Способ прямого получения чугуна из дисперсной железной руды и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК C21B13/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к прямому получению чугуна из дисперсной железной руды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному является способ прямого получения чугуна из дисперсной железосодержащей руды, включающий восстановление в противотоке горячим восстановительным газом загружаемую сверху в шахтную печь опускающуюся железную руду, выгрузку в вьгплавной газификатор, расплавление, сжигание в газификаторе угля, образование восстановительного газа, последующее его охлаждение, обеспыливание и подачу в зону восстановления щахтной печи.Известно устройство для прямого получения чугуна из дисперсной железосодержащей руды, содержащее щахтную печь с узлами загрузки сверху и выгрузки снизу, устройства для ввода газа в средней части и вывода газа в верхней части печи 1.

Недостатком известного способа является, то, что произведенный в плавильном газификаторе восстановительный газ в месте выхода из плавильного газификатора еще имеет температуру 1200-1400 Си, кроме того, содержит больщую долю пыли. Позтому он может подводиться к щахтной печи прямого восстановления только после очистки и охлаждения до необходимой для процесса прямого восстановления температуры 800 С. Непосредственный ввод в восстановительную печь привел бы в течение короткого времени к склеиванию насыпного материала и засорению промежуточных пространств за счет увлекаемой с газом пыли и сделал бы процесс прямого восстановления невозможным. Поэтому прямое соединение между Щахтной печью прямого восстановления и плавильным газификатором исключается и горячее губчатое железо подается из шахтной печи прямого восстановления в плав.ильный газификатор с помощью щлюза, выпол1генного в виДе запорного клапана. Такого рода щлюзы вследствие высоких температур и свойств насыпного

материала подвержены повреждениям. Matepиaл задерживается в местах закрытия запорных узлов и тем самым уже не обеспечивается герметичность в отнощении газа. Горячие поднимающиеся газы, которые разогревают насыпной материал выще его точки размягчения, приводят вскоре к дальнейщим затруднениям вследствие спекания частиц губчатого жедеза.

Цель изобретения - увеличение эффективности процесса за счет непрерывной транспортировки горячего губчатого железа в выплавной газификатор.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу прямого получения чугуна из дисперсной железной руды, включающему восстановление в противотоке горячим восстановительным газом загружаемой сверху в щахтную печь опускающейся железной руды, выгрузку в выплавной газификатор, расплавление, сжигание в газификаторе угля, образование восстановительного газа, последующее его охлаждение, обеспыливание и подачу в зону восстановления шахтной печи, горячее губчатое железо подают в выплавной газификатор по крайней мере по одному трубопроводу в противотоке с частью полученного щи газификации восстановительного газа с охлаждением газа в зоне трубопровода до 750-950 С, при этом количество газа, подаваемого противотоком по трубопроводу, составляет 5-30 об.% от общего количества газа вводимого в шахтную печь.

Охлаждение части газа, вводимого через трубопровод, осуществляют за счет смещения его с другой частью рециркулируемого, охлажденного и обеспыленного газа, полученного в газификаторе.

Рециркулируемую часть газа перед смещиванием ее с частью газа, выходящего непосредственно из выплавного газификатора, охлаждают до 50°С.

Устройство для прямого получения чугуна из дисперсной железкой руды, содержащее щахтную печь с узлами загрузки вверху и выгрузки внизу печи, устройства для ввода газа в средней части и вывода газа в верхней части печи, снабжено по крайней мере, одним .трубопроводом, соединяющим узел выгрузки шахтной пезд с газифика тором, при зтом трубопровод выполнен с боковым впуском для газа.

Узел выгрузки выполнен в виде распределенных по поперечному сечению или радиально расположенных червячиых транспортеров, закрепленных на консоли .

Транспортирующая часть червячных транспотеров выполнена в виде образованного лопастми прерывистого червячного винта.

Огибающая транспортирующей части червячных транспортеров имеет коническое сужение в направлении к входной стороне транспортеров.

