Способ получения расплавленных железосодержащих материалов из тонкоизмельченной руды и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области производства расплавленных железосодержащих материалов и тонкоизмельченных руд. Целью изобретения является повышение производительности и снижение энергетических затрат. Изобретение характеризуется тем, что включает стадии смешивания мелочи окиси железа или железных руд с тонкоизмельченным углем и связующим до получения смеси, гранулирование полученной смеси компактированием, окатыванием или брикетированием смеси, подачу окатышей в печь с вращающимся подом для предварительного восстановления железа, подачу предварительно восстановленных окатышей в плавильную печь с восстановительной атмосферой в качестве металлической составляющей загрузки, подачу измельченного углеродсодержащего топлива и кислорода в плавильную печь с восстановительной атмосферой через донную часть печи для реакции с расплавом или ванной в печи, восстановление железа до элементарного железа и образование отходящих газов, содержащих CO и H<SB POS="POST">2</SB>, подачу отходящих газов в печь с вращающимся подом в качестве технологического газа для предварительного восстановления в ней окатышей, и удаление горячего металла из плавильной печи с восстановительной атмосферой. Предварительно восстановленные окатыши выгружают из печи с вращающимся подом при температуре, по крайней мере, 1000°С в плавильную печь с восстановительной атмосферой для получения продукции - расплавленного чугуна. 2 с.п. ф-лы, 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 В 13/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (2 1) 4202505/02 (22) 29.04.87 (31) 857684 (32) 30.04.86 (33) US (46) 30.08.91. Бюл. М 32 (71) Мидрекс Интернациональ Б.В,Роттердам, Цюрих, Бранш (NL) (72) Дентаро Канеко (JP) и Дэвид Чарльз

Майсснер (US) (53) 669.181 (088.8) (56) Кожевников И.Ю, Бескоксовая металлургия железа. М.: 1970, с.113 †1. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСПЛАВЛЕННЫХ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ТОНКОИЗМЕЛЬЧЕННОЙ РУДЫ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к производству расплавленных железосодержащих материалов и тонкоизмельченных руд. Цель изобретения — повышение производительности и снижение энергетических затрат. Изобретение характеризуется тем, что включает стадии смешивания мелочи окиси железа или железных руд с тонкоизмельченным углем и связующим до получения смеси, Изобретение относится к получению чугуна из расплавленных желеэосодержащих материалов непосредственно из окиси железа в виде рудной мелочи или гранулированных концентратов в смеси с твердым углеродсодержащим восстанавливающим агентом, конкретно к способу получения чугуна из тонкоизмельченных железных руд

„„Я2 „„1674694 А3 гранулирование полученной смеси компактированием, окатыванием или брикетированием смеси, подачу окатышей в печь с вращающимся подом для предварительного восстановления железа, подачу предварительно восстановленных окатышей в плавильную печь с восстановительной атмосферой в качестве металлической составляющей загрузки, подачу измельченного углеродсодержащего топлива и кислорода в плавильную печь с восстанови тельной атмосферой через донную часть печи для реакции с расплавом или ванной в печи, восстановление железа до элементарного железа и образование отходящих газов, содержащих СО и Нр, подачу отходящих газов в печь с вращающимся подом в качестве технологического газа для предварительного восстановления в ней окатышей, и удаление горячего металла из плавильной печи с восстановительной атмосферой, Предварительно восстановленные окатыши выгружают иэ печи с вращающимся подом при температуре по крайней мере 1000 С в плавильную печь с восстановительной атмосферой для получения продукции — расплавленного чугуна.

2 с, и 10 з.п.ф-лы, 1 табл., 3 ил. на стадиях спекания тонкоиэмельченной железной руды для получения компактных заготовок (окатышей).

Цель изобретения — повышение производительности и снижение энергетических затрат.

