Способ производства восстановленного железа и восстановительного газа и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК C21B13/00 

ную печь снабжен нагревателем, а трубопроводы подачи тверд ого топлива и кислорода соединены с днищем емкости-газификатору.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено узлом для ввода флюса , соединенным с . днищем емкости- газификатора.

66668

6.Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено змеевиковым теплообменником,

, окружающим емкость-гази ||икатор.

7.Устройство по п.4, от л и чающе е ся тем, что оно снабжено резервуаром для хранения топлива, соединенным с трубопроводом

с узлами для очистки газа от двуокиси углерода.

1. Способ производства восстановленного железа и восстановительного газа, включающий предварительное восстановление в шахтной печи, окиси железа в смеси с флюсом, в качестве которого используют известняк или доломит, последующее расплавление с подачей в расплав топ- лива кислорода и флюса, обессеривание полученного в зоне расплава восстановительного газа, содержащего по меньшей мере 80% окиси углерода и водорода, охлаждение газа и подачу его в шахтнзпо печь, отличающийся тем, что, с целью уменьшения износа футеровки печи, в расплав подают с регулируемой скоростью хладагент и поддерживают тем-г пературу расплава 1350-1600 С, а в качестве хладагента используют пар или топливосодержащий газ из водорода, окиси углерода, метана или их смеси., i 2. Способ по П.1, отличающийся тем, что полученгшй вое- ; становительный газ перед вводом в iшахтную печь охлаждают до 800-900 С путем смешивания с колошниковым газом, очищенным от углекислого газа. 3. Способ по П.1, отличающийся тем, что в качестве хладагента используют очищенный и охлажденный колошниковый газ, который подают в нижнюю зону расплава. 4. Устройство для производства восстановленного железа и восстано.витального газа, содержащее шахтную печь с узлами ввода и вывода материала и восстановительного газа, пла- . i вильную емкость-газификатор, соединенный трубопроводом с узлами ввода О) восстановительного газа, трубопровод отвода из шахтной печи колошникового газа с узлами его охлаждения и очистки, трубопроводы ввода твердого топлива и кислорода, о т .личающееся тем, что, с целью уменьшения износа футеровки, Од оно снабжено дополнительными соедиа ненными друг с другом через клапан О) трубопроводами с узлами очистки ко- . Од лошникового газа от двуокиси углерода и подачи пара, и системой соедиоо нительных трубопроводов, два из которых соединяют трубопровод с узлами очистки колошниковогогаза от двуокиси углерода с трубопроводом отвода .колошникового газа, и дном газификатора а два других - с трубопроводами ввода восстановительного газа в шахтную печь, при этом один из трубопроводов, соединяющих трубопровод с узлами очистки газа от двуокиси углерода с трубопроводом восстановительного газа в шахт

1

Изобретение относится к прямому , получению железа с одновременным производством малосернистого восстановительного газа посредством газификации углеродсодержащего топлива в. ванне расплавленного железа.

Целью изобретения является уменьшение износа футеровки печи.

На фиг. 1 схематически изображен газификатор ванны расплава для подачи восстановительного газа в шахтную печь и необходимое вспомогательное оборудование; на фиг. 2 - схема технологического процесса; на фиг. 3 - вариант технологического процесса.

Газификатор 1 ванны-расплавлен-ного металла содержит ванну расплавленного железа 2 и жидкотекучий шлак 3. Змеевики холодильника 4 окружают газификатор. Топливо, например уголь, из источника 5 вводят в ванну через днище газификатора. Флюс, .например 1ьзвесть, из источника 6 вводят в ванну, как составную часть, необходимую для регулирований текучести шлака и улучшения удаления серы. Кислород из источника 7 также вводят в ванну через дни|ще газификатора для окисления и газификации топлива в окись углерода.

Подходящим топливом являются уголь, углеводород, древесный уголь, газ коксовой печи или любая их смесь Предпочтительным топливом является порошковый уголь.

