Способ получения жидкого металла из мелкозернистых окислов железа и печь для его осуществления

 

Использование: изобретение относится к области бескоксового производства железа. Сущность: в способе и устройстве для изготовления жидкого металла из мелкозернистых частиц металла их вместе с горячим восстановительным газом вдувают в раскаленный насыпной фильтровальный слой из кускового угля и (или) керамических тел, причем значительная часть частиц задерживается на фильтровальном слое и внутри него и подвергается окончательному восстановлению восстановительным газом. В результате вдувания содержащего кислород газа на фильтровальный слой перед ним создается высокотемпературное пламя и задержанные в фильтровальном слое металлизированные частицы расплавляются. Они в жидком состоянии проходят через фильтровальный слой в приемную камеру для жидкого металла. 2с. и 19 з.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к способу бескоксового получения железа.

Известен способ, в котором мелкую руду, восстановленную предварительно в циклоне для предварительного восстановления, восстанавливают окончательно в циклоне для окончательного восстановления при помощи состоящих в основном из окиси углерода горячих отходящих газов из плавильно-окислительного агрегата, после чего она в виде твердого продукта поступает в плавильно-окислительный агрегат. В последнем твердый продукт расплавляют при одновременном создании восстановительного газа путем неполного сжигания углерода в избытке, а затем рафинируют посредством кислорода [1] Скорость восстановления в циклоне для окончательного восстановления существенным образом зависит от температуры. Однако, из-за так называемого "стикинг-эффекта", т.е. тенденции к слипанию мелкозернистого и пылеобразного губчатого железа при температурах свыше 850^oC в циклоне для окончательного восстановления нельзя создать оптимальные условия для восстановления, вследствие чего не удается осуществить техно-экономически приемлемым образом в принципе процесс высокую металлизацию мелкой руды при помощи восстановительного паза при температуре свыше 850^oC и последующую плавку.

В так называемом плавильно-восстановительном способе переработки мелкой руды ее восстанавливают в расплавленном состоянии. Для этого в способе [2] в нижнюю часть плавильно-восстановительной печи, содержащей коксовый столб, вдувают сильно нагретый или обогащенный кислородом воздух, вследствие чего перед соплами образуются зоны высокой температуры порядка 2000-2500^oC. Выше дутьевых сопел находятся другие сопла, через которые при помощи горячего воздуха или кислорода вдувается горячая предварительно восстановленная руда. При этом предварительно восстановленная мелкая руда сначала окисляется и плавится под действием нагрева, созданного реакцией окисления, чтобы затем при опускании через коксовый слой в противотоке по отношению к горячим поднимающимся газам из зоны высокой температуры окончательно восстанавливаться и собраться на поде печи в жидком состоянии. Подвод тепла в нижней части печи должен быть достаточно интенсивным для того, чтобы воспрепятствовать недопустимому охлаждению перешедшей при восстановлении в жидкое состоянии окиси железа во время опускания через твердый слой. Предварительное восстановление мелкой руды происходит в ходе этапа, осуществляемого обособленно или в этой же плавильно-восстановительной печи, причем в качестве восстановительного газа используется отходящий газ из плавильной печи.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения жидкого железа, заключающийся в этом, что тонкодисперсные частицы окислов железа вдувают в камеру окончательного восстановления, и в котором они восстанавливаются и расплавляются за счет того, что порошкообразные частицы железа смешиваются с нагретым восстановительным газом, а затем пропускаются через слой насыпной насадки из огнеупорного материала, выполненной например из SiC, Al₂O₃ в форме окатышей или кирпичей, причем частицы окисла железа задерживаются на этом слое и восстанавливаются восстановительным газом, а затем расплавляются, восстановление и расплавление частицы проходят через слой насыпной насадки в приемную камеру для жидкого металла, нагревая насыпной слой, одновременно очищая металл [3] Устройство для осуществления содержит восстановительную камеру с впускными отверстиями для твердых частиц окисла металла и восстановительного газа и заполненную фильтровальным слоем из огнеупорного материала. Под восстановительной камерой расположена приемная камера жидкого металла с впускными отверстиями для газа и материала.