Сущность изобретения заключается в том, что более высокие температуры рабо1674694 чих процессов (выше температур, при которых частицы слипаются) можно достичь при применении печи с вращающимся подом для прямого восстановления или предварительного восстановления, так как частицы на вращающемся поде не находятся в тесном контакте, особенно если толщина слоя составляет одну или две высоты исходных частиц, Верхний слой частиц недостаточно тяжел, чтобы вызвать слипание частиц верхнего слоя с частицами нижнего слоя.

Для работы печи с вращающимся подом нужен гаэ содержащий высокий процент восстановителей (СО+ Н ), Такой гаэ обычно называют высококачественным, Качество определяют как отношение восстанавливающих агентов (СО + Hz) к окисляющим агентам (COz > Hz0) в газе.

Обычно работа печи с вращающимся подом требует высококачественного газа. Однако согласно предлагаемому способу нет необходимости в таком высококачественном газе, так как восстановитель, твердый углеводсодержащий восстановитель содержится в материале, который был восстановлен в печи с вращающимся подом. Качество газа около 2,4 вполне достаточно для предотвращения повторного окисления восстановленного железа в печи с вращающимся подом, так как такой газ находится э равно весии с чугуном при 1200 С. Восстановление окиси железа в печи с вращающимся

"одом происходит очень быстро, так как имеются очень высокие температуры и тесн ый контакт окиси железа с твердым восстановителем на поде печи.

Если печи с вращающимся подом восстанавливают более одного слоя частиц, тогда наблюдается заметная разница в восстановлении между слоями.

Самыи верхний слой первым достигает температуры, при которой идет восстановление и соответственно, высокой степени металлизации эа короткий промежуток времени.

Нижние слои, которые экранированы от непосредственного термооблучения, требуют более длительного времени для достижения рабочих температур, поэтому им необходимо больше времени для достижения нужной степени металлизации. Длительность промежутка времени после того, как вер:ние слои достигают нужной степени металлизации, и пока нижние слои увеличивают металлиэацию является критическим временем для самого верхнего слоя, если печные газы окисляют до железа. Это вызывает по1ери металлизации самого верхнего слоя, тогда как нижние

55 слои восстанавливаются, Чтобы предотвратить эти потери в металлизации самых верхних слоев, печь с вращающимся подом должна работать на форсунках, которые приспособлены для эффективной работы для подачи газа, находящегося в равновесии с металлическим железом. Получить такой газ черезвычайно трудно, используя горелки, работающие на угле. Однако такую атмосферу можно легко получить с горелками, работающими на газообразном или жидком топливе и предварительно подогретым воздухом. Использование отходящих газов иэ плавильной печи с восстановитель.ной атмосферой позволяет устранить указанные трудности и дает возможность работать печам с вращающимся подом на

100 Д,-ном отходящем газе беэ потребности в дополнительных количествах газообразного или жидкого топлива.

На фиг. 1 представлена технологическая схема предлагаемого способа, на которой показано оборудование для его осуществления и его основное расположение; на фиг. 2 — основные узлы оборудования с их предпочтительным расположением, г< ртикэльный разрез; на фиг. 3 — схематическая диаграмма, на которой более подробно изображена печь с вращаю цимся подом вместе с плавильной печью с восстановительной атмосферой, работающая по предлагаемому способу, Железная руда из бункера 1, угольная мелочь из бункера? и связующее из бункера

3 продаются по конвейеру 4 в смеситель 5, затем в устройство 6 для окатывания руды (например басейн для окаливания или тарельчатый окомковагель), Уплотненные окатыши подают по конвейеру 7 в печь с вращающимся подом 8 и рассыпают на движущийся под 9 с помощью любого распределяющего устройства, Предварительно восстановленные окатыши поступают из печи с вращающимся подом 8 в плавильную печь 10 через завалочный желоб 11 или любое другое устройство для загрузки. Предварительно восстановленные окатыши попадают в ванну 12 расплавленного металла, Плавильная печь с восстановительной атмосферой имеет одно или несколько донных отверстий 13 для донной продувки кислорода и конкретного углеродсодержащего топлива, например угольной мелочи из бункера 14.

