УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МЕЛКОИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ, ТИПА РЕАКТОРА С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ Российский патент 2000 года по МПК C21B13/00 F27B15/00 

Изобретение относится к восстановительной системе типа реактора с псевдоожиженным слоем, предназначенным для восстановления мелкоизмельченной железной руды. Более конкретно, изобретение относится к устройству для восстановления типа печи, содержащей псевдоожиженный слой для восстановления мелкоизмельченной железной руды, причем конструкция этой печи с псевдоожиженным слоем усовершенствована таким образом, что становится возможным оптимальное ведение процесса восстановления в псевдоожиженном слое мелкоизмельченных железных руд с широким диапазоном гранулометрических составов частиц.

Восстановительная система типа реактора с псевдоожиженным слоем для восстановления мелкоизмельченных железных руд описана в выложенной заявке Японии N Hei-6-10021.

Как показано на фиг. 1, указанная восстановительная система, использующая псевдоожиженный слой 10, характеризуется тем, что газ-восстановитель подается через нижнюю часть цилиндрической восстановительной печи 11 и, таким образом, псевдоожижает мелкоизмельченную железную руду, поступающую через загрузочное входное отверстие 112. Мелкоизмельченная железная руда, уносимая газом-восстановителем и выгружаемая из печи в ее верхней части через циркуляционный канал 115, отделяется от газа-восстановителя с помощью устройства-ловушки 12, предназначенного для улавливания частиц 12, и, таким образом, чрезвычайно мелкие частицы железной руды вновь загружаются в восстановительную печь 11 через канал для сверхтонких частиц руды 121. Диаметр восстановительной печи в ее верхней части больше диаметра ее нижней части и это обстоятельство позволяет уменьшить воздушную сепарацию (классификацию) мелкоизмельченной железной руды. Кроме того, в верхней и нижней частях восстановительной печи предусмотрены отверстия 113 и 114 соответственно для выгрузки железной руды. Верхнее разгрузочное отверстие 113 предназначено для выгрузки мелких частиц руды, тогда как нижнее отверстие 114 служит для выгрузки более крупных частиц. Таким образом, можно контролировать среднее время пребывания частиц железной руды в восстановительной печи для каждого данного гранулометрического класса частиц. Следовательно, как мелкие, так и крупные частицы железной руды могут подвергаться одновременному восстановлению с высокой эффективностью.

Однако измельченные железные руды характеризуются широким разбросом (диапазоном) гранулометрических составов - от нескольких десятков микрон до нескольких тысяч микрон.

В любой традиционной восстановительной системе, применяющей псевдоожиженный слой, для эффективного поддержания такой железной руды в псевдоожиженном состоянии, процесс следует проводить на чуть-чуть превышенном пределе скорости газа, транспортирующего крупные частицы железной руды, которая в основном распределяется на низлежащие уровни. В ходе этого высокоскоростного процесса, в котором газ протекает через традиционно применяемый псевдоожиженный слой (цилиндрический слой), в котором скорость газа постоянна по высоте слоя, крупные частицы руды продвигаются вверх в сторону более высокого уровня и смешиваются там с мелкими частицами железной руды. По этой причине эти крупные частицы руды, которым требуется больше времени для восстановления, чем мелким частицам, выгружаются через верхнее разгрузочное отверстие, будучи недостаточно восстановленными. Именно в этом заключается недостаток вышеуказанной восстановительной системы.

Сущность предлагаемого изобретения.

Авторы изобретения провели ряд исследований и экспериментов с целью изучения недостатков традиционных восстановительных печей с псевдоожиженным слоем. Настоящее изобретение основано на результатах этих исследований и экспериментов.

