Трехступенчатое устройство для восстановления мелкозернистой железной руды в псевдоожиженном слое

 

Сущность: трехступенчатое устройство для восстановления мелкозернистой железной руды в псевдоожиженном слое имеет перекрещенные циркуляционные трубы и первую и вторую печи псевдоожиженного слоя для сушки и предварительного нагрева сырой железной руды, оборудованные циклонные сепараторы для сбора мелких частиц из отходящего газа у упомянутых печей и их рециркуляции. Устройство содержит также третью сдвоенную печь псевдоожиженного слоя, состоящую из двух реакционных печей, в которых происходит разделение руды на крупнозернистую и мелкозернистую фракции и окончательное восстановление этих фракций в отдельных реакторах. После второй реакционной печи установлен третий циклонный сепаратор для отделения мелкозернистой руды из отходящего газа второго реактора и рециркуляции ее в первую реакционную печь третьей сдвоенной печи. Изобретение позволит улучшить степень использования газа и степень восстановления руды, а также уменьшить нормы потребления газа. 2 з. п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к трехступенчатому устройству для восстановления мелкозернистой железной руды в виде псевдоожиженного слоя, в котором мелкозернистая железная руда, имеющая широкое распределение размеров частиц, восстанавливается в 3-ступенчатых печах с псевдоожиженным слоем до твердого восстановленного железа пошаговым способом перед помещением в плавильную печь. В частности, изобретение относится к 3-ступенчатому устройству восстановления с использованием псевдоожиженного слоя, имеющему перекрещенные циркуляционные трубы, в котором улучшена степень использования газа и степень восстановления металла из руды.

В обычной доменной печи железная руда может быть восстановлена способом с использованием неподвижного слоя, потому что твердые частицы имеют большие размеры. Однако, когда необходимо восстанавливать мелкозернистую железную руду, если поверхностная скорость газа низка, как в случае способа с использованием неподвижного слоя, происходит эффект налипания и работа в конце концов будет прервана. Следовательно, в этом случае должен использоваться способ с псевдоожиженным слоем, в котором скорость газа является относительно высокой, такой чтобы обеспечить интенсивное движение твердых частиц.

Технология с использованием псевдоожиженного слоя широко применяется в различных областях промышленности, включая газификацию угля, котлы, нефтепереработку, обжиг, сжигание отходов и т.п. С недавних пор эта технология широко применяется к плавильно-восстановительному способу, который является потенциальной технологией производства чугуна в ближайшем будущем и в котором твердая железная руда восстанавливается с использованием восстановительного газа.

В известном плавильно-восстановительном способе железная руда восстанавливается в цилиндрической восстановительной печи с псевдоожиженным слоем, а затем она перемещается в плавильную печь для производства чушкового чугуна. В этой восстановительной печи твердая железная руда восстанавливается перед плавлением. Железная руда, которая загружается в восстановительную печь, восстанавливается в плавильном устройстве-газификаторе высокотемпературным восстановительным газом, полученным от сжигания мелкозернистого угля или природного газа, посредством реакции железной руды с восстановительным газом высокой температуры и давления в течение некоторого периода времени. Этот восстановительный процесс подразделяется на процесс с неподвижным слоем, с подвижным слоем и псевдоожиженным слоем в зависимости от размеров частиц железной руды и взаимных контактов между восстановительным газом и твердой железной рудой. В случае, когда восстанавливается мелкозернистая железная руда, твердая железная руда загружается в восстановительную печь, и восстановительный газ подается через газораспределитель. Соответственно, железная руда псевдоожижается так, чтобы площадь контакта между газом и твердыми частицами могла быть увеличена, таким образом улучшая реакционную способность. Как известно, этот способ с псевдоожиженным слоем является наиболее эффективным для восстановления мелкозернистых железных руд. Коммерчески используемые до настоящего времени процессы восстановления железной руды, основанные на способе с псевдоожиженным слоем, включают процесс DIOS (Япония) и процессы HISMELT и FIOR (Австралия).

Восстановительная печь с псевдоожиженным слоем раскрыта в японском выложенном типовом описании N Sho-58-217615.

Эта восстановительная печь с псевдоожиженным слоем показана на фиг. 1. На этом чертеже печь включает цилиндрическую восстановительную печь 111 и циклонный сепаратор 115. Цилиндрическая восстановительная печь 111 включает: впускное отверстие 112 для сырой железной руды, впускное отверстие 113 для высокотемпературного восстановительного газа и выпускное отверстие 114 для восстановленной железной руды. Кроме того, в нижней части восстановительной печи устанавливается газораспределитель 116.

Восстановительный процесс в печи для восстановления мелкозернистой железной руды в виде псевдоожиженного слоя проводится следующим образом.

Восстановительный газ подается через газораспределитель 116 при требуемой скорости потока, а мелкозернистая железная руда загружается через впускное отверстие 112. Затем железная руда, перемешиваясь, реагирует с высокотемпературным восстановительным газом. Затем, по истечении некоторого периода времени, восстановленная мелкозернистая руда выпускается через выпускное отверстие 114.

При этих условиях структура псевдоожиженного слоя следующая. А именно, восстановительный газ образует в восстановительной печи газовые пузырьки и по мере того, как газовые пузырьки проходят через слой частиц верхней части восстановительной печи, они становятся больше и больше.

