Способ получения губчатого железа и устройство для осуществления способа

 

,Ю ф МЙА

<„1786918

О П И С А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту— (22).Заявлено 03. 01. 77 (21) 2439823/22-02 (23) Приоритет— (32) 08,01 76 (51)М. Кл.

С 21 В 13/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (33) С;дА (31) 646496

Опубликовано 071280.Бюллетень Hо 45

Дата опубликования описания 071280 () ЮК 669.181.422 (088.8) Иностранцы

Патрик Вильям Маккзй, Энрике Мартинес. Вера (СИА) и Рамон Пе Ла Пена (Мексика) (72) Авторы изобретения

Иностранная Фирма нФьерро-Эспонха, С.А." (Мексика) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБА

Изобретение относится к газовому восстановлению .окисных руд в вертикальном шахтном реакторе с движущимся слоем для образования пористого металла.

Известны газовые восстанавливающие системы, которые включают печь для каталитического реформинга, в которой генерируется восстанавливающий гаэ, в основном состоящий из моноокиси углерода и водорода, и вертикальный шахтный реактор, в верхней части которого находится восстанавливающая зона, а в нижней части — охлаждающая эона. Восстанав- 15 ливаемую руду подают в верхнюю часть реактора и она опускается через него вниз, сначала через восстанавливающую зону, в которой руда приводится в контакт с нагретым восстанавли- 20 вающим газом из печи реФорминга, а затем через охлаждающую зону, в которой она охлаждается охлаждающим газом перед удалением иэ нижней части реактора. Поток газа, выходящий из восстанавливающей эоны, охлаждают для удаления из него воды и, в. большинстве случаев, большую часть охлажденного газового потока повторно нагревают и рециклизуют в зону 30 восстановления. Подобным образом по крайней мере часть охлаждающего газа иэ зоны охлаждения обычно охлаждают и рециклизуют в охлаждаемую зону. В нижней части реактора имеются некоторые приспособления для контроля выгрузки охлажденного губчатого железа иэ реактора„ например, вращающаяся резгруэочная заслонка, спускной желоб с вибрацией, короткая конвейерная лента (.1,2).

Недостатком данных решений является черезвЫчайная трудность проведения точных измерений и контроля степени восстановления или степени металлиэации, которая происходит в таком, вертикальном шахтном реакторе, зона восстановления реактора часто является "рассчитанной с излишним запасом", чтобы обеспечить желаемую степень восстановления.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения губчатого железа, включающий загрузку руды в вертикальный реактор и обработку ее восстановительным газом, охлаждение отходящего газа и определение расхода и состава газа.

786918

Устройство для осуществления способа содержит вертикальный реактор, трубопровод для подвода восстановительного газа, трубопровод отходящего газа с холодильником, соединенные между собой трубопроводом, газоанализаторы с преобразователями сигналов,и вычислительную машину ГЗ).

Известный способ имеет ограниченное применение, поскольку при нем можно получить только информацию о том, восстановлен ли железосодержащий материал на 100% или несколько менее.

Цель изобретения — повышение эффективности процесса путем контролирования степени восстановления окисной руды в вертикальном шахтном восстанавливающем реакторе для поддержания ее на желаемом уровне.

Для. этого определяют состав и асход восстановительного газа перас ред вводом его в реактор,и пос ле охлаждения отходящего газа и регулируют скорость разгрузки губчатого железа по следующей зависимости:

Fcz 0 0001R О F сам м, о м где R — заданная степень восстановления железной руды; постоянная величина, которая зависит от единиц, использованных для переменных в формуле;

0 — количество удаленного из

2м руды кислорода;

F — скорость удаления кислорода из руды.

Скорость удаления кислорода из руды определяют по следующей зависимости;

=" +(F -FH 1+ "СН СН„1- СО- Со

+ О - С -(Га,с, 02М Н

2 Fco Fco где F F,,F,,F —.количество водоЫ ы а а

1 CH4 cQ Goy рода, м етана моноокиси и двуокиси углерода в газе, соответственно перед вводом в . реактор;

F F F — то же, после ох4

i СН СО СО лаждения отходящего газа.

Устройство снабжено расходомерами газа с преобразователями его сигналов и блоком для измерения скорости разгрузки губчатого железа и преобразователем его сигналов, а расходомеры газа и газоанализаторы соединены с трубопроводом для подвода восстановительного raea и с трубопроводом отхрдящего газа после холодильника.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, на фиг.2 — то же, вариант выполнения. (чахтннй реактор 1 имеет зону восстановления и зону охлаждения. Руду загружают в реактор 1 через трубопровод 2 в верхнюю часть реактора и удаляют из донной части реактора по трубопроводу 3, снабженному вращающейся разгрузочной заслонкой 4..Заслонка приводится во вращение электрическим мотором 5 через преобразователь б скорости. Число оборотов в минуту вращающейся заслонки 4 воспринимается сенсором 7 числа оборотов, который генерирует сигнал, передающийся в регулятор 8. Регулятор, в свою очередь, генерирует сигнал, который передается в преобра1$ зователь б скорости, чтобы таким образом регулировать изменение скорости для вращения заслонки с постоянной скоростью. Скорость вращения заслонки может меняться при желании ручной или автоматической регулировкой. Восстанавливающий газ для восстановления руды в губчатое железо генерируется в печи реформинга.

