УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО ЧУГУНА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО ЧУГУНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭТОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2010 года по МПК C21B13/14 

Данное изобретение относится к установке для получения чугуна и к способу получения чугуна с использованием этой установки. Более конкретно, данное изобретение относится к установке для получения чугуна и к способу получения чугуна с использованием этой установки путем восстановления мелкодисперсных железных руд, имеющих широкий диапазон размеров частиц.

Железо- и сталеплавильная промышленность представляет собой основополагающую отрасль промышленности, которая поставляет основные материалы, необходимые при конструировании и изготовлении автомобилей, судов, бытовых приборов и многих других изделий, которые мы используем. Она также представляет собой отрасль промышленности с одной из наиболее продолжительных историй, которая развивалась вместе с человечеством. На железолитейных предприятиях, которые играют кардинальную роль в промышленности, производящей железо и сталь, после того как с использованием в качестве сырья железной руды и угля получают жидкий чугун, представляющий собой передельный чугун в расплавленном состоянии, из жидкого чугуна получают сталь, которую затем направляют заказчикам.

В настоящее время примерно 60% мирового производства чугуна осуществляют с использованием доменного процесса, разработанного в четырнадцатом веке. В доменном процессе в доменную печь загружают кокс, полученный с использованием битуминозного угля, и железную руду, которую подвергли процессу агломерации, и в эту доменную печь подают кислород для обеспечения восстановления железной руды до железа и получения таким образом жидкого чугуна.

Доменный процесс, который является наиболее популярным на предприятиях для получения чугуна, требует, чтобы сырье обладало прочностью по меньшей мере на предварительно заданном уровне и имело размер зерна, который может обеспечить проницаемость в печи, принимая во внимание параметры реакции. Из этих соображений в качестве источника углерода, который применяют в качестве топлива и восстанавливающего агента, необходим кокс, который получают путем обработки конкретных исходных углей. Кроме того, в качестве источника железа необходим агломерат руды, который прошел через процесс последовательной обработки с агломерацией.

Соответственно, современный доменный способ требует оборудования для предварительной обработки сырья, такого как оборудование для изготовления кокса и оборудование для агломерации. А именно в дополнение к доменной печи необходимо иметь вспомогательное оборудование, а также оборудование для предотвращения и сведения к минимуму вредных выбросов, выделяемых этим вспомогательным оборудованием. Следовательно, значительные затраты на эти дополнительные устройства и оборудование приводят к увеличению стоимости производства.

Для того чтобы решить вышеупомянутые проблемы доменного способа, во многих странах проводят многочисленные исследования способа восстановительной плавки с получением жидкого чугуна. В способе восстановительной плавки жидкий чугун получают в плавильной печи-газификаторе путем непосредственного использования в качестве топлива и восстанавливающего агента обычного угля, а в качестве источника железа - железной руды.

Поскольку в плавильной печи-газификаторе формируют уплотненный слой из угля, материалы, содержащие железо, и добавки расплавляют и ошлаковывают в этом уплотненном слое угля, таким образом их выгружают в виде жидкого чугуна и шлака. Кислород вводят в плавильную печь-газификатор через множество фурм, расположенных на внешней стенке, таким образом сжигая уплотненный слой угля в плавильной печи-газификаторе. Кислород превращают в горячий восстановительный газ и направляют в реактор восстановления. Затем горячий восстановительный газ восстанавливает и размягчает железные руды и добавки и выходит наружу.

В качестве реактора восстановления применяют реактор восстановления с уплотненным слоем или реактор восстановления с псевдоожиженным слоем. В реакторе восстановления с уплотненным слоем частицы руды контактируют с восстановительным газом, поднимающимся через пустоты, образованные между слоями руды, посредством чего слои руды восстанавливаются, в то время как слои руды перемещаются сверху вниз. Таким образом, в реакторе восстановления с уплотненным слоем необходимо осуществлять вентиляцию частиц руды для того, чтобы восстановительный газ равномерно протекал через слои руды. Из-за этого в реакторе восстановления с уплотненным слоем частицы железной руды должны иметь определенный заданный размер в некотором диапазоне. Однако, поскольку частицы железной руды в реакторе восстановления с уплотненным слоем восстанавливаются с расщеплением, доля частиц в печи увеличивается. В результате вентиляция нарушается и вследствие этого поток восстановительного газа в слоях руды протекает неравномерно. Вследствие этого становится невозможным подавать восстановительный газ, что вызывает остановку процесса.

При этом в реакторе восстановления с псевдоожиженным слоем мелкодисперсные частицы железной руды восстанавливают с образованием псевдоожиженного слоя, используя восстановительный газ с высокой скоростью. Мелкодисперсные частицы железной руды следует восстанавливать до заданной степени восстановления, чтобы свести к минимуму долю топлива в плавильной печи-газификаторе. Для этого в реактор восстановления с псевдоожиженным слоем подают восстановительный газ с низкой степенью окисления.

Скорость восстановительного газа в реакторе восстановления с псевдоожиженным слоем следует регулировать для того, чтобы сформировать однородный псевдоожиженный слой в реакторе восстановления с псевдоожиженным слоем; таким образом трудно управлять процессом. Существует проблема и в том, что восстановительный газ, имеющий высокую скорость, выносит мелкие частицы железной руды наружу. В то же время при подаче восстановительного газа с низкой скоростью псевдоожиженные слои в реакторе восстановления с псевдоожиженным слоем оседают. Кроме того, если осевшие псевдоожиженные слои удерживаются в течение длительного время, невозможно эксплуатировать реактор, так как мелкие частицы железной руды расплавляются и связываются друг с другом. Следовательно, если в реакторе восстановления с псевдоожиженным слоем восстанавливают частицы железной руды с широким диапазоном размеров, работать сложнее, поскольку трудно сформировать однородный псевдоожиженный слой в реакторе восстановления с псевдоожиженным слоем. То есть, если частицы железной руды с широким диапазоном размеров приводят в псевдоожиженное состояние, чтобы восстановить их, то реактор восстановления с псевдоожиженным слоем испытывает большие нагрузки и, таким образом, его работа дополнительно усложняется и становится затрудненной.

В корейской патентной заявке №2001-0065011 описана установка для получения жидкого чугуна с одновременным использованием вышеупомянутого реактора восстановления с уплотненным слоем и реактора восстановления с псевдоожиженным слоем. В установке для получения жидкого чугуна реактор восстановления с уплотненным слоем просто объединен с реактором восстановления с псевдоожиженным слоем в зависимости от размера частиц железной руды на основе плавильной печи-газификатора. В данном случае, во-первых, частицы железной руды разделяют на мелкие частицы железной руды и крупные частицы железной руды исходя из размеров частиц железной руды. После восстановления мелких частиц железной руды в реакторе восстановления с псевдоожиженным слоем их направляют в плавильную печь-газификатор в состоянии мелкодисперсных материалов, не осуществляя операцию уплотнения. После восстановления крупных частиц железной руды в реакторе восстановления с уплотненным слоем их подают в плавильную печь-газификатор. Таким образом, здесь все еще существует проблема использования вышеупомянутого реактора восстановления с уплотненным слоем и реактора восстановления с псевдоожиженным слоем.

Для того чтобы решить вышеописанные проблемы, предложена установка для получения жидкого чугуна, обеспечивающая восстановление и плавление частиц железной руды с широким диапазоном размеров, а затем получение жидкого чугуна.

Кроме того, предложен способ получения жидкого чугуна с применением вышеописанной установки для получения жидкого чугуна.

Способ получения жидкого чугуна по одному из примеров реализации данного изобретения включает: i) восстановление первых частиц железной руды путем загрузки первых частиц железной руды в реактор восстановления с псевдоожиженным слоем; ii) получение спрессованных железосодержащих частиц путем прессования восстановленных первых частиц железной руды; iii) восстановление вторых частиц железной руды совместно со спрессованными железосодержащими частицами путем загрузки вторых частиц железной руды и спрессованных железосодержащих частиц в реактор восстановления с уплотненным слоем, при этом размер вторых частиц железной руды больше, чем размер первых частиц железной руды; iv) загрузку восстановленных спрессованных железосодержащих частиц и вторых частиц железной руды в плавильную печь-газификатор, соединенную с реактором восстановления с уплотненным слоем; v) подготовку кусковых углеродистых материалов в качестве источника нагрева для плавления восстановленных спрессованных железосодержащих частиц и вторых частиц железной руды; vi) загрузку кусковых углеродистых материалов в плавильную печь-газификатор с последующим формированием уплотненного слоя угля и vii) введение кислорода через фурму, установленную в плавильной печи-газификаторе, с последующим получением жидкого чугуна из спрессованных железосодержащих частиц и вторых частиц железной руды.

