УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ГАЗОМ В ШАХТЕ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО РЕАКТОРА Российский патент 2017 года по МПК C21B13/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к устройству для создания губчатого металла или чугуна из содержащего оксиды металла кускового материала с применением восстановительного газа, содержащему шахту восстановительного реактора и несколько заканчивающихся во внутреннем пространстве шахты восстановительного реактора впускных трубопроводов восстановительного газа для ввода восстановительного газа во внутреннее пространство шахты восстановительного реактора.

Уровень техники

При создании губчатого железа посредством преобразования находящегося в виде засыпки в шахте восстановительного реактора содержащего оксид железа материала с помощью восстановительного газа осуществляется ввод восстановительного газа в шахту восстановительного реактора в большинстве случаев по существу через проходящий кольцеобразно вокруг в большинстве случаев всего периметра шахты восстановительного реактора так называемый кольцевой канал, который через щели находится в соединении с заполненным содержащим оксид железа материалом внутренним пространством шахты восстановительного реактора. Кольцевой канал может быть расположен внутри огнестойкой футеровки шахты восстановительного реактора, так называемый внутренний кольцевой канал, или снаружи шахты восстановительного реактора, так называемый наружный кольцевой канал. Через выходящие из внутреннего кольцевого канала, соответственно, через соединенные с наружным кольцевым каналом отверстия огнеупорной футеровки шахты восстановительного реактора, т.е. щели кольцевого канала, восстановительный газ из кольцевого канала распределяется в шахте восстановительного реактора. Кольцевой канал проходит, как правило, по всему периметру восстановительной шахты, и щели кольцевого канала в этом случае также распределены по существу по всему периметру, поскольку восстановительный газ должен вводиться с равномерным распределением для достижения равномерного восстановления.

При этом распределение и ввод восстановительного газа происходят так, что щели кольцевого канала должны входить в не заполненную засыпкой при работе восстановительной шахты зону внутреннего пространства. Например, восстановительная шахта часто выполняется, при рассматривании вертикально сверху вдоль оси восстановительной шахты, со скачкообразным расширением диаметра ее внутреннего пространства, причем внутренний диаметр определяется огнеупорной футеровкой, так что такое расширение может быть реализовано, например, за счет изменения толщины огнеупорной футеровки. На основании угла засыпки содержащего оксид железа материала у расширения, называемого также уступом, образуется по всему периметру не заполненное засыпкой кольцевое пространство. В этом случае щели кольцевого канала входят в это кольцевое пространство.

Восстановительный газ несет с собой пыль, которая после ввода в восстановительную шахту оседает в кольцевом пространстве и в засыпке содержащего оксид железа материала. Поэтому от периметра восстановительной шахты, на котором вводится восстановительный газ, к центру засыпки происходит повышенное по сравнению с не содержащим пыли газом падение давления, поскольку осажденная пыль закупоривает пути прохождения потока восстановительного газа через засыпку. Это приводит, среди прочего, к неравномерной обработке газом засыпки и тем самым к связанному с этим неравномерному результату восстановления. Когда восстановленный в восстановительной шахте материал, например губчатое железо, направляется, например, как в способе COREX®, в плавильный газогенератор, то на основании небольшого вследствие закупоривания путей прохождения потока давления в центре восстановительной шахты поток сильно нагруженного пылью газа может проходить из плавильного газогенератора через транспортирующие губчатое железо трубопроводы в восстановительную шахту, что не желательно.

Для выравнивания подачи восстановительного газа в восстановительную шахту, а также для предотвращения указанных недостатков вследствие меньшего давления в центре по сравнению с периметром восстановительной шахты в ЕР 0904415 В1 предлагается дополнительно к кольцевому каналу с щелями предусматривать другие, расположенные под кольцевым каналом, проходящие от наружной стороны восстановительной шахты радиально в центр каналы для ввода восстановительного газа. Через эти каналы восстановительный газ должен вводиться в засыпку не только по периметру, но также по поверхности поперечного сечения восстановительной шахты. При этом недостатком является то, что для каналов, согласно ЕР 0904415 В1, необходима сложно выполнимая опора в центре восстановительной шахты, что восстановительный газ для каналов на основании удаленности кольцевого канала от каналов невозможно направлять из кольцевого канала в эти каналы, и что при большом количестве каналов на основании занимаемой ими поверхности поперечного сечения могут возникать торможения потока движущейся вниз засыпки. В WO 2009000409 предлагается вводить весь восстановительный газ через каналы, без кольцевого канала, в восстановительную шахту. Поскольку в соответствии с этим каналы должны вводить больше восстановительного газа и поэтому должны иметь увеличенные размеры, чем в ЕР 0904415 В1, то усиливаются проблемы торможения. Кроме того, подача газа по поверхности поперечного сечения шахты является менее равномерной по сравнению с применением кольцевого канала.

Кроме того, из уровня техники известен способ создания чугуна с помощью доменной печи, которая при стандартном выполнении снабжается сверху кусковым носителем железа и коксом, а в нижней зоне вдувается горячий воздух. Новейшие разработки приводят, среди прочего, к тому, что доменная печь работает с технически чистым кислородом, и часть доменного газа после подготовки подается в качестве дополнительного восстановительного газа в нижнюю зону шахты. Подача восстановительного газа лишь через кольцевой канал по периметру приводит также к неравномерному распределению газа в шахте доменной печи.

В WO 0036159 и WO 0036157 показана подача горячего восстановительного газа в шахту восстановительного реактора через пересекающую внутреннее пространство шахты восстановительного реактора трубу, что требует трудно выполнимого охлаждения трубы, изоляции трубы и подачи восстановительного газа через стенку трубы во внутреннее пространство.

