Способ получения железа из руд Советский патент 1987 года по МПК C21B13/00 

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу получения железа из кислородного соединения железа, предпочтительно из руды, которое восстанавливается в емкости для восстановления руды посредством реакционного газа, и затем расплавляется в емкости при добавке содержащего углерод горючего и кислородсодержащих газов, например кислорода или воздуха.

Целью изобретения является использование углей, обладающих малым запасом энергии.

На чертеже представлена схема реализации способа получения железа.

Емкость 1 для плавления с огнеупорной облицовкой 2 имеет внутренний объем 150 м. Сопла 3 в днище 4 емкости состоят из двух концентричес :ких трубок, причем диаметр на просвет внутренней трубки 5 составляет 24 мм, а ширина кольцевого зазора между обеими трубками составляет 1 мм. Через центральную трубку 5 сопла 3 в днище 4 кислород или размолотый уголь вместе с газом-носителем поступает в расплав. С помощью вентилей можно переключаться с кислорода на суспензию газа-носителя с углеродом. Для .защиты сопел 3 через кольцевой зазор 6 пропускают газообразные и/или жидкие углеводороды в данном случае пропан, в количестве примерно от 2,5 об.% в расчете :на кислород. |

В верхней части газового пространства емкости 1 для плавления распол жены пронизывающие огнеупорную облицовку 2 два сопла 7 для вдувания кислорода, которые снабжены общим трубопроводом 8. Выходные отверстия .сопел 7 с диаметром на просвет 40 мм находя.тся примерно на 3,5 м выше неподвижной поверхности ванны.

В емкости для расплава находит- 9 железа весом 120 т при для плавления в час приготовляется примерно 70 т стали из введенного сырья.

Во время функциониро:ёания через шесть сопел 3 в днище 4 проходят 40 т угля в час следующего состава,%: С 73; Н, 4; 0 1 1 ; N. 1,5, зола 8,5, жидкие составные части 27, влага 1,5, с теплотой сгорания 6700 ккал/кг Параллельно этому через восемь ниж-. них сопел 3 в днище 4 подают примерся расплав

1500-1600°С. В емкости 1

но 12000 норм. кислорода в ванну. Для шлакообразования кислород нагружают известковой пылью (СаО) в количестве 12 т/ч. Загрузка может осуществляться непрерывно или периодически с более высокой скоростью.

Сопла 7 для вдувания с направлением вдувания в центр ванны, функциони- риуют со скоростью вдувания кислорода 15000. норм.м /ч. Газовые потоки.

5

0

5

0

0

5

действующие в газовом пространстве емкости для плавления на достаточно длинных путях пролета в виде свободных струй, увлекают с собой многократно вводимый объем кислорода из реакционных газов в газовое пространство, благодаря этому достигается дожигание примерно 15% СО до СО,, соответственно, общее дожигание составляет 23% (включая долю Н До . Выделяющаяся при этом теплота благодаря особой технике вдувания в комбинации с сильным перемещива- нием ванны путем введения доли всего кислорода через сопла в днище переносится далее на расплав.

Из емкости 1 для плавления через газопровод 10 с огнеупорной облицовкой 11- отводят 80000 норм. реакционного газа следующего состава,%: СО 57; COg 10; h 16; 12; N 5, теплота сгорания 1860 ккал/норм.м- . В подобной воздухонагревателю емкости для кондиционирования 12, ко- 5 торая благодаря своей насадке имеет высокую теплоемкость, к этому реакционному газу примешивают . 5000 кг/ч угольной пыли. Особая насадка с до- полнительйым введением газа поперек направления основного потока приводит к интенсивному смещению реакционного газа с угольной пылью, при этом реакционный газ восстанавливается и одновременно охлаждается. Газ .состава,%: СО 55; СО 6; Н 31;

5; N.2 4, покидает кондиционер 12 по газопроводу 13 с оптимальной для восстановления руды температурой

900°С. 0

Восстановленный реакционный газ

вводят в горячий циклон 14, в котором осаждаются увеличенные с газом частицы пыли. Затем он через кольце- вой трубопровод 15 и сопла для вдува- . ния, как в доменной печи-, поступает в емкость для восстановления руды - шахтную печь °16. В печи 16 в час восстанавливается ПО т железной руды

с содержанием железа 64%. После восстановления газ состава,%: СО 41; СО 30; Н,, 23; 1; N 4, покидает шахтную печь 16 и отводится по магистрали 17.

