РЕАКТОР С КИПЯЩИМ СЛОЕМ, ПРЕДОТВРАЩАЮЩИЙ НАЛИПАНИЕ ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ, И ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЙ ДЛЯ ЭТОГО СПОСОБ Российский патент 2002 года по МПК C21B13/14 C22B5/14 

Предпосылки изобретения
Область применения изобретения
Данное изобретение относится к восстановительно-плавильному процессу, а более конкретно - к восстановительно-плавильному устройству, которое разделяет выпускаемый газ, выпущенный из плавильного аппарата-газогенератора или из реактора с кипящим слоем, на пыль и восстановительный газ для подачи их в соответствующий реактор с кипящим слоем.

Уровень техники
Для получения расплавленного железа посредством восстановления и плавления железной руды применяют, главным образом, доменные печи. Однако у доменной печи имеется недостаток, связанный с тем, что загружаемые в нее материалы должны проходить предварительную обработку для придания им агломерированной формы в виде, например, агломерата железной руды и кокса.

Для решения этой проблемы был разработан восстановительно-плавильный процесс для непосредственного использования измельченной железной руды и угля без предварительной обработки.

Восстановительно-плавильный процесс включает в себя процессы предварительного восстановления и окончательного восстановления. В процессе предварительного восстановления загруженную измельченную железную руду предварительно нагревают и затем подвергают предварительному восстановлению. В процессе окончательного восстановления губчатое железо, восстановленное в процессе предварительного восстановления, подвергают окончательному восстановлению и расплавляют в присутствии кислорода высокого давления и угля, в результате чего образуется расплавленное железо.

Восстановительный реактор с кипящим слоем (называемый далее "реактором с кипящим слоем") используют как оборудование для процесса предварительного восстановления, а плавильный аппарат-газогенератор - как оборудование для процесса окончательного восстановления.

В зависимости от особенностей взаимодействия восстановительного газа с необработанной железной рудой процесс предварительного восстановления обычно подразделяется на тип, при котором восстановление происходит в подвижном слое, и тип, при котором восстановление происходит в кипящем слое. Если загружаемая железная руда состоит из мелких частиц, гранулометрический состав которых имеет широкий диапазон, то процесс предварительного восстановления более эффективно будет проходить в кипящем слое, нежели в подвижном.

В патенте Кореи 117065 описано устройство для такого процесса предварительного восстановления в кипящем слое. Согласно данному патенту предлагается способ равномерного восстановления в реакторе с кипящим слоем измельченной железной руды, гранулометрический состав которой имеет широкий диапазон. Для достижения такого равномерного восстановления измельченной железной руды в указанном патенте предлагается трехступенчатый реактор с кипящим слоем, имеющий конструкцию конической формы с широкой верхней и узкой нижней частями, где железная руда восстанавливается в три этапа: предварительного нагревания, предварительного восстановления и заключительного предварительного восстановления. В данном патенте предлагается также циклон для собирания измельченной железной руды, выброшенной из верхней части соответствующих реакторов с кипящим слоем, для того чтобы подать ее в нижнюю часть этих реакторов.

Согласно описанному выше патенту измельченная железная руда, гранулометрический состав которой имеет широкий диапазон, может быть эффективно восстановлена при поддержании кипящего слоя в стабильном состоянии.

Изобретение по вышеуказанному патенту, однако, имеет недостаток, заключающийся в том, что газораспределитель реакторов с кипящим слоем может засориться пылью, содержащейся в восстановительном газе. То есть, в выпускаемом газе, который выходит из плавильного аппарата-газогенератора и подается в реакторы с кипящим слоем, присутствует большое количество пыли. Если пыль поступает в газораспределитель заключительной восстановительной печи, она налипает на сопла, установленные на газораспределителе, и если эффект налипания усиливается, то засоряется весь газораспределитель.

Если газораспределитель засорен, как описано выше, становится невозможным поддерживать равномерный поток восстановительного газа в реакторах с кипящим слоем, и в серьезном случае рабочий процесс должен быть остановлен.

Сущность изобретения
Таким образом, данное изобретение призвано устранить вышеуказанные недостатки, свойственные технике данной области, и ставит своей целью создание восстановительно-плавильного устройства, которое обладает возможностью разделения выпускаемого газа, выпущенного из плавильного аппарата-газогенератора или реактора с кипящим слоем, на пыль и восстановительный газ для последующей подачи их в соответствующий реактор с кипящим слоем.

Другой целью данного изобретения является создание такого способа получения расплавленного чугуна посредством восстановительно-плавильного процесса, который предотвращает налипание частиц измельченной железной руды и засорение газораспределителя путем нанесения отделенной пыли на поверхность частиц измельченной железной руды, которая движется по реакторам с кипящим слоем.

Эти и другие цели могут быть достигнуты посредством данного изобретения, которое подробно описано ниже.