При восстановлении вторых частиц железной руды совместно со спрессованными железосодержащими частицами прочность спрессованных железосодержащих частиц может быть выше, чем прочность вторых частиц железной руды. Прочность спрессованных железосодержащих частиц может составлять 200 кг/см² или более. Доля пустот во вторых частицах железной руды может быть больше, чем доля пустот в спрессованных железосодержащих частицах. При восстановлении вторых частиц железной руды совместно со спрессованными железосодержащими частицами изменение степени восстановления спрессованных железосодержащих частиц может быть меньше, чем изменение степени восстановления вторых частиц железной руды. Размер спрессованных железосодержащих частиц может составлять от 8 мм до 40 мм. Размер вторых частиц железной руды может быть равным или более 5 мм.

Получение спрессованных железосодержащих частиц может дополнительно включать дробление спрессованных железосодержащих частиц после прессования первых частиц железной руды. Дополнительно можно включать подачу восстановительного газа, образующегося в уплотненном слое угля, по меньшей мере в один реактор, выбираемый из группы, состоящей из реактора восстановления с псевдоожиженным слоем и реактора восстановления с уплотненным слоем. Дополнительно можно включать охлаждение восстановительного газа перед подачей его в реактор восстановления. Дополнительно можно включать добавление к восстановительному газу возвратного газа, который получают путем удаления диоксида углерода из отходящего газа, выпускаемого из реактора восстановления с псевдоожиженным слоем и реактора восстановления с уплотненным слоем. Восстановительный газ, полученный из уплотненного слоя угля, можно направить в реактор восстановления с псевдоожиженным слоем и в реактор восстановления с уплотненным слоем.

Возвратный газ может включать первый возвратный газ, который подают в реактор восстановления с псевдоожиженным слоем, и второй возвратный газ, который подают в реактор восстановления с уплотненным слоем. Количество первого возвратного газа может быть больше, чем количество второго возвратного газа. Температура восстановительного газа, подаваемого в реактор восстановления с псевдоожиженным слоем, может быть ниже, чем температура восстановительного газа, подаваемого в реактор восстановления с уплотненным слоем. Температура восстановительного газа, подаваемого в реактор восстановления с псевдоожиженным слоем, может быть равной или более 700°С и ниже 750°С. Температура восстановительного газа, подаваемого в реактор восстановления с уплотненным слоем, может составлять от 750 до 800°С.

Способ получения жидкого чугуна в соответствии с другим примером реализации данного изобретения включает введение в уплотненный слой угля дополнительного топлива через фурму. Дополнительное топливо можно вводить в уплотненный слой угля отдельно от кислорода. Дополнительное топливо может представлять собой мелкодисперсный уголь, который предварительно сушат, чтобы получить содержание влаги, равное или менее 1,0% масс. Дополнительное топливо может представлять собой мелкодисперсный уголь с размером частиц не более 3,0 мм. Дополнительное топливо может представлять собой газ, содержащий углеводород.

Способ получения жидкого чугуна в соответствии с другим примером реализации данного изобретения, включает загрузку гранул или частиц рудного агломерата в реактор восстановления с уплотненным слоем и восстановление их. При восстановлении первых частиц железной руды степень восстановления первых частиц железной руды может составлять не менее 45%. Время, необходимое для восстановления спрессованных железосодержащих частиц совместно со вторыми частицами железной руды в реакторе восстановления с уплотненным слоем, может быть продолжительнее, чем время, необходимое для восстановления первых частиц железной руды в реакторе восстановления с псевдоожиженным слоем. Количество вторых частиц железной руды может составлять не более 40% от суммы первых и вторых частиц железной руды. При восстановлении спрессованных железосодержащих частиц и вторых частиц железной руды степень восстановления спрессованных железосодержащих частиц и вторых частиц железной руды составляет не менее 70%.

Установка для получения жидкого чугуна в соответствии с одним из примеров реализации данного изобретения включает: i) реактор восстановления с псевдоожиженным слоем, в котором восстанавливают первые частицы железной руды; ii) устройство для получения спрессованных железосодержащих частиц, соединенное с реактором восстановления с псевдоожиженным слоем, в котором прессуют восстановленные первые частицы железной руды и получают спрессованные железосодержащие частицы; iii) реактор восстановления с уплотненным слоем, соединенный с устройством для получения спрессованных железосодержащих частиц, в который загружают спрессованные железосодержащие частицы и вторые частицы железной руды, размер которых больше, чем размер первых частиц железной руды, и восстанавливают их совместно; iv) плавильную печь-газификатор, соединенную с реактором восстановления с уплотненным слоем, в которую загружают вторые частицы железной руды, спрессованные железосодержащие частицы и кусковые углеродистые материалы и в которой получают жидкий чугун путем введения газообразного кислорода через фурму, установленную в боковой поверхности плавильной печи-газификатора.

Прочность спрессованных железосодержащих частиц может быть больше, чем прочность вторых частиц железной руды. Прочность спрессованных железосодержащих частиц может составлять не менее 200 кг/см². Доля пустот во вторых частицах железной руды может быть больше, чем доля пустот в спрессованных железосодержащих частицах. При восстановлении вторых частиц железной руды совместно со спрессованными железосодержащими частицами изменение степени восстановления спрессованных железосодержащих частиц может быть меньше, чем изменение степени восстановления вторых частиц железной руды. Размер спрессованных железосодержащих частиц составляет от 8 до 40 мм. Размер вторых частиц железной руды может быть равным или более 5 мм.

Установка для получения жидкого чугуна по одному из примеров реализации данного изобретения может дополнительно включать трубопровод для подачи первого восстановительного газа, который соединяет плавильную печь-газификатор с реактором восстановления с псевдоожиженным слоем; и трубопровод для подачи второго восстановительного газа, который соединяет плавильную печь-газификатор с реактором восстановления с уплотненным слоем. Установка для получения жидкого чугуна в соответствии с одним из примеров реализации может дополнительно включать устройство для удаления диоксида углерода, которое поставляет в восстановительный газ возвратный газ, получаемый путем удаления диоксида углерода из отходящего газа, выпускаемого из реактора восстановления с псевдоожиженным слоем и реактора восстановления с уплотненным слоем. Установка для получения жидкого чугуна в соответствии в одним из примеров реализации может дополнительно включать устройство для охлаждения отходящего газа, в котором охлаждают отходящий газ, выпускаемый из по меньшей мере одного реактора, выбранного из группы, состоящей из реактора восстановления с псевдоожиженным слоем и реактора восстановления с уплотненным слоем.

Установка для получения жидкого чугуна в соответствии с одним из примеров реализации данного изобретения может дополнительно включать трубопроводы для подачи первого и второго возвратных газов, которые соединены с устройством для удаления диоксида углерода, и трубопровод для подачи первого возвратного газа соединен с реактором восстановления с псевдоожиженным слоем, а трубопровод для подачи второго возвратного газа соединен с реактором восстановления с уплотненным слоем. Количество возвратного газа, подаваемого по трубопроводу для подачи первого возвратного газа, больше, чем количество возвратного газа, подаваемого по трубопроводу для подачи второго возвратного газа. Температура восстановительного газа, подаваемого в реактор восстановления с псевдоожиженным слоем, может быть ниже, чем температура восстановительного газа, подаваемого в реактор восстановления с уплотненным слоем.