Из печи 16 для восстановления руды через выводящее устройство 18 и напорный трубойровод 19 восстановленная руда со степенью металлизации 75% и температурой 800 С подает- ся непосредственно в емкость для расплава,

90000 норм, м /ч газа из шахтной печи 16 может подаваться потребителям, например, для нагрева,; Возмож- на также обработка газа путем промывки СОг и затем повторная подача в качестве восстановительного газа в емкость для восстановления руды.

При зтом на получение тонны ста- ли (железо с 2-3% углерода и незначительными количествами фосфора и серы потребляетйя 650 кг угля указанного

2,

состава, 380 норм.м кислорода и

165 кг СаО.

Сталь может отводиться из емкости для расплава ежечасно порциями или через выпускное отверстие непрерывно .

При вдувании кислорода давление в емкости 1 для расплава составляет 2 бар, что достаточно для преодоления сопротивления потока во всей системе, следовательно не нужны устройства для сжатия восстановительного газа.

Через сопла 7 в верхнюю часть емкости 1 над поверхностью ванны вместо кислорода может вдуваться воздух, предварительно подогретый до 1200 С. Процесс при этом осуществляется в тех же устройствах. Через сопла 3 в.днище в емкость .1 для расплава вводят уголь и кислород с известью. Количество СаО для шлакообразования согласуется так, чтоб из извести и количества Si02 угольной золы и жильной породы руды устанавливались основность шлака СаО/Sic примерно 2. Эта основность шлака при температуре расплава железа 1550°С приводит к распределению серы между шлаками и ванной, примерно равному 100, т.е. содержание серы в жидком железе составляет 0,015%, в То время как концентрация серы в шлаках 1,5%.

Над днищем через боковые сопла 7, которые расположены примерно на 3-4м

с

O

5

0

5

Q

Q Q

Bbmie стабильной поверхности ванны, в расплав вдувают горячий воздух. При этом достигается степень дожигания 23,4% (15% СО до СО , остаток Н до Н.,0).

В этом случае для производства 1 т сырьевой стали необходимо 640 кг.угля (включая уголь для восстановления газа) указанного состава, 130 норм.м кислорода, 1250 норм.м горячего воздуха с температурой предварительного подогрева 1200 С, 155 кг извести для шлакообразования, 1560 кг руды, которая после частичного восстановления со степенью металлизации 75% непосредственно из емкости для восстановления руды с температурой 800 С подается в емкость для расплава.

Образуется 1750 норм.м реакционного газа с температурой 1575 С в емкости для расплава состава,%: СО 36;; СОг 6; Н 10; /,3; N,, 41. После примешивания 110 кг угольной пыли получают 2000 норм.м восстановительного реакционного газа с температурой 900 С состава,%: СО 38; С02 2; Н 25; 2; N 33. Этот восстановительный газ в емкости для восстановления руды служит для восстановления руды и покидает шахтную . печь с составом,%: СО 28; СО 16; Н2 18; 2; N,j 36. Количество отходящих газов 1875 норм.м теплота сгорания отходящего газа 1300 ккал/м ,

При исключительном применении горячего воздуха с температурой предварительного подогрева 1200 С для осуществления предлагаемого способа необходимо 2000 норм.м воздуха на 1 т сырья стали. Удельный расход угля при этом не меняется.

Согласно изобретению при установлении выровненного энергетического баланса могут изменяться сырье, восстановитель, степень дожигания, способ восстановления руды в емкости для восстановления руды. Пока используются частичное дожигание реакционных газов в емкости для расплава и восстановление с одновременным охлаждением реакционных газов, изменения заключаются в системе связывания.