В соответствии с одним аспектом данного изобретения восстановительно-плавильное устройство содержит: трехступенчатый реактор с кипящим слоем; плавильный аппарат-газогенератор для производства расплавленного чугуна посредством окончательного восстановления измельченной железной руды, поступившей из заключительного реактора с кипящим слоем после завершения в нем реакции; и пылеулавливающее приспособление, осуществляющее разделение выпускаемого газа, выходящего из плавильного аппарата-газогенератора, на пыль и восстановительный газ, для того чтобы подавать отделенный восстановительный газ в нижнюю часть указанного заключительного реактора с кипящим слоем, пыль, имеющую больший размер частиц в общей массе отделенной пыли, подавать обратно в плавильный аппарат-газогенератор, а тонкодисперсную пыль, имеющую меньший размер частиц в общей массе отделенной пыли, подавать в верхнюю часть газораспределителя заключительного реактора с кипящим слоем.

Трехступенчатый реактор с кипящим слоем по данному изобретению содержит: а) трубу загрузки руды, установленную на боковой стенке соответствующих реакторов с кипящим слоем и предназначенную для загрузки измельченной железной руды; б) трубу подачи газа, установленную в нижней части соответствующих реакторов с кипящим слоем; в) трубу выпуска руды, установленную на боковой стенке соответствующих реакторов с кипящим слоем и предназначенную для выпускания измельченной железной руды, ранее загруженной в указанные реакторы, после завершения в них рабочей реакции; г) газораспределитель, установленный в соответствующих реакторах с кипящим слоем и предназначенный для равномерного рассеивания восстановительного газа в этих реакторах; и д) циклон, предназначенный для выделения частиц измельченной железной руды из восстановительного газа, выходящего из верхней части соответствующих реакторов с кипящим слоем, осуществляемого для того, чтобы подавать восстановительный газ в следующий реактор или выпускать наружу, и возвращать частицы измельченной железной руды в нижнюю часть соответствующих реакторов с кипящим слоем.

В данном изобретении каждый реактор с кипящим слоем имеет двухступенчатую цилиндрическую форму с небольшим диаметром нижней части и большим диаметром верхней части, так что указанные верхняя и нижняя части соединены друг с другом с уклоном. У двухступенчатых цилиндрических реакторов с кипящим слоем диаметр верхней цилиндрической части больше диаметра нижней цилиндрической части в 1,5-2 раза, а угол наклона указанной соединительной стенки, расположенной между верхней и нижней цилиндрическими частями, относительно центральной оси этих реакторов составляет 20-30^o. Полная высота реакторов с кипящим слоем больше диаметра их нижней цилиндрической части в 10-20 раз.

В данном изобретении пылеулавливающее приспособление образовано по меньшей мере двумя циклонами и по меньшей мере одним бункером для хранения пыли. Первый из имеющихся циклонов соединен с верхней и нижней частями плавильного аппарата-газогенератора и с верхней частью второго циклона. Второй циклон соединен с нижней частью заключительного реактора с кипящим слоем и с верхней частью бункера для хранения пыли, а указанный бункер соединен с верхней частью газораспределителя заключительного реактора с кипящим слоем.

В пылеулавливающем приспособлении второй циклон и бункер для хранения пыли соединены трубой подачи пыли, оснащенной двухходовым клапаном, при этом указанная труба подачи пыли, разветвленная посредством двухходового клапана, присоединена к другой трубе подачи пыли, соединяющей собою первый циклон и плавильный аппарат-газогенератор.

Бункерная часть образована тремя бункерами для хранения пыли, последовательно соединенными друг с другом посредством труб подачи пыли. Труба подачи пыли, расположенная у нижней части первого из указанных бункеров оснащена приспособлением введения газообразного азота, вследствие чего пыль, накопленная в первом бункере, пневматическим образом может быть перемещена во второй бункер при помощи газообразного азота высокого давления. Труба подачи пыли, расположенная у нижней части третьего из указанных бункеров, также оснащена приспособлением введения газообразного азота, вследствие чего пыль, накопленная в третьем бункере, при помощи газообразного азота высокого давления может быть введена в заключительный реактор.

С другой стороны, труба подачи пыли, соединяющая нижнюю часть третьего бункера для хранения пыли с приспособлением введения газообразного азота, оснащена питателем введения пыли, предназначенным для регулирования количества пыли, подаваемой в заключительный реактор. Кроме того, каждая из труб подачи пыли имеет регулирующий клапан для регулирования подвода пыли, поступающей в эту трубу.

Расплавленный чугун получают из измельченной железной руды посредством использования вышеописанного восстановительно-плавильного устройства.

Процесс получения расплавленного чугуна посредством использования восстановительно-плавильного устройства по данному изобретению отличается тем, что выпускаемый газ, выпущенный из плавильного аппарата-газогенератора, разделяют на восстановительный газ и пыль для подачи их в заключительный реактор с кипящим слоем.