Газ-носитель, например азот или охлажденный отходящий газ из плавильной печи с восстановительной атмосферой иэ источника перемещает частицьi угля по трубопроводу 15 через фурмы 16 в ванну, Кислородом иэ источника 17 по трубопроводу 18 проду1674694

10

20

55 вают в ванну по отдельному комплекту фурм. Плавильная печь с восстановительной атмосферой снабжена отверстием 19 для выпуска горячего металла и шлаковой леткой 20.

Если кислород подают снизу ванны, необходимо предусмотреть отверстие 21 для впуска кислорода в верхней части плавильной печи с восстановительной атмосферой для обеспечения подачи остального кислорода. необходимого для завершения реакции с углеродом в ванне. Отверстие 21 направлено вниз для того, чтобы поток отражался от ванны, а также для усиления циркуляции в ванне и обеспечения лучшего контакта кислорода с углеродом, содержащимся в ванне для обеспечения завершения реакции углерода. На 100 ч, кислорода, вводимого ниже поверхности ванны, следует вводить через отверстие 21 для последующего сгорания 15-30 ч.кислорода.

В другом варианте предварительно нагретый воздух можно использовать для обеспечения кислорода в реакции с углеродом. Воздух подают только над поверхностью ванны через отверстие 21. В этом случае нет необходимости вводить ниже поверхности ванны кислород ни в каком виде.

Газоотвод 22 закрывает верхнюю часть плавильной печи 10 и соединяется с отверстиями 23 печи с вращающимся подгм дЪя подачи газа для горения внутри печи с вращающимся подом 8.

Осушитель 24 можно расположить между гранулятором и печью с вращающимся подом (в случае необходимости) для обеспечения сушки окатышей, в которых содержание влаги превосходит норму.

Гаэ, отходящий иэ печи с вращающимся подом, можно пропустить через теплообменник 25 для предварительного нагрева воздуха для сгорания из источника 26, поступающего в печь с вращающимся подом, или через теплообменник 27 для предварительного нагрева воздуха для горения из источника 28, поступающего в плавильную печь с восстановительной атмосферой, или через оба, как показано на фиг. 1. Отходящие газы 29 из печи с вращающимся подом и/или отходящие газы из плавильной печи с восстановительной атмосферой 30 можно использовать для дополнительного нагрева локальных участков, например, сушилки 24.

При работе окись железа или железную руду в виде рудной мелочи или концентрата подают из бункера 1 в смеситель 5 вместе с мелкоиэмельченным твердым восстанавливающим агентом иэ бункера 2 до получения смеси. В качестве твердого восстанавливающего агента можно использовать уголь, коксовую мелочь, древесно-угольную мелочь или другой углеродсодержащий материал.

К смеси можно добавить вспомогательные агенты. такие как связующие агенты и агенты, удаляющие серу иэ бункера 3, наряду с добавлением нужного количества влаги.

Такие добавки включают известь и бентонит или другие подходящие связующие.

Известь действует как удаляющий серу агент в плавильной печи. Бентонит действует как связующее. В смеситель 5 следует добавлять достаточное количество,извести для поддержания степени основности, по крайней мере 1.5. Затем полученную смесь подают из смесителя 5 в такое устройство для получения агломерата как, например, гранулятор 6. Сырые или влажные окатыши, полученные в устройстве 6 для получения окатышей, можно высушить в сушилке 24 или их можно подать в обход сушилки непосредственно в печь с вращающимся подом 8 по контейнеру 7, Если для получения агломерата используют материалы, содержащие большое количество шлама, агломерат следует высушить, прежде чем подавать в печь с вращающимся подом для того, чтобы предотвратить рассыпание, так как мелким частицам труднее проникнуть сквозь слой шлама в плавильной печи. Сушилка 24 является полностью произвольным устройством. Если высушенный агломерат подают в один слой в печь с вращающимся подом, происходит испарение угля и восстановление окиси железа до более чем 90 -ной металлизации за промежуток времени около 8-15 мин при температуре в зоне восстановления между 1260 и 1370 С. Отходящие газы иэ плавильной печи с восстановительной атмосферой (SRV) обеспечивают как термическую, так и химическую теплоту для сгорания в печи с вращающимся подом.