Малая часть произведенного в плавильном газификаторе восстановительного газа может без трудностей вводиться 8 противотоке по отнощениию к частицам губчатого железа в восстановительный агрегат, когда этот газ перед выпускным устройством охлаждается до температуры ниже температуры размягчения транспортируемого губчатого железа. При процессе охлаждения оказывается существенным то, что он не снижает качество восста новительного газа. Предпочтительно добавлять достаточно охлажденный как правило, до температуры ниже 100°С и очищенный восстанови тельный газ. Существенная доля совместно нап равляемой пыли осаждается в области выходной стороны выпускного устройства и выпуск ется с помощью отверстия вместе с частицами губчатого железа. Для того, чтобы доля непосредственно: протекающего через выпускное устройство неочищенного восстановительного газа по отнощению к вдуваемому в восстановительную зону, очищенному и охлажденному до температу ры процесса газу удерживалась малой, сопроти ление потоку, на пути потока неочищенного восстановительного газа должно быть существенно более высоким, чем на пути потока . очищенного и охлажденного до температуры процесса восстановительного газа. Сопротивление потоку для названного первым пути поток в первую очередь определяется выпускным устройством и столбом насыпного материала до форсунок для вдувания очи) ценного и охлажденного восстановительного газа. Позтому используется выпускное устройство, которое имеет относительное высокое сопротивление потоку, тогда как сопротивление потоку на пути главного потока восстановительного газа за счет соответствующего выбора обеспыливающих и охлаждающих устройств удерживается по возможности малым. В качестве выпускного устройства используют пригодны червячные транспортеры, подающая часть выполнена в виде лопастного червяка, а выпускное отверстие входит непосредственно в соединенную с плавильным газификатором опускную трубу. Червячные транспортеры обусловливают относительно высокие потери давления и одновременно образуют хороший фильтр для пыли, который за счет постоянного выпуска уловленных частичек пыли вместе с частицами губчатого железа самоочищается. На фиг.1 изображена схема способа и устройства; на фиг. 2 - продольный разрез червячного транспортера для горячего выпуска частиц губчатого железа. Устройство для прямого производства жидкого чугуна из кусковой железной руды содер жит плавильный газификатор 1. Над плавильны газификатором расположена подвешенная в стальной конструкции (не показана) шахтная печь 2 прямого восстановления. К последней через герметичный в отношении газа двухюбо ный затвор 3 подводится кусковая железная руда, которая опускается в форуме насыпной засьшки в шахтную печь и с помощью вдуваемого через средний впуск газа 4 горячего восстановительного газа с температурой 760- . 850 С восстанавливается до губчатого железа. Использованный восстановительный газ покидает шахтную печь 2 через верхний выпуск газа 5 (может направляться обратно обычным образом в контур восстановительного газа или использоваться другим образом). Получаемое за счет восстановления кусковой железной руды горячее губчатое железо выпускается при 750-8бо°С снизу из щахтаой печи прямого восстановления 2 и непрерывно загружается сверху в плавильный газификатор. В плавильном газификаторе из поступающего через отверстия 6 угля и вдуваемого через двенадцать радиальных форсунок 7кислородсодержащего газа, например кислорода и воздуха, образуется углеродный псевдоожиженный углеродный слой 8, в котором заметно тормозятся более крупные частицы губчатого железа (до вхождения в высокотемпературную зону в нижнем участке углеродного псевдоожиженного слоя их температура существенно повышается и они расплавляются). Над углеродным псевдоожиженным слоем 8находится пространство успокоения, в которое входят радиальные форсунки 9, через которые вдуваются для охлаждения произведенного в плавильном газификаторе горячего восстановительного газа водяной пар, углеводороды или, например, охлажденный до 50 С восстановительный газ. Произведенньтй в плавильном газификаторе восстановительный газ покидает плавильный газификатор над пространством успокоения через два выпуска газа 10 с температурой 1200-J400 C и давлегшем около 2 бар. Затем он попадает в смесительное место 11, в котором он с помощью охлажденного газа с достаточно более низкой температурой доводится до необходимой для прямого восстановления температуры, как правило равной 760-SSO C. Смесительное место с точки зрения техники потока выполнено таким образом, что часть кинетической энергии охлажденного газа после смешивания с горячим, поступающим от плавильного газификатора восстановительным газом возвращается в виде давления, и тем самым потери давления на пути горячего газа удерживаются по возможности малыми. От смесительного места газ поступает к циклонному сепаратору 12, в котором в значительной мере отделяются увлекаемые вместе с потоком газа коксовая пыль и зола. Затем охлажденный до необходимой температуры процесса и очищенный поток горячего газа разделяется: примерно 60 об.