Хотя отделенный восстановительный газ непосредственно подается в нижнюю часть заключительного реактора с кипящим слоем, пыль снова подвергается разделению, после которого сверхмелкая пыль, имеющая меньший размер частиц, переносится посредством газообразного азота высокого давления в верхнюю часть газораспределителя заключительного реактора с кипящим слоем.

Когда тонкодисперсная пыль попадает в реактор с кипящим слоем, она покрывает поверхность частиц измельченной железной руды, вследствие чего может быть предотвращено налипание руды на газораспределитель.

Давление газообразного азота, предназначенного для введения частиц пыли, поддерживают на уровне, превышающем внутреннее давление заключительного реактора с кипящим слоем в 2-3 раза.

В предпочтительном случае скорость восстановительного газа в соответствующих реакторах с кипящим слоем поддерживают такой, что она в 1,2-1,5 раза превышает некоторую минимальную скорость, при которой находящаяся в этих реакторах измельченная железная руда образует кипящий слой.

Если расплавленный чугун получают посредством вышеописанного процесса, налипание измельченной железной на газораспределитель может быть предотвращено, что, в свою очередь, эффективно предотвращает возникновение различных помех при восстановительно-плавильном процессе.

Краткое описание чертежей
Более полная оценка данного изобретения и его многочисленных преимуществ станет возможной после того, как изобретение будет лучше понято при ознакомлении с нижеследующим подробным его описанием совместно с сопроводительным чертежом, на котором похожие номера позиций указывают на одинаковые или схожие компоненты. На указанном чертеже - структурный вид восстановительно-плавильного устройства, включающего в себя трехступенчатый реактор с кипящим слоем в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения данного изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения
Предпочтительные варианты выполнения данного изобретения будут объяснены со ссылкой на сопроводительный чертеж.

Чертеж изображает структурный вид восстановительно-плавильного устройства, содержащего трехступенчатые реакторы с кипящим слоем.

Как показано на чертеже, восстановительно-плавильное устройство содержит трехступенчатый реактор с кипящим слоем и плавильный аппарат-газогенератор 40.

Трехступенчатые реакторы с кипящим слоем включают в себя печь 10 предварительного нагревания, печь 20 предварительного восстановления и заключительную восстановительную печь 30.

Печь 10 предварительного нагревания имеет: трубу 1 загрузки руды, присоединенную к боковой стенке и предназначенную для загрузки измельченной железной руды, которая движется вниз из загрузочного бункера 5; трубу 28 подачи газа, проходящую в нижней части и предназначенную для подачи восстановительного газа, который выходит из печи 20 предварительного восстановления; а также первый циклон 15, расположенный в верхней части. Первый циклон 15 собирает мелкие частицы руды, которые содержатся в выпускаемом газе, выходящем по трубе 13 выпуска газа, и повторно подает их в нижнюю часть печи 10 предварительного нагревания. Выпускаемый газ, из которого удалены мелкие частицы руды, выпускается наружу через выпускную трубу 16, установленную в верхней части циклона 15.

Печь 20 предварительного восстановления имеет: трубу 11 выпуска руды, присоединенную к боковой стенке и предназначенную для подачи измельченной железной руды, которая подверглась предварительному нагреванию в печи 10 предварительного нагревания; трубу 38 подачи газа, проходящую в нижней части и предназначенную для подачи восстановительного газа, который поступает из заключительной восстановительной печи 30; а также второй циклон 25, расположенный в верхней части. Второй циклон 25 собирает мелкие частицы руды, которые содержатся в выпускаемом газе, выходящем по трубе 23 выпуска газа, и повторно подает их в нижнюю часть печи 20 предварительного восстановления. Выпускаемый газ, из которого удалены мелкие частицы руды, подается в нижнюю часть печи 10 предварительного нагревания через трубу 28 подачи газа, установленную в верхней части циклона 25.

Заключительная восстановительная печь 30 имеет: трубу 21 выпуска руды, присоединенную к боковой стенке и предназначенную для подачи измельченной железной руды, которая прошла предварительное восстановление в печи 20 предварительного восстановления; трубу 58 подачи газа, проходящую в нижней части и предназначенную для подачи восстановительного газа, который поступает из плавильного аппарата-газогенератора 40; а также третий циклон 35, расположенный в верхней части. Третий циклон 35 собирает мелкие частицы руды, которые содержатся в выпускаемом газе, выходящем по трубе 33 выпуска газа, и повторно подает их в нижнюю часть заключительной восстановительной печи 30. Выпускаемый газ, из которого удалены мелкие частицы руды, подается в нижнюю часть печи 20 предварительного восстановления через трубу 38 подачи газа, установленную в верхней части циклона 35.

