Доменная печь с суженной верхней секцией и способ ее эксплуатации

1 Изобретение относится к установке и к способу эксплуатации доменной печи для эффективного превращения с минимальными отходами и загрязнением разнообразных подаваемых в печь исходных материалов в полезные побочные продукты и энергию. В настоящее время известно, каким образом можно объединить конструкции двух созданных человеком старейших крупных промышленных установок - доменной печи и газогенератора с образованием ошлакованной золы в конструкцию многоцелевого конвертера с кислородным дутьем, с образованием ошлакованной золы и с регулируемыми зонами (усовершенствованного конвертера), который при работе в четырех режимах в качестве основного конвертера в объединенном замкнутом контуре может помочь решить некоторые существующие проблемы прямого или косвенного полного превращения широкого класса материалов,включая отходы, второсортные углеродистые материалы, нефтеносные сланцы или оксиды металлов в желаемые и необходимые продукты. При этом получаются наилучшие характеристики исходных установок и в дополнение к этому некоторые положительные особенности, сводящие к минимуму неприемлемые характеристики. Обе исходные установки еще в прежние времена, даже когда их конструкции были недостаточно продуманными, надежно превращали при высоких температурах все исходные материалы, загруженные в верхнюю часть, в жидкие металлы и жидкие шлаки, пары и пыли, но в дополнение к этому обычные доменные печи при производстве 1 т жидкого передельного чугуна производят еще примерно 6 т малоценного колошникового газа с теплотой сгорания от 2,6 до 3,4 МДж/м 3. Кроме того, современные высокопроизводительные доменные печи хорошо работают только при загрузке первосортных исходных материалов, а конструкции обычных конвертеров с образованием ошлакованной золы всех используемых видов ни разу не модернизировались с целью осуществления способа точного регулирования активности превращения по мере того, как шихта, введенная в верхнюю часть, перемещается вниз в противотоке с газом, образующим вблизи дна горна, главным образом, при горячем дутье. В настоящее время существует необходимость в конверсионных установках, которые превращают, по существу, 100% всех вводимых материалов в требуемые продукты. Состояние окружающей среды все в большей степени становится опасным вследствие загрязнения воздуха, воды и земли, связанного с образованием и удалением отходов многих видов путем сброса в отвал, длительного хранения, сжигания и выпуска их в воздух. Остатки превращения, например, окислы азота, углеводороды, сернистые газы и химические соединения, содержащие 2 растворимые токсические химикаты, загрязняют воздух, землю и воду. По своей сущности конвертеры отравляют химическим содержимым из кислотного дождя и смога, образующегося,главным образом тогда, когда сжигают нефтяные продукты и угли всех видов, а дымы выпускают в воздух. Обычно используемое топливо с большой теплотой сгорания образует окислы азота, которые являются особенно опасными, поскольку они уничтожают озоновый слой. Запасы сырой нефти быстро истощаются, а использование атомной энергии для производства электрической энергии приводит к новым серьезным проблемам, связанным с загрязнением. Все патенты США 3814404, 3928023,4381938 и 4495054 включены в настоящее описание заявки посредством ссылки. Во всех патентах представлена концепция регулирования активности в доменной печи в пределах трех зон с регулируемой температурой путем установки в стратегически важных местах вспомогательных фурм (отверстий на боковой стороне печи), через которые можно инжектировать или выводить газы и другие материалы. Основная задача, за исключением патента США 4495054, заключается в получении жидкого металла из руды, содержащей оксиды металлов,путем использования менее высокой температуры, уменьшающей количество газа, образующегося внутри печи из первосортного кокса, приготовленного вне печи из высококачественных углей. В патенте США 4495054 описано, каким образом можно усовершенствовать доменную печь в части газогенератора с образованием ошлакованной золы и с регулируемыми зонами. Признается необходимость использования вдувания 100%-ного кислорода, но не описан способ защиты огнеупорных стен газогенератора от высоких температур пламени, существующих на практике. В патенте США 4381938 описана усовершенствованная доменная печь, способная работать как доменная печь или как газогенератор с образованием ошлакованной золы. Это изобретение охватывает усовершенствования,основанные на концепциях зонного регулирования и предназначенные для максимального улучшения характеристик доменной печи и достижения других желаемых результатов. Настоящее изобретение относится к конвертеру, т.е. к доменной печи, модернизированной таким образом, чтобы обеспечить безопасное и эффективное непрерывное использование дутья 100%-ным кислородом, и чтобы при превращении печь, как правило, потребляла разнообразные второсортные исходные материалы,включая отходы многих видов, в том числе разнообразные токсичные и опасные отходы, нефтеносные сланцы и пески и другие низкосортные или трудные для переработки надлежащим образом с экологической или экономической точки зрения исходные материалы. Эти мате 3 риалы превращают в газообразное топливо,жидкий металл, жидкий шлак, пары и пыли. Некоторые продукты превращения можно использовать в качестве исходных и уравновешивающих в других производственных установках в системе. Компьютер управления процессом и вспомогательные фурмы для подачи и выпуска используют для точного контроля управляемой температурой активности, существующей в трех зонах конвертера, и качества выходных продуктов. Датчики размещают возле каждой из пяти групп фурм, в верхней части и возле лещади, и они связаны со входами компьютера управления процессом. Пробы газов берут возле групп Т 3,Т 4 и Т 5 фурм. Эти результаты являются входными сигналами для компьютера управления процессом, выдающего информацию о необходимости проведения расчетных периодических продувок через соответствующие группы фурм,когда происходит рост перерабатываемых материалов. Ниже изобретение поясняется более подробно на примере выполнения в сочетании с сопровождающими чертежами, на