С экономической точки зрения, например производительности, в восстановительной печи с псевдоожиженным слоем "вымывание" мелкозернистой железной руды, которая разлетается к внешней стороне печи, должно быть уменьшено, потребление восстановительного газа должно быть минимизировано, а его использование должно быть максимизировано. Для достижения этого размер частиц сырой железной руды должен быть существенно ограничен. Следовательно, существует проблема, которая заключается в том, что не может быть приемлемым широкое распределение размеров частиц.

В вышеописанной известной восстановительной печи с использованием псевдоожиженного слоя нельзя допустить широкий диапазон распределения размеров частиц и, следовательно, оно ограничивается до 1 - 0,5 мм, 1 мм или 1 - 2 мм. Однако, размеры частиц практически доступной мелкозернистой железной руды составляют 8 мм и менее. Следовательно, перед использованием их необходимо просеивать, а большие частицы дробить. Соответственно снижается производительность и требуется дополнительный процесс и средство для просеивания и дробления, что приводит к меньшей рентабельности.

Между тем, с целью преодоления вышеописанных недостатков, в корейском патенте 74056 была раскрыта сдвоенная восстановительная печь с псевдоожиженным слоем.

Эта сдвоенная восстановительная печь с использованием псевдоожиженного слоя показана на фиг. 2. Восстановительная печь фиг. 2 включает: первую печь 210 предварительного восстановления крупнозернистой железной руды; вторую печь 220 предварительного восстановления среднезернистой и мелкозернистой железных руд; первый и второй циклонные сепараторы 240 и 230; и бункер 250 для загрузки железной руды.

Первая печь 210 предварительного восстановления включает: впускное отверстие 211 для восстановительного газа, сформированное на дне печи; газораспределитель 212, установленный в нижней части печи; первое выпускное отверстие 213, образованное на одной стороне нижней части печи; и вторую циркуляционную трубу 214, установленную сбоку в верхней части печи и присоединенную ко второй печи 220 предварительного восстановления. Далее, нижняя часть первой печи 210 предварительного восстановления присоединяется через первую циркуляционную трубу 231 к нижней части второго циклонного сепаратора 230.

Вторая печь 220 предварительного восстановления включает: впускное отверстие 221 для восстановительного газа, сформированное на дне печи; газораспределитель 222, установленный в нижней части печи; второе выпускное отверстие 223, сформированное сбоку в нижней части печи; при этом верхняя часть печи 220 соединена с верхней частью первого циклонного сепаратора 240.

Верхняя часть первого циклонного сепаратора 240 присоединена трубой к верхней части второго циклонного сепаратора 230. Дно первого циклонного сепаратора 240 присоединено третьей циркуляционной трубой 241 к средней части второй печи 220 предварительного восстановления.

Верх второго циклонного сепаратора 230 снабжен выпускным отверстием для газа, через которое отходящий газ мог выйти наружу после реакции с мелкозернистой железной рудой. Тем временем, бункер 250, через который загружается железная руда, присоединен к боковой части первой циркуляционной трубы 231, которая соединяет первую печь 210 предварительного восстановления со вторым циклонным сепаратором 230. Первая циркуляционная труба 231 и третья циркуляционная труба 241, соответственно, снабжены множеством отверстий P для подачи продувочного газа, благодаря чему предотвращается засорение. Третье выпускное отверстие 242 сформировано в промежуточной части третьей циркуляционной трубы 241.

Рабочий процесс в сдвоенном устройстве для восстановления железной руды в виде псевдоожиженного слоя выполняется следующим образом.

Мелкозернистая железная руда поступает из загрузочного бункера 250 в первую циркуляционную трубу 231. Эта мелкозернистая железная руда перемещается в первую печь 210 предварительного восстановления. Во время восстановления крупнозернистые частицы железной руды образуют барботированный или турбулентный псевдоожиженный слой вместе с восстановительным газом с управляемой скоростью газа. Восстановленная железная руда выводится через выпускное отверстие 213.

Тем временем, среднезернистая и мелкозернистая железные руды пневматически передаются через вторую циркуляционную трубу 214 в нижнюю часть второй печи 220 предварительного восстановления благодаря потоку газа высокой скорости, который подается во вторую печь 220 предварительного восстановления через первую печь 210 предварительного восстановления. При этих условиях относительно большие частицы железной руды остаются в нижней части реакционного сосуда 220, в то время как чрезвычайно мелкозернистые частицы размером 500 мкм или меньше вымываются в первый циклонный сепаратор 240, где собранная мелкозернистая руда подается назад во вторую печь предварительного восстановления через вторую циркуляционную трубу 241. Таким образом, железная руда восстанавливается в течение некоторого периода времени. Далее, из восстановленной железной руды среднезернистые частицы железной руды выходят через второе выпускное отверстие 223, в то время как мелкозернистые частицы выходят через третье выпускное отверстие 242.

На промежуточных частях второй 214 и третьей циркуляционной трубы 241, соответственно, сформировано множество отверстий P для подачи продувочного газа, и трубы S для подачи газа соединены, соответственно, с множеством отверстий P для подачи продувочного газа. Таким образом, можно предохранить от засорения циркуляционные трубы 214 и 241, в которых циркулируют среднезернистая/мелкозернистая железные руды. Следовательно, потоки частиц становятся однородными.