Что касается формы соответствующих реакторов с кипящим слоем, описанных выше, то печь 10 предварительного нагревания, реактор 20 предварительного восстановления и заключительный восстановительный реактор 30 имеют нижние части 10а, 20а и 30а малого диаметра, верхние части 10b, 20b и 30b большого диаметра и трубчатые соединительные части 10с, 20с и 30с с наклонными образующими. Таким образом, форма соответствующих реакторов с кипящим слоем в целом представляет собой двухступенчатый цилиндр с узкой нижней и широкой верхней частями.

Диаметр верхних частей 10b, 20b и 30b соответствующих реакторов с кипящим слоем превышает диаметр нижних частей 10а, 20а и 30а в 1,5-2 раза таким образом, скорость потока газа в верхних частях уменьшена для предотвращения выброса измельченной железной руды при том ее состоянии, которое она имеет.

Предпочтительно, чтобы полная высота соответствующих реакторов с кипящим слоем превышала диаметр их нижних частей 10а, 20а и 30а в 10-20 раз. Если реакторы с кипящим слоем имеют удлиненную двухступенчатую цилиндрическую форму, то пространство, в котором движется измельченная железная руда, получается достаточным для предотвращения ее выброса при том ее состоянии, которое измельченная железная руда имеет. Кроме того, в предпочтительном случае отношение высоты нижних цилиндрических частей 10а, 20а и 30а к высоте верхних цилиндрических частей 10b, 20b и 30b находится в пределах 1,0-1,5, а угол наклона соединительных частей 10с, 20с и 30с относительно центральных осей реакторов с кипящим слоем составляет 20-30^o.

Измельченная руда, которая подверглась предварительному восстановлению в заключительной восстановительной печи 30, входящей в состав описанных выше трехступенчатых реакторов с кипящим слоем, подается по трубе 31 выпуска руды в верхнюю часть плавильного аппарата-газогенератора 40, который описан ниже. Выпускаемый газ, выходящий из плавильного аппарата-газогенератора 40, однако, подается в печь 30 окончательного восстановления не напрямую, а через пылеулавливающее приспособление, которое описано ниже.

Пылеулавливающее приспособление по данному изобретению установлено между плавильным аппаратом-газогенератором 40 и заключительной восстановительной печью 30 и включает в себя два циклона и три бункера для хранения пыли, расположенных последовательно один за другим.

Ниже пылеулавливающее приспособление описано более подробно.

Во-первых, следует отметить, что четвертый циклон 45, который является первым элементом пылеулавливающего приспособления, соединен с плавильным аппаратом-газогенератором 40 через трубу 43 выпуска выпускаемого газа и первую трубу 46 подачи пыли. Высокотемпературный выпускаемый газ из плавильного аппарата-газогенератора 40 по трубе 43 выпуска выпускаемого газа поступает в четвертый циклон 45, где происходит первичное отделение и накопление содержащейся в нем пыли. Пыль, собранная четвертым циклоном 45, подается в плавильный аппарат-газогенератор 40 по трубе 46. Восстановительный газ, прошедший в четвертом циклоне 45 первичную очистку от пыли, по трубе 47 выпуска выпускаемого газа, присоединенной к верхней части четвертого циклона 45, подается в пятый циклон 50, который описан ниже.

Пятый циклон 50 отделяет и собирает пыль, состоящую из сверхмелких частиц, которая содержится в восстановительном газе, поступающем из четвертого циклона 45, и не была этим четвертым циклоном 45 отделена. Сверхмелкая пыль, собранная пятым циклоном 50, поступает в первый бункер 60 для хранения пыли через вторую трубу 51 подачи пыли, присоединенную к нижней части циклона 50, причем указанная труба 51 имеет двухходовой клапан 52, вследствие чего часть собранной в пятом циклоне 50 пыли при необходимости повторно подается в плавильный аппарат-газогенератор 40 через третью трубу 57 подачи пыли. Указанная труба 57 может быть непосредственно соединена с плавильным аппаратом-газогенератором 40, но более предпочтительно, если она присоединена к первой трубе 46 подачи пыли.

К верхней части пятого циклона 50 присоединена труба 58 выпуска восстановительного газа, по которой очищенный от пыли газ подается в заключительную восстановительную печь 30.

Первый бункер 60 для хранения пыли имеет у нижней части первое приспособление N 1 введения азота, предназначенное для подачи содержащейся в бункере 60 сверхмелкой пыли во второй бункер 70 для хранения пыли. Бункер 60 соединен с бункером 70 через трубу 61 передачи пыли.

Бункер 70 соединен с третьим бункером 80 для хранения пыли через четвертую трубу 71 подачи пыли, вследствие чего сверхмелкая пыль, собранная в бункере 70, поступает в бункер 80 по этой трубе 71.