которых показано: фиг. 1 - схематичный вид в разрезе конвертера согласно изобретению и фиг. 2 - рабочая диаграмма, показывающая усовершенствованную конвертерную систему,включающую в себя конвертер согласно изобретению. Первичной конверсионной установкой в усовершенствованных конвертерных системах является конвертер. Его конфигурация почти идентична конфигурации современной доменной печи, за исключением нижеследующих основных усовершенствований, показанных на фиг. 1, концептуальном виде конвертера в разрезе. Наибольший диаметр шахты (на границе раздела между зоной 2 и зоной 3), уменьшающийся примерно на 25-30% в области 2 и в области 4 шахты 5, постепенно уменьшается от обычного диаметра до уменьшенного диаметра. Область 4 простирается от места в шахте, где температуру поддерживают близкой к 480 С, но никогда не выше, при этом шахта начинает сужаться к верхней части области 4. Область 4 может простираться от примерно 85% высоты шахты над заплечиками и до примерно 75% высоты шахты над заплечиками. При такой модификации предотвращается преждевременное поглощение теплоты нефтеносным сланцем или некоторыми углеродистыми, образующими решетку материалами (которые разбухают по мере коксования), достаточной для начала расширения и образования суженного места в этой части шахты. Твердые материалы загружают в верхнюю часть 10 шахты, как это обычно практикуется. Пять групп фурм использованы для того,чтобы получить возможность образования и более точного регулирования трех различных 4 температурных зон активности внутри конвертера. Газы, парообразные материалы, жидкости и пыли вводят через группы T1 и Т 2 фурм в заплечиках 3 в зоне 1, а извлекают через три группы Т 3, Т 4 и Т 5 фурм и через колошник 9. Отверстия фурм расположены в стратегически важных местах таким образом, чтобы достичь большей точности контроля, чем в обычном конвертере, температурного профиля и/или извлекаемых продуктов. В верхней части, возле всех пяти групп фурм и в горне установлены датчики, с помощью которых значения температур на различных высотах вводятся в компьютер управления процессом, наряду с результатами газового анализа проб газов, которые периодически берутся возле групп Т 3, Т 4, Т 5 фурм и в верхней части. Зону 1 образуют путем вдувания газообразных, жидких, парообразных или пылеобразных материалов с эндотермической реакционной способностью в количествах, рассчитанных компьютером, таких как пар, диоксид углерода,отходы в газообразном, жидком или пылеобразном виде и углеводороды, через устройство инжекции материалов с эндотермической реакционной способностью, размещенное в группе T1 фурм, расположенной под группой Т 2 фурм. Группа Т 2 фурм расположена там, где в соответствии с обычной практикой осуществляют горячее дутье, и используется для подачи кислорода. В ней размещены форсунки для вдувания кислорода и устройство для инжекции по окружности эндотермических материалов. Давление инжекции в группе Т 1 фурм является переменным, но всегда только несколько выше,чем давление, имеющееся в заплечиках. В этом случае перед группами Т 1 и Т 2 фурм образуется кольцевой газообразный буфер для пламени,зона 1. Он защищает стены из огнеупорного кирпича в этой части зоны 2 от высоких температур пламени. Материалы, инжектированные через группу Т 1 фурм, стремятся продвинуться вверх взамен ушедших в середину заплечиков. Расход периферийного содержимого с эндотермической реакционной способностью в результате подачи струи кислорода (которая может содержать 100% кислорода), вводимой через форсунки, размещенные в группе Т 2 фурм, предотвращает высокую температуру пламени на небольшом расстоянии, поскольку оно стремительно продвигается через зону 1 при давлении, намного более высоком (например, вплоть до двух раз), чем давление, имеющееся в этой части конвертера. Весьма значительное количество материалов с эндотермической реакционной способностью, подаваемых через группу T1 фурм, преобразуется в Н 2 и СО. Теплота, расходуемая при этих эндотермических реакциях, изменяет температуру пламени в зоне 1 до величины, достаточной для защиты стен из огнеупорного кирпича, устройств инжекции и фурм в этой области от высоких тем 5 ператур пламени, возникающих в зоне 2 перед группой Т 2 фурм. Зона 2 функционирует, по существу, как зона теплоты для высокотемпературной обработки и снижения газообразования, где происходит окончательное превращение перемещающейся вниз шихты в газ, пар, жидкий шлак или жидкий металл. Она охватывает все заплечики,но не в зоне 1. Потребление кислорода из кислородных струй совместно с их периферийным содержимым с эндотермической реакционной способностью находится на минимальном уровне, когда они проходят через зону 1. В основном, струи способствуют потреблению углеродистой решетки в зоне 2 при высоких температурах пламени (2300-2600 С), что приводит к реакциям С+O2=2 СО и H2O=H+1/2O2. Эти газы образуют основной восходящий газовый поток,температура которого постепенно изменяется подачей эндотермических материалов из зоны 1, температура которой поддерживается в пределах температурного диапазона от 800 до 1200 С путем регулирования подачи материалов с эндотермической реакционной способностью через группы Т 1 и Т 2 фурм. Зона 3 начинается от верхней части опорного кольца 8 и включает в себя взятую в целом шахту. Она регулируется с помощью трех групп фурм. Группа Т 3 фурм размещена непосредственно над опорным кольцом (например, примерно на 0,61 м выше). Температуры на этом уровне регулируют с помощью объема кислорода, вдуваемого через группу Т 2 фурм, и/или с помощью материалов с эндотермической реакционной способностью, вводимых через группы Т 1 и Т 2 фурм. Группа Т 4 фурм находится над опорным кольцом примерно на 25% расстояния между опорным кольцом и верхней частью шахты. Температуру около группы фурм поддерживают около 850 С, а температуру переходной секции 4 возле верхней части поддерживают близкой к 480 С путем регулирования объемов газа, отводимого через группу Т 3 фурм. Группа Т 5 фурм размещена на шахте еще выше (примерно на 42% расстояния над опорным кольцом), где температуру шахты поддерживают около 760 С путем регулирования количества газа, отводимого через группы Т 3 и Т 4 фурм. Температуру в верхней