Способ восстановления железной руды

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К AATEHTP (63) Дополнительный к патенту (22) 3assneao 07 ° 03. 79 (21) 2733595/22-02

Союз Советскнх

Социалистических

Республик

3 (32) 11.03.78 (331 ФРГ (23) Приоритет

P 2810657.2 (3 ) Р 2810701.9

С 21 8 13/02

16сулэреикнных Менитет

СССР ао аелаи изебре1еххй н етхрыт«« (53) УДК 669 183 (088. 8) Опубликовано 23. 05. 82,Бюллетень ph 19

1 Дата опубликования описания 23.05.82 (72) Автори изобретения

Иностранцы

Геро Папст, Гюнтер Репке и Ханс-йерг (ФРГ) Иностранная фирма нГамбургер Фтальверке ГмбХ" (ФРГ) (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЯ:.ЗНОЙ РУДЫ

Изобретение касается восстановления железа в шахматной печи и .относится к подготовке металла перед металлургическим переделом.

Известен способ, согласно которому колошниковый газ, выделяемый из зоны восстановления, после очистки освобождается от воды, обогащается метаном и вводится в нижнюю зону охлаждения шахтной печи, в которой оН в противотоке входит в контакт с восстанавливаемым накаленным окатышем железной руды, опускающимся вниз, благодаря чему последний охлаждается, а колошниковый газ, поднимающийся вверх в зону восстановления, нагревается до температуры, при которой под воздействием окатыша железной руды, действующего, как катализатор на входе колошниковых газов в зону восстановления, проходит реакция преобразования с образованием окиси углерода и водорода. Следовательно, при использовании губчатого железа в качестве катализатора происходит риформинг газа в соответствии с образованием С0 и Н, и полученный газ восстановления применяется для прямого восстановления окатыша окиси железа (Q .

При осуществлении известных способов предусмотрено, что часть охлажденного колошникового газа перед обогащением метаном ответвляется и для регулирования температуры вводится в среднюю область шах.ной печи.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ восстановления железных руд в шахтной печи горячим восстановлением газом, включающий верхнюю загрузку руды, восстановление и охлаждение губчатого железа, а также рециркуляцию колошникового .газа. К подготовленному охлажденному газу может добавляться колошниковый газ и природный гаэ, 93111 который преобразуется в шахтной печи в газ восстановления (21.

Восстановительная шахтная печь заполняется обычным способом по периферии нагретым газом восстановления. При подаче природного или ко- . лошникового газа в точку ниже уровня подачи горячего газа восстановления, например, в зону -охлаждения этой восстановительной печи, газ подни- 16 мающийся снизу, в середине шахтной печи уплотняется. благодаря этому сильно охлаждается середина шахтной печи при больших количествах газа, поднимающегося снизу, и восстановление руды замедляется. Обогащение получаемого губчатого железа ухудшается. Количеств > разделенного газа, который может получаться преобразованием метана на охлажденном губчатом железе, уменьшается.

Целью изобретения является равномерное восстановление железной руды и повышение эффективности преобразования углеродсодержащего газа в восстановительный газ.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу восстановления железных руд в шахтной печи горячим восстановительным газом, включающему верхнюю загрузку руды, восстановление и охлаждение губчатого железа, а также рециркуляцию колошникового газа, горячий восстановительный газ вдувают пульсирующим потоком в центральном на35 правлении или с переменной скоростью, или радиально в секторообраэный участок поперечного сечения зоны восстановления, положение которого

40 периодически смещают вдоль окружнос" ти.

Между зоной охлаждения и основ" ным потоком восстановительного газа вдувают смесь углеводободсодержащего газа и 0-253 колошникового газа, так чтобы в зоне температур 600700 С соотношение колошникового газа и углеводородсодержащего было не более 1 -3. 50

На фиг. 1 изображено устройство прямого восстановления железной руды для проведения предлагаемого способа; на фиг. 2-8 схематически даны другие устройства для проведения предлагае- 55 мого способа.

Устройство содержит шахтную печь

1 с подающим бункером 2 для окатыша

1 ф окиси железа 3 или другого материала в виде кусков. Окатыш опускается вниз через одну или несколько подводящих труб 4 и образует слой 5 из материала в форме частиц, содержащего окись железа. Шахтная печь имеет в верхней части зону 6 восстановления и в нижней части зону 7 охлаждения. У основания шахтной печи установлена труба 8 для вывода окатыша.

Обогащенный и охлажденный окатыш, выходящий через эту трубу, отводится с помощью транспортирующей ленты 9.