Фурма может включать трубопровод для подачи кислорода, по которому подают кислород, и трубопровод для подачи дополнительного топлива, который находится на расстоянии от трубопровода для подачи кислорода и по которому подают в плавильную печь-газификатор дополнительное топливо. Кислород и дополнительное топливо могут объединяться друг с другом, а затем их сжигают в зоне горения плавильной печи-газификатора, и кислород находится на расстоянии от фурмы. Трубопровод для подачи дополнительного топлива может быть установлен так, что он выходит за передний конец фурмы. Дополнительное топливо может представлять собой газ, содержащий газообразные углеводороды или мелкодисперсные углеродистые материалы.

Установка для получения жидкого чугуна в соответствии с одним из примеров реализации данного изобретения может дополнительно включать газ, охлаждающий восстановительный газ перед тем, как восстановительный газ из плавильной печи-газификатора подают в реактор восстановления с псевдоожиженным слоем и в реактор восстановления с уплотненным слоем. Степень восстановления первых частиц железной руды в реакторе восстановления с псевдоожиженным слоем может составлять не менее 45%. Реактор восстановления с псевдоожиженным слоем может включать ряд реакторов восстановления с псевдоожиженным слоем, которые соединены друг с другом в виде каскада.

В способе получения жидкого чугуна по данному изобретению можно предотвратить потери при уносе и явление слипания в реакторе восстановления с псевдоожиженным слоем. Следовательно, можно увеличить количество получаемого жидкого чугуна и сократить потери шлама.

Вторые частицы железной руды и спрессованные железосодержащие частицы загружают в реактор восстановления с уплотненным слоем и восстанавливают совместно. Таким образом, хотя вторые частицы железной руды расщепляются в восстановительном газе, за счет спрессованных железосодержащих частиц можно обеспечивать необходимую вентиляцию.

Кроме того, количество восстановительного газа возрастает, поскольку вводят дополнительное топливо, и таким образом можно увеличить время пребывания вторых частиц железной руды и спрессованных железосодержащих частиц в плавильной печи-газификаторе. Следовательно, вторые частицы железной руды и спрессованные железосодержащие частицы можно полностью восстановить, а затем легко расплавить.

Кроме того, поскольку возвратный газ, получаемый при удалении диоксида углерода из отходящего газа, повторно используют в качестве восстановительного газа, количество восстановительного газа можно эффективно увеличить и можно подходящим образом регулировать температуру восстановительного газа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой схему установки для получения жидкого чугуна по первому примеру реализации данного изобретения.

Фиг.2 представляет собой увеличенную схему слоев железной руды в реакторе восстановления с уплотненным слоем, изображенном на Фиг.1.

Фиг.3 представляет собой схему установки для получения жидкого чугуна по второму примеру реализации данного изобретения.

На Фиг.4 схематически показан увеличенный участок IV Фиг.3.

Фиг.5 представляет собой схему установки для получения жидкого чугуна в соответствии с третьим примером реализации данного изобретения.

Фиг.6 представляет собой схему установки для получения жидкого чугуна в соответствии с четвертым примером реализации данного изобретения.

Фиг.7 представляет собой схему установки для получения жидкого чугуна в соответствии с пятым примером реализации данного изобретения.

Ниже даны пояснения к примерам реализации данного изобретения со ссылкой на Фиг 1-7. Примеры реализации приведены только для иллюстрации данного изобретения, и данное изобретение не ограничено ими.

Фиг.1 схематически изображает установку 100 для получения жидкого чугуна в соответствии с первым примером реализации данного изобретения. Установка 100 для получения жидкого чугуна представлена на Фиг.1 только для иллюстрации данного изобретения, и данное изобретение не ограничено ею. Таким образом, конструкцию установки 100 для получения жидкого чугуна можно модифицировать с получением других форм.

На Фиг.1 трубопровод для руды, по которому пропускают частицы железной руды, обозначен для удобства жирной линией, а газовый трубопровод, по которому пропускают газ, обозначен тонкой линией. Кроме того, пунктирной линией обозначен трубопровод для угля, по которому пропускают уголь.

Хотя на Фиг.1 и показано, что восстановительный газ подают из плавильной печи-газификатора 40 в реактор 20 восстановления с псевдоожиженным слоем и в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем, это сделано только для того, чтобы проиллюстрировать данное изобретение, и данное изобретение не ограничено этим случаем.

В приведенной на Фиг.1 установке 100 для получения жидкого чугуна можно получать жидкий чугун, используя мелкие частицы железной руды. Для получения жидкого чугуна используют кусковые углеродистые материалы. В качестве кусковых углеродистых материалов используют частицы угля большего размера или угольные брикеты. Восстановленные частицы железной руды загружают в плавильную печь-газификатор 40 и кусковые углеродистые материалы также загружают в плавильную печь-газификатор 40, посредством чего можно получать жидкий чугун.

Установка для получения жидкого чугуна включает реактор 10 восстановления с уплотненным слоем, реактор 20 восстановления с псевдоожиженным слоем, устройство 30 для получения спрессованных железосодержащих частиц и плавильную печь-газификатор 40. Кроме того, если это необходимо, можно дополнительно использовать другое оборудование.

В установке 100 для получения жидкого чугуна можно использовать два вида частиц железной руды. Два вида частиц железной руды называют первыми и вторыми частицами железной руды и соответственно ссылаются на них. Размер вторых частиц железной руды больше, чем размер первых частиц железной руды. Первые частицы железной руды при прохождении через реактор 20 восстановления с псевдоожиженным слоем находятся в псевдоожиженном состоянии. Если размер частиц железной руды велик, как и скорость протекания восстановительного газа в реакторе 20 восстановления с псевдоожиженным слоем, то первые частицы железной руды не образуют достаточно устойчивый псевдоожиженный слой в реакторе восстановления с псевдоожиженным слоем. Следовательно, первые частицы железной руды могут опадать на дно реактора 20 восстановления с псевдоожиженным слоем, образуя конгломераты. Первые частицы железной руды должны иметь такой размер, чтобы не рассеиваться и оставаться в реакторе 20 восстановления с псевдоожиженным слоем. После того как первые частицы железной руды восстанавливают в реакторе 20 восстановления с псевдоожиженным слоем, их прессуют в устройстве 30 с получением спрессованных железосодержащих частиц. Затем первые частицы железной руды загружают в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем и дополнительно восстанавливают.

При этом вторые частицы железной руды загружают в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем вместе со спрессованными железосодержащими частицами (восстановленные материалы из первых частиц железной руды), которые прессовали в устройстве 30 для получения спрессованных железосодержащих частиц. Вторые частицы железной руды и спрессованные железосодержащие частицы, восстановленные в реакторе 10 с уплотненным слоем, загружают в плавильную печь-газификатор 40 и затем плавят. Размер вторых частиц железной руды, загружаемых в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем, устанавливают в таком диапазоне, чтобы не нарушать вентиляцию в рабочих условиях. Например, размер вторых частиц железной руды может составлять не менее 5 мм. Если размер вторых частиц железной руды составляет менее 5 мм, то при загрузке вторых частиц железной руды в реактор пустое пространство для прохождения восстановительного газа, который поднимается из нижней части реактора 10 восстановления с уплотненным слоем, является слишком малым. Таким образом, поток восстановительного газа блокируется, в результате чего работа становится нестабильной. Кроме вторых частиц железной руды, в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем можно загрузить гранулы или агломераты руды. Таким образом, эксплуатация установки 100 для получения жидкого чугуна может быть более стабильной.

Каждое из устройств, включенных в установку 100 для получения жидкого чугуна, описано далее. Конструкции описанных ниже устройств приведены просто для иллюстрации данного изобретения, и данное изобретение не ограничено этими конструкциями.

