Способ получения чугуна из железосодержащего окисного материала (варианты)

 

Сущность изобретения: способ получения чугуна включает получение из железной руды в восстановительной шахтной печи губчатого железа, которое направляют в плавильный газификатор, в котором его превращают в расплав чугуна. Образующийся в плавильном газификаторе газ поступает через трубопровод в качестве восстановительного газа непосредственно в восстановительную шахтную печь. Выходящий из восстановительной шахтной печи колошниковый газ после прохождения через скруббер при удалении CO₂ нагревают в две стадии: сначала в теплообменнике до температуры от 200 до 500^oC, а затем до температуры, необходимой для проведения восстановительного процесса - 750 - 850^oC. Нагрев на второй стадии можно осуществлять частичным сжиганием при подводе кислорода, в реакторе с псевдоожиженным слоем или подвижным слоем, работающем, например, на базе регенеративно нагретых керамических частиц, при помощи электросопротивления или плазменных горелок, а также переключаемых непрямых теплообменниках. 2 с. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения чугуна из железосодержащего окисного материала.

Из заявки Японии JP N 63-47308 известен способ получения чугуна из железосодержащего окисного материала, включающий предварительное восстановление с получением губчатого железа в шахтной печи и последующее расплавление в плавильном газификаторе за счет подвода твердого углеродсодержащего материала и кислорода или кислородсодержащего газа, подачу полученного в плавильном газификаторе восстановительного газа в шахтную печь, отвода из нее колошникового газа, очистку от CO₂ и H₂O, нагрев и возврат его в шахтную печь.

В основу изобретения положена задача таким образом усовершенствовать известный способ, чтобы за счет значительного повышения температуры колошникового газа без разложения CO позволило получить дополнительное количество губчатого железа.

Эта задача решается за счет того, что нагрев колошникового газа перед подачей в шахтную печь осуществляют в две стадии, сначала от 200 500^oC, а затем до 750 850^oC.

Кроме того возможен другой вариант осуществления способа, при котором вышеуказанный нагрев колошникового газа осуществляется в соответствии с первым вариантом, однако без очистки колошникового газа от CO₂ и H₂O перед его последующим нагревом и возвратом в процесс.

Согласно одной из форм выполнения способа к очищенному колошниковому газу перед его вводом в теплообменник добавляют ингибиторы, которые в виде SO₂, H₂S, NH₃, NO₂ или Cl₂ используют по отдельности или же в комбинации. Кроме того, к очищенному колошниковому газу можно добавлять перед его входом в теплообменник также охлажденный газ газификатора. В соответствии с особой формой выполнения изобретения частичное сжигание осуществляют в реакторе с псевдоожиженным или подвижным слоем, при этом реактор эксплуатируют на основе регенеративно нагреваемых сжиганием частичного газа керамических частиц. Применяемый частичный газ получают при промывке CO₂. Кроме того, частичное сжигание можно проводить посредством плазменной горелки или при помощи нагрева электросопротивлением и переключением непрямым теплообменником. Особое выполнение предусматривает введение предварительно нагретого и освобожденного от окислительных составных частей колошникового газа по меньшей мере частично через плавильный газогенератор 2 в другую восстановительную шахтную печь 15.

На фиг. 1 в схематическом виде показана установка для получения чугуна с нагревом колошникового газа в установке частичного сжигания и последующей восстановительной шахтной печью; на фиг. 2 установка для получения чугуна с реактором с псевдоожиженным слоем в качестве установки частичного сжигания; на фиг. 3 нагрев колошникового газа в плавильном газификаторе, на фиг. 4 еще одна форма выполнения предмета изобретения.

Установка содержит выполненную традиционным способом восстановительную шахтную печь 1, в которую сверху загружают через не изображенный на чертеже впуск железную руду и добавки.

Ниже восстановительной шахтной печи 1 расположен плавильный газификатор 2, который через трубопровод 3 принимает полученное восстановлением железной руды губчатое железо, из которого образуется расплав чугуна.

Для этой цели в плавильный газификатор 2 загружают уголь и подают кислород. В восстановительную шахтную печь 1 из плавильного газификатора 2 через газопровод 4 направляют восстановительный газ.

Колошниковый газ восстановительной шахтной печи 1 направляют через трубопровод 5 в скруббер 6, в котором производят его очистку от пыли и водяного пара (фиг. 1). Через трубопровод 7 газ попадает в скруббер 8 для CO₂, который может быть выполнен в качестве абсорбера переменного давления (pressure swing absorption) откуда богатый двуокисью углерода остаточный газ отводят для дальнейшего использования через трубопровод 9, а восстановительный газ направляют через трубопровод 10 в теплообменник 11. Из теплообменника 11 газ через трубопровод 12 попадает в установку частичного сжигания 13, из которой он через трубопровод 14 попадает снизу в восстановительную шахтную печь 15.