Природный газ подают в выводящую трубчатую часть 9 печи реформинга

10 по трубопроводу 11, он протекает через предварительно нагретый змеевик внутри выводящей трубы, оттуда через наружную трубу 12 в печь реформинга 10. Пар подают через патрубок 13 в трубу 12 и смешивают там с природным газом. Смесь природного газа и пара проходит через катализатор, находящийся в трубках печи и превращается каталитически в моноокись углерода и водород.

Газ рефооминга по трубопроводу

14 попадает в холодильник 15 тушения, в котором он охлаждается и обезвоживается, а затем по трубопроводам

16 и 17 †.в нагреватель 18, в котором он нагревается до температуры порядка 800-1100 С. Затем нагретый восстанавливающий газ проходит по трубопроводу 19 и поступает в реак45 тор вблизи днища восстановительной зоны, откуда он поступает вверх, контактируя с движущейся вниз рудой и в значительной мере восстанавливает руду в губчатое железо.

Отработанный восстанавливающий газ из верхней части зоны восстановления по трубопроводу 20 проходит через холодильник 21 тушения, в котором он охлаждается и обезвоживается. Поток газа, выходящий из холо55 дильника 21, проходит по трубопроводу 22 на всасывающую сторону насоса

23, разгрузочная сторона которого связана с трубопроводом 17 таким образом, что охлажденный восстанавлищ вающий газ рециклизуют в реактор для образования закрытого контура.

Некоторое количество рециркулирующего газа удаляют из контура по трубопроводу 24 и используют в качестве газового топлива или направляют в

786918 подходящее место для хранения. Охлаждающий газ, которым может быть восстанавливающий газ, закачивают насосом 25, он проходит вверх через слой губчатого железа, охлаждая его.Из верх ней части зоны охлаждения охлаждающий гаэ поступает в холодильник тушения

26,проходит через него, охлаждаясь и обеэвоживаясь, а потом на всасывающую сторону насоса 25 и, таким образом, рециклизуется в замкнутый контур охлаждающей эоны. Свежий газ вводят в контур охлаждающего газа по патрубку 27 и непрерывно удаляют из замкнутого контура по трубопроводу 28.

Степень восстановления руды в нижней части зоны восстановления эффективно измеряют и записывают, это измерение используется оператором для проведения ручной регулирбвки регулятора, чтобы таким образом контролировать скорость вращения заслонки 4 разгрузки губчатого железа, а также поддерживать постоянной степень восстановления на желаемом уровне. Хотя происходит некоторое восстановление, пока губчатое железо проходит через зону охлаждения, было найдено, что путем регулирования степени восстановления в нижней части зоны восстановления неизменное состояние может быть поддержано полностью, приводя в результате к продукту губчатого железа, .имеющего заранее определенную по существу степень восстановления.

На участке трубопровода 17 подсоединен измерительный прибор 29, измеряющий и коррелирующий давление, температуру и удельную плотность газа, протекающего через трубопровод

17. Поток устанавливают путем корреляции перепада давления с давлением, температурой и удельной плотностью газа в соответствии со скоростью молярного потока: где h — перепад давления при прохог де через отверстие;

Р— статическое абсолютное давление в отверстии;

G — удельная плотность газа относительно воздуха;

Т ; абсолютная температура газа в отверстии;

К.. — постоянная отверстия, скорректированная на скорость потока сухого газа.

Состав сухого газа в трубопроводе 17 также определялся с помощью ряда газоанализаторов аналитических устройств 30-33. Каждый из газоанализаторов производит сигнал, который является функцией пропорции конкретного компонента в газовом потоке, считая на сухой, и этот

;сигнал передается в вычислительную машину 34.

Аналогично измеряют состав газа и расход сухого газа в трубопроводе 22 при помощи газоанализаторов

35-38 и прибора 39.

Сигналы, соответствующие расходу и составу газа в трубопроводах 17 и 22, сопоставляют с содержанием поддающегося восстановления руды, и этот сигнал передают на самописец .40. Проведенная таким образом запись может быть использована оператором как основание для регулировки выбранной точки регулятора 8 для поддержа15 ния степени восстановления продукта в виде губчатого железа практически постоянным на желаемом уровне.

