Способ прямого восстановления металлосодержащего материала

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2516316:

Общество с Ограниченной Ответственностью "МетИнвест" (RU)

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в процессе восстановления металлов из их окислов восстановительным газом в шахтной печи. Способ включает стабилизацию и поддержание температурного режима в зонах карбюризации, внутрислоевой конверсии и восстановления шахтной печи автономно путем нагрева индукторами, при этом в зону внутрислоевой конверсии подают холодную газовую смесь, предназначенную для конверсии. Изобретение позволяет улучшить качество металла, уменьшить загрязнение окружающей среды и попутно получать товарный горючий газ.

Изобретение относится к металлургической отрасли и может быть использовано в процессе получения металлов из их окислов путем восстановления восстановительным газом, полученным внутрислоевой конверсией с применением индукционного нагрева.

Известный способ прямого восстановления металлосодержащего материала восстановительным газом в зависимости от печного агрегата делится на несколько направлений, как то восстановление в трубчатых вращающихся печах, кипящем слое, шахтных печах. Особого внимания заслуживает способ прямого восстановления окислов металлов в шахтных печах. Объясняется это непрерывностью процесса, при высокой удельной производительности и относительно низкой энергоемкости. При этом в шахтной печи осуществляется нагрев и прямое восстановление окислов металлов восстановительным газом, полученным путем конверсии смеси природного газа и колошникового в конверторе, размещенном вне шахтной печи, при температуре 1000-1100°C, которая достигается путем сжигания смеси природного и части колошникового газов (с.391-393 в книге Б.И. Бондаренко и др. Теория и технология бескоксовой металлургии. Киев, изд-во «Наукова Думка», 2003). Полученное таким образом восстановительным газом тепло заносится во внутреннюю полость шахтной печи, в результате чего происходит нагрев окислов металлов, подлежащих восстановлению. При этом расходуется около 70% их очищенного колошникового газа. Для охлаждения свежевосстановленного металла применяется смесь восстановительного и дымовых газов, которая, пройдя зону охлаждения, в смеси с природным газом поступает в восстановительную зону, где подвергается конверсии на свежевосстановленном железе (с.409-410 в книге Б.И. Бондаренко и др.). Таким образом в приведенном процессе наблюдается внутрислоевая конверсия, но только в зоне восстановления, которая обогревается теплом, выносимым восстановительным газом, нагретым вне печи.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ прямого восстановления окислов металла (железа) (с.426-429 в книге Б.И. Бондаренко и др.), при котором внутрислоевая конверсия осуществляется во внутренней полости шахтной печи, в зоне внутрислоевой конверсии. В печи имеются зоны подогрева, восстановления, внутрислоевой конверсии, карбюризации и охлаждения, в которых происходят соответствующие технологические операции. Для запуска производственного процесса используется пусковой восстановительный газ, произведенный и нагретый в пусковом конверторе, который расположен вне печи. При достижении в зоне внутрислоевой конверсии необходимого для процесса конверсии уровня температуры, подается подлежащая конверсии газовая смесь, которая конверсируется в восстановительный газ. Эта смесь нагревается в теплообменнике, расположенном вне печи. Количество тепла, уносимого, в шахтную печь этой смесью, должно обеспечить осуществление всех технологических операций в печи.

Данный способ дает возможность использовать свежевосстановленное железо в качестве катализатора конверсии и позволяет объединить подогрев, восстановление, конверсию и охлаждение в одной стадии. Но при этом не решается проблема ввода в печь такого количества тепла, которое необходимо для осуществления всех технологических операций, осуществляющихся при различных температурах. Причиной этого явления является то, что теплоносителем является или восстановительный газ или газовая смесь, предназначенная для конверсии. В итоге процесс не стабилен, не контролируемый и высокоэнергоемкий.

Технической задачей изобретения является создание условий подачи в шахтную печь необходимого количества тепла, которое позволит осуществить внутрислоевую конверсию и поддерживать стабильно температурный режим во всех технологических зонах, независимо от их объемов и разности в рабочих температурах при минимальном расходе природного горючего газа. Техническим результатом изобретения является получение качественного металла, при этом, используя как можно шире его каталитические свойства, можно производить товарный горючий газ при значительном снижении уровня загрязнения окружающей среды за счет уменьшения количества парниковых газов.