Сущность изобретения

Техническая задача

Данное изобретение имеет задачу создания устройства и способа для образования губчатого металла или чугуна из содержащего оксид металла кускового материала с применением восстановительного газа в шахте восстановительного реактора, в котором по возможности полностью устраняются недостатки уровня техники.

Техническое решение

Эта задача решена с помощью устройства для создания губчатого металла или чугуна из содержащего оксид металла кускового материала с применением восстановительного газа, содержащего:

- шахту восстановительного реактора,

- множество заканчивающихся во внутреннем пространстве шахты восстановительного реактора впускных трубопроводов восстановительного газа для ввода восстановительного газа во внутреннее пространство шахты восстановительного реактора.

Это устройство характеризуется тем, что имеется пересекающее внутреннее пространство шахты восстановительного реактора тело канала восстановительного газа для распределения восстановительного газа во внутреннем пространстве шахты восстановительного реактора,

при этом

- по меньшей мере на одном обращенном к внутренней стенке конце тела канала восстановительного газа по существу вертикально под телом канала восстановительного газа имеется по меньшей мере один подводящий восстановительный газ трубопровод для подачи восстановительного газа под телом канала восстановительного газа во внутреннее пространство шахты восстановительного реактора, и

- тело канала восстановительного газа имеет предназначенную для прохождения потока охлаждающей среды опорную трубу.

Губчатый металл предпочтительно является губчатым железом.

В соответствии с этим, содержащий оксид металла кусковой материал предпочтительно является содержащим оксид железа кусковым материалом. Под кусковым материалом понимается материал с величиной зерна, например, больше 5 мм, до 50 мм в случае спека, до 100 мм после способа агломерации, такого как компактирование; например, кусковая руда, окатыши или спек.

Под шахтой восстановительного реактора понимается, например, шахтный реактор, такой как, например, применяемый в способе COREX®, или верхняя часть доменной печи, т.е. та часть доменной печи, в которой происходит опосредованное восстановление газа, над зоной сцепления. В шахтном реакторе производится, например, твердое губчатое железо, в то время как в доменной печи производится жидкий чугун.

Для ввода восстановительного газа во внутреннее пространство шахты восстановительного реактора во внутреннем пространстве предусмотрено множество заканчивающихся во внутреннем пространстве шахты восстановительного реактора впускных трубопроводов восстановительного газа. При этом выражение «заканчивающиеся во внутреннем пространстве» следует понимать так, что впускной трубопровод восстановительного газа может выступать во внутреннее пространство, но также и так, что конец впускного трубопровода восстановительного газа может лежать в ограничивающей внутреннее пространство внутренней стенке, например, раскрыв щели кольцевого канала в огнеупорной футеровке. Восстановительный газ входит во внутреннее пространство шахты восстановительного реактора через выходы восстановительного газа этих впускных трубопроводов восстановительного газа и проходит затем через засыпку из содержащего оксид металла материала.

Кроме того, имеется пересекающее внутреннее пространство шахты восстановительного реактора тело канала восстановительного газа для распределения восстановительного газа во внутреннем пространстве шахты восстановительного реактора. Оно может пересекать внутреннее пространство в виде секущей или в виде диаметра, при этом пересечение в виде диаметра является предпочтительным, поскольку в этом случае восстановительный газ можно вводить в засыпку более симметрично, более равномерно. Тело канала восстановительного газа может проходить, например, горизонтально, так что восстановительный газ можно вводить в засыпку на одном вертикальном уровне. Однако тело канала восстановительного газа может иметь также наиболее глубокую точку или наиболее высокую точку относительно вертикали, так что оно имеет два наклоненных вниз от стенки шахты восстановительного реактора к центру шахты восстановительного реактора или наклоненных вверх частичных участка. В этом случае восстановительный газ может входить в засыпку во время работы на различных вертикальных уровнях.

Тело канала восстановительного газа пересекает внутреннее пространство шахты восстановительного реактора, которое ограничено внутренними стенками шахты восстановительного реактора. Таким образом, тело канала восстановительного газа имеет два конца. Согласно изобретению, по меньшей мере на одном обращенном к внутренней стенке конце тела канала восстановительного газа по существу вертикально под телом канала восстановительного газа имеется по меньшей мере один подводящий восстановительный газ трубопровод для подачи восстановительного газа во внутреннее пространство шахты восстановительного реактора. Подача восстановительного газа во внутреннее пространство восстановительной шахты происходит под телом канала восстановительного газа.

При работе устройства, согласно изобретению, под телом канала восстановительного газа в засыпке, которая находится в шахте восстановительного реактора, образуется свободное пространство, определяемое в первую очередь углом откоса засыпки. Свободное пространство может называться также каналом восстановительного газа. Тело канала восстановительного газа способно вызывать образование такого свободного пространства или канала восстановительного газа в находящейся в шахте восстановительного реактора засыпке. Свободное пространство или канал восстановительного газа используется для подачи и распределения восстановительного газа во внутреннем пространстве шахты восстановительного реактора. Восстановительный газ может распределяться в свободном пространстве по всей длине тела канала восстановительного газа и равномерно входить в засыпку.

При этом выражение «по существу вертикально под» означает, что по меньшей мере часть выхода подводящего восстановительный газ трубопровода находится вертикально под телом канала восстановительного газа. В этом случае выходящий во время работы из этого выхода восстановительный газ при подъеме в образованное под телом канала восстановительного газа свободное пространство может входить в засыпку и распределяться в этом свободном пространстве, которое под телом канала восстановительного газа пересекает внутреннее пространство шахты восстановительного реактора. За счет этого он может из канала восстановительного газа входить в засыпку по всей длине канала восстановительного газа.

Согласно изобретению, тело канала восстановительного газа имеет предназначенную для прохождения потока охлаждающей среды опорную трубу. В качестве материала для тела канала восстановительного газа и, в частности, для опорной трубы предпочтительно используется металл.

Охлаждение опорной трубы осуществляется для сохранения во время работы необходимых механических свойств. Дополнительно к этому, более низкие температуры материала обеспечивают возможность для достижения необходимых механических свойств применения меньших конструктивных размеров, чем при не охлаждаемой опорной трубе. Повышение температуры приводит к уменьшению прочности металла, так что при более высокой температуре для обеспечения определенной минимальной прочности необходимо выбирать большие конструктивные размеры, когда отсутствует охлаждение.

Из уровня техники известен ввод восстановительного газа в шахту восстановительного реактора через пересекающую внутреннее пространство шахты восстановительного реактора, возможно охлаждаемую охлаждающей средой трубу. При подводе горячего восстановительного газа такую трубу необходимо выполнять с изоляцией как внутри, так и снаружи для того, чтобы отвод тепла от горячего газа в холодную охлаждающую среду не был слишком большим, поскольку такой отвод тепла приводит к ненужному охлаждению восстановительного газа. Однако, поскольку по термодинамическим и кинетическим причинам восстановительный газ должен входить в засыпку с определенной минимальной температурой, то для компенсации такого охлаждения его необходимо подавать с более высокой температурой, чем при отсутствии такого охлаждения. Кроме того, саму охлаждающую среду для повторного применения в циркуляционном контуре охлаждения необходимо сильнее и тем самым с большими затратами снова охлаждать.

Другой недостаток таких известных конструкций состоит в том, что простой выход на торцевой стороне восстановительного газа невозможен при пересекающей внутреннее пространство трубе. Поэтому для обеспечения возможности подачи восстановительного газа из внутреннего пространства трубы во внутреннее пространство шахты, соответственно, в засыпку необходимы проходы через стенку трубы по длине трубы. Однако эти проходы приводят к механическому ослаблению трубы там, где труба во время работы подвергается максимальной нагрузке весом засыпки. Дополнительно к этому, за счет проходов для газового потока возникают потери давления, которые уменьшают равномерность распределения газа, в частности, в зоне центра шахты.

Согласно изобретению, эти недостатки предотвращаются, поскольку подача восстановительного газа во внутреннее пространство шахты восстановительного реактора происходит не через пересекающую внутреннее пространство шахты восстановительного реактора трубу, а через имеющийся по существу вертикально под телом канала восстановительного газа подводящий восстановительный газ трубопровод для подачи восстановительного газа под телом канала восстановительного газа во внутреннее пространство шахты восстановительного реактора. Поэтому тело канала восстановительного газа, соответственно, его опорная труба могут быть выполнены с меньшими размерами, чем указанные выше, снабженные изоляцией трубы, согласно уровню техники, поскольку при выполнении, согласно изобретению, охлаждение должно быть предусмотрено лишь внутри и не требуется объем для подвода восстановительного газа и изоляции. Распределение восстановительного газа во внутреннем пространстве шахты восстановительного реактора осуществляется через свободное пространство или канал восстановительного газа, так что отсутствуют проходы и связанные с этим недостатки. Это свободное пространство или канал восстановительного газа проходит по всей длине тела канала восстановительного газа, что по сравнению с точечной подачей восстановительного газа через проходы приводит к более равномерному распределению восстановительного газа.

Тело канала восстановительного газа предназначено для образования свободного пространства или канала восстановительного газа в находящейся в шахте восстановительного реактора засыпке. Тело канала восстановительного газа может быть выполнено, например, в виде открытой вниз половинной трубы с удлиненными вниз, предпочтительно по существу параллельными стенками, при этом половинная труба лежит на опорной трубе.

Вместо варианта выполнения с половинной трубой на опорной трубе, на опорной трубе по обе стороны могут быть также закреплены, предпочтительно приварены, например, две листовые перемычки, с целью обеспечения в засыпке свободного пространства под опорной трубой.

Тело канала восстановительного газа имеет предназначенную для прохождения потока охлаждающей среды опорную трубу. Для этого опорная труба имеет внутри каналы охлаждающего средства для прохождения потока охлаждающей среды. Опорная труба опирается с прилеганием на обеих сторонах на наружную стенку, кожух, шахты восстановительного реактора. Подача и отвод охлаждающей среды осуществляется, например, в месте опоры тела канала восстановительного газа, соответственно, его опорной трубы на кожух шахты восстановительного реактора. В качестве охлаждающей среды предпочтительно применяется вода.

Согласно одному предпочтительному варианту выполнения, на обоих обращенных к внутренней стенке концах тела канала восстановительного газа по существу вертикально под телом канала восстановительного газа имеется подводящий восстановительный газ трубопровод для подачи восстановительного газа во внутреннее пространство шахты восстановительного реактора. Это обеспечивает возможность более равномерного, поскольку осуществляемого с обоих концов, снабжения тела канала восстановительного газа, соответственно, канала восстановительного газа.

В принципе известно, что при более равномерном вводе восстановительного газа в засыпку также более равномерно вводится в засыпку увлекаемая восстановительным газом пыль. Это приводит к тому, что происходит меньше закупориваний путей прохождения потока восстановительного газа и тем самым уменьшаются связанные с этим проблемы.