Когда температура газа, выходящего иэ нагревателя 18, недостаточно

20 высока, может быть предусмотрена зона сжигания вблизи реактора. Небольшое количество воздуха или кислорода смешивают с нагретым восстанавливающим газом в камере для сжигания части восстанавливающего газа и повышения в результате этого температуры .смеси до желаемой температуры восстановления (см.фиг.2). Восстанавливающий газ иэ нагревателя

18 поступает по трубопроводу 19 в камеру 41 сгорания, которая связана с донной частью эоны восстановления шахтного реактора.

Воздух поступает в систему по трубопроводу 42 и проходит через нагреватель 43, в котором он нагревается до температуры порядка 500900 С, затем по боковому трубопроводу 44, содержащему клапан 45, и по трубопроводу 46 в камеру сгора40 ния. Внутри трубопровода 42 расход воздуха измеряют с помощью насадки

47 и связанным с ней прибором расходомером 48. Перепад давления через насадку и абсолютное давление измеряют и коррелируют в приборе 48 для получения сигнала, который является функцией расхода воздуха, и этот сигнал передают в машину 34.

Внутри камеры сгорания нагретый воздух и нагретый восстанавливающий газ смешивают для сжигания части восстанавливающего газа, чтобы повысить температуру смеси известным образом.

Если вместо воздуха использовать

55 кислород, то его вводят в систему по трубопроводу 49, содержащему клапан 50. Трубопровод 49 содержит насадку 51 и связанный с ней расходомер 52. Перепад давления через

60 насадку 51 и абсолютное давление кислорода в трубопроводе 49 измеряют и коррелируют расходомером 52 для получения сигнала, который является функцией расхода кислорода, а этот сигнал передают в машину 34.

7869) 8

При использовании кислорода необхо димо, чтобы кислород был предварительно подогрет перед смешиванием с восстановительным газом. Так как воздух и кислород имеют точно опреде. ленный состав, не требуется никаких аналитических определений для воздуха или кислорода, не являетсч также необходимым измерение удельной плотности и температуры этих газов, так как эти факторы имеют практически фиксированные значения.

Скорость удаления кислорода иэ руды определяют следующим образом:

02М (Н ) 2(FÑH F н )- со со) со,- Fc,o ) "о21 где Fo> — молярный расход кислорода.

Это выражение может быть исполь. зовано в случае, когда к восстанавливающему газу прибавляют кислород.

Когда в камеру сгорания к восста- навливающему газу прибавляют воздух, то где F> — число молей элементарного кислорода в моле.

Количество азота не изменяется при его прохождении через реактор.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет гибко регулировать процессы при достижении различных степеней восстановления руды.

Формула изобретения

1. Способ получения губчатого железа, включающий загрузку руды в вертикальный реактор и обработку ее восстановительным газом, охлаждение отходящего газа и определение расхода и состава газа, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, определяют еостав и расход восстановительного газа перед вводом его в реактор и после охлаждения отходящего газа и регулируют скорость разгрузки губчатого железа по следующей зависимости:

FO2 -O,OOO>a 02

45

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CUBA 9 3765872r кл.266-29, опублик.1972.

2. Патент COLA Р 3770421, кл. 75-91, опублик.1972.

3. Патент COIA Р 3601381, кл.266-29, опублик.1971 (прототип) заданная степень восстанов ления железной руды;

0 — постоянная величина, которая зависит от единиц, использованных для переменных в формуле;

0 — количество удаленного из

2м руды кислорода;

F — скорость удаления кислоро

02м да из рудь|.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что скорость удаления кислорода из руды определяют по следующей зависимости:

ГДЕ н2 сн,со op KOJIH IPCTBO ВОДОРО

a Fa Ц а

2 4 2 да, метана, моноокиси и двуокиси углерода в газе соответственно перед вводом в реакС тор;, F F,Fo — то же, после охлажН2 СН

4 со СО2 де у я отходящего газа.

3. Устройство для осуществления способа по пп.1 и 2, содержащее вертикальный реактор, трубопровод для подвода восстановительного газа, трубопровод отходящего газа с холодильником, соединенные между собой трубопроводом, газоанализаторы с преобразователями сигналов и вычислительную машину, о т л и ч а ю щ е е

И с я тем, что оно снабежно расходомерами газа с преобразователями сигналов и блоком для измерения скорости разгрузки губчатого железа с преобразователем его сигналов, при

4р этом расходомеры газа и газоанализаторы соединены с трубопроводом для подвода восстановительного газа и с трубопроводом отходящего газа после холодильника.

7869 18 ! ! ! ! ! !

- !! !

1 !! !! !!

Составитель Л.Панникова

Редактор С.Титова Техред Н,Ковалева Корректор И.Муска

Заказ 8891/бб Тираж 608 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4