В восстановительной печи с псевдоожиженным слоем по вышеупомянутому корейскому патенту, восстановление выполняется посредством сепарации крупнозернистой и среднезерниcтой/мелкозернистой железных руд с помощью соответствующих скоростей газа и, следовательно, псевдоожижение железной руды, имеющей широкий диапазон распределения размеров частиц, можно сделать устойчивым. Следовательно, концентрация железной руды может поддерживаться однородной и степень восстановления может быть улучшена.

В сдвоенной печи с псевдоожиженным слоем, однако, среднезернистая/мелкозернистая железные руды передаются пневматически через вторую циркуляционную трубу 214 во вторую восстановительную печь 220 с помощью большого количества газа, обладающего высокой скоростью, который был сильно окислен в первой печи 210 предварительного восстановления при восстановлении крупнозернистой железной руды.

Большое количество окисленного газа объединяется со свежим восстановительным газом, поступающим из впускного отверстия 221 для газа и, следовательно, его восстановительная способность снижается. Далее, скорость потока газа второй восстановительной печи 220 значительно увеличивается, циркулирует большое количество мелкозернистой железной руды и, следовательно, третья циркуляционная труба 241 нагружается слишком сильно. Следовательно, внутреннее давление реакционного сосуда сильно колеблется и мелкозернистые частицы вымываются из системы в больших количествах. Следовательно, количество потребления газа на тонну железной руды увеличивается и производительность снижается. Далее, часть крупнозернистых частиц железной руды остается в верхней части второй восстановительной печи 220, и в результате процесс создания псевдоожиженного слоя железной руды подвергается неблагоприятному воздействию вследствие флуктуации внутреннего давления реакционного сосуда. Далее, вследствие того, что восстановительный газ, который прореагировал с крупнозернистой железной рудой в первой печи 210 предварительного восстановления, выпускается наружу через вторую печь предварительного восстановления и первый циклонный сепаратор 240, этот восстановительный газ не может многократно использоваться и, следовательно, степень использования газа снижается Кроме того, известно трехступенчатое устройство для восстановления мелкозернистой железной руды в псевдоожиженном слое, содержащее загрузочный бункер, три шахтные печи псевдоожиженного слоя и циклонные сепараторы для отделения и сбора выносимых мелкозернистых частиц железной руды из отходящих газов, соединительные трубопроводы для газов и железной руды (JP 63-11611, кл. С 21 В 13/00, 19.01.1988).

С целью преодоления вышеописанных недостатков известного восстановительного устройства с псевдоожиженным слоем заявитель выполнил ряд исследований и на основе результата исследований он пришел к предложению данного изобретения.

Изобретение основано на следующих фактах: разделение железной руды на крупнозернистую и среднезернистую/мелкозернистую может улучшить степень использования и норму потребления газа. Повторное использование отходящего газа с многоступенчатым действием может улучшить степень использования и норму потребления газа. Рециркуляция мелкозернистых частиц в более низкую часть псевдоожиженного слоя, где псевдоожижаются крупнозернистые частицы, может улучшить псевдоожижение крупнозернистых частиц и, таким образом, состояние псевдоожижения железных руд может быть устойчивым и интенсивным при улучшении нормы потребления газа и устранении проблемы налипания в реакторе. Кроме того, уменьшение циркулирующего объема мелкозернистых частиц в результате приводит к решению, позволяющему предотвратить засорение циркуляционных труб, и, таким образом, время нахождения в восстановительной печи может быть увеличено так, чтобы восстановление стало более эффективным.

Следовательно, задача изобретения состоит в обеспечении трехступенчатого восстановительного устройства с псевдоожиженным слоем, имеющего перекрещенные циркуляционные трубы, в котором использованы преимущества сдвоенного восстановительного устройства с псевдоожиженным слоем и решаются проблемы известного восстановительного устройства с псевдоожиженным слоем, благодаря чему степень использования газа и степень восстановления могли быть улучшены, а норма потребления газа уменьшена.

Решение вышеупомянутой задачи осуществляется за счет того, что первая шахтная печь предназначена для сушки и предварительного нагрева руды в барботированном псевдоожиженном слое и оборудована циклонным сепаратором для сбора частиц мелкозернистой железной руды, выносимой из этой печи, вторая шахтная печь предназначена для предварительного восстановления высушенной и предварительно нагретой мелкозернистой руды в барботированном псевдоожиженном слое и оборудована циклонным сепаратором для отделения руды из отходящего газа этой печи и их рециркуляции, а третья печь с барботированным псевдоожиженным слоем выполнена сдвоенной, состоит из первой и второй реакционных печей, соединенных между собой посредством перекрещенных циркуляционных труб, предназначена для разделения предварительно восстановленной железной руды из второй печи на крупнозернистые и среднезернистые/мелкозернистые частицы руды и окончательного их восстановления в отдельных реакционных печах и оборудована циклонным сепаратором для отделения мелкозернистых частиц железной руды из отходящего газа второй реакционной печи и рециркуляции их в первую реакционную печь третьей сдвоенной печи.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его выполнения со ссылками на чертежи, на которых: на фиг. 1 показана конструкция известного устройства для восстановления мелкозернистой железной руды в виде псевдоожиженного слоя; фиг. 2 - конструкция известного сдвоенного устройства для восстановления мелкозернистой железной руды в виде псевдоожиженного слоя; фиг. 3 - конструкция 3-ступенчатого устройства для восстановления мелкозернистой железной руды в виде псевдоожиженного слоя согласно изобретению, и фиг. 4 - графическая иллюстрация влияния коэффициента смешивания мелкозернистых частиц на минимальную скорость псевдоожижения.