Предпочтительным является такое выполнение способа, когда предварительно восстановленную руду со степенью металлизации 30-70% (предпочтительно 50%) из емкости для восстановления руды вводят в емкость для

расплава и одновременно повьшают дожигание реакционных газов в емкости для расплава до 30-40%.

Согласно этому варианту изобретения, использование газа в емкости для восстановления руды повьш1аётся до 50%S металлизация предварительно Восстановленной руды снижается ниже 75%. Например, использование газа в шахтной печи может достигать 45% при степени металлизации 53%.

Введение предварительно восстановленного материала, например, предварительно восстановленной высокоцен- иой руды со степенью металлизации 30-70% (предпочтительно 50%) в емкость для расплава по предлагаемому Способу может осуществляться без затруднений, пока имеется высокое дожи-

гание (30-40%) получающихся в емкост Для пла1 ления реакционных газов. Согласно изобретению, для этого значительно повышается скорость вдувания кислорода, которая может составить 100%, Содержащие кислород вдуваемые газы при этом могут вдуваться в ванну из трубки для ввода кислорода и/или из сопел , которые встроены в огнеупорный материал в верхней части емкости для расплава, так, чтобы образовывались газовые потоки в газовом пространстве в виде свободных струй. Свободные струи при этом увлекают с собой большую часть вдуваемого газового объема. Вводимые, кислородсодержащие газы могут представ- Лять собой чистый кислород, воздух или любые смеси воздуха с кислородом

Опыты показали, что при осуществлении предлагаемого способа с высоко степенью дожигания (30-40%) увеличение скорости вдувания окисляющих газов вплоть до исключительного заполнения, например, предварительно по- догрёть М воздухом благоприятствует безопасному установлению относительно высокого дожигания.

Существенным является применение предварительно подогретого воздуха в качестве окислителя. Более высокое физическое количество теплоты на основании относительно высокого объема балластного газа в форме

азота позволяет осуществлять добав- поверхность ванны расплава железа.

ку больших количеств восстановителя в реакционный газ из емкости для расплава при одновременном сохранении благоприятной температуры (800

1000 С) для восстановления руды. Таким образом, предлагаемый способ дает возможность с одной стороны, повысить степень дожигания в емкости для расплава , с другой стороны, получать оптимальный восстановительный газ для емкости восстановления РУДЫ.

Процесс может протекать автотерми- чески, т.е. он требует только незначительного избытка энергии. Отходящие из емкости для восстановления руды газы обладают остаточной теплотой сгорания только 600-1000 ккал/норм.м. Например, количество отходящих из емкости для восстановления руды газов может пониясаться примерно до

1900 норм.

величиной остаточной теплоты сгорания 750 ккал/норм.м .

примерно

25

30

Для производства 1 т стали из руды требуется лишь 500-600 кг недорогостоящего угля с.высокой долей летучих составных частей. Из них примерно 350 кг вдувают в емкость для расплава и для восстановления улетучивающихся с высокой .степенью дожигания реакционных газов из емкости для расплава остаточные количества (примерно 150 кг угля) в виде пыли добавляют для восстановления реакционных газов на пути в емкость для восстановления руды. Эта доля угля для ворстановления газа может быть заменена другим восстановителем, нап Лфимер природным газом.

Согласно изобретению, реакционные 40 газы в процессе, восстановления при 1600°С при выходе из емкости для расплава охлаждаются до оптимальной для восстановления в емкости для восстановления руда температуры 80045

50

1000°С,

Например, в подобной конвертеру емкости для расплава находится расплав, в который через сопла, расположенные ниже поверхности ванны, вдувают 360 кг угля с 34% летучих составных частей, 7% золы и 1,5% влаги для получения 1 т стали. Одновременно вдувают 1270 норм.м воздуха с температурой подогрева

воздуха 1200°С на

Далее в емкость для расплава вводят

1200

ной

пенью металлизации

кг предварительно восстановлен- руды с температурой 800 С и сте- 59%.