Предпочтительно, лежащие во внутреннем пространстве шахты восстановительного реактора выходы восстановительного газа впускных трубопроводов восстановительного газа лежат, все, внутри участка вертикального прохождения шахты восстановительного реактора, который, при рассматривании в вертикальном направлении, имеет толщину до 100% диаметра шахты восстановительного реактора. Предпочтительно, толщина участка составляет до 40% диаметра шахты восстановительного реактора, особенно предпочтительно до 30% диаметра шахты восстановительного реактора, совсем предпочтительно до 20% диаметра шахты восстановительного реактора. Чем меньше толщина участка, тем проще снабжать все впускные трубопроводы восстановительного газа из одного источника восстановительного газа.

Согласно одному примеру выполнения, впускные трубопроводы восстановительного газа выполнены в виде щелей кольцевого канала.

Согласно другому варианту выполнения, впускные трубопроводы восстановительного газа выполнены в виде открытых вниз половинных труб с удлиненными вниз, предпочтительно по существу параллельными стенками, при этом половинные трубы лежат на опорных трубах. Опорные трубы предпочтительно имеют внутри каналы охлаждающего средства. В половинных трубах лежащий во внутреннем пространстве шахты восстановительного реактора конец половинной трубы снабжен соединяющей удлиненные вниз стенки поперечной стенкой. Опорные трубы выступают из края шахты восстановительного реактора во внутреннее пространство шахты восстановительного реактора, предпочтительно в радиальном направлении. На своем лежащем во внутреннем пространстве шахты восстановительного реактора конце они не имеют опоры, т.е. выполнены в виде так называемых консольных труб.

Согласно одному варианту выполнения, по меньшей мере несколько впускных трубопроводов восстановительного газа исходят из внутреннего кольцевого канала, т.е. являются щелями внутреннего кольцевого канала. Также все впускные трубопроводы восстановительного газа могут быть щелями внутреннего кольцевого канала. При количестве Х впускных трубопроводов восстановительного газа количество А впускных трубопроводов восстановительного газа, которые могут быть щелями внутреннего кольцевого канала, меньше или равно Х, т.е. А≤Х.

По сравнению с наружным кольцевым каналом внутренний кольцевой канал требует менее сложного выполнения напорного резервуара шахты восстановительного реактора и обеспечивает менее сложный подвод восстановительного газа. Кроме того, по сравнению с наружным кольцевым каналом может быть реализовано большее число щелей кольцевого канала.

Согласно другому варианту выполнения, по меньшей мере несколько из впускных трубопроводов восстановительного газа исходят из наружного кольцевого канала, т.е. являются щелями наружного кольцевого канала. Также все впускные трубопроводы восстановительного газа могут быть щелями наружного кольцевого канала. При количестве Х впускных трубопроводов восстановительного газа количество В впускных трубопроводов восстановительного газа, которые могут быть щелями наружного кольцевого канала, меньше или равно Х, т.е. В≤Х.

По сравнению с внутренним кольцевым каналом наружный кольцевой канал имеет то преимущество, что щели кольцевого канала можно проще чистить снаружи и что огнеупорная футеровка внутри шахты восстановительного реактора может быть выполнена менее сложно.

Предпочтительно, в частности, в случае применения пыльного восстановительного газа, щели кольцевого канала, как указывалось во вступительной части, входят в не заполненную при работе восстановительной шахты засыпкой зону внутреннего пространства. Это достигается, например, за счет того, что восстановительная шахта изготавливается с вертикальным, при рассматривании сверху вдоль продольной оси восстановительной шахты, скачкообразным расширением диаметра своего внутреннего пространства.

Согласно другому варианту выполнения, многие из впускных трубопроводов восстановительного газа являются консольными трубами. Это означает, что не все впускные трубопроводы восстановительного газа являются консольными трубами. При количестве Х впускных трубопроводов восстановительного газа количество С впускных трубопроводов восстановительного газа, которые являются консольными трубами, меньше Х, т.е. C<X.

Предпочтительно, при A<X по меньшей мере один из впускных трубопроводов восстановительного газа, которые не являются щелями внутреннего кольцевого канала, является консольной трубой; совсем предпочтительно все трубопроводы, т.е. Х-А=С.

Предпочтительно, при В<X по меньшей мере один из впускных трубопроводов восстановительного газа, которые не являются щелями наружного кольцевого канала, является консольной трубой; совсем предпочтительно все трубопроводы, т.е. Х-В=С.

За счет комбинации щелей кольцевого канала и консольных труб можно вводить восстановительный газ на различных расстояниях от внутренней стенки шахты восстановительного реактора, что обеспечивает более равномерный ввод и тем самым лучший результат восстановления.

По сравнению с проходящим насквозь телом канала восстановительного газа консольные трубы обеспечивают более простой монтаж и лучшую возможность замены, в то время как они также относительно более равномерного распределения восстановительного газа обеспечивают преимущество по сравнению с шахтой восстановительного реактора лишь с кольцевым каналом.

Согласно одному варианту выполнения, подводящий восстановительный газ трубопровод исходит от внутреннего кольцевого канала. В этом случае он является, например, специально выполненной для этой задачи щелью внутреннего кольцевого канала, или же он является частичным участком этого внутреннего кольцевого канала. Предпочтительно, что на обоих обращенных к внутренней стенке концах тела канала восстановительного газа по существу вертикально под телом канала восстановительного газа имеется подводящий восстановительный газ трубопровод для подачи восстановительного газа во внутреннее пространство шахты восстановительного реактора; в этом случае могут иметься два подводящих восстановительный газ трубопровода, например, два частичных участка внутреннего кольцевого канала.

Согласно другому варианту выполнения, подводящий восстановительный газ трубопровод входит снаружи шахты восстановительного реактора, например, от наружного кольцевого канала. В этом случае он является, например, специально выполненной для этой задачи щелью наружного кольцевого канала.