Как показано на фиг. 3, трехступенчатое устройство для восстановления мелкозернистой железной руды в виде псевдоожи- женного слоя, имеющее перекрещенные циркуляционные трубы, согласно настоящему изобретению включает: первую шахтную отдельную печь 10 с псевдоожиженным слоем, в которой сырая мелкозернистая железная руда из загрузочного бункера 50 сушится и предварительно нагревается в барботированном псевдоожиженном состоянии отходящим газом из циклонного сепаратора 70; первый циклонный сепаратор 60 для сбора мелкозернистых частиц железной руды из отходящего газа из первой печи 10 с псевдоожиженным слоем; вторую шахтную отдельную печь 20 с псевдоожиженным слоем, в которой высушенная и предварительно нагретая мелкозернистая железная руда предварительно восстанавливается в барботированном псевдоожиженном состоянии отходящим газом третьего циклонного сепаратора; второй циклонный сепаратор 70 для отделения мелкозернистых частиц железной руды из отходящего газа из второй печи 20 с псевдоожиженным слоем с их рециркуляцией;
третья сдвоенная печь 340 с псевдоожиженным слоем, состоящая из первой реакционной печи 30 и второй реакционной печи 40 для разделения предварительно восстановленной железной руды из второй печи 20 с псевдоожиженным слоем на крупнозернистые частицы и среднезернистые/мелкозернистые частицы так, чтобы крупнозернистые частицы и среднезернистые/мелкозернистые частицы могли окончательно восстановиться в отдельных реакторах в барботированном псевдоожиженном состоянии; и
третий циклонный сепаратор 80 для отделения частиц мелкозернистой железной руды из отходящего газа второй реакционной печи 40 из третьей печи 340 с псевдоожиженным слоем, с рециркуляцией их в первую реакционную печь 30.

Первая печь 10 с псевдоожиженным слоем включает первую расширенную часть 10a, первую сужающуюся часть 10b и первую узкую часть 10c. Дно первой узкой части 10c снабжено первым впускным отверстием 11 для газа для подачи отходящего газа из второго циклонного сепаратора 70. Первый газораспределитель 12 установлен в нижней части первой узкой части 10c.

Первая расширенная часть 10a и первая узкая часть 10c присоединены к первому циклонному сепаратору 60 с помощью 19-ого трубопровода 62 и второй трубы 61, соответственно.

Первая узкая часть 10c снабжена первым выпускным отверстием 13 на одной ее стороне и отверстием для подачи железной руды 15 на другой ей стороне.

Отверстие 15 для подачи железной руды присоединено к первому трубопроводу 51, который соединяется с загрузочным бункером 50.

Выпускное отверстие 63 для отходящего газа образовано на верху первого циклонного сепаратора 60 для окончательного выпуска отходящего газа.

Вторая печь 20 с псевдоожиженным слоем включает вторую расширенную часть 20a, вторую сужающуюся часть 20b и вторую узкую часть 20с. Второе впускное отверстие 21 для газа сформировано на дне второй узкой части 20с для подачи отходящего газа из третьего циклонного сепаратора 80. Второй газораспределитель 22 установлен в нижней части второй печи 20 с псевдоожиженным слоем.

Вторая расширенная часть 20a и вторая узкая часть 20c присоединены ко второму циклонному сепаратору 70 с помощью 18-ого трубопровода 72 и пятого трубопровода 71 соответственно.

Вторая узкая часть 20c снабжена вторым выпускным отверстием 23 на одной ее стороне, и другая сторона второй узкой части 20c соединена с помощью 4-ого трубопровода 14 с первым выпускным отверстием 13.

Верх второго циклонного сепаратора 70 соединен с помощью третьего трубопровода 16 с первым отверстием 11 для подачи отходящего газа.

Первая реакционная печь 30 в виде патрубка в составе третьей печи 340 с псевдоожиженным слоем включает третью расширенную часть 30a, третью сужающуюся часть 30b и третью узкую часть 30c. Третье отверстие 31 для подачи отходящего газа сформировано на дне первой реакционной печи 30 для подачи отходящего газа в плавильную печь 100. Третий газораспределитель 32 установлен в нижней части первой реакционной печи 30. Третье отверстие 31 для подачи отходящего газа соединено с помощью 17-ого трубопровода 35 с плавильной печью 100.

Третья расширенная часть 30a первой реакционной печи 30 снабжена сбоку третьим выпускным отверстием 33a и третье выпускное отверстие 33a соединено с помощью 15-ого трубопровода 34a с верхом плавильной печи 100. Третья узкая часть 30c первой реакционной печи 30 снабжена сбоку четвертым выпускным отверстием 33b. Четвертое выпускное отверстие 33b соединено с верхом плавильной печи 100 с помощью 14-ого трубопровода 34b.