части шахты поддерживают от 300 до 400 С путем регулирования объема газа, отводимого через группы Т 3,Т 4, Т 5 фурм, и эндотермических материалов,подаваемых через Т 1 и Т 2. Через выпуск 9 колошниковой системы сбора газов удаляют газообразные продукты карбонизации и/или возгонки, включая окись углерода, водород, углеводороды, гидросульфид, оксиды серы, азот, аммоний, светлые нефтепродукты и пар. Вышеуказанные места размещения, а также места нахождения областей усовершенствованного конвертера, перечисленные ранее, можно изменять в 6 пределах 4% по отношению к указанным на фигуре. Кокс и компоненты древесного угля, которые преобразуются из вышеуказанной углеродистой решетки в зоне 2 (исключая режим получения жидкого металла в больших объемах),по сути дела получаются в зоне 3 из второсортных углей и других углеродистых материалов, загруженных через колошник и перемещающихся вниз под действием силы тяжести по мере превращения в газ части решетки, расположенной под ними. Их температуру регулируют путем управления количеством газа, проходящего через зону, и его температурой на входе так, чтобы она никогда не была ниже 1000 С,когда они достигают нижней части зоны 3. Таким путем полностью исключаются традиционные потери физического тепла, происходящие, когда кокс получают за пределами доменной печи, после этого гасят и охлаждают до загрузки, исключая эксплуатацию в режиме получения жидкого металла в больших объемах, и то только частично. Производительность известной типовой доменной печи средних размеров составляет 2500-3150 т жидкого металла (передельного чугуна) при потреблении 8000-10000 т твердых загрузочных материалов, состоящих из основных оксидов железа и других добавок. Источник: Blast furnace - Theory and practice,volume 1, Gordon and Breach Publishers, NewYork, London, Paris. Таблица 1. Размеры доменной печи Диаметр лещади 8,84 м Диаметр заплечиков 9,88 м Диаметр колошника 6,86 м Диаметр конуса засыпного аппарата 5,03 м От пода до чугунной летки 0,61 м От чугунной летки до шлаковой летки 1,42 м От шлаковой летки до фурм 1,07 м От фурм до изогнутой футеровки 0,41 м Вертикальный размер заплечиков 3,35 м Вертикальный размер вертикальной секции 2,13 м Вертикальный размер наклоненной внутрен 17,68 м ней кладки От изогнутой футеровки до кольца воронки 6,71 м Суммарный вертикальный размер от чугун 32,91 м ной летки до колошникового фланца Рабочий вертикальный размер (по централь 24,99 м ной линии относительно фурм до уровня засыпи за вычетом 1,83 м ниже замыкающего большого конуса) Рабочий объем 1458,32 м 3 Угол наклона заплечиков 8133'22 Угол наклона внутренней кладки шахты 8,5 см на 1 м Число фурм 24 Число столбов 8 расчетное сужение наклоненной внутренней стенки 8,5 см на 1 м Конвертер согласно изобретению может иметь почти те же самые размеры, что и упомянутая известная доменная печь средних размеров, за исключением уменьшенного на 25-30% диаметра верхней части шахты в пределах 15% вертикального размера (см. область 2 на фиг. 1) 7 и увеличенной сужающейся части шахты в области 4, охватывающей примерно 10% вертикального размера шахты и взаимосвязанной с верхней частью шахты уменьшенного диаметра и с частью шахты области 5, имеющей обычное постоянное сужение. В дополнение к этим видоизменениям в усовершенствованном конвертере использованы пять групп фурм, расположенных в стратегически важных местах возле лещади и в шахте над заплечиками. Усовершенствованный конвертер может иметь размеры и места расположения групп фурм в соответствии с табл. 2. Таблица 2 Диаметр лещади 8,23 м Диаметр заплечиков 9,30 м Уменьшенный диаметр верхней части шахты 3,66 м Вертикальный размер верхней части шахты 3,51 м уменьшенного диаметра Нижний диаметр присоединенной суженной 6,10 м шахты Вертикальный размер присоединенной сужен 2,44 м ной части (область 4) Сужение присоединенной части шахты (область 4) 0,47 м на 1 м Вертикальный размер заплечиков 3,35 м Вертикальный размер вертикальной секции 6,10 м Вертикальный размер шахты с постоянным 15,85 м сужением Постоянное сужение шахты (область 5) 0,1 м на 1 м Суммарный вертикальный размер шахты от 21,64 м верхней части заплечиков до верхней части шахты Суммарный вертикальный размер от чугунной 34,14 м летки до верхней части шахты Возвышение группы Т 1 фурм над разливочным 2,29 м отверстием Возвышение группы Т 2 фурм над разливочным 3,66 м отверстием Возвышение группы Т 3 фурм над заплечиками 0,61 м Возвышение группы Т 4 фурм над заплечиками 5,49 м Возвышение группы Т 5 фурм над заплечиками 8,83 м Размеры обычной доменной печи и/или усовершенствованного конвертера можно изменять в зависимости от установленной производительности . Конвертерная система Путем осуществления описанных выше и показанных на фиг. 1 изменений в конструкции современных доменных печей, их можно практически преобразовать в конвертеры, способные эффективно работать в четырех различных режимах в зависимости от постановки основных задач. В двух из четырех режимов проявляются их возможности работы в качестве первичных конвертеров в универсальных усовершенствованных конвертерных системах, предназначенных для полной переработки в режиме 1 отходов многих видов в необходимые продукты, а в режиме 2 для полной переработки нефтеносных сланцев и нефтеносных песков в необходимые продукты без создания загрязнения любого вида. В режиме 3 конвертер работает как усовершенствованный газогенератор с образованием ошлакованной золы, рассчитанный на получение максимального объема дешевых чистых 8 горючих газов из второсортных углеродистых исходных материалов без создания загрязнения. В режиме 4 конвертер работает без создания загрязнения как усовершенствованная (потребляющая меньше кокса, без затрат на сушку, с большей продолжительностью службы футеровки), производящая в больших объемах жидкий металл доменная печь и, кроме того, одновременно производящая газ высокого качества,скачиваемый из колошника (от 10,4 до 11,2 МДж/м 3). Во всех режимах работы достигается высокий выход конечного продукта путем полного превращения всех исходных материалов в весьма необходимое газообразное топливо, в восстановительный газ в качестве исходного сырья,из которого после незначительной обработки синтезируют метанол, и этот газ отводят через группу Т 3 фурм, или в газы, жидкий металл или в пары шлака и пыль, потребляемые в подчиненных производственных установках в составляющем единое целое замкнутом контуре. Высокие температуры пламени, используемые в части зоны 2 с максимальной температурой,обеспечивают высокую температуру, достаточную для полного превращения всех подаваемых материалов. Некоторые из других продуктов, извлекаемых возле групп Т 4 и Т 5 фурм, из колошника,шлаковой летки 6 и разливочного отверстия 7,являются законченными продуктами сразу же после извлечения. Другие могут составлять потоки исходных материалов для иных производственных установок в объединенной усовершенствованной конверторной системе, в которой они превращаются в законченные продукты. Обратимся к фиг. 2, на которой показаны эти производственные установки, представляющие собой некоторое сочетание, но без ограничения им, котлов-утилизаторов 11, 12, 13; установки 15 для прямого восстановления железистых оксидов; установки 16 для производства стали; установки 18 для получения побочных продуктов; электростанции 19; установки 20 для переработки в строительные материалы; установки 21 для производства серы; оборудования для получения синтетических полимеров, как например, установки 28 для получения синтетического каучука или волокна и пластиков; тепличного отстойника 22 для содержания в обогащенной CO2 атмосфере сине-зеленых водорослей, предназначенных для получения высококачественных пищевых красителей. По желанию, еще один включенный последовательно в контур эксплуатационный конвертер 29 может работать в режиме производства жидкого металла. Обеспечивающие средства включают в себя установку 14 для подготовки материалов; хранилище 24 эндотермических материалов; установку 25 для получения кислорода и хранилище 26 азота. 9 Поток побочных продуктов превращается в установке 18 для получения побочных продуктов в разнообразные продукты, включая, но без ограничения ими: полностью сгорающий очень сухой газ с теплотой сгорания от 14,9 до 22,4 МДж/м 3; удобрения; полностью сгорающее топливо, которое является идеальным заменителем газолина, дизельного топливо и топливо для реактивных двигателей; поток продуктов из синтетического каучука, волокна и пластиков; промышленные химикаты и легкую фракцию черного дегтя. В установке 20 для переработки шлака можно производить из кислых шлаков высококачественные оригинальные твердые отливки,например, с замковым соединением, пригодные для использования в жилищном строительстве и в других сооружениях многочисленных видов. Они являются огнестойкими, защищенными от насекомых, не требуют ухода, имеют хорошие изолирующие свойства и способствуют быстрому, дешевому строительству. Основные шлаки без переплавки могут быть превращены в определенные цементы или в изоляционную минеральную вату. В котлах-утилизаторах 11, 12, 13 можно получать пар; превращать парообразный кероген в легко обрабатываемую жидкость, которая в установке для получения побочных продуктов может быть превращена в заменители газолина и в другие побочные продукты; превращать пары повторно используемых металлов, включая натрий, калий и цинк, в металлические пыли или в капли и, кроме того, выделять NaCN иKCN. В установке 28 для получения синтетического каучука и волокна можно превращать поток исходных материалов, поступающих из установки для получения побочных продуктов, в весьма разнообразные продукты в виде синтетического каучука, пластиков и волокна. Во всех режимах, исключая режим 4, т.е. режим производства металлов в больших объемах, жидкий металл, обычным образом выпускаемый из разливочного отверстия 7, подают на литейный участок 17, где происходит необходимое разделение различных металлов, или подают непосредственно на установку для производства стали. Для решения задач, изложенных выше,конвертер проектируют для работы в любом из четырех режимов с тем, чтобы работать с очень большим количеством разнообразных материалов, загружаемых в верхнюю часть 10. В конвертере средних размеров можно обрабатывать примерно от 8000 до 10000 т материала в сутки. Размер кусков загружаемого материала обычно варьируется от минимального, составляющего 6,35 мм, до максимального, составляющего 203,2 мм в любом одном измерении. Когда главная задача заключается в удалении отходов усовершенствованным способом,материалы, загружаемые в верхнюю часть 10, и 10 материалы, удаляемые из колошника 9, через группы Т 3, Т 4 и Т 5 фурм, летки 6 жидкого шлака и разливочное отверстие 7 жидкого металла,до некоторой степени отличаются от загружаемых и выводимых тогда, когда задача заключается в превращении нефтеносных сланцев в полностью сгорающее топливо и во многие другие полезные продукты, в превращении второсортных углеродистых материалов в газы или в превращении оксидов металлов в жидкий металл. Однако во всех режимах работы используют вдувание струи 100%-ного кислорода. Это осуществляют при загрузке по периферии эндотермических материалов, а выпуск производят через группу Т 2 фурм при достаточно высоком давлении, превышающем давление (например, в два раза), которое существует в этой части заплечиков конвертера, чтобы обеспечить быстрое прохождение через зону 1 и глубокое проникновение в зону 2. Преимущества замены обычного вдувания горячего воздуха вдуванием при относительно высоком давлении струи 100%-ного кислорода заключаются в следующем: (1) исключается необходимость в нагревателях вдуваемого воздуха; (2) улучшается перемещение шихты вниз шахты при значительном снижении объема восходящего газа на каждый килограмм потребляемого угля и при увеличении центральной части потребляемой углеродистой решетки; (3) улучшается качество полученных газов путем исключения азота, вводимого при обычном вдувании горячего воздуха; (4) в достаточной степени увеличивается образование высокотемпературной теплоты при безопасном использовании высоких температур пламени и, как следствие, скорость эндотермических реакций, которые протекают на практике; (5) возрастает скорость процесса. Газ непрерывно отводят через группу Т 3 фурм и пропускают через котел-утилизатор и установку для удаления следов серы, в результате чего парообразные материалы приобретают теплоту сгорания от 10,4 до 11,2 МДж/м 3, что