Газ восстановления, требующийся для прямого восстановления окатыша окиси железа, который, например производится из газообразных углеводородов и колошникового газа при обычном риформинге газа, подается через газовый ввод 10 в кольцевой трубопровод 11 и по газопропускным трубам 12 пропускается через засыпку шахтной печи, сквозь которую он струится вверх.Использованный газ восстановления в качестве колошникового газа отводится через газовый вывод 13 и после очистки в гаэоочистителе 14 с помощью воздуходувки 15 по трубопроводу 16 направляется частично на преобразователь газа для получения газа восстановления.

При исполнении шахтной печи с охлаждающей частью фиг.1) колошниковый газ подается на трубопровод

17, частично на газовый ввод 18 шахтной печи, предусмотренный на нижнем конце эоны охлаждения, по которому подводимый газ через газораспределяющее устройство 19 подается в засыпку. На верхнем конце зоны .охлаждения часть охлажденного газа собирается благодаря элементу 20 и через газовый вывод 21 направляется к газоочистителю 14. В трубопровод 17 впадает трубопровод 22, по которому в возвратный охлажденный и колошниковый газ может добавляться природный газ.

Ниже уровня поддува нагретого газа восстановления в восстановительную шахту вводится природный газ, смешанный с колошниковым. Это может происходить, например, через горизонтально смонтированную в шахте трубу 23 или, например, через второй уровень фурм с кольцевым трубопроводом.

8 шахтной печи ниже зоны восстановления установлены газораспреде5 931 лительные трубы 23 (фиг.1), по которым трубопроводом 24 подводится природный газ. Выше газораспределительных труб 23 находится устройство постоянной подачи. Природный газ может примешиваться к колошниковоиу газу, который может подаваться по трубопроводу 25.

Природный газ или смесь природного и колошникового газов, выходящих 10 из газораспределительных труб 23, поднимается указанным способом вверх вдоль пунктирных линий 26 и реагирует прежде всего в концентрированном виде на губчатом железе. При l5 подъеме в горячую зону шахты он смеыивается постепенно с колошниковым газом, который поднимается из нижней части шахты и показан штрихпунктирной линией 27. Благодаря это- zp му с возрастанием температуры губчатого железа всегда имеется природный газ, хорошо перемешанный с колошниковым. Разложение природного газа происходит небольшой частью так-25 же с помощью СО2 и Н20, образованных при восстановлении руды.

На фиг. 2-5 схематически изображен способ предотвращения переохлаждения области поперечного сечения щ зоны восстановления с помощью ступенчатого затвора на газопропускной трубе 12, т.е. открытия входного отверстия газа 28 восстановления в восстановительную печь. С этой целью З5 кольцевой трубопровод 11 состоит,например, из трех не связанных в форме секторов — участков 29-31, которые по мере надобности запираются шибераии 32-34 нагретого газа от кольцевой подводящей линии 35, по которой подается нагретый газ восстановления, или к которым может дросселироваться шиберами подача газа. Подводящая линия 35 связана с трубопроводами 10 газа восстановления.

Сечение шахты условно разделено на секторы соответственно секторным участкам 29-31 кольцевого трубопро- вода.

Подвод газа через участок 29 кольцевого трубопровода (фиг.2) запирается с помощью закрытия шибера (затем газ восстановления может вводиться только через газопропускную трубу 12 участков 30 и 31 в зону

55 восстановления), и нагнетаеиый радиально несимметричный поток газа восстановления ведет к соотношению

I11 6 потоков, указанных на фиг.3. Газовые потоки 37, поднимающиеся снизу,уплотняются с помощью нагнетаемого с одной стороны газа 36 восстановления в сектор сечения зоны восстановления.

Через определенное время должно происходить переключение, чтобы охлажденная часть сечения шахты снова нагревалась газом восстановления,а другая часть сечения шахты охлаждалась. Для этого запирают участок

30 с помощью шибера 32 нагретого газа, при этом шиберы 33 и 34 открыты.

Засыпка губчатого железа служит в качестве-теплообменника. Опускающаяся засыпка используется ступенчато как регенератор, причем газ восстановления, струящийся вверх, служит в качестве обогревающей среды. Опускающаяся засыпка накапливает тепло, которое затем отдается смеси приводного и колошникового газов в качестве тепла для нагрева газовой смеси и тепла для реакции превращения природного газа.