Восстановитель уже присутствует в окатышах или агломерате в виде мелких частиц угля, поэтому нет необходимости в повышении качества отходящего газа, что необходимо при использовании шахтных печей или печей с псевдоожиженным слоем, Печи с вращающимся подом часто характеризуют как печи, имеющие несколько рабочих зон. На фиг. 3 стрелка показывает направление движения пода 9, Зона А первая зона обычно характеризуется как зона сушки/испарения, зона  — как эона нагрева. а зона С вЂ” как эона восстановления, Средства 31 нагрева в зоне восстановления расположены с внешней и внутренней сторон вращающейся подовой печи. Перегородка разделяет эоны А и С для

1674694 г. спредотвращения перемешивания газов между ними, Граница попадает на под 9 в зоне А с конвейера 7. Отходящие газы SRV по линии газоотвода 22 попадают в печь с вращающимся подом через впусные отверстия 23 при температуре около 12501370 С для достижения степени маталлизации по крайней мере 907ь.

Горячие предварительно восстановленные окатыши, металлизированные более чем на 90 при температуре выше 1090ОС, подают в плавильную печь с восстановительной атмосферой, в которой агломерат плавится, образуя ванну расплавленного металла под слоем шлака Расплавленный металл сливают через отверстие 19 для выпуска металла, а шлак удаляют через шлаковую летку 20. Агломерат содержит не :оторое количество остаточного углерода, который доступен для окончате lbHQIî восстановления в плавильной печи, награт до высокой температуры и равномерно ди-..пергирован. Так как агломерат содержит углерод и подается в плавильную печь при столь высокой темпепагуре, расход энерг. и на тонну горячего металла снижаетс", по сравнению с иэвест,лыми процессами пслучения чугуна.

Уголь, используемый для аглом",рации ь предлагаемом способе, долж.-н бы1ь мелко иэмельче-., поедварительно размола . Q . агломерации в грануляторе размер ь-,ех угольнь-х частичек должен быть енее 100 мк;.;, Для агломерации брике1лрованием размер частиц должен быть менее 1 мм.

Уго. .ь, который подают ",лавильную печь с восстановительной атмосферой через фурl1bl, должен быть т-нко измельчен, предпочтительно размер все::: его частиц должен быть менее 1 мм.

Способ включает смешивание измельченной окиси железа с гвердым углеродсодержащим восстанавливающим аген t- до получения смеси, агломерацию смеси, подачу агло:лерата в печь с вращающимся подом до получения тонкого слоя агпомерат; —. высотой от одного до трех слоев, нагрев . аоя а. ломера1а до 1емператуоы 10901370 С в течение 5-25 мин, предпочтитель но о"..оло 10 — 30 ми«для осуществления сушки, нагрева и предварительного восстновления по крайней мере 50 "ь-ного удаления горячего восстановленного агломе ата из печи с вращающимся подо.. и подачи аго в плави ьную печь, где он плавите и вос станавливается до получения оасплав..анного чугуна, которыи затем удаляют из плавильной печи, подачи у оль ой м . очи и кислорода в плавильную печь ни c поверхности ванны раап авленно а металла в ка5

50 честве реагентов, удаления отходящих газов иэ плавильной печи и сжигания удаленных отходящих газов как топлива в печи с вращающимся одом.

Согласно другому варианту предлагаемого способа предварительно нагретый воздух подают в плавильную печь с восстановленной атмосферой над ванной и направление потока воздуха таково, чтобы он попадал на повеpxHQGTb ванны. В этом варланте ниже поверхности ванн; уже не инжектируют ни кислород, ни воздух, ни предварительно подогретый, ни при комнатной температуре. Единственным газом, ко1орый подают ниже поверхности, являет ся газ-носитель несущии частицы угольной мелочи.

В таблице приведены гипичные рабочие параметры способа в различных условиях.