В этом способе энергия, подводимая к неподвижному слою, создается неполным сгоранием тяжелого масла в камере газификации. Так как в этой камере предварительно восстанавливается еще и подводимая холодная руда, использование энергии чрезвычайно низкое и температура, необходимая для окончательного восстановления в неподвижном слое, может достигаться лишь за счет большого количества горючего в сравнении с количеством восстанавливаемого и расплавляемого железа.

В основу изобретения положена задача повысить коэффициент полезного действия способа вышеназванного рода и сделать возможным восстановление мелкой руды в твердом состоянии выше температуры, при которой возникает "стикинг-эффект". Нужно снизить общий расход энергии и уменьшить или вовсе устранить избыточный газ. Далее нужно создать восстановительно-плавильную печь для осуществления данного способа, которая отличается низким расходом жаропрочного материала для облицовки.

Согласно заявленному способу мелкозернистые и пылевидные частицы окисла металла, вдуваемые вместе с горячим восстановительным газом в камеру окончательного восстановления, задерживаются на раскаленном насыпном фильтровальном слое, через который пропускается газ, содержащий эти частицы, и окончательно восстанавливаются проходящим мимо восстановительным газом. При этом особо учитывается "стикинг-эффект", в связи с чем можно использовать восстановительный газ при температуре выше 850^oС, предпочтительно около 950^oС, когда реакция восстановления проходит ускоренно. Под действием осаждающего и налипающего на фильтр материала, восстанавливающегося здесь в губчатое железо, увеличивается потеря давления в фильтре. Затем путем вдувания в фильтровальный слой содержащего кислород газа, предпочтительно смешанного с угольной пылью, расплавляют прилипший материал, который в жидком состоянии проходит через фильтровальный слой в расположенную под этим слоем приемную камеру для жидкого металла. При этом процессе фильтрованный слой нагревается выше температуры начала процесса кристаллизации металла и одновременно очищается.

Целесообразно перед вдуванием в камеру окончательного восстановления нагреть и подвергнуть частицы окисла металла предварительному восстановлению в камере предварительного восстановления при помощи восстановительного горячего газа в вихревом слое. В качестве восстановительного газа следует применять, по крайней мере, часть газов, отходящих из камеры окончательного восстановления, прошедшую через фильтрованный слой, и (или) часть отходящих газов из приемной камеры для жидкого металла. Достаточно если частицы окисла металла в ступени предварительного восстановления восстановятся до остаточного содержания кислорода ток. 50% причем здесь надо следить за тем, чтобы температура удерживалась ниже предела, при котором возникает заметный "стикинг-эффект". Предпочтительно следует нагревать частицы окисла металла в ступени предварительного восстановления до 750-850^oC.

Для того, чтобы металл в приемной камере довести до температуры выпуска, целесообразно вдувать в пространство над уровнем металла содержащие кислород газы и топливо, предпочтительно пылевидный уголь. Топливо может также образоваться из находящегося над уровнем жидкого металла угольного кипящего слоя, когда в верхнюю часть приемной камеры вводят уголь. Благодаря этому получается также дополнительный восстановительный газ. Оказалось также целесообразным применять в качестве восстановительного газа, вместе с которым в камеру окончательного восстановления вдуваются частицы окисла металла, газ, подготовленный в так называемом "реформере", причем в качестве "реформера" особенно агрегат, описанный в патенте De А 4028853. В этом так называемом способе ЭНОP преобразование газа, содержащего CO₂IH₂, производится с добавлением средства для газификации (угля или углеводорода) в реакторе, куда подводится тепло для осуществления процесса при помощи частиц-теплоносителей. Частицы-теплоносители нагреваются в замкнутом цикле в нагревателе под действием газов, возникающих в камере сгорания. Для этой цели в камеру сгорания подводится и там сжигается в воздухе часть отходящих газов из камеры окончательного восстановления, из приемной камеры для жидкого металла или из циклона для предварительного восстановления.

Насыпной фильтрованный слой, который должен предпочтительно иметь толщину 20-50 см, может быть образован из твердых содержащих углерод материалов, например, из кокса или огнеупорных материалов, из керамических тел или из смеси тех и других. Важное значение имеет газопроницаемость и жаростойкость фильтрованного слоя. Фильтрованный слой может быть образован на опорных решетках или между ними, а израсходованный материал фильтрованного слоя может заменяться путем периодического или непрерывного подвода свежего материала.

