Способ регулирования газовых потоков в шахтной печи Российский патент 2024 года по МПК C21B13/02 

Изобретение относится к области прямого получения железа в шахтных печах (ШП), но может быть применено и в других областях техники (при подготовке сырьевых материалов к металлургическому переделу, в доменном производстве), где требуется обрабатывать слой материала газом равномерно по сечению агрегата.

Известны способы и устройства по методике Мидрекс, снабженные устройствами для подвода восстановительного газа в рабочее пространство с периферии и периферийными газоотводами для удаления отработанного газа из надслоевого (колошникового) пространства печи [1, 2]. Преимущественное распространение газа по периферии слоя, приводящее к получению неоднородного по степени металлизации продукта, является существенным недостатком данной конструкции, ограничивающим возможность увеличения поперечных размеров и единичной мощности слоевого агрегата.

Известны способы и решения, позволяющие улучшить газораспределение в слое при обработке шихты в системах загрузочных аппаратов и двухъярусного ввода восстановительного газа в ШП [2, 3]. Но при этом все равно остается значительный перепад степени восстановления материалов на периферии и центре поперечного слоя печи, что приводит к снижению качества металлизованного продукта на выходе из агрегата.

Известна также «Шахтная печь для прямого получения железа» [6], взятая за прототип, где повышение равномерности газораспределения в рабочей зоне печи обеспечивается за счет управляемого отвода газа через центральный и периферийный газоотводы колошникового газораспределительного устройства, при заданном соотношении площадей горизонтального сечения шахты и входного отверстия центрального газоотвода (ЦГ), с его заглублением в слой обрабатываемого материала (шихты), а также совместной равномерной подачей природного газа в промежуточную зону печи для распада его углеводородов с образованием водорода и цементита железа (Fe₃C) при науглероживании металлизованного продукта. Однако возможности управления процессом газораспределения в шахтной печи здесь весьма ограничены, и поэтому конструктивные параметры ЦГ следует изменить.

Целью изобретения является увеличение выхода годного путем стабилизации качества металлизованного продукта за счет равномерности распределения газопотоков в ШП.

Поставленная цель достигается тем, что способ регулирования газовых потоков включает подвод и фильтрацию потока восстановительного газа через слой кусковых материалов, его нагрев и восстановление в противотоке, а также отвод из зоны восстановления отработанного газа центральным и периферийным потоками. Отвод отработанного газа осуществляется в циклическом режиме с продолжительностью цикла 0,02-0,12 времени пребывания материалов в зоне восстановления. Причем в течение цикла часовой расход газа, отводимого центральным газопотоком, изменяют в пределах 0,1-0,6 общего расхода отработанного газа.

Существует вариант способа, в котором количество газа, удаляемого за время цикла из зоны восстановления центральным потоком, составляет 0,1-0,4 от общего количества отработанного газа за время цикла.

На чертеже изображена шахтная печь 1 с газораспределительными устройствами для реализации предложенного способа, содержащая шахту, устройства: загрузки кускового материала с трубами 12 , разгрузки губчатого железа (ГЖ) на брикетирование 6 и/или на охлаждение 5, ввода 8 восстановительного газа в слой материала в зону восстановления 2, ввода 7 природного газа в промежуточную зону 3 и его перераспределение к периферии с помощью конуса 4 («китайская шляпа»), центральный газоотвод (ЦГ) 9 с тягами 10 (например, 4 штуки, распределенные равномерно по окружности шахты) для подвески его в верхней части печи и, по крайней мере, одно дроссельное регулирующее устройство 11, расположенное в ЦГ 9, трубопровод 13 отработанного газа, соединенный с колошниковой (периферийной) частью рабочего пространства печи. Отношение площади входного отверстия ЦГ 9 к площади живого сечения шахты на этом уровне равно 0,06-0,50.

На чертеже изображены возможные варианты шахтной печи 1 с газораспределительными устройствами, в которых изображено входное отверстие ЦГ 9, расположенное на расстоянии от уровня устройства ввода 8 восстановительного газа, равном 0,60-0,95 высоты участка печи от уровня устройства ввода 8 газа до периферийного отвода газа.

Возможна конструкция печи 1 с расположением выходной части ЦГ 9 с дроссельным регулирующим устройством 11 в колошниковой части рабочего пространства печи.

Способ регулирования газовых потоков и шахтная печь с газораспределительными устройствами работают следующим образом.