Третья расширенная часть 30a первой реакционной печи 30 снабжена в верхней части, сбоку, выпускным отверстием 37 для среднезернистой/мелкозернистой железной руды для выгрузки среднезернистой/мелкозернистой железной руды во вторую реакционную печь 40.

Третья узкая часть 30c первой реакционной печи 30 снабжена в нижней части, сбоку, впускным отверстием 38 для мелкозернистой руды с целью подачи мелкозернистой железной руды из второй реакционной печи 40.

Седьмой трубопровод 24, который связан со вторым выпускным отверстием 23 второй печи 20 с псевдоожиженным слоем, соединен с боковой частью третьей узкой части 30c первой реакционной печи 30 в составе печи 340 с псевдоожиженным слоем.

Вторая реакционная печь 40 в составе третьей печи 340 с псевдоожиженным слоем включает четвертую расширенную часть 40a, четвертую сужающуюся часть 40b и четвертую узкую часть 40c. Четвертая узкая часть 40c снабжена в нижней ее части, сбоку, пятым выпускным отверстием 43 с целью выпуска среднезернистых/мелкозернистых частиц железной руды. Газораспределитель 42 установлен в нижней части четвертой узкой части 40c, и четвертое отверстие 41 для подачи отходящего газа образовано на ее дне, в то время как четвертое отверстие 41 подачи отходящего газа соединено с плавильной печью 100 с помощью 13-ого трубопровода 45.

Пятое выпускное отверстие 43 соединено с верхом плавильной печи 100 с помощью 16-ого трубопровода 44.

Четвертая узкая часть 40c второй реакционной печи 40 снабжена впускным отверстием 47 для среднезернистой/мелкозернистой железной руды на ее нижней боковой стенке с целью подачи среднезернистой/мелкозернистой железной руды. Четвертая расширенная часть 40a снабжена в верхней части сбоку выпускным отверстием 48 для мелкозернистой руды.

Впускное отверстие 47 для среднезернистой/мелкозернистой железной руды соединено с выпускным отверстием 37 для среднезернистой/мелкозернистой железной руды первой реакционной печи 30 с помощью циркуляционной трубы 39 среднезернистой/ мелкозернистой железной руды. Выпускное отверстие 48 для мелкозернистой руды соединено с впускным отверстием 38 для мелкозернистой железной руды первой реакционной печи 30 с помощью циркуляционной трубы 49 мелкозернистой железной руды.

Четвертая расширенная часть 40a и циркуляционная труба 49 мелкозернистой железной руды соединены с третьим циклонным сепаратором 80 соответственно с помощью 10-ого трубопровода 82 и 11-ого трубопровода 81. Девятый трубопровод 83 соединен с верхом третьего циклонного сепаратора 80.

Плавильная печь 100 снабжена выпускным отверстием 101 чушкового чугуна. Некоторые отверстия P для подачи продувочного газа должны быть предпочтительно сформированы на четвертом трубопроводе 14, 7-ом трубопроводе 24 и циркуляционной трубе 49 тонкозернистой руды, так чтобы можно было предотвратить засорение труб.

Вторая реакционная печь 40 в составе третьей печи 340 с псевдоожиженным слоем наверху снабжена выпускным отверстием 48 мелкозернистой руды. Таким образом, мелкозернистые частицы, которые вымываются в реакционной печи, рециркулируют в первую реакционную печь 30 по циркуляционной трубе 49 мелкозернистой руды. При этих условиях, чтобы улучшить поток мелкозернистой железной руды, предпочтительно должно быть сформировано отверстие P для подачи продувочного газа.

На фиг. 3 пунктирная стрелка показывает направление потока газа, в то время как сплошная стрелка показывает направление потока железной руды.

В первой печи 10 с псевдоожиженным слоем, во второй печи 20 с псевдоожиженным слоем и в первой и второй реакционных печах 30 и 40 в составе третьей печи 340 с псевдоожиженным слоем восстановительный газ образует пузырьки газа, и газовые пузырьки интенсивно возмущают частицы железной руды в псевдоожиженном состоянии. Следовательно, улучшается норма потребления газа. Далее, верхние части печей шире, чем их нижние части, и следовательно, поверхностные скорости газа в верхних частях снизятся таким образом, чтобы вымывание чрезвычайно мелкозернистых частиц могло быть подавлено.

Далее будет описан способ восстановления мелкозернистой железной руды с использованием 3-ступенчатого устройства с псевдоожиженным слоем, сконструированного, как описано выше, для восстановления железной руды согласно настоящему изобретению.

Мелкозернистая железная руда поступает из загрузочного бункера 50 в первую печь 10 с псевдоожиженным слоем посредством загрузки железной руды в отходящий газ, который поступает из второго циклонного сепаратора 70 через первое впускное отверстие 11 для газа. Затем, эта железная руда сушится и предварительно нагревается в псевдоожиженном состоянии, барботированная газом, и затем подается через первое выпускное отверстие во вторую печь 20 с псевдоожиженным слоем.