Нижняя часть бункера 80 соединена с верхней частью газораспределителя 32 заключительной восстановительной печи 30 через пятую трубу 81 подачи пыли. Указанная труба 81 имеет в верхней части питатель 82 загрузки пыли, предназначенный для регулирования количества пыли, подаваемой в заключительную восстановительную печь 30. Питатель 82 имеет у нижней части второе приспособление N2 введения азота, предназначенное для введения сверхмелкой пыли в печь 30 под высоким давлением. Эта сверхмелкая пыль, под высоким давлением поданная приспособлением N2 к верхней части газораспределителя 32 печи 30, наносится на поверхность частиц измельченной железной руды, которая находится в этой печи.

Описанное выше пылеулавливающее приспособление по данному изобретению имеет регулирующие клапаны 53, 63, 73 и 83 на соответствующих трубах подачи пыли, предназначенные для перекрывания потока пыли и газа при работе приспособления или его ремонте, в случае необходимости такого перекрывания.

Ниже подробно описан способ получения расплавленного чугуна путем плавления измельченной железной руды, гранулометрический состав которой имеет широкий диапазон, с использованием восстановительно-плавильного устройства по данному изобретению.

Прежде всего следует отметить, что измельченную железную руду, текущую вниз из загрузочного бункера 5, подают в печь 10 предварительного нагревания сбоку по трубе 1 загрузки руды; мелкие частицы железной руды, собранные в первом циклоне 15, подают в печь 10 сбоку по первой циркуляционной трубе 17; и высокотемпературный восстановительный газ, выпущенный из печи 20 предварительного восстановления, подают в нижнюю часть печи 10 по трубе 28 подачи газа. Измельченную железную руду и ее мелкие частицы, подаваемые в печь 10, подвергают предварительному нагреванию восстановительным газом, образуя кипящий псевдоожиженный слой.

Измельченную железную руду, предварительно нагретую в печи 10, подают сбоку в печь 20 по трубе 11 загрузки руды; туда же по второй циркуляционной трубе 27 и также сбоку подают мелкие частицы железной руды, собранные во втором циклоне 25. Кроме того, в нижнюю часть печи 20 по трубе 38 подачи газа подают высокотемпературный восстановительный газ, выпущенный из заключительной восстановительной печи 30. Измельченную железную руду и мелкие ее частицы, подаваемые в печь 20, подвергают в этой печи предварительному восстановлению восстановительным газом, образуя при этом кипящий псевдоожиженный слой.

Измельченную железную руду, прошедшую предварительное восстановление в печи 20, подают сбоку в печь 30 по трубе 21 загрузки руды; туда же по третьей циркуляционной трубе 37 и также сбоку подают мелкие частицы железной руды, собранные в третьем циклоне 35. Кроме того, в нижнюю часть печи 30 по трубе 58 подачи газа подают высокотемпературный восстановительный газ, выпущенный из четвертого циклона 50. Измельченную железную руду и ее мелкие частицы, подаваемые в печь 30, подвергают в этой печи заключительному предварительному восстановлению восстановительным газом, образуя при этом кипящий псевдоожиженный слой.

Состоящее из мелких частиц губчатое железо, прошедшее последовательное предварительное восстановление в трехступенчатом реакторе с кипящим слоем, загружают в верхнюю часть плавильного аппарата-газогенератора 40 по трубе 31 выпуска руды. Кроме губчатого железа, поступающего из заключительной восстановительной печи 30, в плавильный аппарат-газогенератор 40 подают также уголь и кислород высокого давления для окончательного восстановления губчатого железа и для его плавления, получая тем самым расплавленный чугун.

Плавильный аппарат-газогенератор в процессе плавления губчатого железа вырабатывает большое количество выпускаемого газа, имеющего высокую температуру.

Выпускаемый газ содержит сверхмелкую пыль, содержащую, в свою очередь, большое количество углерода, и карбонизированный газ, полученный в процессе сжигания загруженного угля. Содержащую углерод пыль и карбонизированный газ разделяют последовательным образом при помощи пылеулавливающего приспособления по данному изобретению. Ниже процесс разделения выпускаемого газа описывается более подробно.

Выпускаемый газ, выходящий из плавильного аппарата-газогенератора 40, подают по выпускной трубе 43 в четвертый циклон 45. Поданный в циклон выпускаемый газ разделят посредством мощной центробежной силы на пыль, состоящую их твердых частиц, и карбонизированный газ, при этом обеспечивают прохождение отделенной пыли в нижнюю часть циклона, а указанный газ собирают в верхней его части. Собранную в нижней части циклона отделенную пыль повторно подают через первую трубу 46 подачи пыли в плавильный аппарат-газогенератор 40, а отделенный газ, все еще содержащий некоторое количество сверхмелкой неотделенной пыли, подают в пятый циклон 50.