Согласно одному предпочтительному варианту выполнения, подводящие восстановительный газ трубопроводы для подачи восстановительного газа под телом канала восстановительного газа и по меньшей мере некоторые, предпочтительно все впускные трубопроводы восстановительного газа снабжаются восстановительным газом из одного и того же внутреннего и/или наружного кольцевого канала. Это уменьшает конструктивные затраты, которые необходимы при раздельном снабжении.

Согласно одному предпочтительному варианту выполнения, тело канала восстановительного газа лежит по меньшей мере частично внутри того участка вертикального продольного прохождения шахты восстановительного реактора, который, при рассматривании в вертикальном направлении, имеет толщину, составляющую до 100%, предпочтительно до 40%, особенно предпочтительно до 30%, совсем предпочтительно до 20% диаметра шахты восстановительного реактора, в котором лежат выходы восстановительного газа впускных трубопроводов восстановительного газа. Таким образом, восстановительный газ может легко направляться из выходов восстановительного газа к телу канала восстановительного газа, соответственно, он может легко направляться из снабжающего впускные трубопроводы восстановительного газа источника восстановительного газа к телу канала восстановительного газа.

Внутренний или наружный кольцевой канал снабжен по меньшей мере одним подводом для восстановительного газа, через который восстановительный газ направляется во внутренний или наружный кольцевой канал. Согласно одному предпочтительному варианту выполнения, по меньшей мере один подвод смещен относительно периметра шахты восстановительного реактора к положению подводящего восстановительный газ трубопровода под обращенный к внутренней стенке конец тела канала восстановительного газа предпочтительно на 45-90°, особенно предпочтительно по существу на 90°. Таким образом, поток восстановительного газа проходит возможно более длинный путь во внутреннем или наружном кольцевом канале, прежде чем он входит в образованное во время работы под телом канала полое пространство в засыпке. За счет этого на основании скоростей потока восстановительного газа в кольцевом канале минимизируются отложения пыли во внутреннем или наружном кольцевом канале.

Согласно одному предпочтительному варианту выполнения, внутренний диаметр шахты восстановительного реактора в зоне ее продольного прохождения, в теле канала восстановительного газа и, возможно, консольных труб, расширяется относительно других зон ее продольного прохождения. Расширение должно по существу компенсировать потерю имеющейся в распоряжении во внутреннем пространстве для движения вниз засыпки площади поперечного сечения, которая образуется за счет занимаемой площади телом канала восстановительного газа и, возможно, консольными трубами. Если эта потеря составляет, например, 10% площади поперечного сечения во внутреннем пространстве, то внутренний диаметр должен расширяться примерно на 2-10%. За счет этого могут быть уменьшены проблемы пыли в движущейся вниз засыпке, поскольку площадь, которую занимают консольные трубы или тело канала восстановительного газа и которая тем самым не находится в распоряжении для движения вниз засыпки, снова компенсируется за счет расширения. Зона, в которой расширяется внутренний диаметр шахты восстановительного реактора, предпочтительно содержит участок вертикального продольного прохождения шахты восстановительного реактора, который, при рассматривании по вертикали, имеет толщину, составляющую до 100%, предпочтительно до 40%, особенно предпочтительно до 30%, совсем предпочтительно до 20% диаметра шахты восстановительного реактора.

Расширение может иметься также над зоной продольного прохождения, в которой имеются тело канала восстановительного газа и, возможно, консольные трубы.

Другим предметом данного изобретения является способ создания губчатого металла или чугуна из засыпки содержащего оксид металла материала в шахте восстановительного реактора с применением восстановительного газа, при этом

первое частичное количество восстановительного газа вводят в засыпку с помощью множества заканчивающихся во внутреннем пространстве шахты восстановительного реактора впускных трубопроводов восстановительного газа,

при этом способ характеризуется тем, что

второе частичное количество восстановительного газа распределяют в засыпке с помощью пересекающего внутреннее пространство шахты восстановительного реактора тела канала восстановительного газа, и это второе частичное количество восстановительного газа подают во внутреннее пространство шахты восстановительного реактора по существу вертикально под телом канала восстановительного газа.

Подача второго частичного количества происходит с помощью по меньшей мере одного подводящего восстановительный газ трубопровода.

При использовании устройства, согласно изобретению, во время работы в засыпке образуется под телом канала восстановительного газа свободное пространство или канал восстановительного газа. В этом свободном пространстве может распределяться восстановительный газ и входить из него в засыпку. Таким образом, восстановительный газ с помощью тела канала восстановительного газа распределяется в засыпке во внутреннем пространстве шахты восстановительного реактора.

Когда впускные трубопроводы восстановительного газа выполнены в виде щелей кольцевого канала, то восстановительный газ вводится в засыпку с помощью щелей кольцевого канала. Когда впускные трубопроводы восстановительного газа выполнены в виде открытых вниз, лежащих на опорных трубах половинных труб с удлиненными вниз стенками, например, в виде консольных труб, то во время работы образуется в засыпке аналогично телу канала восстановительного газа свободное пространство. В этом свободном пространстве может распределяться восстановительный газ и из него входить в засыпку.

Согласно одному предпочтительному варианту выполнения, первое частичное количество и второе частичное количество подают из одного и того же внутреннего и/или наружного кольцевого канала.

Краткое описание чертежей

Ниже приводится более подробное пояснение изобретения на основании приведенных в качестве примера вариантов выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:

фиг. 1 - шахта восстановительного реактора согласно уровню техники;

фиг. 2 - шахта восстановительного реактора согласно изобретению;

фиг. 3 - устройство согласно фиг. 2 на виде по вертикали сверху вниз;

фиг. 4 - тело канала восстановительного газа с образованным снизу в засыпке свободным пространством;

фиг. 5 - другой вариант выполнения устройства согласно изобретению в аналогичном фиг. 3 виде;

фиг. 6 - часть устройства согласно изобретению в увеличенном масштабе;

фиг. 7 - разрез по штриховой линии А-Аʹ на фиг. 6.