После выхода из восстановительной шахтной печи 15 газ через трубопровод 16 попадает через другой скруббер 17 или прямо в скруббер 8 для CO₂.

Покидающий скруббер 8 через трубопровод 10 газ содержит остаточную двуокись углерода, равную 2% с температурой от 10 до 60^oC. Нагрев этого газа до температуры восстановления невозможен за одну ступень посредством теплообменника 11, потому что при этом должна быть пройдена зона разложения CO, имеющая температуру приблизительно от 550 до 600^oC максимум.

По этой причине нагрев колошникового газа в теплообменнике 11 ведут только до температуры приблизительно от 200 до 500^oC. Дальнейший нагрев до температуры восстановления производят при помощи установки частичного сжигания 13 посредством вводимого в газовый поток кислорода.

В примере выполнения изобретения при возвращаемом количестве газа 60000 Нм³/ч и предварительном нагреве в теплообменнике 11 до температуры 400^oC необходимо частичное сжигание с приблизительно 1700 Нм³ кислорода, чтобы достичь температуры восстановления, равной 850^oC. В результате этого восстановительный газ частично обедняется и содержание CO₂ и H₂O возрастает с 2% приблизительно до 7,7% Из-за низкого восстановительного потенциала газа необходимо повышение количества восстановительного газа, подаваемого в восстановительную шахтную печь 15 и при этом тем больше, чем ниже достигаемая в теплообменнике 11 температура подогрева.

Так, например, повышается необходимое количество восстановительного газа на тонну руды при снижении температуры подогрева с 500^oC до 400^oC на 800 Нм³ /т руды) с 1340 до 1260 Нм³/ т руды).

Чтобы повысить температуру подогрева в теплообменнике 11 до температуры свыше 500^oC и тем самым снизить через кислород частичное сжигание, к газу перед входом в теплообменник 11 примешивают ингибиторы, благодаря чему одновременно подавляется разложение CO. В качестве ингибиторов используют например, SO₂, H₂S, NH₃, , NO₂ или Cl₂.

Таким образом можно повысить качество восстановительного газа и улучшить производство губчатого железа. В этой связи можно кроме того, к газу перед его входом в теплообменник 11 примешивать охлажденный газ газификатора. Этот газ содержит около 500 ppm H₂S и поэтому также и в этом случае происходит подавление разложения CO.

Точно также можно проводить частичное сжигание или нагрев посредством плазменных горелок или при помощи нагревания электросопротивлением.

Частичное сжигание можно осуществлять также и в реакторе с псевдоожиженным или подвижным слоем, при этом реактор работает на базе регенеративно нагреваемых сжиганием частичного газа керамических частиц, как это более подробно показано на фиг. 2.

Частичный газ можно получать при этом из скруббера для CO (8) или преимущественно из абсорбционной установки переменного давления (PSA).

В отдельно и на большей высоте расположенном регенераторе 18 керамические частицы нагревают до температуры приблизительно 900^oC, причем сжигают также отделенный углерод.

Нагретые таким образом керамические частицы перемещают по трубопроводу 25 в теплообменник 19 и их тепло передается газу, входящему через трубопровод 10 в теплообменник 19. Нагретый таким образом газ течет через трубопровод 14 в восстановительную шахтную печь 15. Охладившиеся керамические частицы попадают через трубопровод 20 на транспортирующую станцию 21 и отсюда при добавке транспортировочного средства перемещаются в регенератор 18, в котором они вновь подвергаются нагреву.

Подогрев газа в реакторе 19 с псевдоожиженным слоем до температуры от 750 до 800^oC является достаточным, потому что в восстановительную шахтную печь 15 не загружают каких-либо кальцинирующих добавок. Выгода такого приема заключается при этом в том, что можно применять для этого низкокалорийный газ, например, остаточный газ, и едва ли ухудшается во время нагрева качество газа. Вместо установки частичного сжигания можно использовать для нагрева колошникового газа плазменные горелки, нагревание электросопротивлением или же переключаемые непрерывные теплообменники.

В соответствии с другой формой выполнения изобретения скруббер 8 для CO соединен, с одной стороны, через трубопровод 26 с плавильным газификатором 2, а с другой стороны, через трубопровод 9 с трубопроводом 4 между плавильным газификатором 2 и восстановительной шахтной печью 1 (фиг. 3).