Заявленный технический результат достигается тем, что в зонах карбюризации, внутрислоевой конверсии и восстановления шахтной печи стабилизируют и поддерживают температурный режим автономно путем нагрева индукторами, при этом в зону внутрислоевой конверсии подают холодную газовую смесь, предназначенную для конверсии, с образованием восстановительного газа, температуру которого на выходе из зоны внутрислоевой конверсии понижают путем введения холодного восстановительного газа из газгольдера, а восстановленный металл на выходе из зоны внутрислоевой конверсии обдувают упомянутой газовой смесью, в которой для конверсии используют двуокись углерода, очищенную и извлеченную из отработанного газа собственного процесса и из других технологических процессов при сжигании топлива.

Изобретением предусматривается подача металлосодержащего материала в составе шихты в зону подогрева шахтной печи, где осуществляется его подогрев теплом, уносимым отработанным газом из зоны восстановления. Подогретый металлосодержащий материал поступает в зону восстановления, где нагревается теплом, уносимым восстановительным газом из зоны внутрислоевой конверсии. В зоне восстановления рабочая температура, при которой происходит процесс восстановления, стабильно поддерживается индуктором. При необходимости понижения температуры в зону восстановления подается через фурменный пояс холодный восстановительный газ из газгольдера. Восстановление металла, например железа, происходит по реакции:

Fe₃O₄+4H₂=3Fe+4H₂O или

Fe₃O₄+4CO=3Fe+4CO₂

Водород или окись углерода поступают в зону восстановления из зоны внутрислоевой конверсии, в которой в присутствии свежевосстановленного металла, как катализатора, поступившего из зоны восстановления происходит следующая реакция:

CH₄+CO₂=2CO+2H₂ или

C+CO₂=2CO

CH₄+H₂O=CO+3H₂

C+H₂O=CO+H₂

Необходимая рабочая температура в зоне внутрислоевой конверсии достигается и поддерживается индуктором. Газовая смесь, предназначенная для конверсии, состоящая из природного горючего газа, двуокиси углерода и (или) водяного пара в заданном стехиометрическом соотношении поступает в зону внутрислоевой конверсии через фурменный пояс. Углерод в зону конверсии поступает в виде угля или кокса как составляющая часть шихты. На выходе из зоны внутрислоевой конверсии в зону карбюризации температура свежевосстановленного металла, при необходимости, охлаждается до рабочего уровня смесью, предназначенной для конверсии, которая подается через фурменный пояс, путем увеличения количества ее подачи. Рабочая температура в зоне карбюризации поддерживается индуктором. Карбюризация осуществляется в среде природного горючего газа, который подается в зону карбюризации по системе газовой разводки. Четкого разграничения между зонами не существует. Например, конверсия может осуществляться в нижней части зоны восстановления, а отдельные окислы восстанавливаются в верхней части зоны внутрислоевой конверсии. Обогрев реакционной зоны аппарата десульфурации, размещенного вне шахтной печи, осуществляется индукционным током.

Количество двуокиси углерода, образующейся в настоящем процессе недостаточно, чтобы максимально использовать каталитические свойства свежевосстановленного металла. Для повышения эффективности процесса двуокись углерода заимствуется из других технологических процессов, например, доменного процесса или других, в технологическом процессе которых образуется двуокись углерода, что даст возможность в зоне внутрислоевой конверсии увеличить количество производимого восстановительного газа, т.е. горючего газа, состоящего из окиси углерода, водорода и минимальной части непрореагировавшего природного горючего газа, а также незначительной части примеси серы.

Использование предлагаемого способа прямого восстановления металлосодержащего материала позволит снизить расход природного горючего газа, достигнуть стабильности технологического процесса бескоксовой металлургии. При этом повысятся экономические показатели процесса и улучшится состояние окружающей среды за счет исключения выбросов двуокиси углерода. Металлургические предприятия получат возможность производить дополнительную продукцию - горючий газ, при этом предприятие из потребителя горючего газа может превратиться в его производителя.

