Гранулирование жидкого железа

Гранулирование жидкого железа

Грануляция жидкого чугуна — это метод обращения с избыточным производством чугуна в доменной печи (ДП), который не может быть использован при производстве стали в сталеплавильном цехе металлургического комбината. Это экономически эффективный метод производства твердого продукта, известного как гранулированное железо (GI). GI обладает хорошими химическими и физическими свойствами, такими как чугун, и может использоваться в качестве основного сырья для производства стали.

GI имеет химический состав, идентичный гранулируемому жидкому железу. В GI нет окисления или шлакового улавливания и высокое содержание металлов. На рис. 1 показаны некоторые фрагменты ГУ.

Рис. 1. Гранулированное железо

Завод GI позаботится о любом несоответствии между производством на предприятиях по производству чугуна и потребностью в жидком чугуне на предприятиях по производству стали. Логистически он расположен между двумя объектами. Избыток жидкого чугуна из доменной печи направляется на завод GI для производства GI. Это исключает сокращение объема горячего дутья в доменной печи при производстве ГУ, которое может использоваться в качестве внутреннего сырья в качестве теплоносителя в конвертерном цехе или для реализации на внешний рынок для использования в вагранках, индукционных печах (ДП) и электродуговых печах (ЭДП).

Установки GI могут быть построены и эксплуатироваться с мощностью, соответствующей производительности доменной печи. Они являются альтернативой машинам для литья чушек (ПКМ), но обладают значительно большей производительностью. Производительность даже двухручьевых ПКМ ограничена из-за времени затвердевания жидкого чугуна в изложницах. PCM также требуют частого механического обслуживания из-за сложной конструкции. GI имеет те же свойства, что и чугун, но с дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что с ним можно работать в бункерных системах.

Четыре основных этапа процесса грануляции жидкого железа следующие.

• Контроль потока жидкого чугуна в гранулятор
• Грануляция путем формирования капель жидкого железа и их быстрое закаливание в воде.
• Выгрузка затвердевшего и охлажденного GI обычно воздушно-водяным эжектором
• Обезвоживание GI и транспортировка к месту хранения

Оборудование и процесс грануляции

  Оборудование может быть рассчитано на грануляцию больших партий жидкого чугуна и производительностью доменной печи. Принцип основан на передаче тепла между жидким железом и охлаждающей водой. Тепло, выделяющееся при охлаждении и затвердевании жидкого чугуна, передается охлаждающей воде, которая уносит тепло из процесса.

Оборудование, используемое для грануляции железа, является стандартным оборудованием.

Для обработки ковшей с жидким чугуном на грануляционном заводе используется сдвоенная турель ковша, аналогичная турели, используемой в машине непрерывного литья заготовок. Турель в сочетании с промежуточным ковшом может обеспечить бесперебойную последовательность операций на грануляционной установке без каких-либо разрывов между ковшами для жидкого чугуна.

Промковши, используемые для грануляции чугуна, представляют собой стандартные промковши непрерывного литья заготовок с небольшими модификациями. Промковши оборудованы либо системой стопорных стержней, либо системой шиберных затворов. Это позволяет быстро остановить грануляцию в случае возникновения проблемы. Стандартную систему можно использовать для контроля скорости грануляции. Промежуточный ковш и сопло обычно предварительно нагревают примерно за 20–30 минут до начала грануляции.

Гранулятор жидкого железа является сердцем процесса. Он состоит из резервуара с водой и распределителя жидкого железа. Основная функция распределителя жидкого железа состоит в том, чтобы разделить поток жидкого железа на более мелкие частицы и равномерно распределить его по поверхности воды. Разделение потока жидкого железа не только обеспечивает большую площадь поверхности для более быстрого охлаждения жидкого железа, но также распределяет жидкое железо по большей площади поверхности в грануляторе. Это также помогает избежать концентрации тепла в меньшем объеме воды и, таким образом, обеспечивает высокую скорость потока жидкого чугуна. Распределитель жидкого чугуна является важным оборудованием, поскольку он должен выдерживать термические удары и длительное воздействие потока жидкого чугуна.

Внешняя поверхность капель жидкого железа затвердевает на пути их движения от распределителя к поверхности воды и до проникновения на поверхность воды. Оставшаяся внутренняя часть полужидкой капли, теперь уже гранулы, гасится при ударе о поверхность воды и начинает свое движение в объеме воды. При попадании гранул в воду они немного деформируются, но не распадаются, что предотвращает образование мелких частиц.

Во время движения гранул железа через воду в резервуаре для грануляции тепло железа передается охлаждающей воде. Охлаждающая вода позволяет гранулам достичь температуры ниже 100°C.