Предпочтительно камеру окончательного восстановления как в ее верхней так и в нижней зонах следует ограничивать фильтровальным слоем. Для этого, с одной стороны, защищают облицовку восстановительно-плавильной печи от непосредственного воздействия высокотемпературного пламени при плавлении губчатого железа, а с другой стороны имеется простая возможность восполнить израсходованный материал фильтрованного слоя в нижней зоне материалом из верхней зоны фильтрованного слоя, в который в свою очередь сверху подводится свежий материал. В фильтровальный слой, содержащий кусковой материал с содержанием углерода, можно добавлять также крупнозернистые или кусковые частицы окисла металла, которые восстановились и расплавились в нижней зоне, т. е. там, где они подвергаются воздействию высокотемпературного пламени.

Вдувание содержащего кислород газа в фильтровальный слой можно производить как противотоком так и попутным потоком по отношению к проникающему через фильтровальный слой жидкому металлу, т.е. высокотемпературное пламя можно вдувать в фильтровальный слой или сверху. Предпочтительно следует направлять отходящие газы высокотемпературного пламени через фильтровальный слой в том же направлении, как и перешедший в жидкое состояние металл, т.е. высокотемпературное пламя направленно в верхнюю часть фильтровального слоя, а отходящие газы пронизывают фильтровальный слой в том же направлении как и восстановительный газ и жидкий металл. При этом содержащий кислород газ можно вдувать в камеру окончательного восстановления, чередуя его периодически с восстановительным газом, несущим частицы окисла металла, или непрерывно.

Восстановительно-плавильная печь, предназначенная для осуществления данного способа, состоит из верхней восстановительной камеры и нижней приемной камеры с разделительной стенкой, которая частично образована насыпным фильтровальным слоем, удерживаемым опорной решеткой, содержащим уголь, в частности, кокс и (или) керамические тела, и представляющим собой проход для газа и материала между камерой окончательного восстановления и приемной камерой.

Предпочтительно разделительную стенку между обеими камерами следует выполнить сужающейся к низу.

Согласно другому исполнению изобретения к разделительной стенке между обеими камерами примыкает наверху еще одна кожухообразная разделительная стенка, которая отделяет восстановительную камеру сбоку от кольцеобразной газовой камеры, а также частично образована насыпным фильтровальным слоем, удерживаемым опорной решеткой.

Через загрузочное окно на верхнем краю разделительной стенки можно восполнять материал для насыпного фильтровального слоя как в верхней так и в нижней зонах. Pазделительная стенка экранирует жаропрочную облицовку корпуса печи на участке камеры окончательного восстановления от воздействия высокотемпературного пламени.

Изобретение подробнее разъясняется при помощи двух примеров исполнения на фиг.1 дана схема процесса в восстановительной стадии при циклически осуществляемом процессе восстановления и плавки; на фиг.2 - плавильно-очистительная стадия этого процесса; на фиг.3 непрерывный процесс с другим исполнением восстановительно-плавильной печи.

На схемах процесса, представленных на фиг.1 2, восстановительно-плавильная печь имеет корпус 1, верхнюю камеру 2 окончательного восстановления и нижнюю приемную камеру 3 для жидкого металла 4. Верхняя камера 2 окончательного восстановления снабжена впускным отверстием 5, через которое можно вдувать в камеру 2 мелкозернистые частицы окисла металла и восстановительный газ. Для этой цели кроме наружной трубы 6 предусмотрена внутренняя труба 7, которая выступает в сторону впускного отверстия 5 только на некоторой части длины наружной трубы; в кольцевое пространство между наружной трубой 6 и внутренней трубой 7 вводится восстановительный газ, а во внутреннюю трубу 7 подается мелкозернистые частицы окисла металла.

Камера окончательного восстановления отделена от приемной камеры 3 разделительной стенкой 8, которая образована насыпным фильтровальным слоем 9 из кускового угля, в частности, кокса, и (или) керамических тел и представляет собой проход для газа и материала между камерой 2 окончательного восстановления и приемной камерой 3. Материал насыпного фильтровального слоя удерживается опорной решеткой 10 с жидкостным охлаждением. Эта решетка между обеими камерами выполнена сужающейся к низу. Благодаря этому в зоне разделительной стенки на основании угла естественного откоса насыпного материала фильтровального слоя без верхнего ограничения через опорную решетку может образоваться и сохраняться фильтровальный слой 9 почти равномерной толщины.

