Способ производства восстановленного железа и восстановительного газа и устройство для его осуществления

 

1. Способ производства восстановленного железа и восстановительного газа, включающий предварительное восстановление в шахтной печи, окиси железа в смеси с флюсом, в качестве которого используют известняк или доломит, последующее расплавление с подачей в расплав топлива кислорода и флюса, обессеривание полученного в зоне расплава восстановительного газа, содержащего по меньшей мере 80% окиси углерода и водорода, охлаждение газа и подачу его в шахтнзпо печь, отличающийся тем, что, с целью уменьшения износа футеровки печи, в расплав подают с регулируемой скоростью хладагент и поддерживают тем-г пературу расплава 1350-1600 С, а в качестве хладагента используют пар или топливосодержащий газ из водорода , окиси углерода, метана или их смеси., i 2. Способ по П.1, отличающийся тем, что полученгшй вое- ; становительный газ перед вводом в iшахтную печь охлаждают до 800-900 С путем смешивания с колошниковым газом, очищенным от углекислого газа. 3. Способ по П.1, отличающийся тем, что в качестве хладагента используют очищенный и охлажденный колошниковый газ, который подают в нижнюю зону расплава. 4. Устройство для производства восстановленного железа и восстано .витального газа, содержащее шахтную печь с узлами ввода и вывода материала и восстановительного газа, пла- . i вильную емкость-газификатор, соединенный трубопроводом с узлами ввода О) восстановительного газа, трубопровод отвода из шахтной печи колошникового газа с узлами его охлаждения и очистки, трубопроводы ввода твердого топлива и кислорода, о т .личающееся тем, что, с целью уменьшения износа футеровки, Од оно снабжено дополнительными соедиа ненными друг с другом через клапан О) трубопроводами с узлами очистки ко- . Од лошникового газа от двуокиси углерода и подачи пара, и системой соедиоо нительных трубопроводов, два из которых соединяют трубопровод с узлами очистки колошниковогогаза от двуокиси углерода с трубопроводом отвода .колошникового газа, и дном газификатора а два других - с трубопроводами ввода восстановительного газа в шахтную печь, при этом один из трубопроводов, соединяющих трубопровод с узлами очистки газа от двуокиси углерода с трубопроводом восстановительного газа в шахт

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„$0„„116 68

4 (5.ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н IlATEHTY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3603601/22-02 (22) 15.06.83 (46) 07.07.85. Бюл. № 25

"(72) Фрэнк Верджил Саммерс, Дэвид

Чарльз Майсснер и Рональд Браун (США) (71) Мидрекс Корпорейшн (США) (53) 669. 181(088.8) (56) Патент СССР ¹ 938747, кл. С 21 В 13/00, 1980. (54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВОССТАНОВЛЕННОГО ЖЕЛЕЗА И ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО

ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ производства восстановленного железа и восстановительного газа, включающий предварительное восстановление в шахтной печи. окиси железа в смеси с флюсом, в качестве которого используют известняк или доломит, последующее расплавление с подачей в расплав топлива кислорода и флюса, обессеривание полученного в зоне расплава восстановительного газа, содержащего по меньшей мере 80Х окиси углерода и водорода, охлаждение газа и подачу его в шахтную печь, о т л и ч а .юшийся тем, что, с целью умень шения износа футеровки печи, в расплав подают с регулируемой скоростью хладагент и поддерживают тем+ пературу расплава 1350-1600 С, а в

0 качестве хладагента используют пар или топливосодержащий газ из водорода, окиси углерода, метана или их смеси.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю - щ н и с я тем, что полученный вос становительный газ перед вводом в

;шахтную печь охлаждают до 800-900 С путем смешивания с колошниковым газом, очищенным от углекислого газа.

3; Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что в качестве хладагента используют очищенный и охлажденный колошниковый газ, который подают в нижнюю зону расплава.