При скорости грануляции 100 т/ч генерируемая тепловая нагрузка, которая передается от жидкого чугуна к охлаждающей воде, составляет около 8 М кал/сек. Водяная система рассчитана на такую ​​величину тепловой нагрузки. В водяной системе тепло распределяется по воде таким образом, чтобы концентрация тепла (единица теплоты/объем) была меньше критической концентрации для паровых взрывов.

Резервуар для грануляции вмещает достаточное количество воды, необходимое для размещения капель жидкого железа, образующихся в результате разделения потока жидкого железа и ударного импульса потока жидкого железа на поверхности воды.

Конструкция и конструкция бака для воды обеспечивают концентрацию и выгрузку из бака кусков охлажденного ГИ. Для выгрузки охлажденного гранулированного железа обычно используются воздушно-водяные эжекторные системы.

Выгруженный затвердевший ГУ обезвоживается и транспортируется по ленточному конвейеру в зону хранения, где хранится на складе для отправки.

Система водяного охлаждения и обработки тщательно сбалансирована, чтобы обеспечить отвод большого количества тепла, добавляемого жидким чугуном, охлаждающей водой. Система водоснабжения обычно представляет собой систему технической воды замкнутого цикла. Поток охлаждающей воды в резервуаре для грануляции противоточен движению жидкого чугуна. При протекании в грануляторе вода забирает тепло жидкого железа и нагревается. Нагретая вода из резервуара для гранул удаляется и направляется обратно в систему водоподготовки. Возвратная горячая техническая вода охлаждается либо в градирне, либо через теплообменники.

Установки грануляции жидкого железа обычно полностью автоматизированы, что позволяет использовать лишь небольшую рабочую силу для выполнения всей операции. Продолжительность процесса грануляции железа обычно составляет от 30 до 40 секунд, а выход процесса превышает 99 %. Это хорошее улучшение по сравнению с более низким выходом, полученным в PCM.

Ниже приведены важные характеристики процесса гранулирования жидкого железа.

• Короткое время запуска для выполнения последних решений по отводу жидкого чугуна от сталелитейных производств
• Быстрая переработка жидкого чугуна в охлажденный GI
• Нет изменений в химическом анализе железа из-за быстрой закалки
• Более 99 % технологического выхода
• Надежный процесс с высокой доступностью и минимальным обслуживанием из-за использования стандартного оборудования
• Простота в эксплуатации
• Высокие производственные мощности, соответствующие производительности доменной печи.
• Производство первоклассного чугуна, не требующего дополнительной обработки
• Низкое воздействие на окружающую среду.
• Гибкая компоновка и возможность размещения на существующем доступном пространстве.
• Низкие эксплуатационные расходы
• Разумные инвестиционные затраты

Железный гранулированный продукт 

GI обладает постоянными физическими и химическими свойствами. Он сочетает в себе высокое содержание металла в первичном ломе с низким содержанием остаточного содержания первичных источников железа. С практической точки зрения высокая объемная плотность и физическая форма подходят для эффективной обработки материалов.

Химический состав ГИ такой же, как и у жидкого железа. Типичный анализ:от 4 % до 4,5 % углерода, от 0,5 % до 0,6 % кремния и от 95 % до 95,5 % железа. Посторонние элементы (медь, никель, молибден и олово) не превышают 0,05 %.

GI имеют компактную и маленькую форму сплющенной сферы, что приводит к высокой объемной плотности около 4 тонн / куб. Размер GI находится в диапазоне от 8 мм до 25 мм. ГИ имеет большой угол естественного откоса, что обеспечивает эффективную транспортировку и хранение.

Некоторые характеристики ГУ приведены ниже.

• Однородный состав
• Практически не содержит оксидов.
• Высокий выход металла при производстве стали
• Очень хорошие свойства при предварительном нагреве и быстрое плавление/растворение при добавлении в металлургический процесс.
• Содержит карбид железа в матрице, что полезно для замены лома в операциях ЭДП.
• Высокая объемная плотность
• Инертен при транспортировке и хранении.
• Имеет размер и форму, которые облегчают работу с конвейерной лентой, магнитом, фронтальным погрузчиком, системами бункеров и скипом.
• Имеет высокую физическую прочность и форму, исключающую разрывы при обращении и уменьшающую пыление.
• Не проявляет пирофорных свойств, поэтому его можно транспортировать и обрабатывать, не опасаясь воспламенения. Он инертен при транспортировке и хранении.

Простота процесса отверждения и охлаждения жидкого чугуна в сочетании с высокой производительностью, соответствующей стандартной пропускной способности доменной печи, делает процесс гранулирования чугуна пригодным для установки на металлургических комбинатах.