Таким образом. rанное иэсбрете ие позволяет снизить энергетические затраты а тонну горячего металла и размер плавильной печи при заданнои производительности.

Формула изобретения

1. Способ получения расплавленных келезосодержащих матери лов из тонкоизмельченной руды, включающий смешивание тонкоиэмельченной руды. угля

"..вязующего лх грану. ирование, предвари тельное восстановление и последующее довосстановление с расплавлением, использование полученных в процессе расплавления газов на стадии предварительного восстановления - качес:ве топлива, о тличающийся тем,что,сцелью повышения производительности и снижения энергетических затрат, предварительkoe восстановление осуществляют во вращающейся подовой печи, темг ературу эа ружаемыi в плавиль:.ый а регат гранул поддерживают по меньшей маре 1000 С, г;ои этом ниже жидкой ванны в плавильный агрегат г ода от мелкоизмельченный уголь.

2. Способпоп,1,отличающийся

-.ам что мелкоизмельченный уголь заменяK)1 частично или полностью на коксовую мело ь и.:и мелочь древеснс.о угля, 3. <. .особ по п.1, О т л и ч а ю щ и Й с я

-е"-;. что дополнительно ниже поверхности к,кой ванны подают кислород.

4. Способ по i<.3, отличающийся

-ем что дополнительно на поверхность .:".и;кой ванны подают кислород.

5. Способпо п4,птл ичающийся тем, чо на каждые 100 частс:,: кис-:эрода,, адэ нсго ниже поверхно т. жидкой ванн ., пода,от 15 . 30 ча;тей кислорода на пс рхность жидкок ганны

1674694

П име

Параметры

Окислитель для SRV (плавильной печи) Температура окисления

Воздух

Воздух

Ог

Ог

1200

1200

25 ии в имся

90

90

HF, 1294

1010

601

458

RV, 0

2,67

2,18

4,85

3,15

1,66

4,81

203

2,67

2,31

4,98

166

3.15

1,79

4,94

/т

/т кал/т

1400ОС

1100 С

650 С

Во всех случаях

Во всех случаях

Во всех сл чаях

RHF

6, Способ по п.1, о т л и ч à ю шийся тем, что выше поверхности жидкой ванны подают воздух.

7. Способпоп.6, отличающийся тем, что подаваемый выше поверхности жидкой ванны воздух предварительно нагреваютют.

8. Способпо п.1,отл ичающийся тем. что для усиления горения во вращающуюся подовую печь подают воздух горения, 9. Способ поп8, отличающийся тем, что воздух горения предварительно нагревают.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что размер частиц угля устанавливают от 10 мкм до 1 мм.

11, Способ по и, t. отличающийся тем, что измельченное углеродсодержащее топливо подают через донное отверстие плавильного агрегата.

12. Устройство для получения расплавленных железосодержащих материалов иэ тонкоизмельченной руды, содержащее плавильную печь и соединенную с ней посредством перегрузочного узла печь предварительного восстановления со средствами нагрева и восстановления, средства для

5 смешивания мелкоизмельченной руды, угля и связующего и средства для окомкования и подачи их в печь предварительного восстановления, трубопровод для удаления отходящих газов из плавильной печи и подачи их

10 в печь предварительного восстановления, отл и ч а ю щееc я тем, что устройство снабжено средствами для подачи тонкоизмельченного углеродсодержащего материала в донную часть плавильной печи. а печь

15 предварительного восстановления выполнена в виде печи с вращающимся подом с секциями сушки, нагрева и восстановления, при этом трубопровод для удаления отходящего газа иэ плавильной печи соединен с

20 секцией восстановления, при этом средства для нагрева в секции нагрева расположены с внешней стороны, а в секции восстановления — как с внутренней, так и внешней стороны.

1674694

1674694

1674694

Составитель Л.Панникова

Редактор МЯетрова Техред М.Моргентал Корректор Т.Малец

Заказ 2937 Тираж 370 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, yn,Гагарина, 101