Из емкости для расплава удаляют Г710 норм.м газа с температурой 1575°С состава,%: СО 19; СО 8; Н2 5; 8,5; N 59,5. Этот газ на своем пути к емкости для восстановления в шахтной печи восстанавливается с помощью 146 кг угля и после этого содержит,%; СО 31; 00 1,6; Нг 14 1,7; N, 49,6, температура 1 Газовый объем за счет добавки угля для восстановления повышается примерно до 2060 норм.м.

Вместо 146 кг угля для восстановления выходящего из емкости для расплава реакционного газа могут использоваться также 120 норм.м природного газа для восстановления газа.

Покидающий шахтную печь отходящий газ очищается мокрым путем и после

этого имеет состав,%: СО 18; СО, 17;

Hj 10; HjO 2; N 53. Теплота сгорания составляет примерно 790 ккал/норм.м . Из этого газа примерно 750 норм.м используют для подогрева воздуха.

Общий избыток газа составляет 1100 норм.м (соответственно 0,9 ккал).

Для восстановления могут быть использованы,например, псевдоожиженный слой, циркулирующий взвихренный: слой. Подача восстановителя в реакци- 30 онный газ из реактора для расплава . также может изменяться. Например,

вместо прямого ввода восстановителя лавлению подвергают предварительно в трубопровод могут использовать ввод восстановленную руду со степенью через отдельные емкости для прохож- 35 металлизации 30-70%, преимущественно дения, например, с улучшенным переме- 50%, при одновременной степени дожи- шиванием.гания реакционных газов, равной 3040%. Формула изобретения 5. Способ по пп. I - 3. или 4, о т40 личающийся тем, что в ка1. Способ получения железа из честве восстановителей используют руд, включающий предварительное вое- уголь, который подают в. емкость для становление и металлизацию в реакторе расплавления и рафинирования выше с реакционными газами, отводимыми из расплава.

емкости для расплавления, последующее расплавление и рафинирование предварительно восстановленной руды за счет ввода углеродосодержащего

топлива и вдувания сверху на поверхность .ванны кислородсодержащих газов, дожигание реакционных газов с подачей выделяющегося тепла врасплав и охлаждение их до температуры предва-рительного восстановления за счет смешивания их с восстановителями, отличающийся тем, что, с целью использования углей, обладающих малым запасом энергии, 10-90%

от общего расхода кислородсодержащего газа вдувают в ванну расплава, а смешивание реакционных газов с восстановителем осуществляют перед реактором предварительного восстанов-

2.Способ поп,1, отличающийся тем, что смешивание реак-. ционных газов с восстановителями осуществляют в отдельной емкости,

3.Способ по ПП.1 или 2, о т л и- чающийся тем, что расплавление предварительно восстановленной руды осуществляют под давлением 1,5- 5 бар.

4.Способ по пи.,2 или 3, о т - личающийся тем, что расп-т

titr;:

/«

/J

t2

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения железа. Цель изобретения - использование углей, обладающих малым запасом энергии, В способе получения железа из кислородного соединения железа, предпочтительно из руды, кислородное соединение железа в емкости для восстановления руды восстанавливается главным образом с помощью реакционного газа из емкости для расплава, затем вводится в эту емкость для расплава и расплавляется при добыче углеводородсодержащего горючего и кислородсодержащих газов. Выходящие из расплава железа реакционные газы частично дожигаются в емкости для расплава. Выделяющаяся при этом теплота переносится далее на .расплав, а реакционные газы охлаждаются и восстанавливаются на пути к емкости для восстановления руды с помощью восстановителей. 4 з.п. ф-лы, 1 ил. § СО со о 4 ;о

Составитель А.Ашихин Редактор М.Циткина Техред В.Кадар

Заказ 1325/58 Тираж 550Подписное

ВНИШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Корректор Н.Король