Устройство для восстановления металлической руды до металла в шахтной печи Советский патент 1988 года по МПК C21B13/00 

СО

00 00

С55

00

;

см

Фаг.2

113

Изобретение относится к газообразному восстановлению частиц руд до металлов в двигающемся слое вертикального шахтного реактора, улучшает способ управления восстановлением руды и охлаждения полученных металлических частиц в оптимально сконструированном вертикальном шахтном реак °Ре-..

Цель изобретения - повьппение степени металлизации продукта при обеспечении эффективного контроля науглв роживания губчатого железа.

На фиг, 1 представлена схема полу- чения губчатого железа; на фиг. 2 - промежуточная зона; на фиг. 3 - перемешивание восстанавливающих газов и охлаждающих газов внутри реактора; на фиг. 4 - кривая количества переме- шивающегося газа в процентах от общей подачи газа как в зону вЬсстановле- - ния, так и в зону охлаждения в виде функции от отношения эквивалентной высоты к эквивалентному диаметру про- межуточной зоны.

На фиг. 1 обозначен вертикальный шахтный с движущимся слоем реактор 1, имеющий в своей верхней части зону 2

ступающая в промежуточную зону 4, представляет собой элементарйое железо, карбид железа и остаточные количества оксида железа. Внутренние стенки, определяющие промежуточную зону 4, должны обеспечить однородный поток двигающейся вниз руды.

Восстановленна(Я железная руда, двигакщаяся вниз через промежуточную зону 4, входит в зону 3 охлаждения и имеет Высокую степень металлизации и низкое содержание углерода. Рядом с нижней частью зоны 3 охлаждения имеется другая кольцевая нагнетательная камера 8, подобная нагнетательной камере 6, через которую в ре актор 1 может быть подан охлаждакхций газ. Предусмотрен также усеченный конический экран 9, который вместе со стенкой реактора 1 определяет кольцевое пространство 8. Губчатое железо проходит вниз через зону 3 охлаждения, где оно охлаждается охлаждающим газом, протекающим через него, и.покидает реактор 1 через выпуск 10.

Восстанавливанмций газ, в больше й

Изобретение относится к газообразному восстановлению частиц руд до металлов в движущемся слое вертикального шахтного реактора. Целью изобретения является повьшёние степени металлизации продукта обеспечении эффективного контроля науглероживания губчатого железа. Промежуточная зона 4 выполнена с отношением эквивалентной высоты L к эквивалентному диаметру D, равным 0,5- 2,0, а эквивалентный диаметр равен наименьшему расстоянию между стенками промежуточной эоны 4. При этом эквивалентная высота L равна расстоянию по вертикали между узлом ввода восстановительного газа в зоне восстановления и узлом вывода газа из зоны охлаждения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

восстановления, в нижней части зону 3 зо епени состоящий из монооксида углеохЛаждения и промежуточную зону 4i расположенную между зонами восстановления и охлаждения. Реактор подходящим образом теплоизолировании приспособлен для нанесения внутренней футеровки из огнеупорного материала известным в технике способом.

Подлежащая обработке раздробленная руда вводится в реактор 1 через загрузочную трубу 5. Загружаемая в реактор 1 руда может быть в виде кусков или предварительно отформованных гранул или их смеси. Рядом с нижним концом зоны 2 восстановления реактора 1 предусмотрена кольцевая нагнетательная камера 6, которая располо жена по периферии реактора 1 и обеспечивает устройство, посредством которого восстанавливающий газ может быть введен в реактор 1. Предусмотрен также вертикальный экран 7, который вместе со стенкой реактора 1 определяет кольцевую нагнетательную камеру 6. Руда двигается вниз через зону 2 восстановления, где восстанавливается до губчатого железа проте- кающим вверх восстанавливающим газом.

Восстановленная железная-руда, покидающая зону 2 восстановления и по5

0

5

0

5

рода и водорода, входит в систему через трубу 11 с контролируемой скоростью при помощи регулятора 12 потока.

Восстанавливающий газ, поступающий в систему восстановления через трубу 11, втекает через трубу 13 и затем через змеевик 14 нагревателя 15, где он нагревается до 750 - л , предпочтительно 800 - 1000°С. Нагретый газ покидает нагреватель 15 по трубе 16 и поступает в нагнетательную камеру 6. Восстанавливающий газ протекает через нагнетательную камеру бив реактор 1 рядом с нижней частью .зоны 2 восстановления. После входа В реактор 1 восстанавли- ваюпщй газ протекает вверх через зону 2 восстановления, восстанавливая, тем самым, металлическую руду, и удаляется рядом с верхней частью реактора 1 через вьшускное соединение 17 и трубу 18.