Мелкозернистая железная руда, которая подается во вторую печь 20 с псевдоожиженным слоем, предварительно восстанавливается при формировании барботированного псевдоожиженного слоя отходящим газом третьего циклонного сепаратора 80 (отходящий газ поступает через второе впускное отверстие 21 для газа). Затем, предварительно восстановленная железная руда подается через второе выпускное отверстие в первую реакционную печь 30 в составе третьей печи 340 с псевдоожиженным слоем.

Во второй печи с псевдоожиженным слоем железная руда восстанавливается до FeO.

Из железной руды, которая подается в первую реакционную печь 30 в составе третьей печи 340 с псевдоожиженным слоем, крупнозернистая железная руда с размером зерна более чем 4,75 мм задерживается главным образом в третьей узкой части 30c, в то время как среднезернистая/мелкозернистая железные руды, имеющие размеры частиц 0,5-4,75 мм, задерживаются главным образом в третьей сужающейся части 30b и расширенной части 30a. Эти железные руды окончательно восстанавливаются отходящим газом, который подается из плавильной печи 100 через третье впускное отверстие 31 для газа. Затем крупнозернистая железная руда подается через четвертое выпускное отверстие 33b в плавильную печь 100, тогда как среднезернистая/мелкозернистая железные руды подаются в плавильную печь 100 через третье выпускное отверстие 33a. При этих условиях среднезернистая/мелкозернистая железные руды проходят через левую циркуляционную трубу третьей расширенной части, чтобы подаваться по 12-ому трубопроводу в четвертую узкую часть 40c второй реакционной печи 40, составляющей третью печь 340 с псевдоожиженным слоем.

Из этой среднезернистой/мелкозернистой железной руды относительно большие частицы остаются главным образом в четвертой узкой части 40c, в то время как относительно маленькие частицы остаются главным образом в четвертой расширенной части 40a и четвертой сужающейся части 40b. Таким образом, среднезернистая/мелкозернистая железные руды окончательно восстанавливаются отходящим газом, который подается из плавильной печи 100 через четвертое впускное отверстие 41 для газа. Затем, окончательно восстановленные среднезернистая/мелкозернистая железные руды подаются через пятое выпускное отверстие 43 в плавильную печь 100. Тем временем, мелкозернистый порошок рециркулирует в нижнюю часть первой реакционной печи 30 по 10-ому трубопроводу 82, через третий циклонный сепаратор 80, по 11-ому трубопроводу 81 и циркуляционную трубу 49 для мелкозернистого порошка, в то время как другая часть мелкозернистого порошка рециркулирует в первую реакционную печь 30 через выпускное отверстие 48 и циркуляционную трубу для мелкозернистого порошка.

В третьей печи 340 с псевдоожиженным слоем осуществляется восстановление до 80%.

В третьем циклонном сепараторе 80 чрезвычайно мелкозернистые частицы размером до 50 мкм или меньше отделяются из газа.

В случае, когда восстановление проводится с использованием 3-ступенчатого восстановительного устройства с псевдоожиженным слоем, как в настоящем изобретении, и если необходимо получить эффективное псевдоожижение и надлежащую степень вымывания, поверхностные скорости газа первой и второй печей 10 и 20 с псевдоожиженным слоем и второй реакционной печи 40, составляющей третью печь с псевдоожиженным слоем, должны быть предпочтительно в 1,2 - 1,8 раз выше, чем минимальные скорости псевдоожижения частиц мелкозернистой железной руды в печах. Поверхностная скорость газа первой реакционной печи 30 должна быть предпочтительно в 1,2 - 2,5 раза выше, чем минимальная скорость псевдоожижения.

Далее, небольшие количества горячего восстановительного газа для продувки должны предпочтительно вводиться через подающие газ отверстия P 4-ого и 7-ого трубопроводов 14 и 24, чтобы улучшить степень восстановления и чтобы предохранить трубопроводы от засорения. Далее, небольшие количества горячего восстановительного газа для продувки должны вводиться через подающие газ отверстия P циркуляционной трубы 49 для мелкозернистого порошка так, чтобы циркуляционная труба для мелкозернистого порошка первой реакционной печи 30 могла быть выполнена гладкой и чтобы можно было предотвратить обратное смешивание газа и засорение труб.

Как описано выше, настоящее изобретение основано на следующих фактах. То есть, разложение руды происходит главным образом (до 90 % или больше) на стадиях предварительного нагревания и предварительного восстановления. Далее, с целью улучшения степени использования газа и нормы потребления газа используются две реакционные печи в третьей печи 340 с псевдоожиженным слоем. Таким образом, крупнозернистая железная руда и среднезернистая/мелкозернистая железные руды восстанавливаются в отдельных псевдоожиженных слоях, оптимизируя посредством этого эффективность восстановительного процесса.

Далее, небольшие количества горячего восстановительного газа для продувки вводятся через подающие газ отверстия P в железную руду четвертой расширенной части 40a второй реакционной печи, составляющей третью печь 340 с псевдоожиженным слоем, и циркуляционную трубу для железной руды третьего циклонного сепаратора 80. Таким образом, псевдоожижение в нижней части первой реакционной печи 30 становится эффективным. Далее, мелкозернистый порошок рециркулирует через циркуляционную трубу 49 мелкозернистого порошка и нижнюю часть 11-ого трубопровода 81 так, чтобы он мог быть перемешан с крупнозернистыми частицами в нижней части первой реакционной печи 30. Следовательно, требуемая скорость газа для псевдоожижения крупнозернистых частиц может быть уменьшена и посредством этого норма потребления газа может быть уменьшена, а производительность улучшена.