В то время как на фиг. 2-7 не показано охлаждения для лучшей наглядности, на фиг. 8 показано охлаждение.

Описание вариантов выполнения

На фиг. 1 показано, что в шахте 1 восстановительного реактора, согласно уровню техники, подаваемый через подающее устройство 2 содержащий оксид металла кусковой материал образует засыпку 3. Восстановительный газ 4, представленный волнистыми стрелками с массивным острием, проходит через засыпку и при этом восстанавливает кусковую руду в губчатое железо. Части устройства для отвода израсходованного восстановительного газа из шахты восстановительного реактора для ясности не изображены. Восстановительный газ 4 направляется в выполненный в огнеупорной футеровке 5 шахты 1 восстановительного реактора внутренний кольцевой канал 6. От внутреннего кольцевого канала 6 отходит множество впускных трубопроводов восстановительного газа для ввода восстановительного газа во внутреннее пространство шахты восстановительного реактора, в данном случае щелей 7 кольцевого канала, которые заканчиваются во внутреннем пространстве шахты 1 восстановительного реактора. С помощью этих щелей 7 кольцевого канала в соответствии с уровнем техники в засыпку вводится восстановительный газ. На основании уступа в диаметре внутреннего пространства шахты восстановительного реактора образуется по всему периметру шахты восстановительного реактора не заполненное засыпкой кольцевое пространство 8.

На фиг. 2, аналогичной большей частью фиг. 1, показано устройство, согласно изобретению, при этом для ясности не повторяются используемые на фиг. 1 позиции. Показаны выходы 9а, 9b, 9c, 9d множества щелей 7 кольцевого канала; для ясности не каждому изображенному выходу присвоено собственное обозначение. Выходы 9а, 9b, 9c, 9d щелей кольцевого канала являются выходами восстановительного газа щелей 7 кольцевого канала. Они лежат все в одной горизонтальной плоскости 10. Тело 11 канала восстановительного газа пересекает внутреннее пространство шахты 1 восстановительного реактора. Тело канала восстановительного газа выполнено в виде открытой вниз, лежащей на опорной трубе 12 половинной трубы 13 с удлиненными вниз стенками. Опорная труба 12 на обеих сторонах опирается на кожух 14 шахты восстановительного реактора, что не показано отдельно в деталях. Тело 11 канала восстановительного газа проходит горизонтально и пересекает внутреннее пространство в виде диаметра. Оно лежит внутри того участка вертикального продольного прохождения шахты восстановительного реактора, который, при рассматривании по вертикали, имеет толщину, равную до 100% диаметра шахты восстановительного реактора, в показанном случае меньше 30%, в котором лежат выходы щелей кольцевого канала. На обоих обращенных к внутренней стенке концах тела 11 канала восстановительного газа вертикально под телом 11 канала восстановительного газа имеется подводящий восстановительный газ трубопровод для подачи восстановительного газа во внутреннее пространство шахты восстановительного реактора, в данном случае частичный участок внутреннего кольцевого канала 6, который вертикально под телом 11 канала восстановительного газа открыт к внутреннему пространству шахты 1 восстановительного реактора, это отверстие 15 схематично показано в виде прямоугольника. Через опорную трубу 12 во время работы проходит поток воды в качестве охлаждающей среды, что для большей ясности не изображено отдельно.

На фиг. 3 показано устройство из фиг. 2 на виде по вертикали сверху вниз. Оба подвода 16а и 16b кольцевого канала 5 смещены относительно периметра шахты 1 восстановительного реактора по существу на 90° к положению не видимых на фиг. 3 подводящих восстановительный газ трубопроводов под обращенными к внутренней стенке концами 17а, 17b тела канала восстановительного газа. Через опорную трубу тела канала восстановительного газа во время работы пропускается вода в качестве охлаждающей среды, что для ясности не изображено отдельно.

На фиг. 4 схематично показано, как у тела канала восстановительного газа образуется свободное пространство 18 в засыпке. Опорная труба 12 несет половинную трубу 13 с удлиненными, по существу параллельными стенками. Показано также, что удлиненные боковые стенки опорной трубы подпираются с помощью распорок с целью предотвращения изгибания под давлением засыпки 3. Соответствующее свободное пространство образуется при аналогичной конструкции указанных выше консольных труб. Через опорную трубу во время работы пропускается вода в качестве охлаждающей среды, что для ясности не изображено отдельно.

На фиг. 5 схематично показан в аналогичном фиг. 3 виде другой вариант выполнения устройства согласно изобретению. Здесь имеется наружный кольцевой канал, который состоит из обеих частей 19а и 19b. Он снабжается восстановительным газом через подводы 22 и 23. Наружный кольцевой канал может быть также выполнен в виде сплошного кольца, что, однако, не изображено на отдельной фигуре. Тело 11 канала восстановительного газа соединяет обе части 19а и 19b. От наружного кольцевого канала отходят щели 20, которые входят в изображенное штриховыми линиями кольцевое пространство, которое образовано в засыпке вследствие скачкообразного расширения внутреннего пространства, внутри кожуха 14 шахты восстановительного реактора. Для ввода восстановительного газа проходят также консольные трубы, которые, как и тело канала восстановительного газа, опираются на кожух 14. Они заканчиваются во внутреннем пространстве шахты восстановительного реактора. Через опорную трубу тела канала восстановительного газа во время работы пропускается вода в качестве охлаждающей среды, что для ясности не изображено отдельно.