Приемная камера 3 имеет сливное отверстие 11 для жидкого металла 4, а также сливное отверстие 12 для шлака 13, который всплывает на поверхность жидкого металла 4. Кроме того, приемная камера 3 имеет в верхней зоне несколько распределенных по периметру отверстий 14 для выхода газа, выходящих в коллектор 15, через который из приемной камеры 3 можно с помощью трубопровода 16 вывести отходящий газ.

В нижнюю зону непосредственно над максимальным зеркалом ванны выходит по меньшей мере одно сопло 17 для вдувания содержащего кислород газа, в случае надобности смешанного с мелким углем. Выше в боковой стенке приемной камеры находится загрузочное окно 18 для содержащего углерод материала, над которым в приемную камеру можно загрузить кусковой уголь, чтобы здесь под слоем шлака 13 образовался угольный кипящий слой 19.

В восстановительно-плавильной печи, изображенной на фиг.1 и 2, к разделительной стенке 8 между обеими камерами 2 и 3 примыкают вверху еще одна кожухообразная разделительная стенка 20, которая отделяет камеру 2 окончательного восстановления сбоку от кольцеобразной газовой камеры 21. Кожухообразная разделительная стенка 20, удерживаемая как и нижняя разделительная стенка 8, опорной решеткой 22, образована насыпным фильтровальным слоем 9 из кускового угля, в частности, кокса, и (или) керамическими телами и без разрыва переходит в насыпной фильтровальный слой 9 разделительной стенки 8. Кожухообразная разделительная стенка выполнена сужающейся вверх, благодаря чему, если угол естественного откоса насыпного материала фильтровального слоя совпадает с верхним углом конуса разделительной стенки, можно сохранить желательную толщину фильтровального слоя 9 и в верхней зоне без имеющейся в данном примере исполнения внешней опорной решетки 23.

Кольцеобразная газовая камера 21 имеет вдоль периметра несколько отверстий 24, соединенных с коллектором 25, который в свою очередь соединен с газовыми трубопроводами 26 и 27 для ввода или отвода газа в кольцевую камеру 21 или из нее. Кольцеобразная газовая камера 21 отделена кольцеобразной разделительной стенкой 46 от приемной камеры 3, причем в этой разделительной стенке могут быть предусмотрены непоказанные запираемые выходы для газа для того, чтобы можно было осуществить соединение между кольцеобразной газовой камерой 21 и приемной камерой 3. Эти управляемые проходные каналы для газа можно осуществить также при помощи запираемых обходных трубопроводов между обеими упомянутыми камерами.

Кожухообразная разделительная стенка 20 содержит вверху кольцеобразное загрузочное окно 28 для материала насыпного фильтровального слоя 9. Этот материал может подводиться к загрузочному окну через центральное загрузочное отверстие 30 по нескольким спускным трубам 29. Через кожухообразную разделительную стенку 20 вдоль периметра пропущено несколько сопел 31, направленных во внутреннюю сторону нижней разделительной стенки 8. Эти сопла могли бы быть пропущены через нижнюю разделительную стенку. Через эти сопла можно вдувать содержащий кислород газ и в случае надобности уголь в нижний фильтровальный слой 9 для того, чтобы создать здесь высокотемпературное пламя.

Мелкозернистые частицы окисла металла, подводимые в камеру 2 окончательного восстановления по внутренней трубе 7, целесообразно подвергать предварительному восстановлению. Для этой цели предусмотрен циклон 32 предварительного восстановления, в который можно вводить мелкозернистые окислы металла, в частности, окисла железа, при помощи поступающего по трубопроводу 27 отходящего газа из кольцеобразной газовой камеры 21 или много несущего газа. В случае надобности частицы окисла металла подводятся вместе с пылевидным углем по линии питания 33, соединенной трубопроводом 27 для отходящего газа. Подвергнутые предварительному восстановлению частицы окисла металла покидают циклон 32 предварительного восстановления через нижнее выпускное отверстие, которое соединено с внутренней трубой 7 трубопроводом 34. Отходящий газ циклона 32 вытягивается через верхнее отверстие, которое при помощи газопровода 35 соединено с газопреобразователем ("реформером") 36 или при помощи газопровода 37 с дымовой трубой для отходящих газов.