делает их высокоэффективным топливом для бойлера,даже превосходящем природный газ, поскольку это топливо сгорает при более низкой температуре пламени и, следовательно, не будут образовываться вредные окислы азота. Кроме того,этот газ является идеальным исходным газовым материалом для использования при синтезе метанола и других продуктов, поскольку он почти всегда полностью свободен от отравляющих воздух компонентов серы, углеводородов и окислов азота, образующихся при вдувании воздуха, содержащего азот в больших количествах. Режимы работы Когда основная задача заключается в уничтожении отходов идеальным образом, шихта около верхней части 10 может содержать отходы производства многочисленных видов,включая городские и промышленные отходы,такие как шины, отходы с автомобильных сва 11 лок, пестициды, шлам многих видов, отработанное масло, полихлордифенилы и другие опасные и токсичные органические и неорганические материалы. Обычно в несортированных городских отходах содержание металлов достигает 8% (национальное среднее), данные HagertyVan Nostrand Company, Inc., New York. Обычно к шихте, вводимой через колошник, добавляют компонент основного шлака в количестве, достаточном для получения основного шлака, необходимого для удаления из шихты неорганической серы. Для содействия получению удовлетворяющего техническим условиям цементного клинкера в установку 20 для переработки шлака в строительные материалы можно вводить химические добавки, чтобы более точно контролировать характеристики шлака. Доля второсортного угля и других, образующих углеродистую решетку материалов, загруженных на каждую тонну отходов, является относительно небольшой, от 0,25 до 0,7, поскольку в большей части отходов содержатся углеродистые вещества. Ниже приведен расчетный пример, иллюстрирующий этот процесс превращения городских и промышленных отходов в чистое газообразное топливо и основной шлак, пригодный для превращения в удовлетворяющий техническим условиям цементный клинкер и другие побочные продукты. Таблица 3 Шихта Кг Многочисленные твердые отходы Шины Шлаковые строительные материалы Второсортный Цветные 317,50 уголь металлы Основной Промышлен 324,30 шлак ный кислород Пар 273,05 Вода Пыль Всего 1822 Всего Не содержащие углерод материалы шихты по мере спуска превращаются с помощью восходящего газового потока в газы, пары или расплавленные материалы, которые проходят вниз через углеродистую решетку. Металлы (большей частью жидкий чугун) собираются в нижней части горна, а на верху их образуется слой шлака. На своем пути вниз к горну жидкий чугун захватывает максимальное количество неорганической серы, высвобождаемой, когда углеродистая решетка потребляется перед группой 12 Т 2 фурм. Большая ее часть высвобождается в слой шлака по мере его прохождения. Обратимся к фиг. 1, на которой видно, что часть газа, образованного в зонах 1 и 2, которая не требуется в зоне 3 или которая должна быть отведена через группы Т 4 и Т 5 фурм, чтобы предотвратить избыточный рост перерабатываемых материалов, выводят через группу T3 фурм. Его температуру точно контролируют, а наличие в нем водорода и окиси углерода делает его идеальным восстановительным газом для внешнего употребления без дополнительной обработки (см. патент США 4381938) в подчиненных доменных печах 29 для производства жидкого чугуна с контролируемыми зонами в качестве заменителя части газа, который в обычной практике образуется в результате горения кокса металлургического качества, или в установке 15 для прямого восстановления железистых оксидов, продукция которой потребляется в дуговой электропечи или в кислородном конвертере 27. В этом режиме работы для получения основного шлака (пригодного для изготовления удовлетворяющего техническим условиям цемента) требуется только небольшое количество ковшовых добавок. Примерно от 181,4 до 317,5 кг шлака образуется на каждую тонну загруженных отходов. Только примерно половина всех газов, образующихся в заплечиках в зоне 2, необходима в зоне 3 либо для превращения углеродистой части шихты в кокс или в древесный уголь, либо для превращения других материалов в газообразный или парообразный вид,или для предварительного нагрева их до температуры 1000 С до того, как они достигают зоны 2. Когда выпускаемую из группы Т 3 фурм продукцию не используют в качестве восстановительного газа, ее пропускают через котелутилизатор 13 и через установку 23 для удаления следов серы. Выходящий газ является идеальным, высокоэффективным, полностью сгорающим топливом для бойлера и имеет теплоту сгорания 10,4-11,2 МДж/м 3. Когда он потребляется, например, на электростанции 19, то ее топочный газ, почти полностью состоящий изCO2, H2O и N2 (без оксида натрия), является идеальным входным продуктом для тепличного отстойника 22 с синезелеными водорослями,либо его компоненты могут быть разделены в установке для получения побочных продуктов, aCO2 может быть продан в каком-либо виде или повторно использован в качестве эндотермического входного продукта, подаваемого в конвертер через группу Т 1 или Т 2 фурм, или использован для синтеза продуктов в установке 18 для получения побочных продуктов. Когда желательно иметь очень сухой газ (с теплотой сгорания 14,9-22,4 МДж/м 3), все материалы, выводимые через группы Т 3, Т 4 и Т 5 фурм и колошник, подают в котлы-утилизаторы 11, 12 и 13, а после этого подают в установку 23 13 для удаления следов серы. Результирующий газообразный выпуск из установки 23 для удаления следов серы, содержащий продукты деструктивной перегонки, подают в установку 18 для получения побочных продуктов, где образуется очень сухой газ. Жидкий выпуск из установки 23 для удаления следов серы подают в установку 21 для производства серы. Образующийся жидкий металл периодически удаляют обычным образом и подают на литейный участок 17, где, если необходимо, цветные металлы отделяют до того, как жидкий чугун перерабатывают в конечные продукты на литейном участке 17 или подают в установку 16 для производства стали. Когда находящийся под химическим и температурным контролем жидкий шлак периодически извлекают, его подают в установку 20 для переработки шлака в строительные материалы. Все дополнительные химические добавки, необходимые для получения