Вторая восстановительная шахтная печь 15 снабжается через трубопровод 27 подогретый восстановительным газом из плавильного газификатора 2. Образующийся там колошниковый газ попадает вместе с колошниковым газом из восстановительной шахтной печи 1 через трубопровод 5 в скруббер 8. Проведение частичного сжигания при этом не является необходимым, потому что очищенный колошниковый газ нагревают частично в плавильном газификаторе 2 до температуры приблизительно от 800 до 850^oC, необходимой для дополнительной восстановительной шахтной печи 15. Соответственно этому сократился бы объем установки и наибольшая часть использовалась бы для охлаждения газа газификатора с температурой около 1050^oC.

Наконец, выгодным может быть также и нагревание возвращаемого, освобожденного от CO₂ восстановительного газа точно также в теплообменнике до температуры от 200 до 500^oC, чтобы вдувать его затем вместе с кислородом в плавильный газификатор. Благодаря частичному сжиганию происходит поэтому повышение температуры до уровня температуры в газификаторе. Общее количество газа можно таким образом поднять так, что обе восстановительные шахтные печи можно снабжать необходимым восстановительным газом.

Другой вариант возврата топ-газа можно видеть на фигуре 4, при этом топ-газ через трубопровод 5 из восстановительной шахтной печи 1 снова подводят к скрубберу 6, чтобы там отобрать его часть в виде экспортного газа, а другую часть в виде газа-рециклинга возвратить через компрессор 27 в плавильный газификатор 2 при промежуточном включении установки частичного сжигания 13. Может быть выгодным кроме того, вместо подачи возвращаемого газа через трубопровод 29 в плавильный газификатор 2 вводить его непосредственно в трубопровод 4 для восстановительного газа, откуда он вышеописанным путем попадает в восстановительную шахтную печь 1 и благодаря этому происходит охлаждение горячего газа газификатора до температуры восстановления.

Формула изобретения

1. Способ получения чугуна из железосодержащего окисного материала, включающий предварительное восстановление с получением губчатого железа в шахтной печи и последующее расплавление в плавильном газификаторе с одновременным получением восстановительного газа за счет подвода твердого углеродсодержащего материала и кислорода или кислородсодержащего газа, подачу полученного в плавильном газификаторе восстановительного газа в шахтную печь, отвод из нее колошникового газа, очистку от CO₂ и H₂O, нагрев и возврат его в шахтную печь, отличающийся тем, что нагрев колошникового газа перед подачей в шахтную печь осуществляют в две стадии, сначала до 200 - 500^oС в теплообменнике, а затем сжиганием до 750 850^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют получение губчатого железа в дополнительной шахтной печи, в которую подают очищенный и нагретый колошниковый газ от первой шахтной печи.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что к очищенному колошниковому газу перед вводом в теплообменник примешивают ингибиторы.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве ингибиторов используют SO₂, H₂S, NH₃ [CN]₂, NO₂ и Cl₂ отдельно или в комбинации.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что очищенный колошниковый газ перед вводом в теплообменник смешивают с охлажденным газом из газификатора.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев колошникового газа на второй стадии осуществляют частичным сжиганием при подводе кислорода.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторую стадию нагрева колошникового газа осуществляют в реакторе с псевдоожиженным или подвижным слоем.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что реактор с псевдоожиженным или подвижным слоем работает на базе регенеративно нагретых частичным сжиганием керамических частиц.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вторую стадию нагрева осуществляют посредством плазменных горелок.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вторую стадию нагрева осуществляют посредством электросопротивления.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вторую стадию нагрева осуществляют посредством переключаемого непрямого теплообменника.

12. Способ по любому из пп.1 9, отличающийся тем, что газ перед подачей в шахтную печь подвергают горячему газовому обессериванию.

13. Способ получения чугуна из железосодержащего окисного материала, включающий предварительное восстановление в шахтной печи и последующее расплавление в плавильном газификаторе за счет подвода твердого углеродсодержащего материала и кислорода или кислородсодержащего газа, подачу полученного в газификаторе востановительного газа в шахтную печь, отвод из нее колошникового газа с последующим нагревом и возвратом в процесс, отличающийся тем, что колошниковый газ подогревают сначала в теплообменнике до 200 - 500^oС, а затем окончательно нагревают до 750 850^oС при частичном сжигании с добавлением кислорода, после чего подводят к плавильному газификатору.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4