Способ прямого восстановления металлосодержащего материала в шахтной печи, включающий подачу металлосодержащего материала через загрузочное устройство в шахтную печь, подогрев и восстановление восстановительным газом, образованным в зоне внутрислоевой конверсии, карбюризацию природным газом, поступающим из нижней части шахтной печи, при этом подогрев металлосодержащего материала осуществляют в зоне подогрева теплом, уносимым отработанным газом из зоны восстановления, в которой подогретый металлосодержащий материал восстанавливают восстановительным газом, образованным в зоне внутрислоевой конверсии, отличающийся тем, что в зонах карбюризации, внутрислоевой конверсии и восстановления шахтной печи стабилизируют и поддерживают температурный режим автономно путем нагрева индукторами, при этом в зону внутрислоевой конверсии подают холодную газовую смесь, предназначенную для конверсии, с образованием восстановительного газа, температуру которого на выходе из зоны внутрислоевой конверсии понижают путем введения холодного восстановительного газа из газгольдера, а восстановленный металл на выходе из зоны внутрислоевой конверсии обдувают упомянутой газовой смесью, в которой для конверсии используют двуокись углерода, очищенную и извлеченную из отработанного газа собственного процесса и из других технологических процессов при сжигании топлива.

Изобретение относится к способу и устройству для получения губчатого железа из содержащего оксид железа кускового материала путем прямого восстановления в восстановительной шахте с использованием восстановительного газа.

Способ прямого восстановления железа и устройство для его осуществления // 2465334

Изобретение относится к прямому восстановлению частиц оксида железа, чтобы получить железо, восстановленное прямым способом (ЖВПС). .

Способ прямого восстановления оксидов железа до металлического железа, использующий газ коксовых печей или подобный ему газ // 2439165

Устройство для получения металлов и сплавов путем восстановительной плавки // 2401867

Изобретение относится к области металлургии, в частности к шахтным плазменным печам для восстановления металлов из руд, рудных концентратов и отходов промышленности.

Прогнозирование величины полости в системах уплотненного слоя с использованием новых корреляций и математической модели // 2363735

Изобретение относится к прогнозированию величины полости в системах уплотненного слоя. .

Способ получения металлов, имеющих низкую температуру испарения // 2323260

Изобретение относится к восстановлению окислов металла в шахтной печи, имеющей верхнюю и нижнюю шахты. .

Шахтная печь для термической обработки материалов газом (варианты) // 2302469

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к печам для обжига и металлизации железорудного сырья. .

Модульная печь // 2299244

Способ получения металла и установка для его осуществления // 2295574

Изобретение относится к области металлургии, и может быть использовано в процессах модифицирования, рафинирования и легирования черных металлов. .

Способ получения железа прямым восстановлением и устройство для его осуществления // 2285047

Изобретение относится к технологии переработки металлургического сырья, содержащего оксиды железа, восстановлением до железа. .

Способ получения чугуна, стальных полупродуктов и восстановительного газа и установка для его осуществления // 2533991

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу получения чугуна и восстановительного газа в шахтной печи высокого давления с огнеупорной футеровкой без использования или с минимальным использованием кокса. Железную руду и шлакообразующий материал подают в верхнюю рабочую зону шахтной печи. Одновременно восстанавливающий газ, получаемый в газификаторе с огнеупорной футеровкой с использованием предварительно нагретого кислорода, подают через фурмы в нижнюю и среднюю рабочие зоны печи. В печи поддерживают высокое давление, что способствует увеличению ее производительности и упрощает использование отходящего восстанавливающего газа в последующих производственных процессах. 18 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ производства железа прямого восстановления с ограниченными выбросами со2 в атмосферу // 2546266