4. Устройство для производства . восстановленного железа и восстановительного газа, содержащее шахтную печь с узлами ввода и вывода материала и восстановительного газа, пла- . вильную емкость-газификатор, соеди- Q ненный трубопроводом с узлами ввода восстановительного газа, трубопровод отвода из шахтной печи колошникового газа с узлами его охлаждения и очистки, трубопроводы ввода д твердого топлива и кислорода, о т— .л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения износа футеровки, Э оно снабжено дополнительными соеди- ф ненными друг с другом через клапан фЪ трубопроводами с узлами очистки ко-, ф } лошникового газа от двуокиси углерода и подачи пара, и системой соеди- (;б

1 нительных трубопроводов, два из которых соединяют трубопровод с узлами очистки колошникового газа от двуокиси углерода -с трубопроводом от- а вода колоаникового газа и дном гаэификатора а два других — с трубопроводами ввода восстановительного газа в шахтную печь, при этом один

Hs трубопроводов, соединяющих трубопровод с. узлами очистки газа от двуокиси углерода с трубопроводом вва. да восстановительного газа в шахт1166668 ную печь снабжен нагревателем, а трубопроводы подачи твердого топлива и кислорода соединены с днищем емкости-газификатора.

5. Устройство по п.4, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено узлом для ввода флюса, соединенным с . днищем емкости- газификатора.

Изобретение относится к прямому, получению железа с одновременным производством малосернистого восстановительного газа посредством газификации углеродсодержащего топлива в ванне расплавленного железа.

Целью изобретения является уменьшение износа футеровки печи.

На фиг. 1 схематически изображен газификатор ванны расплава для подачи восстановительного газа в шахтную печь и необходимое вспомогательное оборудование; на фиг. 2 — схема технологического процесса; на фиг. 3 — вариант технологического процесса.

Газификатор 1 ванны расплавлен-. ного металла содержит ванну расплавленного железа 2 и жидкотекучий шлак 3. Змеевики холодильника 4 окружают газификатор. Топливо, например уголь, из источника 5 вводят в ванну через днище газификатора.

Флюс,.например известь, из источника 6 вводят в ванну, как составную часть, необходимую для регулирования текучести шлака и улучшения удаления серы. Кислород из источника 7 также вводят в ванну через дни, ще газификатора для окисления и га- зификации топлива в окись углерода.

Подходящим топливом являются уголь, углеводород, древесный уголь, газ коксовой печи или любая их смесь.

Предпочтительным топливом является порошковый уголь.

Змеевики обеспечивают наружное охлаждение газификатора. Вода из ис6. Устройство по п.4, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено змеевиковым теплообмецником,,окружающим емкость-газификатор.

7. Устройство по п.4, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено резервуаром для хранения топлива, соединенным с трубопроводом с узлами для очистки газа от двуокиси углерода.

2 точника проходит через змеевики и выходит в виде пара из трубопровода 8. Желательно поддерживать рабочую температуру газификатора порядка 1500 С. Пар из источника 9, либо колошниковый газ, очищенный от двуокиси углерода, из трубопровода 10, либо смесь, регулируемую клапаном 11, вводят в ванну расплава че10 рез трубопровод 12. Температуру ванны регулируют устройством (не показано), которое управляет работой клапана 36 и, следовательно, вводом пара и/или очищенного колошни1$ косого газа.

Жидкий шлак,3 удаляют из газификатора через выпускное отверстие 13 по мере .надобности. Горячий, с примесями, окислителей газ (восстано2р вительный газ) удаляют из газификатора 1 через трубопровод 14, после чего его смешивают с охлажденным до температуры ниже температуры плавления шлака колошниковым га25 зом, очищенным от двуОкиси углерода, который поступает из трубопровода 15 в смеситель-холодильник 16. Нагретый колошниковый газ, бедный двуокисью углерода, добавляют из трубопровода 17 в смешанный восстановительный газ, и полученную смесь вводят в печь 18 для прямого восстановления через трубопровод 19.