Покидакщий реактор 1 через трубу 18 газ поступает в быстрый охладитель 19, в который вода вводится через трубу 20 для охлаждения и осуществления удаления воды из вытекающего газа. Газ вькодит из охладителя 19

через трубу 21 и втекает в трубу 22, которая соединена со всасывающей стороной насоса 23. Газопая смесь, протекающая через насос 23, выпускается через трубу 24 и соединяется со свежим восстанавливающим газом, протекающим через трубу 11, и затем повторно направляется в реактор 1 через трубу 13, нагреватель 15 и нагнета- тельную камеру 6. Часть газового потока, протекающего через трубу 21, может быть направлена через трубу 25 в место использования. Труба 25 снабжена также регулятором 26 обратного давления, имеющего регулировочное устройство для поддержания необходимого положительного и постоянного давления в системе для повьш1ения общей эффективности реактора.

Полученньй охлаждающий газ может подаваться из источника через трубу 27 с. контролируемой скоростью при помощи регулятора 28 потока. Полученный охлаждающий газ протекает через трубу 29 к охлаждающему контуру и проходит от трубы 29 к трубе 30 и затем к всасывающей стороне насоса 31. Охлаждающий газ выпускается из насоса 31 через трубу 32 и входит в зону 3 охлаждения реактора через нагнетательную камеру. Охлаждающий газ протекает вверх через зону 3 охлаждения, охлаждая тем самым губчатое железо, двигающееся вниз через реактор 1.

Охлаждающий газ удаляется из реактора через нагнетательную камеру 33, подобную нагнетательным камерам 6 и 8 и входит в трубу 34. Затем охлаждающий газ поступает в быстрый охлади- тель 35, в который вводится вода чере трубу 36 для охлаждения выходящего

газового потока. Затем газовый поток выходит из быстрого охладителя 35 через трубу 37, Часть газа после смешивания с полученным газом из трубы 29 повторно возвращается через трубу 3U, насос 31, трубу 32 и нагнетательную камеру 8 в нижнюю часть зоны 3 охлаждения реактора 1.

Конфигурация промежуточной зоны 4, показанной на фиг. 1, имеет эквивалентную высоту L, равную наиболее короткому расетоннияю вдоль вертикальной оси реактора между точкой введения эффективного восстанавливающего газа через нагнетательную камеру 6 и точкой удаления охлаждающего газа из нагнетательной каме

Q 50

25

0

5

5

0

5

ры 33. Эквивалентньп диаметр D равен Т1аиболее короткому аксиальному расстоянию между эффективными стенками промежуточной зоны 4. При оптимизации промежуточной зоны 4 количество газа, перемешивающегося между восстанавливающим и охлаждающим газами, ничтожно.

Фиг. 2 иллюстрирует предпочтительный вариант изо.бретения, где промежу-- точная зона 4 сконструирована с наличием постоянного круглого поперечного сечения, расположенного от верхней члсти зоны охлаждения до нижней части зоны 2 восстановления. Эквивалентная высота L равна вертикальному расстоянию между эффективной точкой введения восстанавливающего газа в слой руды через нагнетательную камеру 6 до эффективной точки удаления охлаждающего газа из слоя руды через нагнетательную камеру 10 рядом с верхней частью зоны 3 охлаждения. Эквивалентный диаметр D равен диаметру круглого поперечного сечения промежуточной зоны 4.

На фиг. 3 дано схематичное представление конструкции предпочтительного реактора, иллюстрирующего изобретение.

Схематичное представление реактора, показанного на фиг. 3, иллюстрирует схему газового потока только для половины поперечного сечения реактора, а газовые потоки через поперечное сечение другой половины реактора идентичны показанным.

Зона 2 восстановления, зона 3 охлаждения и промежуточная зона 4 подобны показанным на фиг. 2, имеют постоянное круглое сечение, поперечное, где восстанавливающий газ вводится рядом с нижней частью зоны 2 восстановления, а охлаждающий газ выводится из реактора 1 рядом с верхней частью зоны 3 охлаждения. Поток впуска восстанавливающего газа показан как А, поток выпуска охлаждающего газа показан как В. Линии потока или траектории течения восстанавливающего газа, введенного в реактор, показанные на фиг. 3, иллюстрируют как часть восстанавливающего потока газа С протекает внутрь и вниз через промежуточную зону 4 тогда, как большая часть потока К протекает внутрь и вверх через зону 2 восстановления. Подобным образом часть выпуска охлаткдающего потока газа протекает вверх внутрь и через промежуточную зону 4 и показана как Е.