Несколько реакторов 20 восстановления с псевдоожиженным слоем соединены друг с другом в виде каскада. На Фиг.1 приведены для иллюстрации реакторы 20 восстановления с псевдоожиженным слоем с четырьмя ступенями; это приведено просто для того, чтобы проиллюстрировать данное изобретение, и данное изобретение не ограничено этим случаем. Таким образом, число реакторов 20 восстановления с псевдоожиженным слоем можно изменять. Первые частицы железной руды, загружаемые в реакторы 20 восстановления с псевдоожиженным слоем, восстанавливают по мере прохождения через реакторы 20 восстановления с псевдоожиженным слоем. Если это необходимо, в реакторы 20 восстановления с псевдоожиженным слоем с первыми частицами железной руды можно загружать добавки. Восстановительный газ, получаемый в плавильной печи-газификаторе 40, затем проходит через каскад реакторов 20 восстановления с псевдоожиженным слоем, а затем его выпускают наружу. Первые частицы железной руды, загружаемые в реакторы 20 восстановления с псевдоожиженным слоем, предварительно нагревают, предварительно восстанавливают, восстанавливают и затем подают в устройство 30 для получения спрессованных железосодержащих частиц. После восстановления первых частиц железной руды в реакторах 20 восстановления с псевдоожиженным слоем их снова восстанавливают в реакторе 10 с уплотненным слоем. Таким образом, степень восстановления в реакторах 20 восстановления с псевдоожиженным слоем не обязательно должна быть высокой.

При этом степень восстановления первых частиц железной руды в реакторах 20 восстановления с псевдоожиженным слоем может быть достаточной для того, чтобы прессовать первые частицы железной руды в устройстве 30 для получения спрессованных железосодержащих частиц. Например, если степень восстановления первых частиц железной руды в реакторах 20 восстановления с псевдоожиженным слоем составляет менее 45%, трудно прессовать первые частицы железной руды в устройстве 30 для получения спрессованных железосодержащих частиц. Это происходит из-за того, что количество чистого железа, которое может в ходе прессования выполнять функцию связующего, слишком мало. В результате первые частицы железной руды плохо прессуются и могут впоследствии легко разрушаться. Следовательно, степень восстановления первых частиц железной руды в реакторе 20 восстановления с псевдоожиженным слоем может быть равной или более 45%. Подробная конструкция реактора 20 восстановления с псевдоожиженным слоем понятна специалистам, поэтому его подробное описание опущено.

Первые частицы железной руды, пропускаемые через реакторы 20 восстановления с псевдоожиженным слоем, прессуют в устройстве 30 для получения спрессованных железосодержащих частиц. Устройство 30 для получения спрессованных железосодержащих частиц соединено с реактором 20 восстановления с псевдоожиженным слоем. Устройство 30 для получения спрессованных железосодержащих частиц включает бункер 302, пару валков 304 и дробилку 306. При необходимости можно дополнительно включать другие устройства.

В устройстве 30 для получения спрессованных железосодержащих частиц восстановленные первые частицы железной руды прессуют при помощи пары валков 304 и таким образом получают длинную непрерывную ленту из спрессованных железосодержащих частиц. Спрессованные железосодержащие частицы измельчают в дробилке 306 и затем перемещают в устройство 101 быстрого уравнивания давления. Спрессованные железосодержащие частицы можно получать с прочностью при сжатии, равной или более 200 кг/см², чтобы их можно было распределить в реакторе 10 восстановления с уплотненным слоем. Подробная конструкция устройства 30 для получения спрессованных железосодержащих частиц понятна специалистам, поэтому его подробное описание опущено.

Спрессованные железосодержащие частицы, получаемые в устройстве 30 для получения спрессованных железосодержащих частиц, загружают в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем через устройство 101 быстрого уравнивания давления. Вторые частицы железной руды также загружают в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем. Вторые частицы железной руды и спрессованные железосодержащие частицы можно загружать в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем одновременно или по очереди.

Вторые частицы железной руды и спрессованные железосодержащие частицы, которые загружают в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем, восстанавливают одновременно, в течение достаточного времени. Время, необходимое для восстановления спрессованных железосодержащих частиц совместно со вторыми частицами железной руды в реакторе 10 восстановления с уплотненным слоем, может быть продолжительнее, чем время, необходимое для восстановления первых частиц железной руды в реакторе 20 восстановления с псевдоожиженным слоем. Таким образом, спрессованные железосодержащие частицы и вторые частицы железной руды восстанавливают до степени восстановления, составляющей 70% или более; таким образом можно свести к минимуму долю топлива в плавильной печи-газификаторе.

Спрессованные железосодержащие частицы и вторые частицы железной руды восстанавливают в реакторе 10 восстановления с уплотненным слоем; при этом количество вторых частиц железной руды составляет не более 40% от суммы первых и вторых частиц железной руды. По существу, для оптимизации способа получения жидкого чугуна регулируют количество первых и вторых частиц железной руды. Если количество невосстановленных вторых частиц железной руды превышает 40%, вентиляция может быть нарушена из-за различий восстановления в реакторе восстановления с уплотненным слоем. Кроме того, можно понизить степень восстановления в реакторе восстановления с уплотненным слоем.

Специалисту понятна подробная конструкция реактора 10 восстановления с уплотненным слоем, поэтому подробное описание его опущено. Механизм восстановления в реакторе 10 восстановления с уплотненным слоем подробно описан в связи с Фиг.2.

Вторые частицы железной руды и спрессованные железосодержащие частицы, которые были восстановлены в реакторе 10 восстановления с уплотненным слоем, загружают в плавильную печь-газификатор 40. Кроме того, в плавильную печь-газификатор 40 загружают кусковые углеродистые материалы, содержащие летучие вещества, в качестве источника нагрева для плавления вторых частиц железной руды и спрессованных железосодержащих частиц. В качестве кускового углеродистого материала можно использовать угольные брикеты или кусковой уголь. Угольные брикеты или кусковой уголь загружают в плавильную печь-газификатор 40, а затем формируют уплотненный слой угля.

Восстановительный газ, получаемый при сгорании кускового углеродистого материала, подают соответственно в реактор 20 восстановления с псевдоожиженным слоем и в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем по трубопроводу L50 для подачи восстановительного газа. Таким образом, частицы железной руды можно восстановить в реакторе 20 восстановления с псевдоожиженным слоем и в реакторе 10 восстановления с уплотненным слоем угля, используя восстановительный газ.

Специалисту понятна подробная конструкция плавильной печи-газификатора 40, поэтому подробное описание этой конструкции опущено.

На Фиг.2 показан увеличенный вид спрессованных железосодержащих частиц 800 и вторых частиц 900 железной руды, загруженных в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем. Смешанное состояние спрессованных железосодержащих частиц 800 и вторых частиц 900 железной руды, показанное на Фиг.2, приведено просто для иллюстрации данного изобретения, и данное изобретение не ограничено им.

Совокупность спрессованных железосодержащих частиц 800 и совокупность вторых частиц 900 железной руды загружают в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем. Поскольку спрессованные железосодержащие частицы 800 изготовлены с помощью устройства для получения спрессованных железосодержащих частиц, показанного на Фиг.1, они имеют похожие размеры. Поскольку спрессованные железосодержащие частицы 800 дробят после изготовления, они могут иметь неправильную форму. С другой стороны, поскольку вторые частицы 900 железной руды представляют собой железную руду, отобранную на месте ее производства, они имеют неоднородный и различный размер.

Как показано на Фиг.2, поскольку спрессованные железосодержащие частицы 800 являются достаточно крупными, легко обеспечить вентиляцию в реакторе 10 восстановления с уплотненным слоем. Размер спрессованных железосодержащих частиц 800 может быть таким же, как размер гранул или агломератов руды. То есть размер может составлять от 8 мм до 40 мм. Между тем, поскольку спрессованные железосодержащие частицы 800 не расщепляются, этот размер можно свести до минимальной величины 3 мм. Как описано выше, размер вторых частиц 900 железной руды может составлять не менее 5 мм.

Прочность спрессованных железосодержащих частиц 800 выше, чем прочность вторых частиц 900 железной руды. Поскольку вторые частицы 900 железной руды отбирают на месте их производства и используют непосредственно, их прочность на сжатие является низкой. Напротив, спрессованные железосодержащие частицы 800 формируют прессованием под давлением 200 МПа посредством устройства для получения спрессованных железосодержащих частиц. Следовательно, спрессованные железосодержащие частицы 800 имеют прочность не менее 200 кг/см². Поскольку спрессованные железосодержащие частицы 800 имеют такую прочность, они не слишком расщепляются в реакторе 10 восстановления с уплотненным слоем.