Если шиберы 32-34 нагретого газа ,открываются. или закрываются друг за другом с одинаковой скоростью, то скорость протекания газа в шахте не изменяется. Температурное поле в шахте приходит в медленное вращение, так что частички засыпки, перемещающиеся через определенное время, встречаются холодным потоком газа, поднимающимся из зоны охлаждения шахты, и затем опять встречаются с нагретым газом восстановления. Бла-. годаря этому достигается почти равномерная по всей засыпке степень восстановления железной руды, или же часть засыпки, сквозь которую время от времени струится холодный газ, поднимающийся из зоны охлаждения, в заключение снова нагревается нагретым газом восстановления. Вместо того, чтобы при необходимости полностью закрыть шибер нагретого газа, поток газа может дросселироваться через соответствующий шибер нагретого газа.

На фиг. 6 и 7 схематически показаны две другие возможности вытеснения поднимающегося потока газа в различные области сечения зоны восстановления с помощью потока газа восстановления, изменяющегося е те- чением времени по направлению и/или по силе, если смесь углеводородов и

931111 8 колошникового газа нагнетается, или через горизонтальную трубу, или через второе кольцо фурм ниже уровня поддува нагретого газа восстановления. Потоки газа 37 поднимаются из зоны охлаждения, например это могут быть природный газ или смесь природного и колошникового газов, Газ

36 восстановления, а также .природный гаэ или смесь природного и. колошникового газов 39 нагнетаются по пери,ферии. Труба 40 соответствует трубам 23 на фиг.1, по которым.нагнетается природный газ или смесь природного и колошникового. газов.

Фиг. 6 и 7 показывают состояние,соответствующее фиг.3. После заданного промежутка времени поток газа восстановления и, насколько это относится и к устройству, показанному на фиг. 6, также природный газ нагнетают в другом направлении, вследствие чего поднимающийся поток газа вытесняется в другие области сечения зоны восстановления.

Способ осуществляется следующим образом.

8 шахтной печи, служащей для прямого восстановления железной руды. посденяя восстанавливается при

850 С смесью водорода и углекислого газа, которую получают большей частью с помощью разложения метана углекислым газом колошникового газа. Для

1 т восстанавливаемого губчатого же1 леэа требуется около 1700 нм газа восстановления. Расход природного га3а составляет около 3,1 ккал Н на каждую тонну губчатого железа (Ни " нижнее значение нагрева) . В губчатом железе имеется 91 металлического железа и 93 окиси.

При нагнетании природного газа (фиг.7) каждой тонной губчатого железа при нормальной работе производится допо 1нительно 300 нм газа восстановления и около 12 кг углерода, которых достаточно для производства дополнительно около 180 кг губчатого железа и увеличения содержания углерода приблизительно на 14. Для этого должно нагнетаться около 64 нм природного газа в низ зоны восстановления шахтной печи и проходить 32 нмЭ колошникового газа снизу в зону восстановления.

По другому варианту исполнения (фиг.8) часть газа восстановления нагнетается с переменной скоростью протекания, т.е. с пульсацией не по периферии шахтной печи - через кольцевой трубопровод 11, а .через центральную труЬу 38 или несколько труб, расположенных по центральной оси шахтной печи, выходное отверстие которой лежит выше горизонтально расположенных газораспределительных труб 23. Этим создается во время наг10 нетания газа восстановления через трубу 38 соотношение потоков 26

27, 28 . Средняя зона благодаря у /

I газу 28 восстановления, подводимому вдоль оси, имеет требуемую температуру. Газораспределительные трубы 23 защищены от падающей засыпки с помощью крышек 41.

Экономичное использование теплосодержания губчатого железа возможно, рр если соотношение смеси углеводород/ колошниковый газ соответствует температуре губчатого железа в данной зоне. Результаты исследования влияния температуры и соотношения колошникод вого и природного газов при разделении природного газа в засыпке губча" того железа и определение по мере надобности входного состава смеси газа, входящего в засыпку губчатого щ железа, и выходного состава смеси газа, покидающего засыпку губчатого железа, приведены в таблице.

Как видно из таблицы, смесь газа со стехиометрическими частями СН4и

СО уже при 700 С не преобразуется а на губчатом железе. Поэтому если в самую нижнюю части зоны охлаждения шахтной печи вводится колошниковый газ, обогащенный метаном, то разделение метана может начаться, если колошниковый гаэ обогащается метаном до заданного стехиометрического соотношения только при температуре выше 700 С, а теплосодержание губчатого железа ниже 700 С остается о для получения газа восстановления неиспользованным.