Пятый циклон 50 дополнительно собирает сверхмелкую пыль, содержащуюся в подводимом карбонизированном газе. Этот газ, от которого отделена сверхмелкая пыль, подают в заключительную восстановительную печь 30 для использования в качестве восстановительного газа. Сверхмелкую пыль, собранную в пятом циклоне 50, подают в плавильный аппарат-газогенератор 40 или в первый бункер 60 для хранения пыли.

Поступившую в бункер 60 пыль доставляют во второй бункер 70 для хранения пыли при помощи первого приспособления N 1 введения азота, и непрерывно подают в третий бункер 80 для хранения пыли.

Скопившуюся в бункере 80 пыль вводят в верхнюю часть газораспределителя 32 заключительной восстановительной печи 30 при помощи второго приспособления N2 введения азота и покрывают этой пылью поверхность частиц измельченной железной руды, находящейся в печи в псевдоожиженном состоянии кипения.

В это время давление азота, подаваемого приспособлениями N 1 и N 2, превышает давление внутри указанной печи в 2-3 раза. Пыль плавно движется и стабильно вводится в печь 30 посредством газообразного азота высокого давления.

В предпочтительном случае количество вводимой в заключительную восстановительную печь 30 пыли в весовом выражении составляет 0,5-1,0% от количества необработанной железной руды, загружаемой в печь 10 предварительного нагревания. Если количество вводимой в печь 30 пыли в весовом выражении меньше 0,5%, то эффект предотвращения слипания измельченной железной руды уменьшается, если же это количество превышает 1,0%, то газораспределитель при последующем рабочем процессе может засориться сверхмелкой пылью.

В предпочтительном случае скорость потока восстановительного газа в печах 10, 20 и 30 следует поддерживать такой, чтобы она была в 1,2-1,5 раза больше его минимальной скорости, необходимой для псевдоожижения находящейся в этих печах измельченной железной руды. Путем поддержания скорости потока восстановительного газа в вышеуказанном диапазоне в соответствующих реакторах с кипящим слоем может быть образован стабильный кипящий слой.

Ниже предложены предпочтительные варианты выполнения изобретения, предназначенные для ясного его понимания. Эти варианты приведены исключительно для облегчения понимания изобретения и не ограничивают объем его правовой охраны.

Вариант выполнения изобретения
Технические и экспериментальные условия для восстановительно-плавильного устройства по данному изобретению являются следующими.

Технические характеристики реактора с кипящим слоем (печь предварительного нагревания, печь предварительного восстановления и заключительная восстановительная печь):
радиус нижней цилиндрической части: 0,3 м;
радиус верхней цилиндрической части: 0,6 м;
высота нижней цилиндрической части, измеряемая от верхней части газораспределителя: 3 м;
высота верхней цилиндрической части, измеряемая от нижней части наклонной части: 3 м.

Измельченная железная руда:
размеры частиц измельченной железной руды: менее 10 мм;
гранулометрический состав частиц измельченной железной руды: менее 0,125 мм - 15,5%; 0,125-0,25 мм - 10,0%; 0,25-0,5 мм - 9,1%; 0,5-1,0 мм - 9,2%; 1,0-3,0 мм - 22,2%; 3,0-5,0 мм - 19,5%; 5,0-8,0 мм - 13,7%; 8,0-10,0 мм - 0,8%.

химический состав измельченной железной руды в весовом выражении,%: T.Fe 63,49; FeO 0,37; SiO₂ 4,32; Аl₂О₃ 2,33; Mn 0,05; S 0,007; Р 0,063; кристаллизационная вода 5,41.

Восстановительный газ:
химический состав, %: СО 65; H₂ 25; СO₂ 5; N₂ 5;
температура: 750-850^oС;
давление: 2,0-3,0 бар (200-300 кПа).

Химический состав пыли в весовом выражении, %: T.Fe 25-33; FeO 10-15; SiO₂ 8-10; M.Fe 10-15; Аl₂О₃ 2-5; CaO 2-5; МgО 1-2; С 45-55; S 1-5.

Было проведено несколько экспериментов с восстановительно-плавильным устройством для исследования того, как в нем проходит восстановление измельченной железной руды.

Результаты эксперимента показали, что восстановленная железная руда начала выходить из заключительной восстановительной печи 30 по трубе 31 выпуска руды через 90 мин после начала загрузки измельченной железной руды в печь 10 предварительного нагревания из загрузочного бункера 5.

Средняя степень восстановления железной руды, выходящей из печи 30, составила 86-90%, что является очень хорошим показателем. Средняя степень утилизации газа составила 30-35%, а коэффициент расхода газа оказался равным 1350-1500 (N м³/тонну руды). Кроме того, перепад давления между верхней и нижней частями газораспределителя заключительной восстановительной печи 30 сохранялся в диапазоне 20-30 мбар (2,0-3,0 кПа) и не увеличивался даже после длительного периода работы. Такой небольшой перепад давления между верхней и нижней частями газораспределителя свидетельствует о том, что явления засорения сопла газораспределителя не происходило. Наконец следует отметить, что гранулометрический состав частиц предварительно восстановленного железа и окончательно выпущенного из печи остался неизменным, это означает, что в соответствующих реакторах с кипящим слоем не происходило явления слипания между собой частиц измельченной железной руды.