Как показано на фиг. 2-5, при выполнении способа, согласно изобретению, создания губчатого железа первое частичное количество восстановительного газа вводят в засыпку с помощью множества заканчивающихся во внутреннем пространстве шахты восстановительного реактора впускных трубопроводов восстановительного газа, т.е. щелей наружного или внутреннего кольцевого канала, соответственно, консольных труб, исходящих от наружного кольцевого канала. Второе частичное количество восстановительного газа распределяют в засыпке с помощью пересекающего внутреннее пространство шахты восстановительного реактора тела канала восстановительного газа, после подачи этого второго частичного количества по существу вертикально под телом канала восстановительного газа во внутреннее пространство шахты восстановительного реактора.

На фиг. 6 и 7 схематично показано выполнение вертикально под телом 11 канала восстановительного газа частичного участка внутреннего кольцевого канала 6, который на фиг. 3 и 4 выполняет функцию подводящего восстановительный газ трубопровода для подачи восстановительного газа во внутреннее пространство шахты восстановительного реактора. Таким образом, первое частичное количество восстановительного газа и второе частичное количество восстановительного газа подаются из одного и того же внутреннего кольцевого канала. Внутренний кольцевой канал 6 имеет расширение вниз; тело 11 канала восстановительного газа лежит так, что свободное пространство 18 под телом 11 канала восстановительного газа лежит примерно в одной плоскости с кольцевым пространством, в которое входят щели 7 кольцевого канала своими выходами 9е.

На фиг. 6 показана часть устройства, согласно изобретению, в увеличенном масштабе. Внутренний кольцевой канал 6 предусмотрен в огнеупорной футеровке 5 в кожухе 14 шахты восстановительного реактора. Частичный участок внутреннего кольцевого канала 6 расширяется вниз. Ограничивающая внутренний кольцевой канал 6 от внутреннего пространства стенка изображена заштрихованной. Во внутреннем кольцевом канале 6 показаны некоторые отверстия щелей 7 кольцевого канала в зоне дна внутреннего кольцевого канала 6; ограничения дна изображены штриховыми линиями. Одна щель 7 кольцевого канала с выходом 9е показана в разрезе. На частичном участке внутреннего кольцевого канала 6, который расширяется вниз, тело 11 канала восстановительного газа входит через изображенную заштрихованной стенку во внутреннее пространство. Для большей ясности изображена лишь часть тела 11 канала восстановительного газа с опорной трубой 12 и половинной трубой 13. Вертикально под телом 11 канала восстановительного газа изображенная заштрихованной стенка имеет отверстие 15, через которое восстановительный газ направляется во внутреннее пространство. Это отверстие 15 является подводящим восстановительный газ трубопроводом, исходящим от внутреннего кольцевого канала 6. Тело 11 канала восстановительного газа лежит так, что свободное пространство 18 под телом 11 канала восстановительного газа лежит приблизительно в одной плоскости с выходами щелей кольцевого канала, из которых для большей ясности показан лишь один, а именно, выход 9е.

На фиг. 7 показан разрез вдоль изображенной с прерыванием линии А-Аʹ на фиг. 6. Показан путь прохождения восстановительного газа 4, изображенного с помощью волнистых стрелок с массивным острием, из кольцевого канала 6 через отверстие 15 в зону под телом 11 канала восстановительного газа.

Через опорную трубу тела канала восстановительного газа на фиг. 6 и 7 во время работы пропускается вода в качестве охлаждающей среды, что для ясности не изображено отдельно.

В то время как на фиг. 2-7 для большей ясности не изображено охлаждение, на фиг. 8 показано охлаждение в поперечном сечении устройства согласно изобретению. С помощью стрелок показано, как охлаждающая вода вводится в опорную трубу 24 и отводится из нее. Опорная труба 24 установлена в шахте 25 восстановительного реактора так, что на обоих обращенных к внутренней стенке концах тела канала восстановительного газа, к которому относится опорная труба, имеются снизу подводящие восстановительный газ трубопроводы для подачи восстановительного газа. На фиг. 8 это схематично показано с помощью внутреннего кольцевого канала 25 и отходящих от него щелей 26 кольцевого канала. В закрываемой опорной трубой 24 части поперечного сечения контуры кольцевого канала 25, соответственно, щели 26 кольцевого канала изображены штриховыми линиями.

Опорная труба 24 имеет внутри подводящее охлаждающее средство пространство 27 и отводящее охлаждающее средство пространство 28. Они отделены друг от друга с помощью расположенной в опорной трубе 24 концентрично опорной трубе 24 трубы 29 охлаждающего канала. В лежащем снаружи подводящем охлаждающее средство пространстве проходит поток охлаждающей воды до конца опорной трубы, изменяет там свое направление движения и проходит обратно через отводящее охлаждающее средство пространство, а затем выводится из опорной трубы.

Хотя изобретение подробно показано и пояснено с помощью предпочтительных примеров выполнения, однако изобретение не ограничивается раскрытыми примерами, и специалистами в данной области техники могут быть выведены из него другие варианты выполнения без выхода за объем защиты данного изобретения.