Окись железа из бункера 20 подают в печь 18 через трубопровод 21 с целью образования в ней шихты с уплотненным слоем. Движущаяся вниз шихта из окиси железа восстанавливается до железа, освобожденного от

11666

40, Основную часть отработанного колошниковго газа из трубопровода 26 сжимают в компрессоре 33., затем очищают от двуокиси углерода в системе 34 для удаления кислых газов.

Полученный колошниковый газ, бедный двуокисью углерода, используют тремя способами: для охлаждения ванны расплавленного металла через трубопроводы 10 и 12; для смешивания

55 примесей, посредством противотока восстановительного газа. Освобожденное от примесей железо удаляют у выпускного отверстия 22 из печи, и отработанный колошниковый газ удаляют из печи через трубопровод 23 °

При необходимости известь или известняк можно подавать в печь через трубопровод 21 как часть опускающейся шихты. Нагретый отработанный ко- 10 лошниковый газ будет обжигать известь. В случае наличия значительного количества серы в восстановительном газе она будет соединяться с кальцием в виде сульфида кальция, 15 который удаляют с железом, освобож-.. денным от примесей, совместно с окисью кальция, не вступнвшей в реакцию, через выпускной трубопровод 22; Это предотвращает загряз- 20 нение прямо восстановленного железа сульфидом, а также предотвращает загрязнение отработанного колошникового газа.

Вследствие термодинамических 25 ограничений не весь водород и окись углерода в восстановительном газе вступают в реакцию с окисью железа, следовательно отработанный колошниковый газ, удаленный через трубопровод 23, содержит ценный водород и окись углерода. Отработанный колош.никовый газ проходит через холодильник 24 и скрубер 25 для уменьшения температуры газа и удаления воды и пыли из газа. Часть очищенного ох35 лажденного колошникового газа проходит через трубопроводы 26 и 27 и ее используют в качестве топлива для горелки 28. Воздух для горения подают из источника 29, а дополнительное топливо могут вводить от источника

30 (при необходимости) для нормальной работы горелки 28. Если необходимо топливо для других процессов, 45, то оно может выпускаться из трубопровода 26 через трубопровод 31 и храниться в резервуаре 32.

68 4 газифицированного восстановительвого газа через трубопровод 15; для ввода в нагреватель 35 через трубопровод 36 с целью. повторного нагрева для регулирования температуры восстановительного газа в трубопроводе 19.

При работе температуру ванны расплавленного металла поддерживают в пределах 1350-1600 С, предпочтительно 1500 С. Температура восстановительного газа в трубопроводе 19 подо держивается между 800 и 900 С, предо почтительно "-850 С, для обеспечения такого восстановительного газа, .который вступает в реакцию с шихтой из окиси железа, но не расплавляет продукцию из железа, освобожденного от примесей.

Вариант устройства, показанный на фиг. 2, содержит систему 37 удаления серы, в которой окись кальция подают через трубопровод 38, а продукт реакции — сульфид кальция— удаляют через трубопровод 39. Следовательно, по существу свободный от серы восстановительный газ вводят в печь 18 через трубопровод 19.

В другом варианте (фиг. 3) хлад.— агент, вводимый в газификатор 1 через трубопровод 12, представляет собой очищенный охлажденный отработанный колошниковый газ, имеющий такой же состав, что и в трубопроводе 26. Система 34 для удаления двуокиси углерода обеспечивает газом, богатым горючим, трубопровод 15, часть которого вводят в газификатор 1 над ванной расплавленного металла через трубопровод 40. Это обеспечивает получение в некоторой мере более холодного восстановительного газа в трубопроводе 14, имеющего температуру л 1500 С. Затем этот восстао новительный газ доводят до температуры 850 С в холодильнике 16 до о

его ввода в печь 18 для прямого восстановления.