% от общего количества газа вдуваются в качестве первого частичного газового потока 13 через впуск газа 4 в восстановительную зону шахтной печн прямого восстановления 2, тогда как другая часть для получения охлажденного газа подводится к холодильнику с брызгалами 14 и затем к промывной башне 15. Выходящий охлажденный газ сжимается с помощью компрессора 16 н при температуре подводится для регулирова1д«1 температурь выходящего из плавильного газификатора горячего восстановительного газа к смеси тельному месту 11, для регулирования температуры восстановительного газа в плавильном газификаторе - к форсункам 9 и далее к кольцевому трубопроводу. Для горячего выпуска частид губчатого ; зкелеза из шахтной прямого восстановления 2 симметрично средней оси печи расположены радиапьно шесть червячных транспортеров 17, которые выполнены в виде лопастных червяков и имеют одностороннюю опору. Выходное отверстие 18 каждого червячного транспортера соединено с соединительным трубопроводом в форме опускной трубы 19, которая через потолок 20 плавильного газифи катора I входит в пространство успокоения этого газификатора (в этом случае предусмотрено также шесть расположенных симметрично по оси опускных труб. В каждую трубу по возмож1юсш ближе к входу в плавильный газификатор входит форсунка 21 из кольцево го трубопровода 22, к которой подводится от компрессора 16 обозначенный как третий часппкы поток газа 23 поток охлажденного до 50°С и очищенного, направляемого от плавильного газификатора восстановительного газа.. В известных способах и установках с помощью дорогостоящих мероприятий предотвра щается возможность попадания неочищенного И слишком горячего восстановительного газа без подаотовки в шахтную печь прямого восс новления, согласно данному способу возможна подача ограниченного потока газа непосредственно от плавильного газификатора через выпускное устройство 17 для горячего губчато го железа в противопотоке по отношению к нему. Весь текущий непосредственно из плавильного газификатора в опускные трубы поток газа из неочищенного восстановительног газа обозначен как второй частичный поток газа 24. Температура втекающего в опускные трубы 19 второго частичного потока газа 24 ; Понижается с помощью вводимого в регулиру емом количестве охлажденного газа через фсфсунки 21 до температуры 760-850 С, . прежде чем потоки газа через червячные транспортеры 17 попадают в шахтную печь прямого восстановления. Охлажденный газ подводится таким образом, что возникает хорошая турбулизация с поднимающимся сырым газом. , Содержащаяся при входе в червячный транспортер 17 в пощшмающемся потоке газа пыль оседает в основном в области червячного транспортера и последовательно транспортируется назад вместе с частицами губчатого железа вновь в соответствующую опускную трубу и в плавильный газификатор. Существенным является ограничение второго частичного потока газа 24, т. е. протекающего через щесть опускных труб 19 непосредственно от плавильного газификатора вверх количества сырого газа до доли, равной максимально 30 об.% от общего вводимого в щахтную печь прямого восстановления количества восстановительного газа. Для этого необходимо, чтобы сопротивление потоку для второго частичного потока газа 24 на пути потока до восстановительной зоны в щахтной печи прямого восстановления, т. е. до плоскости впуска газа 4, было большим, чем сопротивление потоку для первого частичного потока газа 13 на пути потока от выпуска газа 10 до впуска газа 4. Этому требованию удовлетворяет выполнение вьтускного устройства в виде червячного транспортера, транспортирующая часть которого, выполнена в виде лопастного червяка. В остальном сопротивление потоку и тем самым потери давления на пути первого частичного потока газа 13 намеренно удерживаются малыми. С помощью данного способа и устройства обеспечивается возможность непосредственной непрерьгеной транспортировки горячих частиц губчатого железа из шахтной печи прямого воссстановления 2 в плавильный газификатор 1. Здесь не нужно использовать шлюзы или .; другие дорогостоящие устройства для герметизации относительно горячего восстановительного газа, которые при высокой температуре и в зависимости от вида подлежащего транспортированию материала не обладают требующейся зксплуатаднонной надежностью. Червячный транспортер прифланцован к сваренному с кожухом шахтной печи прямого восстановления патрубку 25. В патрубке 25 находится на выходной стороне 18 транспортера выходной патрубок для прифланцовьгвания опускной трубы 19 (см. фиг. 1). В качестве защиты от износа кирпичной кладки транспортирующую часть охватывает оболочковая труба 26, которая также прифланцована к патрубку 25. Червячный транспортер 17 содержит входя,110ю в печь транспортирующую часть 27, а