При 660 С происходит, как видно из таблицы, преобразование природ10 ного газа в случае, если газовая смесь содержит приблизительно две трети природного и одну треть колошникового газа. Ниже 600 С протекает только разложение метана на

С и Н . Эта реакция может использоваться до 470 С. Она замедляется о благодаря соответственно сниженному количеству колошникового газа иэза эффекта разрежения и обратных ре9 93 11 акций, обусловленных содержанием водорода в колошниковом газе, следовательно, протекает только в чистом или немного разреженном природном газе. 5

Выходной состав

Влаж«

Температура, оС

Соотношение коВходной состав снд нг нг

СО

СН

СО

CG2

19 4 82 8 0 1 l 0 3«5 9«95 0

900

О/100

80 7

69- 66.5

19,4 " 13-16 9«5 0«05

820

О/100

36 8,4 0,6 47,5

l9,4

750

О/100

82,3

18,5 4 . М М 42 65 0

О/100

900

1,0 3,8

1,1 4,4

480

82 3 0 1,0 0 - 79,4 0,4

82,4 0 1,0 0 76,5 1,6

17,7

О/100

О/100 17,7

550

17,7 82 ° 4 0 1 ° 0 74 3«77 0 «95 8,3 8,3

630

О/100

"17,7 81,5 0 1,0 0 71 2,1 0 9 9 0

690

О/100

17,7 83,8 0 i«3 0 62 5 0 0,7 16,4

О/1 00

750

177 815 0 10 0 71 24 08 109

О/100

710

О/100 17,7 81,5 0 м 0 7 0,6 0,6 6«5

700

18,0

52 9,7 6,0 17,8 50,7 12,0

50/50

Нет

700

1/3/2/3 Нет 60 7 5 12 50 14 1

710

1/3/2/3 Нет 60 5 4,6 10 57 1О 3,4 14

660 l/4/3/4 Нет 72 2,5 2,6 5,3 70 4,2 1,9 6,5. 610

1/3/2/3 Нет 62,5 7,0 4,8 12,3 63«5 5«7 4 9 11 «3

550

1/3/2/3 Нет 60,4 7,2 4,6 13,1 61,9 5,2 5,2 12,9

500

1/3/2/3 Нет 60 7 4,7 12«5 62 7,3 4,3 11,7

605

17,7 83 0 1 0 . 76 0,4 0,5 7

600

О/1 00

Не определен губчатого железа с падением темпераИ туры необходима газовая смесь с увеличенной частью природного газа и уменьшенной - колошникового. Для того, чтобы можно было использовать

Колошниковый газ содержит, следовательно, кроме двуокиси углерода и водяных паров еще существенную часть водорода и окиси углерода.Это является причиной того, почему для лошниковый газ/ природный газ

1 10

Колошниковый газ, выделяющийся при прямом восстановлении, содержит, например СО 17,8Ж; Н О 7,03;

Н 42,8Ж; СО 19,13; N2 10,1Ж; Сн, 3,33.

СО

11 93111 теплосодержание губчатого железа ниже 600 С для разделения природного газа, нужен концентрированный или незначительно смешанный с колошниковым природный газ в момент, когда он нагнетается в зону охлаждения восстановительной печи.

Формула изобретения 30

1.Способ восстановления железной руды в шахтной печи горячим восстановительным газом, включающий верх" нюю загрузку руды, восстановление 15 и охлаждение губчатого железа, а также рециркуляцию колошникового газа, отличающийся тем, что, с целью равномерного восстановления железной руды и повышения зф- рВ фективности преобразования углеводородсодержащего газа в восстановительный газ, горячий восстановительный

1 12 газ вдувают пульсируощим потоком в центральном направлении или с переменной скоростью, или радиальнО в секторообразный участок поперечного сечения зоны восстановления, положение которого периодически смещают вдоль окружности.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что между зоной охлаждения и основным потоком восстановительного газа вдувают углеводородсодержащий гаэ с добавками до 254 колошникового газа так, чтобы в зоне температур 600-700 С соотношение колошникового газа и углеводородсодержащего было максимум 1:3.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Акцептованная заявка ФРГ и 1783180, кл. С 21 В 13/00, 1968.

2. Акцептованная заявка ФРГ и 2622349, кл. С 21 В 13/00, 1972.

931111

Заказ 3568/90

Тираж 587 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

Составитель Л. Савельев

»

Редактор Н. Егорова Техред И. Рейвес Корректор A. Гриценко °