Холодный железорудный материал (окисленные окатыши) по трубам 12 устройства загрузки опускается в шахту печи 1, образуя плотный слой шихты, который движется вниз под действием гравитационных сил, последовательно проходя все зоны обработки технологическими газами. Нагретый слой шихты, опускаясь в зону восстановления 2, взаимодействует с восстановительным газом, подаваемым через устройства ввода 8, после чего поступает в промежуточную зону 3, где происходит его науглероживание углеводородами природного газа, который подается через устройства ввода 7 к периферии с помощью конуса 4 («китайская шляпа»). Далее науглероженный материал (губчатое железо) поступает на брикетирование 6 и/или на охлаждение 5. Восстановительный газ фильтруется через слой шихты, взаимодействует с ним и через ЦГ 9 (закреплен на тягах 10 (например, 4 штуки, распределенные равномерно по окружности шахты) в верхней части печи), совместно с периферийным газопотоком (как отработанный газ), выводится из печи в трубопровод 13 отработанного газа. При этом отвод отработанного газа осуществляется в циклическом режиме с продолжительностью цикла 0,02-0,12 времени пребывания материалов в зоне восстановления, причем в течение цикла часовой расход газа, отводимого центральным газопотоком, изменяют в пределах 0,1-0,6 общего расхода отработанного газа.

Возможно регулирование газовых потоков, при котором количество газа, удаляемого за время цикла из зоны восстановления 2 центральным потоком, составляет 0,1-0,4 от общего количества отработанного газа за время цикла.

Кроме этого, для улучшения газораспределения возможно использование различных вариантов конструкций ШП, в которых: отношение площади входного отверстия ЦГ 9 к площади живого сечения шахты на этом уровне равно 0,06-0,50; входное отверстие ЦГ 9 расположено на расстоянии от уровня подвода восстановительного газа, равном 0,60-0,95 высоты участка печи от уровня подвода газа до периферийного отвода газа; выходная часть ЦГ 9 с дроссельным регулирующим устройством 11 расположена в колошниковой части рабочего пространства печи.

Вследствие того, что с помощью дроссельного регулирующего устройства 11 попеременно изменяются гидравлические сопротивления центрального и периферийного газопотоков, фильтрующийся через слой газ периодически меняет направление, устремляясь то к центральной части слоя, то к периферии. При этом повышается равномерность обработки материала и улучшается качество металлизованного продукта (губчатого железа), с увеличением годного. Это является особенно важным для крупных ШП со значительным поперечным сечением шахты, для которых характерна существенная неравномерность обработки слоя материала при обычном (периферийном) способе отвода газа.

Изобретение отличается от известных газораспределительных устройств ШП возможностью создать оптимальное распределение газопотоков с повышением их энергетического потенциала для крупных печей повышенной мощности, обеспечив на этом крупномасштабное производство губчатого железа.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Пчелкин С.А., Юртаев А.А. Газовщик ШП металлизации. М.: Металлургия, 1991, 127 с.

2. Юсфин Ю.С., Пашков Н.Ф. Металлургия железа: учебник для вузов. - М.: ИКЦ «Академия», 2007, 467 с.

3. Тарасов В.П. Газодинамика доменного процесса. М.: Металлургия, 1990, 216 с.

4. An Environmental study on Persian direct reduction (PERED) technology: Comparing capital cost and energy saving with MIDREX® technology. / F. Mohsenzadeh, H. Payab, M.A. Abdoli, Z. Abode. - Ekoloji 27 (106): 2018, р. 959-967.

5. Авторское свидетельство СССР №1268919, М кл3 F 27 B 1/16, C 21 B 13/00. - Газораспределительное устройство шахтной печи. / Боковиков Б.А., Червоткин В.В., Поволоцкий В.Ю. и др.

6. Патент № 1253147, МПК С21В 13/02, 1993 (прототип). - Шахтная печь для прямого получения железа. / Боковиков Б.А., Кудрявцев В.С., Привалов С.В. и др.

Изобретение относится к области металлургии. Способ регулирования газовых потоков в шахтной печи включает подвод и фильтрацию потока восстановительного газа через слой кусковых материалов, нагрев и восстановление материалов в противотоке, а также отвод из зоны восстановления отработанного газа центральным и периферийным потоками. Отвод отработанного газа осуществляют в циклическом режиме через центральный газоотвод, в котором отношение площади входного отверстия центрального газоотвода к площади живого сечения шахты шахтной печи на этом уровне равно 0,06-0,50, с продолжительностью цикла 0,02-0,12 времени пребывания материалов в зоне восстановления, причем в течение цикла часовой расход газа, отводимого центральным газопотоком, изменяют в пределах 0,1-0,6 общего расхода отработанного газа. Технический результат заключается в увеличении выхода годного. 1 ил.

Способ регулирования газовых потоков в шахтной печи, включающий подвод и фильтрацию потока восстановительного газа через слой кусковых материалов, нагрев и восстановление материалов в противотоке, а также отвод из зоны восстановления отработанного газа центральным и периферийным потоками, отличающийся тем, что отвод отработанного газа осуществляют в циклическом режиме через центральный газоотвод, в котором отношение площади входного отверстия центрального газоотвода к площади живого сечения шахты шахтной печи на этом уровне равно 0,06-0,50, с продолжительностью цикла 0,02-0,12 времени пребывания материалов в зоне восстановления, причем в течение цикла часовой расход газа, отводимого центральным газопотоком, изменяют в пределах 0,1-0,6 общего расхода отработанного газа.