Способ получения железа из руд

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения железа. Цель изобретения - использование углей, обладающих малым запасом энергии, В способе получения железа из кислородного соединения железа, предпочтительно из руды , кислородное соединение железа в емкости для восстановления руды восстанавливается главным образом с помощью реакционного газа из емкости для расплава, затем вводится в эту емкость для расплава и расплавляется при добыче углеводородсодержащего горючего и кислородсодержащих газов. Выходящие из расплава железа реакционные газы частично дожигаются в емкости для расплава. Выделяющаяся при этом теплота переносится далее на .расплав, а реакционные газы охлаждаются и восстанавливаются на пути к емкости для восстановления руды с помощью восстановителей. 4 з.п. ф-лы, 1 ил. § СО со о 4 ;о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕа1УЬЛИН

„,80„„1304 4 (5g 4 С 21 В 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТ У (Ър" i

Ф!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3743762/22-02 (22) 17.05.84 (31) P 33180059 (32) 18.05.83 (33) DE (46) 15.04.87. Бюл, М - 14 (71) Клекнер ЦРА Технологи ГмбХ (DE) (72) Людвиг фон Богданди и Карл

Броцманн (DE) (53) 669.183.421 (088.8) (56) Патент США У 3936296, кл. 75-26, 1976. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗА ИЗ РУД (57) Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения железа. Цель изобретения— использование углей, обладающих малым запасом энергии. В способе получения железа иэ кислородного соединения железа, предпочтительно иэ руды, кислородное соединение железа в . емкости для восстановления руды восстанавливается главным образом с помощью реакционного газа из емкости для расплава, затем вводится в эту емкость для расплава и расплавляется при добыче углеводородсодержащего горючего и кислородсодержащих газов.

Выходящие иэ расплава железа реакционные газы частично дожигаются в емкости для расплава, Выделяющаяся при этом теплота переносится далее на .расплав, а реакционные газы охлаждаются и восстанавливаются на пути к емкости для восстановления руды с помощью восстановителей. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1304749

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу получения железа из кислородного соединения железа, предпочтительно из руды, которое восстанавливается в емкости 5 для восстановления руды посредством реакционного газа. и затем расплавляется в емкости при добавке содержащего углерод горючего и кислородсодержащих газов, например кислорода или воздуха.

Целью изобретения является использование углей, обладающих малым запасом энергии.

На чертеже представлена схема реализации способа получения железа.

Емкость 1 для плавления с огнеупорной облицовкой 2 имеет внутренний объем 150 м . Сопла 3 в днище 4 з емкости состоят из двух концентрических трубок, причем диаметр на просвет внутренней трубки 5 составляет

24 мм, а ширина кольцевого зазора между обеими трубками составляет мм. Через центральную трубку 5 сопла 3 в днище 4 кислород или размолотый уголь вместе с газом-носителем поступает в расплав. 0 помощью вентилей можно переключаться с кис—

30 лорода на суспензию газа-носителя с углеродом. Для защиты сопел 3 через кольцевой зазор 6 пропускают газообразные и/или жидкие углеводороды, в данном случае пропан, в количестве примерно от 2,5 об.% в расчете на кислород.

В верхней части газового пространства емкости 1 для плавления располо жены пронизывающие огнеупорную обли- щ цовку 2 два сопла 7 для вдувания кислорода, которые снабжены общим трубопроводом 8. Выходные отверстия .сопел 7 с диаметром на просвет 40 мм находятся примерно íà 3 5 м выше 45 неподвижной поверхности ванны.

В емкости 1 для расплава находится расплав 9 железа весом 120 т при о, 1500-1600 С. В емкости 1 для плавления в час приготовляется примерно

70 т стали из введенного сырья.

Во время функционирования через шесть сопел 3 в днище 4 проходят 40 т угля в час следующего состава,%:

С 73; Н 4; О ll; Ы 1 5, зола 8 5, жидкие составные части 27, влага

1,5, с теплотой сгорания 6700 ккал/кг.

Параллельно этому через восемь ниж-. них сопел 3 в днище 4 подают примерно 12000 норм.м /ч кислорода в ванну, Для шлакообразования кислород "нагружают известковой пылью (СаО) в количестве 12 т/ч. Загрузка может осуществляться непрерывно или периодически с более высокой скоростью.