Изобретение относится к способу и установке для производства железа прямого восстановления посредством прямого контакта оксидов железа с потоком рециркулирующих и регенерируемых горячих восстановительных газов, содержащих водород и моноксид углерода. Отработавший восстановительный газ, содержащий водород, моноксид углерода, диоксид углерода, метан и воду, очищают и охлаждают, обрабатывают в аппарате для избирательного удаления диоксида углерода. В результате производят обработанный восстановительный газ, содержащий водород, моноксид углерода и метан. Первую его часть после нагревания направляют на рециркуляцию в восстановительный реактор, а вторую часть обрабатывают в аппарате для физического разделения газа с получением первого газового потока, имеющего более высокое содержание водорода, и второго газового потока, имеющего более высокое содержание моноксида углерода и метана. Первый газовый поток используют в качестве топлива в нагревателе восстановительного газа, а второй газовый поток направляют на рециркуляцию в восстановительный реактор. Изобретение обеспечивает уменьшение неконтролируемого выброса в атмосферу диоксида углерода. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 табл., 1 пр.

Система и способ восстановления оксида железа до металлического железа с применением коксового газа и газа сталеплавильной кислородной печи // 2561573

Изобретение относится к системе и способу восстановления оксида железа до металлического железа с применением коксового газа и газа сталеплавильной кислородной печи. Изобретение направлено на максимизацию количества полученного железа прямого восстановления при использовании внешнего источника восстановителей, представляющего собой коксовый газ (COG) и/или газ основной кислородной печи (BOFG). Из смеси отходящего газа шахтной печи, полученного из шахтной печи прямого восстановления, и BOFG удаляют диоксид углерода. Полученный газ, бедный CO2, смешивают с чистым COG, увлажняют и нагревают в нагревателе с теплообменником. В нагретый восстановительный газ вводят кислород и полученный горячий восстановительный газ подают в шахтную печь прямого восстановления. Отработанный горячий восстановительный газ выходит из шахтной печи прямого восстановления в виде отходящего газа шахтной печи с образованием пара в котле-утилизаторе избыточного тепла, его очищают в скруббере-холодильнике, сжимают и рециркулируют для объединения со свежим BOFG. Часть отходящего газа шахтной печи направляют в нагревательные горелки. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Система и способ восстановления оксида железа до металлического железа с применением коксового газа и газа сталеплавильной кислородной печи // 2566701

Изобретение относится к системе и способу восстановления оксида железа до металлического железа на сталелитейном заводе с полным циклом. Система содержит шахтную печь прямого восстановления, в которой восстанавливают оксид железа до металлического железа с применением потока восстановительного газа и обеспечивают отходящий газ, источник коксового газа (COG) для введения COG в содержащий по меньшей мере часть отходящего газа поток восстановительного газа, используемого в указанной шахтной печи прямого восстановления, и трубопровод для передачи части COG из источника COG в переходную зону шахтной печи прямого восстановления. COG при введении имеет температуру приблизительно 1200ºC или выше. COG имеет содержание CH4 от приблизительно 2% до приблизительно 13%. Предпочтительно COG является реформированным COG. Необязательно COG является свежим горячим COG. Источник COG включает систему неполного окисления. Необязательно источник COG включает горячую кислородную горелку. Изобретение обеспечивает максимизацию количества DRI, HDRI или HBI, которые могут быть получены из взятого количества COG и/или BOFG, исключение внешней печи каталитического реформинга, ограничение накопления N2 до приемлемого уровня. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Способ получения губчатого железа и шахтная печь для его осуществления // 2590029

Изобретение относится к получению губчатого железа высокого качества из кусковой руды или окатышей в шахтной печи (ШП) с использованием природного газа и оборотного рециркуляционного газа. В верхней зоне ШП осуществляют предварительное восстановление в противотоке продуктами неполного сжигания природного газа воздухом или его смесью с кислородом до степени восстановления 40-70%, в зоне металлизации получают губчатое железо со степенью восстановления φ=94-97% с содержанием углерода С=2-3% и далее его охлаждают. Окончательное науглероживание полученного в зоне металлизации губчатого железа и цементирование до содержания С=3,0-4,0%, включая карбид железа Fe3C, осуществляют в промежуточной зоне, расположенной ниже зоны металлизации. При этом восстановление в зоне металлизации осуществляют в противотоке газом-восстановителем, образуемым в слое губчатого железа путем пиролиза и конверсии углеводородов природного газа, поступающего в печь в смеси с оборотным циркулирующим газом, очищенным от оксидов и нагретым до 900-1000°С вне печи, с осуществлением перетока в зону предварительного восстановления до 20% от общего расхода газа на выходе из зоны металлизации. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ прямого получения губчатого железа с использованием газокислородной конверсии и шахтная печь для его осуществления // 2590031