Змеевики обеспечивают наружное охлаждение газификатора. Вода из источника проходит через змеевики и выходит в виде пара из трубопровода 8. Желательно поддерживать рабочую температуру газификатора порядка . Пар из источника 9, либо колошниковый газ, очищенный от двуокиси углерода, из трубопровода 10, либо смесь, регулируемую клапаном 11, вводят в ванну расплава через трубопровод 12. Температуру ванны регулируют устройством (не показано) , которое управляет работой клапана 36 и, следовательно, вводом пара и/или очищенного колошникорчого газа.

Жидкий шлак.З удаляют из газификатора через выпускное отверстие 13 по мере .надобности. Горячий, с примесями, окислителей газ (восстановительный газ) удаляют из газификатора 1 через трубопровод 14, после чего его смешивают с охлажденным до температзфы ниже температуры плавления шлака колошниковым газом, очищенным от двуокиси углерода, который поступает из трубопровода 15 в смеситель-холодильник 16. Нагретый колошниковый газ, бедный двуокисью углерода, добавляют из трубопровода 17 в смешанный восстановительный газ, и полученную смесь вводят в печь 18 для прямого восстановления через трубопровод 19. Окись железа из бункера 20 подают в печь 18 через трубопровод 21 с целью образования в ней шихты с уплотненньпу слоем. Движущаяся вниз шихта из окиси железа восстанавливается до железа, освобожденного от

3

примесей, посредством противотока восстановительного газа. Освобожденное от примесей желе.зо удаляют у выпускного отверстия 22 из печи, и отработанный колошниковый газ удаляют из печи через трубопровод 23 При необходимости известь или известняк можно подавать в печь через трубопровод 21 как часть опускающейся шихты. Нагретый отработанный колошниковый газ будет обжигать известь. В случае наличия значительного количества серы в восстановительном газе она будет соединяться с кальцием в виде сульфида кальция, который удаляют с железом, освобожденным от примесей, совместно с окисью кальция, не вступившей в реакцию, через выпускной трубопровод 22. Это предотвращает загрязнение прямо восстановленного железа сульфидом, а также предотвращает загрязнение отработанного колошникового газа.

Вследствие термодинамических ограничений не весь водород и окись углерода в восстановительном газе вступают в реакцию с окисью железа, следовательно отработанныйколошниковый газ, удаленный через трубопровод 23, содержит ценный водород и окись углерода. Отработанный колош- .никовый газ проходит через холодильник 24 и скрубер 25 для уменьшения температуры газа и удаления воды и пьши из газа. Часть очищенного охлажденного колошникового газа проходит через трубопроводы 26 и 27 и ее используют в качестве топлива для грелки 28. Воздухе для горения подают из источника 29, а дополнительное топливо могут вводить от источника 30 (при необходимости) для нормальной работы горелки 28. Если необходимо топливо для других процессов, .то оно может выпускаться из трубопровода 26 через трубопровод 31 и храниться в резервуаре 32.

. Основную часть отработанного колошников го газа из трубопровода 26 сжимают в компрессоре 33., затем очищают от двуокиси углерода в системе 34 для удаления кислых газов. Полученный колошниковый газ, бедный двуокисью углерода, используют тремя способами: -для охлаждения ванны расплавленного металла через трубопроводы 10 и 12; для смешивания

684

газифицированного восстановительного газа через трубопровод 15; для ввода в нагреватель 35 через трубопровод 36 с целью повторного нагрева для регулирования температуры восстановительного газа в трубопроводе 19.

При работе температуру ванны расплавленного металла поддерживают в

пределах 1350-1600°С, предпочтительно V1500°C. Температура восстановительного газа в трубопроводе 19 поддерживается между 800 и 900 С, предпочтительно 850 °С, для обеспечения

такого восстановительного газа, который вступает в реакцию с шихтой из.окиси железа, но не расплавляет продукцию из железа, освобожденного от примесей.