Итак, целью предлагаемого изобретения является создание такого устройства для восстановления мелкоизмельченной железной руды в псевдоожиженном слое, в которой конструкция восстановительной печи с псевдоожиженным слоем усовершенствована настолько, что крупные частицы железной руды стремятся распределиться в нижней части псевдоожиженного слоя в печи, тогда как мелкие частицы железной руды продвигаются в верхнюю часть псевдоожиженного слоя, и, таким образом, процесс восстановления может протекать в стабильном псевдоожиженном состоянии. В результате только крупные частицы железной руды могут разгружаться через нижнее разгрузочное отверстие, тогда как только мелкие частицы железной руды могут разгружаться через верхнее разгрузочное отверстие для руды. Следовательно, среднее время пребывания частиц в печи можно регулировать дифференцированно для различных классов крупности частиц, повышая тем самым эффективность (КПД) процесса восстановления. Помимо этого можно тем самым продлить время пребывания восстановительного газа в печи, повышая тем самым коэффициент использования газа.

Чтобы достичь вышеуказанной цели, предложено устройство с псевдоожиженным слоем для восстановления мелкоизмельченной железной руды с широким диапазоном гранулометрических составов, включающее верхнее разгрузочное отверстие для выгрузки мелких частиц железной руды, нижнее разгрузочное отверстие для выгрузки крупных частиц железной руды, газораспределитель, размещенный в нижней части восстановительной печи, входное отверстие в нижней части восстановительной печи для подачи в печь восстановительного газа, загрузочное отверстие для загрузки в печь мелкоизмельченной железной руды с широким диапазоном гранулометрических составов частиц, циркуляционный канал, сообщающийся с верхней частью восстановительной печи псевдоожиженного слоя для выгрузки чрезвычайно мелких частиц железной руды вместе с восстановительным газом, устройство-ловушку для отделения чрезвычайно мелких частиц железной руды от восстановительного газа, рециркуляционный канал для повторной загрузки отсепарированных чрезвычайно мелких частиц железной руды в печь с восстановительным псевдоожиженным слоем с тем, чтобы уменьшить воздушную сепарацию (классификацию) мелкоизмельченной железной руды с широким диапазоном гранулометрических составов частиц.

Восстановительная печь с псевдоожиженным слоем состоит из следующих компонентов: цилиндрической верхней части и конусообразной нижней части, причем конусообразная часть расширяется кверху и сужается книзу.

Указанная конусообразная часть содержит следующие компоненты: верхнее разгрузочное отверстие для выгрузки частиц железной руды, загрузочное отверстие для железной руды и нижнее разгрузочное отверстие для железной руды, причем все вышеперечисленные отверстия располагаются в указанной последовательности с одной стороны конусообразной части печи, тогда как с другой стороны конусообразной части ее располагается указанный рециркуляционный канал для повторной загрузки в печь уловленных чрезвычайно мелких частиц руды.

Вышеуказанная цель и преимущества данного изобретения поясняются более подробно на примере предпочтительного варианта осуществления данного изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 - традиционное устройство для восстановления с использованием псевдоожиженного слоя;
фиг. 2 - устройство для восстановления мелкоизмельченной железной руды в псевдоожиженном слое согласно предлагаемому изобретению;
фиг. 3 - графики сегрегации (разделения по размерам) частиц и степень восстановления частиц железной руды в том случае, если мелкоизмельченная железная руда подвергается восстановлению согласно предлагаемому изобретению;
фиг. 4 - графики сегрегации частиц и степень восстановления железной руды в том случае, если мелкоизмельченная железная руда подвергается восстановлению в традиционной восстановительной системе с псевдоожиженным слоем.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления предлагаемого изобретения.

Как это представлено на фиг. 2, устройство типа реактора с псевдоожиженным слоем для восстановления мелкоизмельченной железной руды согласно предлагаемому изобретению состоит из следующих компонентов: восстановительной печи 21 с псевдоожиженным слоем для восстановления мелкоизмельченной железной руды с широким диапазоном гранулометрических составов частиц и устройства-ловушки 12 для отделения чрезвычайно мелких (сверхтонких) частиц железной руды от восстановительного газа с последующей рециркуляцией уловленных сверхтонких частиц в восстановительную печь 21 с псевдоожиженным слоем.