На фиг. 4 представлена минимальная скорость псевдоожижения частиц в зависимости от степени смешивания мелкозернистого порошка. Как показано на фиг. 4, чем более мелкозернистый порошок смешивается с большими частицами, тем более низкая минимальная скорость необходима для псевдоожижения частиц. Таким образом, в настоящем изобретении крупнозернистые частицы смешиваются с мелкозернистым порошком через перекрещенные циркуляционные трубы и, таким образом, минимальная скорость псевдоожижения крупнозернистых частиц снижается. Следовательно, норма потребления газа может быть уменьшена, а производительность, таким образом, улучшена.

Ниже изобретение описывается на основе практических примеров.

Пример 1
Было сконструировано восстановительное устройство фиг. 3, имеющее размеры, приведенные в таблице 1, и были проведены эксперименты при условиях, приведенных в таблицах 2 - 4.

Таблица 1
Высоты и внутренние диаметры печей с псевдоожиженным слоем
Первая печь с псевдоожиженным слоем
Внутренний диаметр узкой части, см - 19
Внутренний диаметр расширенной части, см - 41
Высота сужающейся и узкой частей, см - 192
Высота расширенной части, см - 120
Вторая печь с псевдоожиженным слоем
Внутренний диаметр узкой части, см - 19
Внутренний диаметр расширенной части, см - 41
Высота сужающейся и узкой частей, см - 192
Высота расширенной части, см - 120
Третья печь с псевдоожиженным слоем
Первая реакционная печь
Внутренний диаметр узкой части, см - 17
Внутренний диаметр расширенной части, см - 25
Высота сужающейся и узкой частей, см - 400
Высота расширенной части, см - 250
Третья печь с псевдоожиженным слоем
Вторая реакционная печь
Внутренний диаметр узкой части, см - 90
Внутренний диаметр расширенной части, см - 124 см
Высота сужающейся и узкой частей, см - 175
Высота расширенной части, см - 120
Таблица 2
Химический состав и распределение размеров частиц сырой мелкозернистой железной руды
1. Химический состав: T.Fe: 62,17, Fe: 0,51, SiO₂: 5,5, TiO₂: 0,11, Mn: 0,05, S: 0,012, P: 0,65,
Кристаллическая вода: 2,32
2. Распределение размеров частиц: до 0,05 мм: 4,5%, 0,05 - 0,15 мм: 5,4%, 0,15 - 0,5 мм: 16,8%, 0,5 - 4,75 мм: 59,4%, 4,75 - 8 мм: 13,8%.

Таблица 3
Состав, температура и давление восстановительного газа
1. Состав газа: CO: 65%, H₂: 25%, CO₂: 5%, N₂:5%
2. Температура: приблизительно 850^oC
3. Давление: 0,5 кгс/см²
Таблица 4
Поверхностная скорость газа в восстановительных печах с псевдоожиженным слоем
Первая печь с псевдоожиженным слоем
Скорость газа в расширенной части, м/с - 1,22
Скорость газа в узкой части; м/с - 5,34
Вторая печь с псевдоожиженным слоем
Скорость газа в расширенной части, м/с - 1,22
Скорость газа в узкой части, м/с - 5,34
Третья печь с псевдоожиженным слоем
Первая реакционная печь
Скорость газа в расширительной части, м/с - 3,35
Скорость газа в узкой части, м/с - 7,34
Третья печь с псевдоожиженным слоем
Вторая реакционная печь
Скорость газа в расширенной части, м/с - 0,015
Скорость газа в узкой части, м/с - 0,25
Мелкозернистая железная руда была восстановлена вышеописанным способом, и были оценены средняя степень использования газа и норма потребления газа. Результат показал, что средняя степень использования газа составляла 32%, и норма потребления газа составляла 1230 м³ газа при нормальном давлении на тонну руды. Далее, средняя степень восстановления железных руд, выпускаемых из третьего выпускного отверстия, четвертого выпускного отверстия и пятого выпускного отверстия составляла 88 - 95%. Выгрузка руды могла быть произведена за 60 минут после загрузки руды из загрузочного бункера. То есть среднее время нахождения в реакционной печи было приблизительно 20 минут, следовательно, можно сделать вывод, что скорость производства превосходная.

Далее, предварительно восстановленная железная руда подавалась во вторую реакционную печь, в которой восстановление проводилось посредством сортировки железной руды по размерам частиц. Следовательно, благодаря смешиванию газа были решены известные проблемы, например вымывание частиц и уменьшение восстановительной способности газа. Далее частицы мелкозернистой железной руды рециркулируют в первую реакционную печь, составляющую третью печь с псевдоожиженным слоем, и следовательно, псевдоожижение усиливается. Следовательно, большие частицы предохраняются от прилипания, а количество газа, поступающего в реакционную печь, или скорость газа, требуемая для псевдоожижения, уменьшается, и посредством этого улучшается мера потребления газа.