В газопреобразователь 36 подводится по выбору или совместно отходящий газ из циклона 32 предварительного восстановления по газопроводу или отходящий газ из приемной камеры 3 по газопроводу 16.

Необходимую для газопреобразователя энергию предоставляет тоже отходящий газ из циклона 32 или из приемной камеры 3. Для этой цели ответвляется часть газового потока в трубопроводе 35 и (или) 16, сжигается в камере сгорания преобразователя 36 с воздухом и выводится в дымовую трубу.

Преобразованный в газопреобразователе газ может быть введен по выбору при помощи трубопровода 38 в кольцевую камеру между наружной трубой 6 и внутренней трубой 7 восстановительно-плавильной печи 1 или при помощи трубопровода 26, в коллектор 25.

Благодаря описанному подводу предварительно восстановленных частиц окисла металла по внутренней трубе 7 и подготовленного в газопреобразователе 36 горячего восстановительного газа 38 через кольцевую камеру между внутренней трубой 7 и наружной трубой 6 создается окруженный восстановительным газом поток материала, направленный в фильтровальный слой 9 нижней разделительной стенки 8, вследствие чего на этом участке камеры 2 окончательного восстановления происходит предпочтительное скопление материала. Упомянутые трубопроводы для материала и газа содержит обычную запорную арматуру 39-45. В остальном установка содержит не изображенные дальнейшие устройства, например, пылеотделители, газопромыватели, воздуходувки, теплообменники и т.п.

С помощью фиг.1 и 2 поясняется ход циклического процесса, причем на фиг. 1 представлена стадия восстановления, а на фиг.2 стадия плавления и очистки. Активно включенные в данный момент трубопроводы изображены жирным сплошными линиями.

В восстановительной стадии в циклон 32 предварительного восстановления по трубопроводу 33 подается мелкая руда, смешанная с углем, а по трубопроводу 27- газ из камеры 2 окончательного восстановления. Мелкая руда в циклоне 32 нагревается примерно до 850^oС и подвергается предварительному восстановлению до остаточного содержания кислорода ок.55% Вместо одного циклона 32 можно применить несколько циклонов, обычные циркуляционные вихревые слои или другие известные устройства для предварительного восстановления мелкой руды.

Предварительно восстановленную мелкую руду вдувают по внутренней трубе 7 вместе со свежим восстановительным газом через впускное отверстие 5 в камеру 2 окончательного восстановления. Свежий восстановительный газ поступает из газопреобразователя 36 по трубопроводу 38, имеет температуру около 950^oC и содержит CO+ H₂ >90% Хотя для получения надлежащей скорости реакции температура газа должна была быть выше температуры, при которой в камере окончательного восстановления наступает заметный "стикинг-эффект", этот способ с успехом применим и при более низких температурах газа. Осевшие на фильтровальном слое мелкозернистые частицы могут по сравнению с восстановлением мелкой руды в вихревых слоях или в циклонах подвергнуться интенсивному и более длительному воздействию горячего восстановительного газа, протекающего через фильтровальный слой.

Газ, несущий предварительно восстановительную мелкую руду, попадает на ранее нагретый фильтровальный слой разделительной стенки 8, покоящийся на опорной решетке 10. В то время как газ проходит через фильтровальный слой, мелкозернистые частицы задерживаются на нем вследствие склонности к прилипанию и могут поэтому в течении достаточно длительного времени находиться в контакте с восстановительным газом, который вытягивается не только через нижний фильтрованный слой 9 разделительной стенки 8 в приемную камеру 3, а оттуда в коллектор 15, но через верхний фильтровальный слой кожухообразной разделительной стенки 20 в кольцеобразную газовую камеру 21, а оттуда в коллектор 25. Вытянутый через коллектор 15 газ поступает по газопроводу 16 в преобразователь 36 и здесь подготовляется вместе с подведенным по трубопроводу 38 восстановительным газом. Вытянутый через коллектор 25 газ поступает по трубопроводу 27 в циклон для предварительного восстановления. Отходящий отсюда газ можно подводить либо дополнительно в газопреобразователь 26 по газопроводу 35, либо в дымовую трубу по трубопроводу 37.