Восстановительная печь 21 с псевдоожиженным слоем включает следующие компоненты: цилиндрическую верхнюю часть 211 и конусообразную нижнюю часть 212, причем последняя имеет такую конфигурацию, что ее верхняя зона широкая, а нижняя - узкая.

Угол наклона конусообразной части 212 предпочтительно равен 3-25^o, а еще более предпочтительно 5-10^o.

Верхняя зона цилиндрической части 211 сообщается с устройством-ловушкой 12 для частиц посредством циркуляционного канала 115, через который выбрасывается восстановительный газ, увлекающий чрезвычайно тонкие (сверхтонкие) частицы руды.

Конусообразная часть 212 содержит на одной из своих сторон следующие компоненты, располагающиеся в нижеуказанной последовательности: верхнее разгрузочное отверстие 113 для железной руды, загрузочное отверстие 112 для руды и нижнее разгрузочное отверстие 114 для выгрузки железной руды.

Верхнее разгрузочное отверстие 113 и нижнее разгрузочное отверстие 114 предназначены соответственно для выгрузки восстановленных мелких и крупных частиц железной руды, а загрузочное отверстие 112 для железной руды сообщается с каким-либо источником снабжения системы железной рудой (не показан).

Верхнее разгрузочное отверстие 113 для железной руды располагается предпочтительно на уровне самого широкого поперечного сечения конусообразной части, тогда как нижнее разгрузочное отверстие 114 для железной руды предпочтительно размещают непосредственно над газораспределителем 21a.

Нижняя зона на противоположной стороне конусообразной части 212 сообщается с устройством-ловушкой 12 для частиц руды с помощью рециркуляционного канала 121 для сверхтонких (=чрезвычайно мелких) частиц руды. Таким образом сверхтонкие частицы руды, улавливаемые устройством-ловушкой 12, рециркулируются через рециркуляционный канал 121 и повторно загружаются в псевдоожиженный слой восстановительной печи 21.

Газораспределитель 21a размещен в нижней зоне конусообразной части 212, в днище которой имеется отверстие 216 для подачи восстановительного газа.

Кроме того, в своде устройства-ловушки 12 проделано выхлопное отверстие 122 для отходящего газа.

Ниже следует описание способа для восстановления мелкоизмельченной железной руды с помощью вышеописанной восстановительной системы согласно предлагаемому изобретению.

Газ-восстановитель подают в восстановительную печь 21 с псевдоожиженным слоем через отверстие 216 для впуска газа (это отверстие проделано в днище восстановительной печи 21) и через газораспределитель 21a. Мелкоизмельченная железная руда, загруженная в печь через загрузочное отверстие 112, переводится в псевдоожиженное состояние с помощью газа-восстановителя. Сверхтонкие частицы железной руды, выбрасываемые вместе с отходящим газом, улавливаются устройством-ловушкой 12 и повторно загружаются через рециркуляционный канал 121 для сверхтонких частиц в восстановительную печь 21 с псевдоожиженным слоем.

Мелкие частицы железной руды, которые подверглись восстановлению в псевдоожиженном слое восстановительной печи 21, выгружаются через верхнее разгрузочное отверстие 113, тогда как крупные частицы руды выгружаются через нижнее разгрузочное отверстие 114. Одновременно отходящий газ выбрасывают из системы через выхлопное отверстие 122, изготовленное в своде устройства-ловушки 12. Согласно предлагаемому изобретению нижняя зона восстановительной печи имеет конфигурацию, расширяющуюся кверху и сужающуюся книзу. Благодаря такой конструкции среднее время пребывания мелких и крупных частиц железной руды регулируется естественным образом для частиц разных классов крупности. В результате КПД восстановления повышается, а время пребывания газа в псевдоожиженном слое продлевается, повышая тем самым коэффициент использования газа.

Сущность предлагаемого изобретения станет более понятна из следующего примера.