Перечень позиций

1 Шахта восстановительного реактора

2 Подающее устройство

3 Засыпка

4 Восстановительный газ

5 Огнеупорная футеровка

6 Внутренний кольцевой канал

7 Щель кольцевого канала

8 Кольцевое пространство

9а, 9b, 9c, 9d Выходы щелей 7 кольцевого канала

10 Горизонтальная плоскость, в которой лежат выходы 9а, 9b, 9c, 9d щелей 7 кольцевого канала

11 Тело канала восстановительного газа

12 Опорная труба

13 Половинная труба

14 Кожух (шахты 1 восстановительного реактора)

15 Отверстие

16а, 16b Подводы к кольцевому каналу 6

17а, 17b обращенные к внутренней стенке концы тела 11 канала восстановительного газа

18 Свободное пространство

19а, 19b Части наружного кольцевого канала

20 Щели кольцевого канала

21 Консольная труба

22 Подвод

23 Подвод

24 Опорная труба

25 Внутренний кольцевой канал

26 Щели кольцевого канала

27 Подводящее охлаждающее средство пространство

28 Отводящее охлаждающее средство пространство

29 Труба охлаждающего канала.

Список ссылок

Патентные публикации

ЕР 0904415 В1

WO 2009000409

WO 0036159

WO 0036157.

Изобретение относится к устройству и способу изготовления губчатого металла или чугуна из содержащего оксид металла кускового материала с применением восстановительного газа. Устройство содержит шахту восстановительного реактора, множество заканчивающихся во внутреннем пространстве шахты впускных трубопроводов для ввода восстановительного газа в ее внутреннее пространство, пересекающее внутреннее пространство шахты тело канала восстановительного газа для распределения восстановительного газа во внутреннем пространстве шахты восстановительного реактора. По меньшей мере на одном обращенном к внутренней стенке конце тела канала вертикально под телом канала расположен по меньшей мере один подводящий трубопровод для подачи восстановительного газа под телом канала во внутреннее пространство шахты, а тело канала имеет предназначенную для прохождения потока охлаждающей среды опорную трубу. Для равномерного распределения восстановительного газа первое частичное количество вводят с помощью множества упомянутых впускных трубопроводов восстановительного газа, а второе частичное количество распределяют с помощью тела канала восстановительного газа. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для изготовления губчатого металла или чугуна из засыпки содержащего оксид металла кускового материала с применением восстановительного газа, содержащее:

шахту (1) восстановительного реактора,

множество заканчивающихся во внутреннем пространстве шахты (1) восстановительного реактора впускных трубопроводов восстановительного газа для ввода восстановительного газа во внутреннее пространство шахты (1) восстановительного реактора, отличающееся тем, что

оно содержит пересекающее внутреннее пространство шахты (1) восстановительного реактора тело (11) канала восстановительного газа, пригодное для образования свободного пространства в засыпке для распределения восстановительного газа во внутреннем пространстве шахты (1) восстановительного реактора,

при этом

по меньшей мере на одном обращенном к внутренней стенке конце тела (11) канала восстановительного газа вертикально под телом (11) канала восстановительного газа в свободном пространстве в засыпке имеется по меньшей мере один подводящий восстановительный газ трубопровод для подачи восстановительного газа под телом канала восстановительного газа во внутреннее пространство шахты (1) восстановительного реактора, и

тело (11) канала восстановительного газа имеет предназначенную для прохождения потока охлаждающей среды опорную трубу.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что расположенные во внутреннем пространстве шахты (1) восстановительного реактора все выходы восстановительного газа впускных трубопроводов восстановительного газа расположены внутри участка вертикального прохождения шахты (1) восстановительного реактора, который, при рассматривании в вертикальном направлении, имеет толщину до 100% диаметра шахты (1) восстановительного реактора.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что подводящий восстановительный газ трубопровод для подачи восстановительного газа под телом канала восстановительного газа и по меньшей мере некоторые, предпочтительно все впускные трубопроводы восстановительного газа, снабжаются восстановительным газом из одного и того же внутреннего и/или наружного кольцевого канала.

4. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что тело (11) канала восстановительного газа расположено по меньшей мере частично внутри того участка вертикального продольного прохождения шахты (1) восстановительного реактора, который, при рассматривании в вертикальном направлении, имеет толщину, составляющую до 100%, предпочтительно до 40%, особенно предпочтительно до 30%, совсем предпочтительно до 20% диаметра шахты (1) восстановительного реактора, в котором расположены выходы восстановительного газа впускных трубопроводов восстановительного газа.

5. Устройство по п. 1 или 2, при этом внутренний или наружный кольцевой канал снабжен по меньшей мере одним подводом для восстановительного газа, через который восстановительный газ направляется во внутренний или наружный кольцевой канал, при этом по меньшей мере один подвод смещен относительно периметра шахты (1) восстановительного реактора к положению подводящего восстановительный газ трубопровода под обращенный к внутренней стенке конец тела (11) канала восстановительного газа предпочтительно на 45-90°, особенно предпочтительно, по существу, на 90°.

6. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что внутренний диаметр шахты (1) восстановительного реактора в зоне ее продольного прохождения, в котором расположены тело (1) канала восстановительного газа и, при необходимости, консольные трубы (21), расширяется относительно других зон ее продольного прохождения.

7. Способ изготовления губчатого металла или чугуна из засыпки содержащего оксид металла кускового материала в шахте восстановительного реактора с применением восстановительного газа, при этом первое частичное количество восстановительного газа вводят в засыпку с помощью множества заканчивающихся во внутреннем пространстве шахты восстановительного реактора впускных трубопроводов восстановительного газа, отличающийся тем, что второе частичное количество восстановительного газа распределяют в засыпке с помощью пересекающего внутреннее пространство шахты восстановительного реактора, пригодного для образования свободного пространства в засыпке тела канала восстановительного газа, причем упомянутое второе частичное количество восстановительного газа подают вертикально под телом канала восстановительного газа в свободное пространство во внутреннее пространство шахты восстановительного реактора.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что первое частичное количество и второе частичное количество подают из одного и того же внутреннего и/или наружного кольцевого канала.