Когда вследствие осаждения на фильтровальном слое 9 окончательно восстановленной мелкой руды потеря давления вытягиваемых из восстановительно-плавильной печи газов достигает заданного предела, к этой восстановительной стадии присоединяется стадия плавления, изображенная на схеме 2.

На этой стадии через сопла 31 фильтрованный слой 9 разделительной стенки 8 обдувают холодным или подогретым содержащим газом, предпочтительно вместе с топливом, например,угольной пылью, в результате чего здесь создается высокотемпературное пламя с температурой 2000-2500^oC, под действием которого плавятся задержавшиеся на фильтровом слое и внутри него металлизированные частицы и в жидком состоянии проходят через фильтровальный слой в приемную камеру 3. Одновременно фильтровальный слой выше температуры начала кристаллизации металла и очищается. В данном примере исполнения во время этой стадии подвод предварительно восстановленного материала к внутренней трубе 7 и вдувание восстановительного газа по трубопроводу 38 прерывают и вместо этого по трубопроводу 26 в кольцеобразную газовую камеру 21 вдувают восстановительный газ из газопреобразователя 36, в который продолжают подводить газ из камеры 3 по трубопроводу 16. Pеверсируя поток газа через фильтровальный слой 9 верхней кожухообразный слой 9 верхней кожухообразной разделительной стенки 20, очищают фильтровальный слой также и на этом участке, т.е. воздействуют на эту приставшую, еще рыхлую предварительно восстановленную мелкую руду в камере окончательного восстановления, где она при выходе газа через фильтровальный слой 9 попадает на нижнюю разделительную стенку 8 в зону расплавления.

Плавление происходит частично под действием излучения из высокотемпературного пламени, частично под действием конвекции при заключительном протекании горячего отходящего газа через фильтровальный слой. При наличии избытка углерода из обдуваемого угля и кокса фильтровального слоя происходит интенсивное восстановление CO₂+H₂O в CO+H₂ со снижением температуры газа, вытягиваемого через коллектор 15. Так как сильно нагретый газ высокотемпературного пламени, которое вызывает расположение железа на фильтровальном слое, в конце фильтровального слоя снова охлаждается вследствие реакции Будуара, потери тепла можно снизить, повысив тем самым термический коэффициент полезного действия.

Материал фильтрованного слоя на участке разделительной стенки постепенно расходуется кокс фильтровального слоя расходуется вследствие реакции Будуара, керамические тела плавятся вследствие чего фильтрованный слой на участке разделительной стенки 8 необходимо периодически или непрерывно заменять.

В изображенном примере исполнения это осуществляется таким образом, что фильтровальный слой 9 на участке кожухообразной разделительной стенки 20 продолжен вверх и непрерывно выполняется через спускные трубы 29.

Особое преимущество изображенной на фиг.1 и 2 восстановительно - плавильной печи состоит в том, что огнеупорный материал печи (на схеме не изображен) экранирован от воздействия необходимого для расплавления высоких температур пламени при помощи фильтровального слоя нижней разделительной степени 8 и кожухообразной разделительной стенки 20. Интенсивное тепло, возникающее в камере 2 окончательного восстановления в стадии плавления и очистки, поглощаются фильтровальными слоями и водоохлаждаемыми опорными решетками 10 и 22, причем дополнительное охлаждение осуществляется восстановительным газом, вдуваемым через кольцеобразную газовую камеру 21 в фильтровальный слой верхней кожухообразной разделительной стенки 20 при реверсировании.

Жидкое железо, прошедшее через фильтровальный слой 9 разделительной стенки 8 в стадии плавления и очистки, капает в приемную камеру 3, где собирается на дне в виде расплава 4. Для поддержания достаточно высокой температуры расплава или для повышения температуры расплава до температуры выпуска через сопла 17 вдувают содержащий кислород газ, а над зоной вдувания образуют угольный кипящий слой 19 путем подвода угля загрузочное окно 18. В результате возникает дополнительный восстановительный газ, который вытягивают через коллектор 15 и подводят в газопреобразователь 36.