Как следует из результатов испытания, восстановительно-плавильное устройство по данному изобретению может благодаря использованию пыли эффективным образом предотвращать засорение сопла газораспределителя, несмотря на то что такое засорение свойственно реакторам с кипящим слоем известного уровня техники.

Кроме того, явление налипания друг на друга частиц восстанавливаемого железа, которое может происходить в процессе восстановления измельченной железной руды, может быть предотвращено посредством пыли, которая содержит большую долю углерода и которую подают в реакторы с кипящим слоем для того, чтобы покрыть ею поверхность частиц восстанавливаемого железа.

Не смотря на то что данное изобретение подробно описано на примере его предпочтительного варианта выполнения, специалистам данной области понятно, что в него могут быть внесены различные изменения, которые не противоречат его основной идее и не выходят за пределы объема правовой охраны, установленного в прилагающейся формуле изобретения.

Сущность: в восстановительно-плавильном устройстве отработавший газ, выходящий из плавильного аппарата-газогенератора или реактора с кипящим слоем, подвергается разделению на пыль и восстановительный газ для последовательной подачи их в каждый реактор с кипящим слоем. Восстановительно-плавильное устройство включает трехступенчатый реактор с кипящим слоем, плавильный аппарат-газогенератор, предназначенный для получения расплавленного чугуна посредством окончательного восстановления измельченной железной руды, поступившей из последнего реактора с кипящим слоем после завершения в нем реакции, а также пылеулавливающее приспособление, которое осуществляет разделение отработавшего газа, выходящего из плавильного аппарата-газогенератора, на пыль и восстановительный газ, после чего отделенный восстановительный газ подается в нижнюю часть заключительного реактора с кипящим слоем, пыль, имеющая большие размеры частиц в общей массе отделенной пыли, повторно подается в плавильный аппарат-газогенератор, а тонкодисперсная пыль, имеющая меньшие размеры частиц в общей массе отделенной пыли, подается в верхнюю часть газораспределителя заключительного реактора с кипящим слоем. Реализация изобретения позволит повысить эффективность восстановления измельченной железной руды с широким диапазоном гранулометрического состава в кипящем слое при поддержании его в стабильном состоянии. 2 с. и 15 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Восстановительно-плавильное устройство, предотвращающее налипание загруженной измельченной железной руды в реакторах с кипящим слоем, содержащее трехступенчатый реактор с кипящим слоем, имеющий трубу загрузки руды, установленную на боковой стенке соответствующих реакторов с кипящим слоем и предназначенную для загрузки измельченной железной руды, трубу подачи газа, установленную в нижней части соответствующих реакторов с кипящим слоем и предназначенную для подачи восстановительного газа, трубу выпуска руды, установленную на боковой стенке соответствующих реакторов с кипящим слоем и предназначенную для выпускания измельченной железной руды, которая загружена в указанные реакторы, после завершения в них рабочей реакции, газораспределитель, установленный в соответствующих реакторах с кипящим слоем и предназначенный для равномерного распределения восстановительного газа во внутреннем пространстве этих реакторов, и циклон, предназначенный для выделения частиц измельченной железной руды из выпускаемого газа, выходящего из верхней части соответствующих реакторов с кипящим слоем, осуществляемого для того, чтобы подавать восстановительный газ в следующий реактор или выпускать наружу и возвращать частицы измельченной железной руды в нижние части соответствующих реакторов с кипящим слоем, а также плавильный аппарат-газогенератор для производства расплавленного чугуна посредством окончательного восстановления измельченной железной руды, поступившей из заключительного реактора с кипящим слоем после завершения в нем реакции, отличающееся тем, что содержит пылеулавливающее приспособление, осуществляющее разделение выпускаемого газа, выходящего из плавильного аппарата-газогенератора, на пыль и восстановительный газ, для того, чтобы подавать отделенный восстановительный газ в нижнюю часть указанного заключительного реактора с кипящим слоем, пыль, имеющую больший размер частиц в общей массе отделенной пыли, подавать обратно в плавильный аппарат-газогенератор, а тонкодисперсную пыль, имеющую меньший размер частиц в общей массе отделенной пыли, подавать в верхнюю часть газораспределителя заключительного реактора с кипящим слоем. 2. Восстановительно-плавильное устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый из реакторов с кипящим слоем, входящий в состав трехступенчатого реактора с кипящим слоем, имеет двухступенчатую цилиндрическую форму с небольшим диаметром нижней части и большим диаметром верхней части, так что указанные верхняя и нижняя части соединены друг с другом с уклоном. 