Согласно настоящему изобретению, как описано выше, степень восстановления относительно равномерна независимо от размеров частицы железной руды. Далее, восстановленное железо может быть получено для каждого класса различных размеров частиц и, следовательно, при загрузке восстановленного железа в плавильную печь восстановленное железо может подаваться должным образом в соответствии с типом устройства и местоположением загрузки. Далее, при выгрузке восстановленного железа выпускаемое количество и размер частиц могут регулироваться посредством регулировки расхода потока или скорости восстановительного газа. Далее, степенью восстановления можно управлять, управляя временем нахождения железной руды в печи. Далее, все 3-ступенчатые процессы псевдоожижения проводятся в форме барботирующих состояний псевдоожижения и, следовательно, степень использования газа и норма потребления газа могут быть улучшены. Далее, конструкция устройства проста и, следовательно, не происходит засорение трубопроводов, а также явление, обратное псевдоожижению.

Формула изобретения

1. Трехступенчатое устройство для восстановления мелкозернистой железной руды в псевдоожиженном слое, содержащее загрузочный бункер, три шахтные печи псевдоожиженного слоя и циклонные сепараторы для отделения и сбора выносимых мелкозернистых частиц железной руды из отходящих газов, соединительные трубопроводы для газов и железной руды, отличающееся тем, что первая шахтная печь предназначена для сушки и предварительного нагрева руды в барботированном псевдоожиженном слое и оборудована циклонным сепаратором для сбора частиц мелкозернистой железной руды, выносимой из этой печи, вторая шахтная печь предназначена для предварительного восстановления высушенной и предварительно нагретой мелкозернистой руды в барботированном псевдоожиженном слое и оборудована циклонным сепаратором для отделения руды из отходящего газа этой печи и их рециркуляции, а третья печь с барботированным псевдоожиженным слоем выполнена сдвоенной, состоит из первой и второй реакционных печей, соединенных между собой посредством перекрещенных циркуляционных труб, предназначена для разделения предварительно восстановленной железной руды из второй печи на крупнозернистые и среднезернистые/мелкозернистые частицы руды и окончательного их восстановления в отдельных реакционных печах и оборудована циклонным сепаратором для отделения мелкозернистых частиц железной руды из отходящего газа второй реакционной печи и рециркуляции их в первую реакционную печь третьей сдвоенной печи.

2. Трехступенчатое устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено плавильной печью, циклонные сепараторы выполнены с впускными и выпускными отверстиями для отходящего газа, последние из которых расположены в их верхней части, все печи с барботированным псевдоожиженным слоем имеют расширенную, сужающуюся и узкую части с газораспределителями в нижних областях нижних узких частей и выполнены с отверстиями для впуска газа в дне узкой части каждой печи и с отверстиями для выпуска газа, первая и вторая шахтные печи и вторая реакционная печь третьей сдвоенной печи выполнены с отверстиями для подачи и выпуска железной руды, расположенными с разных сторон в их узких частях, а первая реакционная печь третьей сдвоенной печи выполнена с одним отверстием для подачи руды, двумя отверстиями для выпуска руды, расположенными в ее узкой и расширенной частях, и соединена с второй реакционной печью посредством двух циркуляционных труб для рециркуляции среднезернистых/мелкозернистых и мелкозернистых частиц железной руды из одной печи в другую, одна из которых соединяет боковую верхнюю часть первой реакционной печи с нижней частью второй реакционной печи, а вторая - верхнюю часть второй реакционной печи с нижней частью первой реакционной печи, при этом отверстие для подачи железной руды первой шахтной печи соединено с загрузочным бункером, ее отверстие для выпуска руды соединено с отверстием для подачи руды второй шахтной печи, отверстие для выпуска руды которой соединено с отверстием для подачи руды первой реакционной печи третьей сдвоенной печи, оба отверстия для выпуска руды которой, а также отверстие для выпуска руды второй реакционной печи соединены с верхом плавильной печи, которая соединена с отверстием для впуска газа в первую и вторую печи третьей сдвоенной печи, при этом расширенная
часть второй реакционной печи третьей сдвоенной печи дополнительно соединена с циркуляционной трубой, обеспечивающей рециркуляцию мелкозернистых частиц руды из второй реакционной печи в первую реакционную печь через циклонный сепаратор, отверстие для выпуска отходящего газа которого соединено с отверстием для впуска газа второй шахтной печи, расширенная часть которой соединена с ее узкой частью через циклонный сепаратор, отверстие для выпуска отходящего газа которого соединено с отверстием для впуска газа первой шахтной печи, а отверстие для выпуска газа из циклонного сепаратора первой шахтной печи предназначено для окончательного выпуска отходящего газа.

3. Трехступенчатое устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что соединительные трубопроводы между отверстием для выпуска руды из первой печи и отверстием для ввода руды во вторую печь и отверстием для выпуска руды из второй шахтной печи и отверстием для ввода руды в первую реакционную печь, а также циркуляционная труба, обеспечивающая рециркуляцию мелкозернистых частиц руды из второй реакционной печи в первую, выполнены с отверстиями для подачи продувочного газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4