После стадии плавления и очистки фильтрованный слой очищен и нагревает и снова наступает стадия восстановления, которая была описана выше с помощью фиг. 1. Для этой цели соответствующим образом переключают запорную арматуру 39-45.

Хотя с помощью фиг.1 и 2 выше был описан циклический способ, состоящий из стадий восстановления и плавки, можно при надлежащем согласовании обе эти стадии объединить в один непрерывный способ. В этом случае через сопла 31 постоянно и только с кратковременными перерывами вдувают содержащие кислород газы и уголь, непрерывно расплавляя материал, приставший к фильтровому слою 9 нижней разделительной стенки 8.

На фиг.3 изображен также непрерывный процесс с модифицированным исполнением восстановительно-плавильной печи. Части, которые соответствуют первому примеру исполнения, обозначены теми же номерами и больше отдельно не разъясняются.

В восстановительно-плавильной печи 100 согласно фиг.3 верхняя разделительная стенка 20 выполнена цилиндрической. Материал фильтровального слоя 9 можно, как это объяснялось по поводу первого примера исполнения, подводит через кольцеобразное загрузочное окно 28. Сопла 31 для вдувания содержащего кислород газа в камеру 2 окончательного восстановления заменены центральной трубой 131, которая имеет на нижнем конце несколько распылительных отверстий, направленных в фильтровальный слой 9 разделительной стенки 8. Далее, устройство для вдувания предварительно восстановленной мелкой руды и горячего восстановительного газа, которое в первом примере исполнения состояло из труб 6 и 7, здесь выполнено в многократном варианте. Соосные трубы 6 и 7 распределены вокруг центральной трубы 131 внутри кольцеобразного окна 28.

В примере исполнения согласно фиг.3 предварительно восстановленную мелкую руду вдувают по трубам 6 и 7 вместе с горячим восстановительным газом в камеру 2 окончательного восстановления. Одновременно содержащий кислород газ и в случае надобности уголь вдувают через центральную трубу 131 и при этом в зоне непосредственно над фильтровальным слоем 9 разделительной стенки 8 создается высокотемпературное пламя. Газы покидают камеру 2 окончательного восстановления через фильтровальный слой 9 нижней и боковой разделительной стенки 8 и 20 отводятся обратно из выпускных отверстий 14 и 24 по трубопроводам 16 и 26/47 в газовый преобразователь 36. Путем реверсирования газового потока, проходящего по трубопроводу 26, можно по мере надобности очищать верхний слой 20. Приставшие к фильтровальному слою 20 частицы постоянно расплавляются высокотемпературным пламенем и выходят сквозь нижний фильтровальный слой в приемную камеру 3.

Описанная восстановительно-плавильная печь пригодна также для дополнительного восстановления и плавки кусковой руды, которую подают через загрузочное окно 28 смешанной с материалом фильтрованного слоя 9. В этом случае, как и при реверсировании в вышеописанном процессе, горячий восстановительный газ из преобразователя 36 вдувают не только по трубе 6, но и по трубопроводу 26 через впускное отверстие 24 в кольцеобразную газовую камеру 21, а затем через цилиндрическую разделительную стенку 20 в камеру 2 окончательного восстановления. Содержащий кокс материал фильтрового слоя 9, расходуемый с нижней части фильтрованного слоя, нагревается при опускании и восстанавливается под действием горячего газа, подводимого в кольцевую камеру 21. Когда материал вследствие расходования фильтровального слоя попадает из зоны разделительной стенки 20 в зону нижней разделительной стенки 8, он под действием тепла, создаваемого здесь высокотемпературным пламенем, расплавляется и капает вместе с восстановительным материалом камеры окончательного восстановления в приемную камеру 3.

В описанных примерах исполнения фильтровальный слой на нижнем участке, т.е. в зоне разделительной стенки 8, устанавливают толщиной 20-50 см.