удовлетворяющего техническим условиям цементного клинкера, размешивают в жидком шлаке до его охлаждения и перемалывания в цемент или продувки для изготовления изолирующей минеральной ваты. Когда задача заключается в получении максимального выхода полностью сгорающего топлива, конвертер работает в режиме 3. Количество углеродистого материала, вводимого в верхнюю часть 10, увеличивают. Значительную часть прироста может составлять биомасса. Прохождение материалов такое же, как при работе в режиме 1 превращения отходов. Колошниковый газ содержит больше материалов, разделяемых в установке для получения побочных продуктов и передаваемых в установку 28 для получения синтетического каучука, волокна и пластиков. Когда задача заключается в превращении должным образом нефтеносного сланца или нефтеносных песков, конвертер работает в режиме 2. Шихта в верхней части 10 представляет собой нефтеносный сланец или нефтеносные пески и второсортный уголь или коксовую мелочь в отношении, находящемся в пределах от 0,6 до 1,2 на каждую тонну нефтеносного сланца или песков. В патенте США 4495054 обращено внимание на книгу Циммермана Worldresources and industries (Zimmerman), в которой сообщается, что только в США можно восстановить 120109 м 3 керогена из нефтеносного сланца. Это количество превышает в три раза известные в мире суммарные запасы сырой нефти. Кероген может быть переработан в топливо, которое превосходит по качеству топливо,полученное из сырой нефти. Дополнительные шлакообразующие компоненты не добавляют, а шлаки, в большом объеме получаемые от превращения нефтеносного сланца или нефтеносных песков, является кислыми. Приблизительно 70% газа, образуемого в зоне 2, требуется для 14 зоны 3. Ниже приведен расчетный пример этого процесса для извлечения керогена, газов и других продуктов из нефтеносного сланца и углеродистых материалов. Таблица 4 Шихта Нефтеносный сланец Второсортный уголь Промышленный кислород Пар Светлые неф 8,6 тепродукты Деготь 29,9 Передельный 48, 0 чугун Кислый шлак 717, 0Na (металли 23,6 ческий) К (металличе 5,5 ский) Вода 121, 0 Пыль 14,0 Всего 2018 Всего 2018 На основе свойств нефтеносного сланца из самого крупного месторождения в США, Green River Basin, Колорадо 202 По мере того как нефтеносный сланец опускается, а температура наружной части каждого куска сланца достигает 480 С, он начинает освобождать жидкий кероген, и его объем увеличивается на 50% (McGraw-Hill Encyclopedia ofscience and technology, D. Van Nostrand Company, Inc., New York, 1976). Расчет усовершенствованного конвертера согласно изобретению согласован с увеличением объема нефтеносных сланцев, а температура некоторых углей, которые могут быть загружены, достигает критической по мере их опускания при постепенном увеличении диаметра шахты в области 4, которая скошена наружу от самой узкой секции 2 наверху. Больший расход углеродистой решетки достигается в центре при вдувании струи кислорода ближе к центру, и, кроме того, это способствует равномерному перемещению шихты вниз. По мере того как уголь и древесный уголь,загруженные в колошник, опускаются, влага в шихте и летучие компоненты отделяются и выходят из конвертера через колошник. Остальная часть кокса или древесного угля перемещается книзу. По мере того как жидкий кероген, высвобождающийся в верхней части зоны 3, опускается, он поглощает достаточно большое количество теплоты из восходящего газового потока,чтобы стать парообразным и начать вновь подниматься в шахте. Часть восходящего газового потока, непрерывно удаляемого через группы Т 4 и Т 5 фурм, содержит в себе основную долю керогенового пара. Когда пробы газа, взятые в этих местах, указывают на нежелательное накопление его в шахте, периодически загружают дополнительный углеродистый материал, а вы 15 пуск через эти фурмы увеличивают, чтобы удалить его. Когда основная часть газового потока,образованного в зоне 2, поднимается, выполняя процесс коксования, она, кроме того, предварительно нагревает примерно 680 кг образующих кислый шлак компонентов на каждую тонну превращаемого нефтеносного сланца или песка. Другие материалы, которые возвращаются в оборот в шахте, взаимодействуют при плавном перемещении шихты вниз и снижают долговечность футеровки, представляют собой Na,К, KCN, NaCN, a также Zn и Р. Большая часть из них выходит через группу Т 3 фурм. По показаниям газового анализа осуществляют периодическую продувку через группы Т 3 и Т 4 фурм. Газы, удаленные через группы Т 3, Т 4 и Т 5 фурм, пропускают через котлы-утилизаторы 12 и 13 и через установку 23 для удаления следов серы до подачи в установку для получения побочных продуктов, либо газы из Т 3 подают, по желанию, в другое место. Когда продукты удаляют из котлов-утилизаторов, они должны быть в виде жидкости (керогена и воды) или пыли. Содержание оксида железа в нефтеносном сланце уменьшается в зоне 3. Выделенные оксиды и компоненты шлака расплавляются вблизи верха зоны 2, и стекают вниз через углеродистую решетку в зоне 2. Они собираются на лещади и периодически извлекаются в соответствии с общепринятой практикой. Кислый шлак подают в установку 20 для переработки шлака в строительный материал, где он может быть отлит в изделия в виде "магматических" камней или переработан в другие строительные материалы. Когда желательно применить конвертер для получения жидкого металла усовершенствованным способом, используют режим 4. Шихта возле верхней части 10 может содержать оксиды металлов в разнообразных формах. Только примерно 1/2 часть углеродистого материала решетки, загруженного в верхнюю часть,должна быть первосортным металлургическим коксом с прочностью, необходимой для обеспечения сопротивления раздавливанию тяжелой шихтой совместно с оксидом железа и оксидами других металлов. Баланс потребного количества углеродистых веществ могут обеспечить нефтяной кокс, второсортный уголь и, по желанию,некоторые добавки или другие углеродистые материалы. Эффективность этого небольшого количества металлургического кокса возрастает из-за сниженных требований к проницаемости(небольшой объем, отсутствие азота в восходящем газе), а другие менее дорогие углеродистые материалы обеспечивают основную часть расходуемого углерода в процессе выработки теплоты и уменьшают