Сопла 7 для вдувания с направлением вдувания в центр ванны, функционириуют со скоростью вдувания кислороз да 15000 норм,м /ч. Газовые потоки, действующие в газовом пространстве емкости для плавления на достаточно длинных путях пролета в виде свободных струй, увлекают с собой многократно вводимый объем кислорода из реакционных газов в газовое пространство, благодаря этому достигается дожигание примерно 15% СО до СО соответственно, общее дожигание составляет 23% (включая долю Н до

Н О) . Выделяющаяся при этом теплота благодаря особой технике вдувания в комбинации с. сильным перемешиванием ванны путем введения доли всего кислорода через сопла в днище переносится далее на расплав, Из емкости 1 для плавления через газопровод 10 с огнеупорной облицовкой 11 отводят 800СО норм.м /ч реакционного газа следующего состава,%:

СО 57; СО 10; Ь 16; Н О 12; N> 5, теплота сгорания 1860 ккал/норм.м .

В подобной воздухонагревателю емкости для кондиционирования 12, которая благодаря своей насадке имеет высокую теплоемкость, к этому реакционному газу примешивают 5000 кг/ч угольной пыли, Особая насадка с дополнительным введением газа поперек направления основного потока приводит к интенсивному смещению реакционного газа с угольной пылью, при этом реакционный г з восстанавливается и одновременно охлаждается. Газ состава,%: СО 55; СО 6; Н 31;

Н О 5; N 4, покидает кондиционер

12 по газопроводу 13 с оптимальной для восстановления руды температурой

900 С.

Восстановленный реакционный газ вводят в горячий циклон 14, в котором осаждаются увеличенные с газом частицы пыли, Затем он через кольцевой трубопровод 15 и сопла для вдувания, как в доменной печи, поступает в емкость для восстановления руды— шахтную печь 16. В печи 16 в час восстанавливается 110 т железной руды

1304749 с содержанием железа 64Х. После восстановления газ состава, : СО 41;

СО 30; Hz 23; H О I N 4, покидает шахтную печь 16 и отводится по магистрали 17.

Из печи 16 для восстановления руды через выводящее устройство 18 и напорный трубопровод 19 восстановленная руда со степенью металлизации 75Х и температурой 800 G подает- 10 ся непосредственно в емкость для расплава. з

90000 норм. м /ч газа из шахтной печи 16 может подаваться потребите-. лям, например, для нагрева. Возмож- 15 на также обработка газа путем промывки СО и затем повторная подача в качестве восстановительного газа в емкость для восстановления руды.

При этом на получение тонны ста- 20 ли (железо с 2-З . углерода и незначительными количествами фосфора и серы) потребляется 650 кг угля указанного з состава, 380 норм.м кислорода и

165 кг СаО. 25

Сталь может отводиться из емкости для расплава ежечасно порциями или через выпускное отверстие непрерывно. 30

При вдувании кислорода давление в емкости 1 для расплава составляет

2 бар, что достаточно для преодоления сопротивления потока во всей системе, следовательно не нужны уст-! 35 ройства для сжатия восстановительного газа.

Через сопла 7 в верхнюю часть емкости 1 над поверхностью ванны вместо кислорода может вдуваться 4п воздух, предварительно подогретый о до 1200 С. Процесс при этом осуществляется в тех же устройствах. Через сопла 3 в днище в емкость I для расплава вводят уголь и кислород с известью. Количество СаО для шлакообразования согласуется так, чтобы иэ извести и количества SiG угольной золы и жильной породы руды устанавливались основность шлака СаО/$iО 5р примерно 2. Эта основность шлака при температуре расплава железа 1550 С о приводит к распределению серы между шлаками и ванной, примерно равному

100, т.е. содержание серы в жидком железе составляет 0,015Х в то время как концентрация серы в шлаках 1,5 .

Над днищем через боковые сопла 7, которые расположены примерно на 3-4 м выше стабильной поверхности ванны, в расплав вдувают горячий воздух.

При этом достигается степень дожигания 23,4Х (15Х СО до CO, остаток H до Н,О).