также прифланцованную к патрубку 25 вые- . тупающую из печи опорную часть 28 и при водную часть.

Транспортирующая часть 27 имеет форму образованного лопастями 29 прерывистого

червячного витка, причем нарисованная штриховыми линиями огибающая 30 лопастного червяка конически сужается к свободному концу вала, 31. Этот свободный конец доходит почти до середины шахтной печи и обеспе чивает за счет конического сужения огибающей равномерный отбор насыпного материала от столба Насыпного материала.

Вал 31 охлаждается водой и для этого выполнен полым с внутренней трубой 32, которая заканчивается недалеко от свободного конца вала 31 и вводится в охлаждающую воду, которая затем отводится на свободаый конец и протекает обратно в кольцевом зазоре между центральной трубой 32 и внутренней стенкой вала 31.

Привод 33 сконструирован следующим образом. Для вращения вала 31 служит храповой механизм 34 с колесом 35, с зубьями которого входит в зацепление собачка 36, установленная с возможностью поворота на рь1чаге 37, который в свою очереда с возможностью вращения сидит на валу и с помощью гидравлически или пневматически приводимого

в действие порцщя 38 может поворачиваться в ту или другую стороны на заданное углово перемещение. При зтом за счет собачки 36 колесо 35 поворачивается дальще на соответствующую одному щагу зубьев или кратному от одного шага зубьев величину.

При больцшх диаметрах щахтной печи прямого восстановления необходимо направлять вал червячного транспортера через печь и устанавливать на опоры по обе стороны в стенке емкости печи. В этом случае целесообразно располагать червячные витки в противоположном направлении от центра, т. е. транспортирующими к периметру, к соплам может подводиться водяной пар для охлаждения сырого газа в верхней части выплавного газификатора до нужной температуры. В этом случае рециркуляция становится излицшей.

Для охлаждения части поднимающегося потока газа 24 до 750-950°С можно использовать также и охлаждающий газ от внещнего источника, подаваемый по кольцевому трубопроводу 22. Охлаждение можно осу-. ществлять и с помощью холодильника.

В таблице в качестве конкретного примера осуществления приведены состав газа, его объем, температура и давление в различнь1х точках циркуляционного контура.

I. Способ прямого получения чугуна из дисперсно железной руды, включающий восстановление в противотоке горячим восстановительным газом загружаемой сверху в шахтную печь опускающейся железной руды, выгрузку в вьшлавной газификатор, расплавление, сжигание в газификаторе угля, образование восстановительного газа, последующее его охлаждение, обеспыливание и подачу в зону восстановления шахтной печи. Отличающийся тем, что, с целью увеличения зффективности процесса за счет непрерывной транспортировки горячего губчатого железа в выплавной газификатор, горячее губчатое железо подают в выплавной газификатор по крайней мере по одному трубопроводу в противотоке с частью полученного при газификации восстановительного газа с охлаждением газа в зоне трубопровода до 750 950° С, при этом количество газа, подаваемого противотоком по трубопроводу, составляет 5-30 об.% от общего количества газа, вводимого в шахтную печь. 2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что охлаждение части газа, входимого через трубопровод, осуществляют за. счет, смешения его с другой частью рециркулируемого, охлажденного и обеспыленного газа, полу шшюго в газификаторе. 3.Способ по п. 1,отличающ,ийс я тем, что рециркулируемую часть газа . передсмешиванием ее с частью газа, выходящего непосредственно из выплавного газификатора, охлаждают до 50 С./ 4.Устройство для прямого получения чугуна из дисперсной железной руды, содержащее расположенную над вьшлавным газификатором шахтную печь с узлами загрузки вверху и выгрузки внизу печи, устройства для ввода газа в средней части и вывода газа в верхней (Л части печи, отличающееся тем, что, с целью увеличения зффективности процесса за счет непрерывной транспортировки горячего губчатого железа в вьшлавной газификатор, устройство снабжено по крайней мере одним трубопроводом, соединяющим узел выгрузки . шахтной печи с газификатором, при этом трубо: провод выполнен с боковым впуском для газа. 5.Устройство по п. 4, отличающе:л еся TeMi что узел выгрузки выполнен в виде распределенных по поперечному сечению ю или расположен1П)1х радиально червячных трансю о портеров, закрепленных на консоли. 6.Устройство по п. 4, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что транспортирующая часть червячных транспортеров выполнена в виде образованного лопастями прерывистого червячного винта. 7.Устройство по п. 4, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что огибающая транспортирующей части червячных транспортеров имеет коническое сужение в направлении к входной стороне транспортеров.