Восстановительный газ, подаваемый в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем, восстанавливает спрессованные железосодержащие частицы 800 и вторые частицы 900 железной руды. В этом случае вторые частицы железной руды восстанавливаются восстановительным газом и расщепляются. Напротив, поскольку первые частицы железной руды, то есть источник спрессованных железосодержащих частиц 800, уже были подвергнуты процессу предварительного восстановления, спрессованные железосодержащие частицы не слишком расщепляются в ходе восстановления восстановительным газом. А именно изменение степени восстановления спрессованных железосодержащих частиц 800 меньше, чем изменение степени восстановления вторых частиц 900 железной руды на стадии восстановления вторых частиц 900 железной руды совместно со спрессованными железосодержащими частицами 800. Таким образом, даже если вторые частицы 900 железной руды расщепляются в реакторе 10 восстановления с уплотненным слоем, вентиляцию в реакторе 10 восстановления с уплотненным слоем можно стабильно поддерживать за счет спрессованных железосодержащих частиц 800. Это возможно, поскольку спрессованные железосодержащие частицы 800, загружаемые совместно со вторыми частицами 900 железной руды, незначительно изменяют степень восстановления. В результате, поскольку можно сохранять пустоты в реакторе 10 восстановления с уплотненным слоем, можно стабильно поддерживать вентиляцию.

Как показано на увеличенном фрагменте Фиг.2, вторые частицы 900 железной руды имеют на поверхности множество пустот 9001. В результате вторые частицы 900 железной руды хорошо восстанавливаются. Напротив, поскольку спрессованные железосодержащие частицы 800 получают путем прессования частично восстановленных первых частиц железной руды, количество пустот, сформированных на их поверхности, является относительно малым. То есть доля пустот у вторых частиц 900 железной руды больше, чем доля пустот у спрессованных железосодержащих частиц 800. Следовательно, восстановить вторые частицы 900 железной руды легче, чем спрессованные железосодержащие частицы 800. Однако, поскольку спрессованные железосодержащие частицы восстановлены до некоторого уровня, различие между конечной степенью восстановления спрессованных железосодержащих частиц 800 и вторых частиц 900 железной руды очень мало.

Фиг.3 иллюстрирует установку 200 для получения жидкого чугуна в соответствии со вторым примером реализации данного изобретения. Конструкция установки 200 для получения жидкого чугуна, показанной на Фиг.3, приведена просто для иллюстрации данного изобретения, и данное изобретение не ограничено этой конструкцией. Кроме того, поскольку конструкция установки 200 для получения жидкого чугуна аналогична конструкции установки 200 для получения жидкого чугуна в соответствии с первым примером реализации данного изобретения, одни и те же элементы помечены одними и теми же позициями, и подробное описание ее опущено.

Как показано на Фиг.3, во втором примере реализации данного изобретения в плавильную печь-газификатор 40 вместе с кислородом через фурму 402 можно ввести дополнительное топливо. Примером углеводородного газа может служить сжиженный природный газ (СПГ).

Кусковые углеродистые материалы, загружаемые в плавильную печь-газификатор 40, содержат летучие вещества, связанный углерод и золу. Кусковые углеродистые материалы термически разлагаются при прохождении вниз через уплотненный слой угля. Большинство летучих веществ, содержащихся в кусковых углеродистых материалах, превращаются в газ в верхней части уплотненного слоя угля. Связанный углерод, из которого удалены летучие вещества, и зола просто опускаются в нижнюю часть уплотненного слоя угля.

Кроме того, фурма 402 установлена на боковой плоскости плавильной печи-газификатора 40 и в нижней части уплотненного слоя угля. Кислород вводят в плавильную печь-газификатор 40 через фурму 402. Кислород, введенный через фурму, сжигает вышеописанный связанный углерод, опускающийся в нижнюю часть уплотненного слоя угля, в соответствии с химической реакцией 1 и образуется горячий восстановительный газ.

Горячий моноксид углерода поднимается через уплотненный слой угля, одновременно перенося тепло к кусковым углеродистым материалам и спрессованным железосодержащим частицам в уплотненном слое угля. Таким образом, температура вторых частиц железной руды и спрессованных железосодержащих частиц повышается до температуры плавления. При повышении температуры невосстановленный оксид железа (FeO), содержащийся во вторых частицах железной руды и спрессованных железосодержащих частицах, частично восстанавливается из твердого состояния по следующей реакции 2 косвенного восстановления.

Кроме того, в ходе вышеупомянутого процесса плавления невосстановленные оксиды железа, которые содержатся в спрессованных железосодержащих частицах и вторых частицах железной руды, окончательно восстанавливаются небольшим количеством связанного углерода в ходе реакции 3 прямого восстановления.

В данном случае реакция косвенного восстановления представляет собой экзотермическую реакцию, а реакция прямого восстановления представляет собой эндотермическую реакцию. Следовательно, предпочтительно увеличить в уплотненном слое угля косвенное восстановление относительно прямого восстановления, чтобы снизить количество кусковых углеродистых материалов, потребляемых в плавильной печи-газификаторе 40. А именно можно снизить долю топлива. Для того чтобы увеличить косвенное восстановление, следует увеличить время падения (время пребывания) вторых частиц железной руды и спрессованных железосодержащих частиц. Кроме того, поскольку вторые частицы железной руды и спрессованные железосодержащие частицы можно загружать в плавильную печь-газификатор 40 в частично восстановленном состоянии, время пребывания в уплотненном слое угля следует увеличить для одновременного дополнительного восстановления и плавления. Кроме того, следует увеличить количество горячего газа, сжигаемого в фурме 402 и поднимающегося через уплотненный слой угля.

Во втором примере реализации данного изобретения дополнительное топливо вводят через фурму 402, таким образом увеличивая количество горячего газа. Часть кусковых углеродистых материалов можно заменить этим дополнительным топливом, содержащим летучие вещества. Дополнительное топливо сгорает в кислороде, который вводят в направлении зоны горения, образованной на расстоянии от фурмы 402, превращаясь при этом в горячие газообразные моноксид углерода и водород. Горячие газообразные моноксид углерода и водород поднимаются через уплотненный слой угля, восстанавливая при этом невосстановленный материал во вторых частицах железной руды и спрессованных железосодержащих частицах, которые опускаются по уплотненному слою угля в ходе реакции 4 косвенного восстановления.

Таким образом газифицируют большую часть углеродных компонентов и водородных компонентов, которые содержатся в дополнительном топливе. Количество газа, образующегося в фурме при введении дополнительного топлива, значительно возрастает по сравнению с количеством газа, образующегося только при сжигании связанного углерода, имеющегося в кусковых углеродистых материалах. Кроме того, если вводят дополнительное топливо, кусковые углеродистые материалы, загружаемые в верхнюю часть плавильной печи-газификатора 40, сгорают в фурме, снижая таким образом скорость завершения процесса. Таким образом увеличивается время падения кусковых углеродистых материалов, вторых частиц железной руды и спрессованных железосодержащих частиц через уплотненный слой угля при заданном объеме, подаваемом в фурму, то есть время пребывания возрастает.

Как описано выше, если вводят дополнительное топливо, возрастает количество газа, сгорающего в фурме и поднимающегося по уплотненному слою угля. Кроме того, в связи со временем пребывания восстанавливаемых вторых частиц железной руды и спрессованных железосодержащих частиц в уплотненном слое угля увеличивается степень косвенного восстановления. В результате можно снизить количество топлива, потребляемого в плавильной печи-газификаторе 40.

Фиг.4 схематически иллюстрирует внутреннюю конструкцию фурмы 402 и представляет собой увеличенный участок IV Фиг.3. Как показано на Фиг.4, фурма 402 включает трубопровод 4021 для подачи кислорода и трубопровод 4023 для подачи дополнительного топлива. Трубопровод 4021 для подачи кислорода сформирован в центре фурмы 402, трубопровод 4023 для подачи дополнительного топлива расположен на расстоянии от трубопровода 4021 для подачи кислорода, через него осуществляют подачу дополнительного топлива в плавильную печь-газификатор. Количество дополнительного топлива можно регулировать с помощью вентиля 4025, установленного на трубопроводе 4023 для подачи дополнительного топлива. Трубопровод 4023 для подачи дополнительного топлива установлен таким образом, что выходит за передний конец фурмы 402.