Формула изобретения

1. Способ получения жидкого металла из мелкозернистых окислов железа, включающий вдувание предварительно восстановленных частиц исходного материала восстановительным газом в камеру окончательного восстановления, содержащую раскаленную фильтровальную насадку, осаждение на ней окислов железа, их окончательное восстановление с одновременной очисткой фильтровальной насадки путем нагрева насадки до температуры выше температуры плавления металла, подачу расплавленного металла в приемную камеру, отличающийся тем, что фильтровальную насадку выполняют из кускового углеродсодержащего материала, а расплавление осуществляют путем вдувания над фильтровальной насадкой кислородсодержащего газа, обеспечивающего создание перед ней высокотемпературного пламени.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего материала фильтровальной насадки используют уголь.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего материала фильтровальной насадки используют кокс.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительное восстановление осуществляют в камере предварительного восстановления.

5. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что предварительное восстановление частиц окислов металлов осуществляют до остаточного содержания кислорода 40 60% 6. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что частицы окислов металлов нагревают в камере предварительного восстановления до 750 850^oC.

7. Способ по любому из пп.1 6, отличающийся тем, что газ, посредством которого осуществляют вдувание предварительно восстановленных частиц исходного материала в камеру окончательного восстановления, имеет температуру 850 950^oС.

8. Способ по любому из пп.1 7, отличающийся тем, что приемную камеру с расплавленным металлом над поверхностью ванны подают кислородсодержащий газ и уголь с образованием кипящего угольного слоя.

9. Способ по любому из пп.1 8, отличающийся тем, что газы, отходящие из приемной камеры с расплавленным металлам, подают в камеру предварительного восстановления и/или в газовый преобразователь для производства восстановительного газа.

10. Способ по любому из пп.4 9, отличающийся тем, что газы, отходящие из камеры предварительного восстановления, подают в газовый преобразователь для производства восстановительного газа.

11. Способ по любому из пп.1 10, отличающийся тем, что камера окончательного восстановления ограничена сверху и снизу раскаленной фильтровальной насадкой, причем через верхний участок фильтровальной насадки периодически подают восстановительный газ, а через нижний участок осуществляют отвод полученных в результате восстановления и расплавления газов.

12. Способ по любому из пп.1 11, отличающийся тем, что восстановительный газ с предварительно восстановленными частицами окисла металла и кислородсодержащий газ вдувают в камеру окончательного восстановления периодически.

13. Способ по любому из пп.1 12, отличающийся тем, что материал фильтровальной насадки периодически или непрерывно заменяют путем ввода свежего материала.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что к материалу фильтровальной насадки добавляют крупнозернистые или кусковые частицы окисла металла.

15. Печь для получения жидкого металла из мелкозернистых окислов металла, содержащая корпус, в верхней части которого расположена камера восстановления с узлами загрузки частиц окисла металла и средствами для вдувания и отвода газов, а в нижней приемная камера для расплавленного металла, оборудованная узлами для выпуска жидкого металла и шлака и средствами для отвода газов, и фильтровальную насадку, расположенную между камерами, отличающаяся тем, что фильтровальная насадка выполнена в виде сходящейся в сторону приемной камеры опорной решетки, на которой расположен слой кускового углеродсодержащего материала.

16. Печь по п. 15, отличающаяся тем, что она снабжена двумя дополнительными концентрическими кольцеобразными решетками, отделяющими камеру восстановления от корпуса печи, при этом пространство между решетками заполнено слоем из кускового углеродсодержащего материала, а камера, образованная внешней решеткой и корпусом печи, снабжена по крайней мере одним средством для ввода или отвода газов.

17. Печь по п.15 или 16, отличающаяся тем, что она снабжена загрузочным узлом кускового углеродсодержащего материала, соединенным с кольцевой полостью, образованной решетками.

18. Печь по любому из пп. 15 17, отличающаяся тем, что она снабжена соплами для вдувания кислородсодержащего газа, проходящими через слой углеродсодержащего материала, расположенный между решетками, и направленными на внутренний слой фильтровальной насадки.

19. Печь по любому из пп.15 18, отличающаяся тем, что приемная камера снабжена соплами для вдувания кислородсодержащего газа, выходной конец которых расположен над расплавом.

20. Печь по любому из пп.15 19, отличающаяся тем, что приемная камера снабжена узлом для загрузки углеродсодержащего материала, расположенным в ее боковой стенке.

21. Печь по любому из пп.15 20, отличающаяся тем, что опорная и кольцеобразные решетки выполнены водоохлаждаемыми.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2