В этом случае для производства 1 т сырьевой стали необходимо 640 кг.угля (включая уголь для восстановления 3 газа) укаэанного состава, 130 норм,м кислорода, 1250 норм.м горячего возэ духа с температурой предварительного

О подогрева 1200 С, 155 кг извести для шлакообразования, 1560 кг руды, которая после частичного восстановления со степенью металлиэации 75 . непосредственно из емкости для восо становления руды с температурой 800 С подается в емкость для расплава, Образуется 1750 норм,м реакцио онного газа с температурой 1575 С в емкости для расплава состава,X: СО

36; СОг Hг 10 HzО 7 3; Nz 41.

После примешивания 110 кг угольной

3 пыли получают 2000 норм.м восстановительного реакционного газа с темо пературой 900 С состава, Х: СО 38;

СО 2> Н 25; Е О 21 N 33. Этот восстановительный газ в емкости для восстановления руды служит для восстановления руды и покидает шахтную печь с составом,Х: СО 28; СОг 16;

Нг IB; Н О 2; N 36. Количество отходящих газов 1875 норм,м, теплота

3 сгорания отходящего газа 1300 ккал/м .

При исключительном применении горячего воздуха с температурой пред- о, варительного подогрева 1200 С для осуществления предлагаемого способа необходимо 2000 норм.м воздуха на з

1 т сырья стали. Удельный расход угля при этом не меняется.

Согласно изобретению„при установлении выровненного энергетического баланса могут изменяться сырье, восстановитель, степень дожигания, способ восстановления руды в емкости для восстановления руды. Пока используются частичное дожигание реакционных газов в емкости для расплава и восстановление с одновременным охлаждением реакционных газов, изменения заключаются в системе связывания.

Предпочтительным является такое выполнение способа, когда предварительно восстановленную руду со степенью металлизации 30-70 . (предпочтительно 50Х) из емкости для восстановления руды вводят в емкость для

1304749

Введение предварительно восстановленного материала, например, предварительно восстановленной высокоценной руды со степенью металлизации

30-7О/ (предпочтительно 507) в емкость для расплава по предлагаемому

Способу может осуществляться без затруднений, пока имеется высокое дожи— гание (30-407) получающихся в емкости для плавления реакционных газов. Согласно изобретению, для этого значительно повышается скорость вдувания кислорода, которая может составить

100/. Содержащие кислород вдуваемые газы при этом могут вдуваться в ванну из трубки для ввода кислорода и/или из сопел, которые встроены в огнеупорныи материал в верхней части емкости для расплава, так, чтобы образовывались газовые потоки в газовом пространстве в виде свободных струй. Свободные струи при этом увлекают с собой большую часть вдуваемого газового объема, Вводимые,кислородсодержащие газы могут представ-. лять собой чистый кислород, воздух или любые смеси воздуха с кислородом.

Опыты показали, что при осуществлении предлагаемого способа с высокой степенью дожигания (30-407) увеличение скорости вдувания окисляющих газов вплоть до исключительного заполнения, например, предварительно подогретым воздухом благоприятствует безопасному установлению относительно высокого дожигания.

Существенным является применение предварительно подогретого воздуха в качестве окислителя. Более высокое физическое количество теплоты на основании относительно высокого объема балластного газа в форме азота позволяет осуществлять добавку больших количеств восстановителя в реакционный газ из емкости для расплава при одновременном сохранении благоприятной температуры (800Согласно изобретению, реакционные р0 газы в процессе. восстановления при

1600 С при выходе из емкости для о расплава охлаждаются до оптимальной

55 расплава и одновременно повышают дожигание реакционных газов в емкости для расплава до 30-40/.

Согласно этому варианту изобретения, использование газа в емкости для восстановления руды повышается до 50/, металлизация предварительно восстановленной руды снижается ниже

75/. Например, использование газа в шахтной печи может достигать 457 при степени металлизации 537.

1000 С) для восстановления руды. Таким образом, предлагаемый способ дает возможность с одной стороны, повысить степень дожигания в емкости для расплава, с другой стороны, получать оптимальныи восстановительный газ для емкости восстановления руды.

Процесс может протекать автотермически, т,е. он требует только незначительного избытка энергии. Отходящие из емкости для восстановления руды газы обладают остаточной теплотой

3 сгорания только 600-1000 ккал/норм.м.