В качестве дополнительного топлива можно использовать мелкодисперсные углеродистые материалы или углеводородсодержащий газ. Если в качестве дополнительного топлива используют мелкодисперсные углеродистые материалы, их транспортируют по трубопроводу 4023 для подачи дополнительного топлива посредством воздуха. Мелкодисперсные углеродистые материалы предварительно сушат, чтобы они имели содержание влаги, равное 1,0% или ниже, чтобы избежать прилипания мелкодисперсных углеродистых материалов к внутренней части трубопровода 4023 для подачи дополнительного топлива и последующего его засорения. Кроме того, размер частиц мелкодисперсных углеродистых материалов регулируют так, чтобы он составлял не более 3,0 мм, чтобы не блокировать трубопровод 4023 для подачи дополнительного топлива.

Трубопровод 4021 для подачи кислорода и трубопровод 4023 для подачи дополнительного топлива могут быть расположены на расстоянии друг от друга. Если дополнительное топливо и кислород смешивают и затем вводят их только по трубопроводу 4021 для подачи кислорода, то дополнительное топливо сгорает в трубопроводе 4021 для подачи кислорода за счет тепла, излучаемого горячей областью, образованной на переднем конце фурмы 402. Таким образом, трубопровод 4021 для подачи кислорода сильно нагревается и может быть поврежден. Для того чтобы предотвратить это явление, кислород и дополнительное топливо вводят на расстоянии друг от друга, как это показано на Фиг.4. В этом случае мелкодисперсные углеродистые материалы и кислород находятся на расстоянии друг от друга, встречаясь друг с другом в зоне горения, сформированной у переднего конца фурмы 402. Мелкодисперсные углеродистые материалы и кислород сгорают в зоне горения.

Фиг.5 иллюстрирует установку 300 для получения жидкого чугуна в соответствии с третьим примером реализации данного изобретения. Конструкция установки 300 для получения жидкого чугуна, показанная на Фиг.5, приведена просто для иллюстрации данного изобретения, и данное изобретение не ограничено этой конструкцией. Кроме того, поскольку конструкция установки 300 для получения жидкого чугуна аналогична конструкции по второму примеру реализации данного изобретения, одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями, и подробное описание ее опущено.

Восстановительный газ получают при сгорании кусковых углеродистых материалов и дополнительного топлива, которые подают в плавильную печь-газификатор 40. Следовательно, количество кусковых углеродистых материалов, загружаемых в плавильную печь-газификатор 40, можно сократить путем введения дополнительного топлива. По существу, так как количество кусковых углеродистых материалов снижается, количество восстановительного газа, получаемого в плавильной печи-газификаторе 40, снижается. Такое количество восстановительного газа меньше, чем это необходимо для восстановления железной руды в реакторе 20 восстановления с псевдоожиженным слоем и в реакторе 10 восстановления с уплотненным слоем. Следовательно, в третьем примере реализации данного изобретения часть отходящего газа, выходящего из реактора 20 восстановления с псевдоожиженным слоем и реактора 10 восстановления с уплотненным слоем, извлекают для последующей обработки и снова подают, таким образом поддерживая требуемое количество восстановительного газа.

Как показано на Фиг.5, отходящий газ, выходящий из реактора 20 восстановления с псевдоожиженным слоем и из реактора 10 восстановления с уплотненным слоем, охлаждают при прохождении через охлаждающее устройство 52 для отходящего газа, а затем извлекают для подачи в устройство 50 для удаления диоксида углерода. Частично охлажденный отходящий газ можно выпустить наружу. Из устройства 50 для удаления диоксида углерода возвратный газ, который получают путем удаления диоксида углерода из отходящего газа, направляют в реактор 20 восстановления с псевдоожиженным слоем и в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем. Диоксид углерода удаляют с использованием устройства 50 для удаления диоксида углерода, увеличивая таким образом восстановительную способность возвратного газа. Поскольку специалистам понятна подробная конструкция установки 50 для удаления диоксида углерода, подробное описание ее опущено.

Возвратный газ смешивают с восстановительным газом, получаемым из плавильной печи-газификатора 40. По существу, восстановительный газ реорганизуют для его циркуляции, таким образом обеспечивая количество восстановительного газа для реактора 20 восстановления с псевдоожиженным слоем и реактора 10 восстановления с уплотненным слоем, независимо от количества восстановительного газа, получаемого из плавильной печи-газификатора 40. Таким образом, в реакторе 20 восстановления с псевдоожиженным слоем и в реакторе 10 восстановления с уплотненным слоем может подходящим образом протекать реакция восстановления.

Более конкретно, трубопровод L54 для подачи первого возвратного газа соединяет устройство 50 для удаления диоксида углерода с реактором 20 восстановления с псевдоожиженным слоем, таким образом обеспечивая подачу первого возвратного газа в реактор 20 восстановления с псевдоожиженным слоем. При этом трубопровод L56 для подачи второго возвратного газа соединяет устройство 50 для удаления диоксида углерода с реактором 10 восстановления с уплотненным слоем, таким образом обеспечивая подачу второго возвратного газа в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем.

Как описано выше, поскольку возвратный газ разделен на первый и второй возвратный газ, температуру восстановительного газа, подаваемого в реактор 20 восстановления с псевдоожиженным слоем, и температуру восстановительного газа, подаваемого в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем, можно регулировать так, чтобы они отличались друг от друга. То есть количество первого возвратного газа регулируют так, чтобы оно было больше, чем количество второго возвратного газа. Поскольку температура возвратного газа низкая, температура восстановительного газа снижается, когда возвратный газ смешивают с восстановительным газом. Таким образом, температуру восстановительного газа, подаваемого в реактор 20 восстановления с псевдоожиженным слоем, можно регулировать так, чтобы она была ниже, чем температура восстановительного газа, подаваемого в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем.

Поскольку с восстановительным газом, подаваемым в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем, смешивают относительно небольшое количество первого возвратного газа, температуру восстановительного газа можно поддерживать на высоком уровне. Следовательно, можно максимально повысить скорость восстановления вторых частиц железной руды и спрессованных железосодержащих частиц в реакторе 10 восстановления с уплотненным слоем. С другой стороны, поскольку с восстановительным газом, подаваемым в реактор 20 восстановления с псевдоожиженным слоем, смешивают относительно большое количество второго возвратного газа, то температуру восстановительного газа можно поддерживать на относительно низком уровне. Следовательно, можно предотвратить явление слипания мелкодисперсных частиц железной руды в горячем состоянии в реакторе 20 восстановления с псевдоожиженным слоем.

Температуру восстановительного газа, подаваемого в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем, можно регулировать в диапазоне от 750 до 800°С, используя вышеописанный возвратный газ. Следовательно, можно подходящим образом восстановить вторые частицы железной руды и спрессованные железосодержащие частицы. Кроме того, температуру восстановительного газа, подаваемого в реактор 20 восстановления с псевдоожиженным слоем, можно регулировать так, чтобы она составляла не менее 700°С и ниже 750°С. Следовательно, предотвращают налипание первых частиц железной руды на внутренние части реактора 20 восстановления с псевдоожиженным слоем.

Фиг.6 иллюстрирует установку 400 для получения жидкого чугуна в соответствии с четвертым примером реализации данного изобретения. Конструкция установки 400 для получения жидкого чугуна, приведенная на Фиг.6, дана просто для иллюстрации данного изобретения, и данное изобретение не ограничено этой конструкцией. Кроме того, поскольку конструкция установки 400 для получения жидкого чугуна аналогична конструкции установки по третьему примеру реализации данного изобретения, одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями, и подробное описание ее опущено.

Установка 400 для получения жидкого чугуна дополнительно включает охлаждающее устройство 406 для газа. В охлаждающее устройство 406 для газа отводят часть восстановительного газа, образующегося в плавильной печи-газификаторе 40, и охлаждают его. В охлаждающем устройстве 406 для газа смешивают охлажденный восстановительный газ с восстановительным газом, подаваемым в реактор 20 восстановления с псевдоожиженным слоем и реактор 10 восстановления с уплотненным слоем, таким образом снижая температуру подаваемого в эти реакторы восстановительного газа. Температуру восстановительного газа регулируют, таким образом регулируя степень восстановления в реакторе 20 восстановления с псевдоожиженным слоем или в реакторе 10 восстановления с уплотненным слоем, и предохраняют железную руду от слипания в результате нагревания. Кроме того, в установку 400 для получения жидкого чугуна через фурму 402 вводят дополнительное топливо, а восстановительный газ можно извлекать для повторного использования из устройства 50 для удаления диоксида углерода; таким образом можно оптимизировать эффективность.