3. Восстановительно-плавильное устройство по п. 2, отличающееся тем, что диаметр верхней цилиндрической части больше диаметра нижней цилиндрической части в 1,5-2 раза. 4. Восстановительно-плавильное устройство по п. 3, отличающееся тем, что высота нижней цилиндрической части превышает высоту верхней цилиндрической части в 1,0-1,5 раза. 5. Восстановительно-плавильное устройство по п. 4, отличающееся тем, что угол наклона соединительной детали, расположенной между верхней и нижней цилиндрическими частями, составляет 20-30^o относительно центральной оси реакторов с кипящим слоем. 6. Восстановительно-плавильное устройство по п. 5, отличающееся тем, что полная высота реакторов с кипящим слоем превышает диаметр их нижней цилиндрической части в 10-20 раз. 7. Восстановительно-плавильное устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что пылеулавливающее приспособление содержит по меньшей мере два циклона и по меньшей мере один бункер для хранения пыли, при этом первый из циклонов соединен с верхней и нижней частями плавильного аппарата-газогенератора и с верхней частью второго циклона, второй циклон соединен с нижней частью заключительного реактора с кипящим слоем и с верхней частью бункера для хранения пыли, а бункер для хранения пыли соединен с верхней частью газораспределителя заключительного реактора с кипящим слоем. 8. Восстановительно-плавильное устройство по п. 7, отличающееся тем, что второй циклон и бункер для хранения пыли соединены трубой подачи пыли, оснащенной двухходовым клапаном, при этом указанная труба подачи пыли, разветвленная посредством двухходового клапана, присоединена к другой трубе подачи пыли, соединяющей собою первый циклон и плавильный аппарат-газогенератор. 9. Восстановительно-плавильное устройство по п. 8, отличающееся тем, что бункерная часть содержит три бункера для хранения пыли, последовательно соединенные друг с другом посредством труб подачи пыли. 10. Восстановительно-плавильное устройство по п. 9, отличающееся тем, что труба подачи пыли, расположенная у нижней части первого бункера для хранения пыли, оснащена приспособлением для введения газообразного азота, вследствие чего пыль, накопленная в первом бункере, может быть перемещена во второй бункер для хранения пыли посредством высокого давления. 11. Восстановительно-плавильное устройство по п. 10, отличающееся тем, что труба подачи пыли, расположенная у нижней части третьего бункера для хранения пыли, оснащена приспособлением для введения газообразного азота, вследствие чего пыль, накопленная в указанном третьем бункере, может быть введена в заключительный реактор посредством высокого давления. 12. Восстановительно-плавильное устройство по п. 11, отличающееся тем, что труба подачи пыли, соединяющая нижнюю часть третьего бункера для хранения пыли с приспособлением введения газообразного азота, оснащена питателем введения пыли, предназначенным для регулирования количества пыли, подаваемой в заключительный реактор. 13. Способ производства расплавленного чугуна с использованием восстановительно-плавильного процесса, включающий загрузку измельченной железной руды в трехступенчатый реактор с кипящим слоем, подачу в нее восстановительного газа для получения губчатого железа посредством восстановления загруженной измельченной руды и получение расплавленного чугуна посредством загрузки губчатого железа в плавильный аппарат-газогенератор, отличающийся тем, что отработавший газ, выходящий из плавильного аппарата-газогенератора, разделяют на восстановительный газ и пыль, отделенный восстановительный газ подают в нижнюю часть заключительного реактора с кипящим слоем, а тонкодисперсную пыль, имеющую меньшие размеры частиц в общей массе отделенной пыли, подают в верхнюю часть газораспределителя заключительного реактора с кипящим слоем для того, чтобы покрыть ею измельченную железную руду, находящуюся в соответствующих реакторах с кипящим слоем в псевдоожиженном состоянии кипения, для предотвращения прилипания частиц измельченной железной руды друг к другу или к газораспределителю. 14. Способ производства расплавленного чугуна по п. 13, отличающийся тем, что тонкодисперсную пыль, частицы которой имеют меньшие размеры, подают в заключительный реактор с кипящим слоем при помощи азота высокого давления. 15. Способ производства расплавленного чугуна по п. 14, отличающийся тем, что давление азота, используемого для переноса частиц пыли, превышает внутреннее давление заключительного реактора с кипящим слоем в 2-3 раза. 16. Способ производства расплавленного чугуна по п. 15, отличающийся тем, что количество пыли, вводимой в указанную заключительную восстановительную печь, должно составлять в весовом выражении 0,5-1,0% от количества необработанной железной руды, изначально загружаемой в реакторы с кипящим слоем. 17. Способ производства расплавленного чугуна по п. 16, отличающийся тем, что скорость потока восстановительного газа в реакторах с кипящим слоем должна в 1,2-1,5 раза превышать минимальную скорость, необходимую для псевдоожижения находящейся в этих реакторах измельченной железной руды.