4 Процесс прайму с (primus) для производства металлизованного продукта
Этот процесс, разработанный компанией Paul Wurth, осуществлен в 1990 г. Его упрощенная технологическая схема представлена на рис. 6. Процесс восстановления и металлизации происходит в многоподовой печи - 1. Руда и уголь, загружаемые сверху печи через загрузочные трубы, перемещаются вниз, пересыпаясь с одного пода на другой. Скребки вращающихся «рук» передвигают материал вдоль каждого пода многоподовой печи (рис. 7). Четыре «руки со скребками», закрепленные на вертикальном осевом валу печи над каждым подом вращаются со скоростью около 2,5 оборотов в минуту. Шихтовые материалы и газ, таким образом, движутся в основном в противотоке. Процесс не требует специальной подготовки сырьевых материалов и может перерабатывать как мелкую железную руду, крупный концентрат, так и композитные окатыши из цинкосодержащей пыли электропечей, угля и связующего вещества (бентонит и др.).
Рисунок 6 – Технологическая схема процесса ПРАЙМУС:
1 – многоподовая печь; 2 – плавильный агрегат; 3 – циклон; 4 – камеры дожигания газа; 5 - рекуператор-подогреватель воздуха горения; 6 – холодильники; 7 – тканевые фильтры; 8 – дымососы; 9 – дымовая труба; ЖР – железная руда; У – уголь; В – воздух; - Ш – шлак; ЧЧ – чушковый чугун; ЖЧ – жидкий чугун; ПГ – продукты горения; ТГ – технологический газ электропечи; АГ - аспирационные газы; ПП – пыль на рециклинг процесса ПРАЙМУС; ПЦ – пыль на производство цинка и свинца
Многоподовая печь по высоте (сверху вниз) разделена на две основные технологические зоны (рис. 7):
- окислительную, в которой происходит подогрев материалов и выделение летучих угля вследствие его термического разложения. Тепло для этих целей получают за счет сжигания угля и его летучих компонентов. Подогретый воздух горения инжектируется в свободное рабочее пространство печи над каждым подом, При избытке кислорода в этой зоне, обеспечивающего окислительную атмосферу, образуются оксиды цинка и свинца, выделяя при этом дополнительное количество тепла. Эта технологическая операции необходима для последующего осаждения этих соединений на фильтре;
- восстановительную, предназначенную, как следует из названия этой зоны, для восстановления оксидов железа, цинка и свинца. Необходимое количество тепловой энергии для создания требуемой по составу атмосферы и осуществления процессов металлизации, а также возгонки цинка и свинца получают при сжигании углерода коксового остатка угля в условиях недостатка воздуха. Подача этого воздуха организуется так же, как и для окислительной зоны. Для обеспечения технологического процесса металлизации и возгонки дополнительным количеством тепла, необходимого для полноты протекания всех эндотермических реакций, прибегают к ин-жекции пылеугольного топлива в свободное пространство печи. Положение и диаметр насадок для ввода воздуха в печь выбирается с учетом поддержания восстановительной атмосферы на поверхности материала.
Рисунок 7 – Внутреннее устройство многоподовой печи
Процесс осуществляется при давлении, близком к атмосферному. Температура в межподовом пространстве достигает 1100 °С. Материал выгружается из печи при температуре около 1050-1080 °С. Температура продуктов горения, покидающих рабочее пространство печи, составляет около 1050 °C. Благодаря высокой температуре и малому размеру частиц все процессы как нагрева, так и окислительно-восстановительные осуществляется достаточно быстро и время пребывания компонентов шихты в печи составляет 30-40 мин. На пилотной установке при работе на хорошем концентрате была достигнута степень металлизации, превышающая 92 %. Содержание углерода в металлизованном продукте достаточно низкое и сопоставимо с содержанием углерода в металлизованном продукте вращающихся печей - около 0,5 %.
Продукты горения после очистки в циклоне - 3, и дожигания в специальной топке - 4, используется для подогрева воздуха горения в рекуператоре - 5. Осаждаемая в циклоне пыль возвращается в многоподовую печь. После охлаждения в холодильнике - 6, и очистки от пыли в тканевом фильтре - 7, продукты горения удаляются через дымовую трубу - 9, в атмосферу. Компенсация всех потерь при движении продуктов горения по дымовым каналам и агрегатам - циклону, камере дожигания, рекуператору и пр. обеспечивается работой дымососа - 8.
Дожигание газа диктуется двумя соображениями: во-первых, целесообразно использовать химическое тепло этого газа для подъема температуры на входе в рекуператор для подогрева воздуха горения и, во-вторых, не менее целесообразно, исключить выбросы CO в атмосферу, переведя это соединение в CO2. Возможна также утилизация физического и химического тепла отходящего газа для производства пара и электроэнергии.
В случае переработки цинкосодержащей пыли электропечей, оксиды цинка и свинца восстанавливаются в многоподовой печи при температуре свыше 800 °C, после чего и цинк, и свинец переходят в газообразное состояние и уносятся из печи. При охлаждении отходящего газа вне печи данные металлы опять окисляются переходят в твердое состояние в виде мелкодисперсных оксидов цинка и свинца, которые улавливаются в рукавных фильтрах - 7. В дальнейшем пыль, осаждаемая в тканевых фильтрах и содержащая оксиды железа, цинка и свинца, поступает на производство цинка и свинца.
Выгружаемый продукт может быть направлен на брикетирование для производства ГБЖ или загружаться в горячем состоянии в электропечь - 2, для выплавки чугуна.
При работе комплекса «многоподовая печь - плавильная электропечь», образующийся в электропечи технологический газ дожигается в специальной топке - 4, и после охлаждения в холодильнике - 5, и осаждения пыли в тканевом фильтре - 6, выбрасывается дымососом - 8, через дымовую трубу в атмосферу. Уловленная пыль используется в производстве цинка и свинца. Технологией процесса ПРИМУС (PRIMUS) также предусматривается охлаждение аспирационных выбросов от мест выпуска жидких продуктов плавки - чугуна и шлака, с последующей их очисткой в тканевом фильтре - 7.
Расход угля на тонну металлизованного продукта при использовании качественной железной руды составляет около 550-650 кг или около 15,5 19,5 ГДж/т металлизованного продукта. При переработке композитных цинксодержащих окатышей (содержание цинка до 55 %) расход угля возрастает до 1150 кг/т чугуна.
В технологии процесса ПРАЙМУС (PRIMUS) движение потоков шихты и газа в многоподовой печи, работа систем дожигания газа и улавливания пылевых частиц хорошо организована, благодаря чему техногенное давление на окружающую природную среду минимизировано.
В настоящее время в мире работают две установки по технологии процесса ПРАЙМУС (PRIMUS): одна в Люксембурге, единичной мощностью 85000 т/год перерабатываемых отходов металлургического производства и вторая - на Тайване мощностью до 120000 т/год загружаемых материалов. Для такой производительности создана установка, которая при диаметре 8 м имеет 8 подов. Максимальная проектная единичная мощность многоподовой печи, работающей на первородной руде, составляет 300000 т/год металлизованного продукта.