После охлаждения отходящего газа пропусканием через охлаждающее устройство 52 для отходящего газа этот газ выпускают или направляют в устройство 50 для удаления диоксида углерода. Поскольку при прохождении через охлаждающее устройство 52 для отходящего газа можно удалить пыль, содержащуюся в отходящем газе, можно заранее предотвратить явление закупорки, вызываемое пылью.

Циклон 404 установлен рядом с плавильной печью-газификатором 40. В циклоне 404 собирают пыль, которая рассеивается от плавильной печи-газификатора 40, и возвращают ее в плавильную печь-газификатор 40. То есть пыль, выходящую по газовому трубопроводу L40, отфильтровывают в циклоне 404 и возвращают в плавильную печь-газификатор 40. Восстановительный газ, отделенный от пыли, направляют в реактор 20 восстановления с псевдоожиженным слоем и реактор 10 восстановления с уплотненным слоем посредством трубопровода L42 для подачи восстановительного газа.

Поскольку газовый трубопровод L42 разветвляется, часть восстановительного газа подают в охлаждающее устройство 406 для газа по газовому трубопроводу L44. Например, в качестве охлаждающего устройства 406 для газа можно использовать скруббер. После охлаждения восстановительного газа в охлаждающем устройстве 406 для газа его транспортируют в газовый трубопровод L40 или в трубопровод L50 для подачи восстановительного газа. Следовательно, можно регулировать температуру восстановительного газа, подаваемого в реактор 20 восстановления с псевдоожиженным слоем или в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем, путем смешивания возвратного газа, подаваемого из вышеописанного устройства 50 для удаления диоксида углерода, или охлаждающего газа, подаваемого из охлаждающего устройства 406 для газа, с восстановительным газом, получаемым в плавильной печи-газификаторе 40. Как описано выше, в третьем примере реализации температуру восстановительного газа, подаваемого в реактор 10 восстановления с уплотненным слоем, можно регулировать в диапазоне от 750 до 800°С. Следовательно, можно подходящим образом восстанавливать вторые частицы железной руды и спрессованные железосодержащие частицы. Кроме того, можно регулировать температуру восстановительного газа, направляемого в реактор 20 восстановления с псевдоожиженным слоем, так чтобы она составляла не менее 700°С и ниже 750°С. Таким образом можно предотвращать налипание первых частиц железной руды на внутренние части реактора 20 восстановления с псевдоожиженным слоем.

Фиг.7 иллюстрирует установку 500 для получения жидкого чугуна в соответствии с пятым примером реализации данного изобретения. Конструкция установки для получения жидкого чугуна дана просто для иллюстрации данного изобретения, и данное изобретение не ограничено этой конструкцией. Кроме того, поскольку конструкция установки 500 для получения жидкого чугуна аналогична конструкции установки по третьему примеру реализации данного изобретения, одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями, и подробное описание ее опущено.

Как показано на Фиг.7, первые частицы железной руды можно восстановить, используя только один реактор 24 восстановления с псевдоожиженным слоем. Как описано выше, после восстановления первых частиц железной руды в реакторе 24 восстановления с псевдоожиженным слоем их снова восстанавливают в реакторе 10 восстановления с уплотненным слоем. Степень восстановления восстановленных железосодержащих частиц, загружаемых в плавильную печь-газификатор 40, должна быть не ниже некоторого определенного уровня, чтобы свести к минимуму долю топлива в плавильной печи-газификаторе 40. В данном изобретении, поскольку первые частицы железной руды восстанавливают дважды, используя как реактор 24 восстановления с псевдоожиженным слоем, так и реактор 10 восстановления с уплотненным слоем, нагрузка по восстановлению применительно к реактору 24 восстановления с псевдоожиженным слоем может быть значительно снижена. Таким образом, даже если используют только один реактор 24 восстановления с псевдоожиженным слоем, можно восстановить первые частицы железной руды до желаемой степени восстановления. Если применяют установку 500 для получения жидкого чугуна, ее конструкция упрощается, таким образом снижаются затраты.

В то время как данное изобретение было конкретно показано и описано со ссылкой на примеры его реализации, специалисты в данной области могут понять, что в рамках данного изобретения можно осуществить различные изменения по форме и деталям, не отходя от объема и сущности данного изобретения, выраженных в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение относится к получению жидкого чугуна. Осуществляют восстановление первых частиц железной руды путем их загрузки в реактор восстановления с псевдоожиженным слоем, получение спрессованных железосодержащих частиц путем прессования восстановленных первых частиц железной руды, восстановление вторых частиц железной руды совместно со спрессованными железосодержащими частицами путем загрузки вторых частиц железной руды и спрессованных железосодержащих частиц в реактор восстановления с уплотненным слоем. Размер вторых частиц железной руды больше, чем размер первых частиц железной руды. Загружают восстановленные спрессованные железосодержащие частицы и вторые частицы железной руды в плавильную печь-газификатор, соединенную с реактором восстановления с уплотненным слоем. Осуществляют подготовку кусковых углеродистых материалов в качестве источника нагрева для плавления восстановленных спрессованных железосодержащих частиц и вторых частиц железной руды и их загрузку в плавильную печь-газификатор с последующим формированием уплотненного слоя угля и введение кислорода через установленную в плавильной печи-газификаторе фурму. Изобретение направлено на восстановление и плавление частиц железной руды с широким диапазоном размеров, предотвращение потерь при уносе и явления слипания в реакторе восстановления с пседвоожиженным слоем. 2 н. и 45 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ получения жидкого чугуна, включающий восстановление первых частиц железной руды путем загрузки первых частиц железной руды в реактор восстановления с псевдоожиженным слоем, получение спрессованных железосодержащих частиц путем прессования восстановленных первых частиц железной руды, восстановление вторых частиц железной руды совместно со спрессованными железосодержащими частицами путем загрузки вторых частиц железной руды и спрессованных железосодержащих частиц в реактор восстановления с уплотненным слоем, при этом размер вторых частиц железной руды больше, чем размер первых частиц железной руды, загрузку восстановленных спрессованных железосодержащих частиц и вторых частиц железной руды в плавильную печь-газификатор, соединенную с реактором восстановления с уплотненным слоем, подготовку кусковых углеродистых материалов в качестве источника нагрева для плавления восстановленных спрессованных железосодержащих частиц и вторых частиц железной руды, загрузку кусковых углеродистых материалов в плавильную печь-газификатор с последующим формированием уплотненного слоя угля и введение кислорода через фурму, установленную в плавильной печи-газификаторе, с последующим получением жидкого чугуна из спрессованных железосодержащих частиц и вторых частиц железной руды.

2. Способ по п.1, в котором при восстановлении вторых частиц железной руды совместно со спрессованными железосодержащими частицами прочность спрессованных железосодержащих частиц выше, чем прочность вторых частиц железной руды.

3. Способ по п.2, в котором прочность спрессованных железосодержащих частиц составляет не менее 200 кг/см².

4. Способ по п.2, в котором доля пустот во вторых частицах железной руды больше, чем доля пустот в спрессованных железосодержащих частицах.

5. Способ по п.2, в котором при восстановлении вторых частиц железной руды совместно со спрессованными железосодержащими частицами изменение степени восстановления спрессованных железосодержащих частиц меньше, чем изменение степени восстановления вторых частиц железной руды.

6. Способ по п.1, в котором размер спрессованных железосодержащих частиц составляет от 8 до 40 мм.

7. Способ по п.1, в котором размер вторых частиц железной руды составляет не менее 5 мм.

8. Способ по п.1, в котором изготовление спрессованных железосодержащих частиц дополнительно включает дробление спрессованных железосодержащих частиц после прессования первых частиц железной руды.

