на процесс. Так на мо­дуле Согех в Индии при использовании рудной мелочи были достигну­ты минимальный расход кислорода (518 м³/т) и минимальный расход угля (993 кг/т), а суточная производительность — 3065 т/сут.

Практика работы установок Согех показала, что добавка кокса (10—15%) к загружаемому в реактор-газификатор углю повышает их производительность. Наличие кокса в угольной насадке способствует увеличению зоны горения, улучшению передачи тепла к располагаю­щимся непосредственно под этой зоной шлаку и металлу. Кокс, в основном, используют перед пусками и остановками агрегата, а также для стабилизации процесса при недостатке кислорода. Однако даже применение сравнительно небольшого количества кокса снижает пре­имущества процесса.

Рис. 6.11. Схема рабочего пространства реактора-газифи­катора Согех