Например, количество отходящих из емкости для восстановления руды газов может понижаться примерно до

1900 норм,м -с величиной остаточной теплоты сгорания примерно з

750 ккал/норм.м

Для производства 1 т стали из руды требуется лишь 500-600 кг недорогостоящего угля с,высокой долей летучих составных частей, Из них примерно 350 кг вдувают в емкость для расплава и для восстановления улетучивающихся с высокой, степенью дожигания реакционных газов из емкости для расплава остаточные количества (примерно 150 кг угля) в виде пыли добавляют для восстановления реакционных газов на пути в емкость для восстановления руды. Эта доля угля для восстановления газа может быть заменена другим восстановителем, напy,ðèìåð природным газом. для восстановления в емкости для восстановления руды температуры 8001000 С.

Например, в подобной конвертеру емкости для расплава находится расплав, в который через сопла, расположенные ниже поверхности ванны, вдувают 360 кг угля с 34/ летучих составных частей, 77. золы и 1,57. влаги для получения 1 т стали. Одновременно вдувают 1270 норм.м воздуха с

3 о температурой подогрева 1200 С на поверхность ванны расплава железа.

Далее в емкость для расплава вводят

1200 кг предварительно восстановленной руды с температурой 800 С и степенью металлизации 59/.

1304749

Фо рмула изобретения

1. Способ получения железа из руд, включающий предварительное восстановление и металлизацию в реакторе с реакционными газами, отводимыми из

Из емкости для расплава удаляют

1 710 норм.м газа с температурой э

1575 С состава,l: СО 19: СО 8; Н

5; Н О 8 5; N 59 5 Этот газ на своz ем пути к емкости для восстановления в шахтной печи восстанавливает- . ся с помощью 146 кг угля и после этого содержит,X: СО 31; СО 1,6; Н 14;

Н О 1,7; Nz 49,6, температура 1000 С.

Газовый объем эа счет добавки угля для восстановления повышается примерно до 2060 норм.м

Вместо 146 кг угля для восстановления выходящего из емкости для расплава реакционного газа могут использоваться также 120 норм.м природного газа для восстановления газа.

Покидающий шахтную печь отходящий газ очищается мокрым путем и после этого имеет состав,/: СО 18; COz 17; 20

Н 10; Н О 2; N 53. Теплота сгорания

5 составляет примерно 790 ккал норм.м, э

Из э того газа примерно 750 норм. м используют для подогрева воздуха.

Общий избыток газа составляет

1100 норм,м (соответственно 0,9 ккал). э

Для восстановления могут быть использованы„например, псевдоожиженный слой, циркулирующий взвихренный слой. Подача восстановителя в реакци- 30 онный газ из реактора для расплава также может изменяться. Например, вместо прямого ввода восстановителя в трубопровод могут использовать ввод через отдельные емкости для прохож- 35 дения, например, с улучшенным перемешиванием. емкости для расплавления, последующее расплавление и рафинирование предварительно восстановленной руды за счет ввода углеродосодержащего топлива и вдувания сверху на поверхность .ванны кислородсодержащих газов, дожигание реакционных газов с подачей выделяющегося тепла в расплав и охлаждение их до температуры предварительного восстановления sa счет смешивания их с восстановителями, отличающийся тем, что, с целью использования углей, обладающих малым запасом энергии, 10-907. от общего расхода кислородсодержащего газа вдувают в ванну расплава, а смешивание реакционных газов с восстановителем осуществляют перед реактором предварительного восстановления.

2. Способ по п.1 о т л и ч а юшийся тем, что смешивание реакционных газов с восстановителями осуществляют в отдельной емкости.

3. Способ по пп.1 или 2, о т л ич а ю шийся тем, что расплавление предварительно восстановленной руды осуществляют под давлением 1,55 бар, 4. Способ по пп.1,2 или 3, о т— л и ч а ю шийся тем, что расп лавлению подвергают предварительно восстановленную руду со степенью металлизации 30-707., преимущественно

507., при одновременной степени дожигания реакционных газов, равной 3040X °

5. Способ по пп.I — 3 или 4, о тл и ч а ю шийся тем, что в качестве восстановителей используют уголь, который подают в. емкость для расплавления и рафинирования выше расплава.

1304749

Составитель А.Ашихин

Редактор М.Циткина Техред В.Кадар Корректор Н. Король

Заказ 1325/58 Тираж 550 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, K-35, Раушская наб., д,.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4