Вариант устройства, показанный на фиг. 2, содержит систему 37 удаления серы, в которой окись кальция подают через трубопровод 38, а продукт реакции - сульфид кальция удаляют через трубопровод 39. Следовательно, по существу свободный от серы восстановительный газ вводят в лечь 18 через трубопровод 19.

В другом варианте (фиг. 3) хладагент, вводимый в газификатор 1 че-рез трубопровод 12, представляет собой очищенный охлажденный отработанный колошниковый газ, имеющий такой же состав, что и в трубопроводе 26. Система 34 для удаления двуокиси углерода обеспечивает газом, богатым горючим, трубопровод 15, часть которого вводят в газификатор 1 над ванной расплавленного металла

через трубопровод 40. Это обеспечивает получение в некоторой мере бо- лее холодного восстановительного газа в трубопроводе 14, имеющего температуру v 1500 С. Затем этот восстан.овительный газ доводят до температуры л-850с в холодильнике 16 до его ввода в печь 18 для прямого восстановления.

Температуру в ванне с расплавленным металлом поддерживают в пределах 1350-1600°С. При падении температуры ниже 1350°С в расплаве металла начинают образовываться твердые частицы. Кроме того, шлак становится вязким. Температура расплава 1600 С приводит к сильному износу огнеупорной футеровки в сосуде. Поэтому рабочий температурный диапа5зон расплава металла имеет предел и нижний предел 1350° Предпочтительной рабочей температурой является 1500°С - температура при которой шлак остается относител но жидким, а расплавленное железо имеет необычную вязкость. Предпочтительной температурой дл восстановительного газа является 800-900 0, при которой наиболее лег ко восстанавливается окись железа. В случае отклонения значений от оптимальных качество газа резко сни жается и степень восстановления недопустимо падает. . При прямом восстановлении окиси железа до железа, освобожденного от примесей, в шахтной печи реакцио ный колошниковый газ перегревается и должен охлаждаться немедленно при удалении из печи. Этот перегрев используется для обжига извести с цел удаления серы из шахтной печи. В табл. 1 представлена характеристика исходных материалов. Таблица 1 Окись железа Fe2 Oj 8 В табл. 2 приведен расход газа и его состав при интервале температур расплава 1350-1600°С. В табл. 1 приведен расход твердых материалов при получении одной тонны (метрической тонны) железа прямого восстановления. Уголь имеет высокую теплотворную способность на сухой основе, равную 7941 ккал/кг. Теплотворная способность 366 кг использованного угля составляет, таким образом, 2,74 гкал.,.Газификатор работает, предпочтительно, при 1500°С. Восстановительный газ, подаваемый в восстановительную печь, регулируют с помощью подогревателя и трубопровода газовой смеси- до температуры ,815 С, которая является предпочтительной для прямого восстановления окиси железа. В связи с колебаниями содержания серы в угле и-составе золы в газификатор расплавленного металла вводят известь. Необходимое количество извести колеблется от О до 130 кг извести на тонну железа прямого восстановления при изменении содержания серы в угле от О до 2,0%. Состав железа прямого восстановления, полученного в шахтной печи при оптимальных рабочих параметрах, будет следующим,%: Элементное железо85,98 FeO8,34Рудная порода4,09 Углерод1,50 Из изложенного следует, что способ и устройство для получения восстановительного газа в ванне раславленного металла в сочетании с ахтной печью для прямого восстановения окиси железа до-железа, освоожденного от примесей, являются ысокоэффективными, в результате его получают железо, освобожденное т примесей, без серы, а также свродньй от серы отработанный колошниовый газ.

Сырье в восстановительнуюпечь

Колошниковый

Таблица 2

3,2

3,8

47,6 4,1

41,3

f

Q)

-С

ъ

л Qjie je

-с

ooooo

tvi

ooo

гй M

vTOO