Технические данные и габариты восстановительной печи псевдоожиженного слоя, представленной на фиг. 2, приведены в табл. 1. Мелкоизмельченную железную руду, гранулометрический и химический состав которой приведен в табл. 2, подвергали восстановлению в условиях, указанных в табл. 2-4. По окончании восстановления проводили оценку сегрегации частиц по классам крупности и определяли степень восстановления для частиц различных классов крупности, причем исследовали восстановленные частицы железной руды, выгруженные как через верхнее разгрузочное отверстие, так и через нижнее отверстие. Результаты этих исследований представлены на фиг. 3.

Помимо этого для сравнения проводили восстановление мелкоизмельченной железной руды параллельно в восстановительной печи псевдоожиженного слоя традиционного типа. Результаты этого сравнительного эксперимента представлены на фиг. 4.

Как следует из фиг. 3 и 4, результаты сравнения с традиционным способом показывают, что предлагаемое изобретение обеспечивает равномерную степень восстановления независимо от крупности частиц, а также то, что средняя степень восстановления выше, чем степень восстановления, достигаемая в традиционной печи, использующей псевдоожиженный слой.

Кроме того, отмечено лучшее разделение между восстановленными частицами железной руды крупностью 250 мкм или менее (эти частицы подаются в плавильный агрегат инжекцией с помощью пневматического инжектора) и восстановленными частицами руды крупностью 250 мкм или более (которые подаются в плавильный агрегат гравитационно).

Сущность: реактор с псевдоожиженным слоем состоит из широкой вверху и сужающейся внизу конусообразной частей и верхней цилиндрической части. Чрезвычайно мелкие частицы железной руды, выбрасываемые вместе с восстановительным газом, повторно загружаются в систему через рециркуляционный канал, сообщенный с верхней зоной цилиндрической части, через устройство-ловушку для отделения сверхтонких частиц руды от восстановительного газа и через загрузочный канал, предназначенный для повторной загрузки уловленных сверхтонких частиц железной руды в систему. Верхнее разгрузочное отверстие для выгрузки мелких частиц железной руды, загрузочное отверстие для загрузки измельченной железной руды с широким диапазоном гранулометрических составов частиц и нижнее разгрузочное отверстие для выгрузки крупных частиц железной руды соединены с конусообразной частью системы. С противоположной стороны конусообразной части подведена труба для загрузки сверхтонких частиц железной руды в систему. Восстановление железной руды в этом устройстве протекает стабильно и обеспечивается возможность регулирования среднего времени пребывания частиц различных классов крупности. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 табл.

1. Устройство для восстановления мелкоизмельченной железной руды типа реактора с псевдоожиженным слоем, содержащее восстановительную печь, выполненную с газораспределителем и отверстием для ввода газавосстановителя в нижней части печи, отверстием для загрузки железной руды с широким диапазоном распределения частиц по классам крупности и расположенными относительно него нижним отверстием для выгрузки крупных частиц руды и верхним отверстием для выгрузки мелких частиц руды, и устройство для отделения сверхтонких частиц руды от газавосстановителя, соединенное посредством двух рециркуляционных каналов с отверстием для выгрузки сверхтонких частиц вместе с газомвосстановителем, расположенным в верхней части печи, и с нижней частью печи для повторной загрузки уловленных сверхтонких частиц в восстановительную печь, отличающееся тем, что восстановительная печь выполнена из цилиндрической верхней части и имеющей расширение вверх конусообразной нижней части, при этом верхнее отверстие для выгрузки мелкой руды, отверстие для загрузки руды и нижнее отверстие для выгрузки крупной руды расположены с одной стороны нижней конусообразной части печи, а рециркуляционный канал, обеспечивающий повторную загрузку сверхтонких частиц руды в печь, подведен к конусообразной части печи с противоположной стороны. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что угол наклона стенки конусообразной части равен 3 - 25^o. 3. Устройство по п.п.1 или 2, отличающееся тем, что угол наклона стенки конусообразной части равен 5 - 10^o.