потребность в газе. Ниже приведен расчетный пример процесс для получения жидких металлов. Крупнокусковая железная руда Окатыши Агломерат Лом В Босфоритный шлак Известковый флюс Металлургический кокс Формованный кокс или нефтяной кокс Биомасса Кислород Имеются преимущества, присущие доменным печам для производства превращенного жидкого металла по сравнению с конвертерами: требуется меньше первосортного кокса на каждую тонну жидкого металла, одновременно получается высококачественный колошниковый газ, производится больше жидкого металла на каждый час более длительного срока службы футеровки и могут потребляться загрязненные вода и другие эндотермические исходные компоненты. Конечный результат заключается в меньших затратах на каждую тонну полученного жидкого металла и в меньшем загрязнении. Видоизменив описанное в данной заявке путем создания только зоны 1 и зоны 2, можно усилить эти преимущества, но даже при загрузке первосортных исходных материалов будут иметься следы некоторых составляющих, которые будут вызывать сложности с переработкой и сокращение срока службы футеровки. Кроме того, для достижения преимущества в полной мере группы Т 3, Т 4 и Т 5 фурм необходимо устанавливать вместе с датчиками в стратегически важных местах, данные которых поступают на компьютер управления процессом для расчета количества эндотермических и экзотермических входных компонентов и выходных продуктов. Когда пар является входным компонентом, в результате реакции водяного газа он превращается в окись углерода и в водород. При повышении содержания водорода перемещение потока восстановительного газа увеличивается,приводя к возрастанию потока и к снижению диоксида углерода в колошниковом газе. В этом режиме все газы выходят через колошник 9, за исключением периодических промежутков времени перемещения перерабатываемого материала. После удаления влаги и серы газообраз 17 ное топливо будет иметь теплоту сгорания 10,411,2 МДж/м 3. В течение кратковременных продувок перерабатываемого материала газ и пары отводят через группы Т 3, Т 4 и Т 5 фурм. В компьютере управления процессом рассчитывается количество дополнительного металлургического кокса, подлежащего загрузке. Расход этого кокса необходим к этому времени для восполнения значительных потерь теплоты и восстановительного газа в частях зоны 3. Когда основная задача заключается в производстве электрической энергии без загрязнения земли, воздуха или воды, конвертер работает в режиме 1 или в режиме 3. Газ, отводимый через группу Т 3 фурм, после пропускания через котел-утилизатор и установку для удаления следов серы, подают на электростанцию. Поток газа, выходящий из бойлера электростанции,подают в установку для получения побочных продуктов. Здесь газ разделяют на его составляющие: азот, диоксид углерода и воду. N2, CO2 и H2O можно продать в качестве продуктов или как вариант СO2 можно превратить в установке для получения побочных продуктов в мочевину и затем использовать ее при синтезе удобрений и других продуктов. Альтернативный способ заключается в подаче колошникового газа в тепличный отстойник с сине-зелеными водорослями. Эти водоросли в отстойнике осуществляют фотосинтез с превращением СO2 в диетические пищевые продукты-заменители растительного происхождения и чистый O2. Еще одна дополнительная возможность заключается в использовании CO2 в качестве эндотермического компонента, вводимого в конвертер через группу T1 или Т 3 фурм. Пар из котловутилизаторов 11, 12 и 13 является еще одним продуктом, продаваемым или используемым на электростанции или в другом месте усовершенствованной конвертерной системы. Конструкция и работа конвертера этого изобретения, в котором использованы только обычные материалы и средства, и показанная детализация находятся в рамках знаний специалистов в данной области техники. Аналогично связанные с ним системы и приборы, такие как устройства инжекции, оборудование для измерения и анализа температуры, жидкости и газа и т.п., выпускаются промышленностью. Системы компьютерного управления также доступны или их можно без труда разработать. Предпочтительный вариант осуществления изобретения, описанный в заявке и показанный на чертежах, является только иллюстративным. Поскольку модификации являются очевидными для специалистов в данной области техники,изобретение ограничено только объемом приложенной формулы изобретения. 18 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Доменная печь для обработки шихты из материала, введенного в колошник доменной печи, при этом материал нагревается по мере того как он перемещается вниз через расширяющуюся коническую шахту доменной печи,имеющую суженную верхнюю секцию, которая составляет примерно 15% высоты шахты над заплечиками и имеет преимущественно постоянный диаметр, приблизительно составляющий 75% диаметра, который имела бы самая верхняя часть шахты, если бы сужение шахты поддерживалось, по существу, постоянным. 2. Доменная печь по п.1, отличающаяся тем, что шахта имеет сужающуюся переходную секцию, которая связывает верхнюю секцию и остальную часть шахты, при этом переходная секция включает в себя примерно 10% высоты шахты над заплечиками. 3. Печь по п.2, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит пять групп фурм, при этом две из указанных групп фурм размещены в заплечиках, а три из указанных групп фурм размещены в шахте над заплечиками. 4. Печь по п.3, отличающаяся тем, что группа Т 1 фурм размещена в горне над местом,где обеспечивается возможность скопления жидкого шлака и металла, группа Т 2 фурм размещена выше группы Т 1 фурм, группа Т 3 фурм размещена выше группы Т 2 фурм и выше опорного кольца, группа Т 4 фурм размещена выше опорного кольца примерно на 25% расстояния между опорным кольцом и верхней частью шахты, а группа Т 5 фурм размещена примерно на 42% расстояния между опорным кольцом и верхней частью шахты. 5. Печь по п.4, отличающаяся тем, что она содержит устройство инжекции эндотермического материала, размещенное в отверстиях группы T1 фурм, а также кислородные форсунки и устройство инжекции эндотермического материала, размещенные в группе Т 2 фурм. 6. Печь по п.4, отличающаяся тем, что она содержит датчики в верхней части, возле пяти групп фурм и в горне для измерения температур во всех местах и получения анализа газов возле групп Т 3, Т 4 и Т 5 фурм и в верхней части. 