9. Способ по п.1, дополнительно включающий подачу восстановительного газа, получаемого из уплотненного слоя угля, по меньшей мере в один из реакторов, выбранных из группы, состоящей из реактора восстановления с псевдоожиженным слоем и реактора восстановления с уплотненным слоем.

10. Способ по п.9, дополнительно включающий охлаждение восстановительного газа перед его подачей в реактор восстановления.

11. Способ по п.9, дополнительно включающий добавление к восстановительному газу возвратного газа, получаемого путем удаления диоксида углерода из отходящего газа, выходящего из реактора восстановления с псевдоожиженным слоем и реактора восстановления с уплотненным слоем.

12. Способ по п.11, в котором восстановительный газ, получаемый из уплотненного слоя угля, подают в реактор восстановления с псевдоожиженным слоем и реактор восстановления с уплотненным слоем.

13. Способ по п.11, в котором возвратный газ включает первый возвратный газ, который подают в реактор восстановления с псевдоожиженным слоем, и второй возвратный газ, который подают в реактор восстановления с уплотненным слоем.

14. Способ по п.13, в котором количество первого возвратного газа больше, чем количество второго возвратного газа.

15. Способ по п.13, в котором температура восстановительного газа, подаваемого в реактор восстановления с псевдоожиженным слоем, ниже, чем температура восстановительного газа, подаваемого в реактор восстановления с уплотненным слоем.

16. Способ по п.15, в котором температура восстановительного газа, подаваемого в реактор восстановления с псевдоожиженным слоем, составляет не менее 700 и ниже 750°С.

17. Способ по п.15, в котором температура восстановительного газа, подаваемого в реактор восстановления с уплотненным слоем, составляет от 750 до 800°С.

18. Способ по п.1, дополнительно включающий введение в уплотненный слой угля дополнительного топлива через фурму.

19. Способ по п.18, в котором дополнительное топливо вводят в уплотненный слой угля таким образом, чтобы оно было отделено от кислорода.

20. Способ по п.18, в котором дополнительное топливо представляет собой мелкодисперсный уголь, который предварительно сушат таким образом, чтобы содержание влаги в нем составляло не более 1,0 мас.%.

21. Способ по п.18, в котором дополнительное топливо представляет собой мелкодисперсный уголь и размер частиц мелкодисперсного угля составляет не более 3,0 мм.

22. Способ по п.18, в котором дополнительное топливо представляет собой углеводородсодержащий газ.

23. Способ по п.1, дополнительно включающий загрузку гранул или агломератов руды в реактор восстановления с уплотненным слоем и восстановление их.

24. Способ по п.1, в котором степень восстановления первых частиц железной руды при восстановлении первых частиц железной руды составляет не менее 45%.

25. Способ по п.1, в котором время, необходимое для восстановления спрессованных железосодержащих частиц совместно со вторыми частицами железной руды в реакторе восстановления с уплотненным слоем, продолжительнее, чем время, необходимое для восстановления первых частиц железной руды в реакторе восстановления с псевдоожиженным слоем.

26. Способ по п.1, в котором количество вторых частиц железной руды составляет не более 40% от суммы первых и вторых частиц железной руды.

27. Способ по п.1, в котором степень восстановления спрессованных железосодержащих частиц и вторых частиц железной руды при восстановлении спрессованных железосодержащих частиц и вторых частиц железной руды составляет не менее 70%.

28. Установка для получения жидкого чугуна, включающая реактор восстановления с псевдоожиженным слоем, в котором восстанавливают первые частицы железной руды, устройство для получения спрессованных железосодержащих частиц, соединенное с реактором восстановления с псевдоожиженным слоем, в котором прессуют восстановленные первые частицы железной руды и получают спрессованные железосодержащие частицы, реактор восстановления с уплотненным слоем, соединенный с устройством для получения спрессованных железосодержащих частиц, в который загружают спрессованные железосодержащие частицы и вторые частицы железной руды, размер которых больше, чем размер первых частиц железной руды, и восстанавливают их совместно, плавильную печь-газификатор, соединенную с реактором восстановления с уплотненным слоем, в которую загружают вторые частицы железной руды, спрессованные железосодержащие частицы и кусковые углеродистые материалы и в которой получают жидкий чугун путем введения газообразного кислорода через фурму, установленную в боковой поверхности плавильной печи-газификатора.

29. Установка по п.28, в которой прочность спрессованных железосодержащих частиц выше, чем прочность вторых частиц железной руды.

30. Установка по п.29, в которой прочность спрессованных железосодержащих частиц составляет не менее 200 кг/см².

31. Установка по п.29, в которой доля пустот во вторых частицах железной руды выше, чем доля пустот в спрессованных железосодержащих частицах.

32. Установка по п.29, в которой при восстановлении вторых частиц железной руды совместно со спрессованными железосодержащими частицами изменение степени восстановления спрессованных железосодержащих частиц меньше, чем изменение степени восстановления вторых частиц железной руды.

33. Установка по п.28, в которой размер спрессованных железосодержащих частиц составляет от 8 до 40 мм.

34. Установка по п.28, в которой размер вторых частиц железной руды составляет не менее 5 мм.

35. Установка по п.28, дополнительно включающая трубопровод для подачи первого восстановительного газа, который соединяет плавильную печь-газификатор с реактором восстановления с псевдоожиженным слоем, и трубопровод для подачи второго восстановительного газа, который соединяет плавильную печь-газификатор с реактором восстановления с уплотненным слоем.

36. Установка по п.35, дополнительно включающая устройство для удаления диоксида углерода, которое поставляет возвратный газ, получаемый путем удаления диоксида углерода из отходящего газа, выходящего из реактора восстановления с псевдоожиженным слоем и реактора восстановления с уплотненным слоем, в восстановительный газ.

37. Установка по п.36, дополнительно включающая охлаждающее устройство для отходящего газа, в котором охлаждают отходящий газ, выходящий по меньшей мере из одного реактора, выбранного из группы, состоящей из реактора восстановления с псевдоожиженным слоем и реактора восстановления с уплотненным слоем.

38. Установка по п.36, дополнительно включающая трубопроводы для подачи первого и второго возвратных газов, которые соединены с устройством для удаления диоксида углерода, где трубопровод для подачи первого возвратного газа соединен с реактором восстановления с псевдоожиженным слоем и где трубопровод для подачи второго возвратного газа соединен с реактором восстановления с уплотненным слоем.

39. Установка по п.38, в которой количество возвратного газа, подаваемого по трубопроводу для подачи первого возвратного газа, больше, чем количество возвратного газа, подаваемого по трубопроводу для подачи второго возвратного газа.

40. Установка по п.39, в которой температура восстановительного газа, подаваемого в реактор восстановления с псевдоожиженным слоем, ниже, чем температура восстановительного газа, подаваемого в реактор восстановления с уплотненным слоем.

41. Установка по п.28, в которой фурма включает трубопровод для подачи кислорода, по которому подают кислород, и трубопровод для подачи дополнительного топлива, который расположен на расстоянии от трубопровода для подачи кислорода и по которому подают дополнительное топливо в плавильную печь-газификатор.

42. Установка по п.41, в которой кислород и дополнительное топливо соединяются друг с другом, а затем сгорают в зоне горения плавильной печи-газификатора, и где кислород находится на расстоянии от фурмы.

43. Установка по п.42, в которой трубопровод для подачи дополнительного топлива расположен таким образом, что он выходит за передний конец фурмы.

44. Установка по п.42, в которой вспомогательное топливо представляет собой газ, содержащий газообразные углеводороды или мелкодисперсные углеродистые материалы.

45. Установка по п.35, дополнительно включающая охлаждающее устройство для газа, в котором охлаждают восстановительный газ, получаемый в плавильной печи-газификаторе, перед тем как восстановительный газ подают в реактор восстановления с псевдоожиженным слоем и в реактор восстановления с уплотненным слоем.

46. Установка по п.28, в которой степень восстановления первых частиц железной руды в реакторе восстановления с псевдоожиженным слоем составляет не менее 45%.

47. Установка по п.28, в которой реактор восстановления с псевдоожиженным слоем включает ряд реакторов восстановления с псевдоожиженным слоем, которые соединены друг с другом в виде каскада.