Температуру в ванне с расплавленным металлом поддерживают в пределах 1350-1600 С. При падении температуры ниже 1350 С в расплаве метал. о ла начинают образовываться твердые частицы. Кроме того, шлак становится вязким. Температура расплава

)1600 С приводит к сильному износу огнеупорной футеровки в сосуде. Поэтому рабочий температурный диапа1166668

Содержание компонента, Ж в материале

Содержание компонента, кг/т..железа прямого восстановле" ния . 33

Материал

85,98

8,34

4,09

1,50

Элементное железо

Fe0

Рудная порода

Углерод Окись железа

Ре Оз

1430

Из изложенного следует, что споеO соб и устройство для получения восстановительного газа в ванне расплавленного металла в сочетании с .шахтной печью для прямого восстанов ления окиси железа до.железа, осво- божденного от примесей, являются высокоэффективными, в результате чего получают железо, освобожденное от примесей, без серы, а также сво- бодный от серы отработанный колошниковый газ.

Угольная пыль, состоящая из

366

75,2

N0 зола

1,5

9,30 зон расплава металла имеет верхний предел 1600.С и нижний предел 1350 С, Предпочтительной рабочей температурой является 1500 С вЂ” температура, о при которой шлак остается относитель- 5 но жидким, а расплавленное железо имеет необычную вязкость.

Предпочтительной температурой для восстановительного газа является

800-900 С при которой наиболее легко восстанавливается окись железа.

В случае отклонения значений от оптимальных качество газа резко снижается и степень восстановления недопустимо падает.

При прямом восстановлении окиси железа до железа, освобожденного от примесей, в шахтной печи реакционный колошниковый газ перегравается и должен охлаждаться немедленно при 20 удалении из печи. Этот перегрев используется для обжига извести с целью удаления серы иэ шахтной лечи.

В табл. 1 представлена характеристика исходных материалов. 25

Таблица 1

В табл. 2 приведен расход газа и

его состав при интервале температур расплава 1350-1600 С.

В табл. 1 приведен расход твердых материалов при получении одной тонны (метрической тонны) железа прямого восстановления. Уголь имеет высокую теплотворную способность на сухой основе, равную 7941 ккал/кг. Теплотворная способность 366 кг использованного угля составляет, таким образом, 2,74 гкал..Газифйкатор работает, предпочтительно, при

1500 С. Восстановительный газ, подаваемый в восстановительную печь, регулируют с помощью подогревателя и трубопровода газовой смеси. до темпео ратуры -815 С, которая является предпочтительной для прямого восстановления окиси железа.

В связи с колебаниями содержания серы в угле и.составе эолы в газификатор расплавленного металла вводят известь. Необходимое количество извести колеблется от 0 до 130 кг извести на тонну железа прямого восстановления при изменении содержания серы в угле от 0 до 2,0Х.

Состав железа прямого восстановления, полученного в шахтной печи . при оптимальных рабочих параметрах, будет следующим,Х:

1166668

Материал

С02

Н 0 ние

208,4

Кислород

4,4

14,2

40,4

207,0

35,0

0,1

14,2

4,4

40,4

4,4

45,9

8,7

3,8

3,2

41,3

1905,5

16,0

3,2

29,4 газ

32,8

3,6

6,0

ТОПЛИВО

1450, 2

3,6

6,0

32,8

Рециркулированный

Исходный газ

Рециркулированный газ (смесь) Нагретый газ

Сырье в восстановительную печь

Колошниковый

До удаления

СО

Расход, H„ 3 /т железа на прямое восстановле755, 4

215,5

1892,9

240,7

40,0 1,0

62,9 Os 1

40,0 1,0

34,-5 6, 5 е

47,6 4,1

30,0. 22,4

32,5 25, 1

32,5 25,1

Таблица 2

I 1

Объемный состав, Е

1166668

1166668

1166668

Составитель А. Савельев

Редактор Н. Егорова Техред М.Пароцай Корректор И. Эрдейи

Заказ 4326/57 Тирам 553 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4