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в области получения губчатого железа в шахтной печи. Осуществляют газовую термообработку кусковой руды или окатышей в зоне металлизации шахтной печи с применением газа-восстановителя, получаемого в газокислородном реакторе путем неполного сгорания природного газа кислородом при их тщательном смешении. Продукты конверсии - конвертированный газ с восстановительным потенциалом η=8-10, дополнительно смешивают с оборотным циркулирующим газом, очищенным от оксидов и обогащенным природным газом, а также нагретым до температуры 700-950°С в газонагревателе и подают в противотоке с шихтой в нижнюю часть зоны металлизации для достижения степени восстановления φ=93-95%. Довосстановление до степени φ=95-97% и цементирование с повышением до 3-5% углерода в губчатом железе, включая карбид железа Fe3C, осуществляют в промежуточной зоне, расположенной между зонами металлизации и охлаждения. В зону охлаждения в противотоке с полученным губчатым железом подают охлажденный и обогащенный углеводородами в замкнутом цикле оборотный газ. Изобретение обеспечивает повышение качества губчатого железа и снижение удельного расхода восстановительного газа. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство и способ для поверхностной обработки газом в шахте восстановительного реактора // 2618037

Изобретение относится к устройству и способу изготовления губчатого металла или чугуна из содержащего оксид металла кускового материала с применением восстановительного газа. Устройство содержит шахту восстановительного реактора, множество заканчивающихся во внутреннем пространстве шахты впускных трубопроводов для ввода восстановительного газа в ее внутреннее пространство, пересекающее внутреннее пространство шахты тело канала восстановительного газа для распределения восстановительного газа во внутреннем пространстве шахты восстановительного реактора. По меньшей мере на одном обращенном к внутренней стенке конце тела канала вертикально под телом канала расположен по меньшей мере один подводящий трубопровод для подачи восстановительного газа под телом канала во внутреннее пространство шахты, а тело канала имеет предназначенную для прохождения потока охлаждающей среды опорную трубу. Для равномерного распределения восстановительного газа первое частичное количество вводят с помощью множества упомянутых впускных трубопроводов восстановительного газа, а второе частичное количество распределяют с помощью тела канала восстановительного газа. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Восстановление оксида железа до металлического железа с применением коксового газа и газа из сталеплавильной печи с подачей кислорода // 2640511

Изобретение относится к способам для восстановления оксида железа до металлического железа на заводе с полным металлургическим циклом производства, на котором имеется коксовая печь и/или сталеплавильная печь с подачей кислорода. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способам для восстановления оксида железа до металлического железа с применением коксового газа COG или COG и газа из основной сталеплавильной печи с подачей кислорода BOFG. Изобретение направлено на максимизацию количества железа прямого восстановления DRI, горячего железа прямого восстановления HDRI или горячебрикетированного железа HBI, которые могут быть получены из заданного количества COG и/или BOFG, и при этом минимизацию оборудования. 5 н. и 36 з.п. ф-лы, 7 ил.

Восстановление оксида железа до металлического железа с применением природного газа // 2643007

Изобретение относится к способам восстановления оксида железа до металлического железа с применением коксового газа. Изобретение предусматривает замену установки риформинга альтернативным компонентом, с помощью которого возможно превращение коксового газа в восстановительный газ/синтез-газ, пригодный для прямого восстановления, с минимальной обработкой или очисткой. Углеводороды превращают в H2 и CO. S не влияет на превращение в синтез-газ, а удаляется или иным образом убирается посредством слоя железа в шахтной печи для прямого восстановления. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 3 ил.