7. Способ эксплуатации доменной печи по п.4 в качестве конвертера, содержащий стадии,при осуществлении которыхa) загружают в колошник твердые материалы, подлежащие превращению, включая углеродистый материал, при этом указанный материал, перемещаясь вниз по шахте, образует в заплечиках углеродистую решетку;b) инжектируют через группы Т 1 и Т 2 фурм все входящие газы, жидкости и пыли;c) вводят струи 100%-ного кислорода для дутья (с небольшим периферийным содержанием материала с эндотермической реакционной способностью) через форсунки, размещенные в 19 группе Т 2 фурм при давлении, достаточно высоком для обеспечения возможности их глубокого проникновения в заплечики перед группой Т 2 фурм;d) сжигают в заплечиках перед группой Т 2 фурм углерод из углеродистой решетки при высоких температурах пламени, чтобы обеспечить процесс теплотой, требуемой для превращения всех подаваемых материалов в газ, пар, жидкий металл, жидкий шлак или пыли;e) вводят через группу Т 1 фурм материалы с эндотермической реакционной способностью при давлении несколько меньшем, чем давление, имеющееся в заплечиках, для поддержания зонного регулируемого температурного профиля и создания буферной зоны с регулируемой температурой, расположенной между высокотемпературной более центральной частью заплечиков и стенами в нижней части конвертера,для защиты огнеупорных материалов, фурм и устройств инжекции, размещенных там, от высоких температур пламени, используемых в центральной части заплечиков;f) отводят газы, пары и пыли через группы Т 3, Т 4 и Т 5 фурм, чтобы удалить продукты и побочные продукты и достичь зонного регулирования профиля температуры конвертера;g) выпускают шлак из нижней части конвертера;h) выпускают металл из места вблизи дна конвертера; иi) регулируют объем материалов с эндотермической реакционной способностью, вводимых через группы Т 1 и Т 2 фурм, и/или регулируют O2, вводимый через группу Т 2 фурм для управления температурой в заплечиках. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что газы, отводимые из фурм Т 3, Т 4 и/или Т 5 и из верхней части, пропускают через котлыутилизаторы и установки для удаления серы,чтобы получить очищенные газы. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что,по меньшей мере, часть указанных очищенных газов подают в установку для получения синтетических полимеров. 10. Способ по п.7, отличающийся тем, что жидкий шлак включают в строительные материалы. 11. Способ по п.7, отличающийся тем, что используют указанный углеродистый материал,содержащий второсортный уголь и другие второсортные углеродистые материалы. 12. Способ по п.7, отличающийся тем, что он дополнительно содержит стадию, при осуществлении которой используют компьютер, получающий входные данные от датчиков, размещенных возле Т 3, Т 4, Т 5 и в газообразном потоке верхней части, для регулирования материалов, инжектируемых через группы Т 1 и Т 2 фурм, чтобы сохранять защитную зону с регулируемой температурой между высокотемпера 002712 20 турной центральной частью заплечиков и огнеупорными стенами конвертера в заплечиках. 13. Способ по п.7, отличающийся тем, что он содержит стадии, при осуществлении которыхa) вводят шихту, содержащую нефтеносные сланцы или нефтеносные пески, в которых содержание углеродистого материала на каждую тонну нефтеносных сланцев или нефтеносных песков находится в пределах примерно от 0,6 до 1,2;b) вводят материалы с эндотермической реакционной способностью через группу Т 1 фурм;c) вводят кислород и дополнительный периферийный слой материала с эндотермической реакционной способностью через группу Т 2 фурм;d) сжигают углеродистый материал решетки в указанной шихте в центральной части заплечиков, чтобы создать теплоту, требуемую для превращения перемещающейся вниз шихты в газы, пары, жидкий металл, жидкий шлак или пыли, и чтобы обеспечить теплоту для стадий е и f;e) нагревают шихту вблизи верхней части шахты, где уменьшенный диаметр шахты начинает увеличиваться до обычного диаметра, но не выше 480 С, для начала высвобождения жидкого керогена и расширения части нефтеносного сланца в шихте;f) дополнительно нагревают шихту на нижнем конце шахты до приблизительно 1000 С, чтобы превратить углеродистую часть шихты в кокс или древесный уголь и предварительно подогреть углеродистую часть шихты;g) дополнительно нагревают перемещающуюся вниз шихту в центральной части заплечиков достаточно сильно, чтобы превратить ее в газы, жидкий шлак, жидкий металл, пары или пыли;h) выпускают жидкий металл и жидкий кокс из горна;j) отводят полезные углеводородные газы и кероген через группы Т 4 и Т 5 фурм и через верхнюю часть шахты. 14. Способ по п.13, отличающийся тем,что, по меньшей мере, часть отведенных газов пропускают в установку для получения синтетических полимеров. 15. Способ по п.13, отличающийся тем, что шлак включают в строительные материалы. 16. Способ по п.13, отличающийся тем,что, по меньшей мере, часть отведенных газов используют в качестве топлива. 17. Способ по п.7, отличающийся тем, что для превращения городских и/или промышленных отходов, содержащих металлы, в полезныеb) вводят материалы с эндотермической реакционной способностью через группу Т 1 фурм;c) вводят кислород через группу Т 2 фурм;d) сжигают углеродистый материал в указанной шихте в центральной части заплечиков,чтобы в этом месте выплавить шлак и чтобы обеспечить теплоту для стадии е;e) нагревают шихту в шахте до приблизительно 1000 С, чтобы превратить углеродистую часть шихты в кокс или древесный уголь и превратить неуглеродистую часть в газы, пары и жидкие материалы;f) выпускают жидкий металл и жидкий шлак из горна;g) отводят полезные газы, имеющие теплоту сгорания от 10,4 до 11,2 МДж/м 3, через группу Т 3 фурм иh) отводят полезные газы через группы Т 4 и Т 5 фурм и через верхнюю часть шахты. 18. Способ по п.17, отличающийся тем,что, по меньшей мере, часть отведенного газа используют в качестве топлива. 19. Способ по п.7, отличающийся тем, что шихта в колошнике конвертера содержит оксиды металлов. 20. Способ по п.7, отличающийся тем, что углеродистый материал биомассового происхождения вводят в колошник конвертера.