Изобарная зона, на протяжении которой давление постоянно, может быть создана путем контролирования скоростей потока и давлений в контурах охлаждающего и восстанавливающего газов. Когда имеется нулевой суммар- ный поток через промежуточную зону 4, то количество восстанавливающего потока С газа, протекающего вниз через промежуточную зону 4, равно количеству охлаждающего потока Е газа, проте-. шивания газов определяется возможкающего вверх через промежуточную зону 4. Поэтому в устойчивых стационарных условиях нулевого суммарного потока общая скорость потока восстанавливающего газа, протекающего 20 через зону 2 восстановления К, равна входному потоку А восстанавливающего газа.

Как показано на фиг. 3, восстанавливающий газ имеет тенденцию проте- 25 кать вниз вдоль стенок реактора к месту удаления охлаждающего г аза, тогда как охлаждающий газ имеет тенденцию протекать вверх через среднюю часть реактора и в зону 2 восстановления. ,Q

На фиг. 4 йредставлена кривая перемешивания газа в процентах от общей подачи газа как в восстанавливающий, так и в охлаждающий газовые контуры в виде функции отношения эквивалентностью контролирования металлизации и науглероживания получаемого губча того железа. Соответственно бьшо на дено, что конструкция экономичного реактора, обеспечивакнцего удовлетво рительный независимый контроль мета 41изации и науглероживания губчатого железа, легко достигается при отнош ниях L/D от, по крайней мере, 0,5 д примерно, 2,0. Интервал 0,6 - 1,6 б найден предпочтительным при наиболе предположительном рабочем интервале 0,7 - 1,2.

Вышеприведенное описание предназначено только для иллюстрации, что описанные варианты могут быть измен ны различными способами, не выходя из объема изобретения. Например, в варианте, показанном на фиг. 1 и 2, в котором внутренние стенки промежу

ной высоты к эквивалент ному диаметру , 5 точной зоны 4 по существу гладкие промежуточной зоны.и непрерывные, могут иметь другую

Данные, представленные на фиг.4, конфигурацию, обеспечивающую соотиллюстрируют схему потока, показанного на фиг, 1, где L - расстояние,

разделякщее вход восстанавливающего газа и выход охлаждающего газа; D - эквивалентньй диаметр, равньй диаметру площади поперечного сечения в месте выхода охлаждающего газа. В промежуточной зоне создано.условие нулевого суммарного потока.

Из анализа результатов видно, что отношение L/D больше чем 0,5 показывает незначительную величину перемешивания между двумя газовыми контурами F, т.е. меньше чем 5% от всего газа, поданного в реактор. Эмпирически было установлено, что при перемешивании меньше чем 5% газовой подачи в реактор не наблюдается заметной потери в восстановлении или науглероживании губчатого железа. Кривая также показывает, что при низких знаQ96846

чениях L/D степень перемешивания увеличивается зкспотенциально с уменьшением L/D. Однако при увеличении L/D степень перемешивания асимптотич- но приближается к нулю. Дополнительно было обнаружено, что хотя величина перемешивания чрезвычайно низка при значениях L/D больших, чем 2,0, когда соотношение L/D становится больше 2,0, капитальная стоимость самого реактора повышается значительно До недопустимой степени.

Верхний допустимый предел переменостью контролирования металлизации и науглероживания получаемого губчатого железа. Соответственно бьшо найдено, что конструкция экономичного реактора, обеспечивакнцего удовлетворительный независимый контроль метал- 41изации и науглероживания губчатого железа, легко достигается при отношениях L/D от, по крайней мере, 0,5 до, примерно, 2,0. Интервал 0,6 - 1,6 был найден предпочтительным при наиболее предположительном рабочем интервале 0,7 - 1,2.

Вышеприведенное описание предназначено только для иллюстрации, что описанные варианты могут быть изменены различными способами, не выходя из объема изобретения. Например, в варианте, показанном на фиг. 1 и 2, в котором внутренние стенки промежуточной зоны 4 по существу гладкие и непрерывные, могут иметь другую

0

5

0

5

ветственно отрегулированное отношение эквивалентной высоты к эквивалентному диаметру. Подобным образом изобретение также полезно, когда охлаждающий газ подается в верхнюю часть зоны 3 охлаждения, тогда как восстанавливающий газ удаляется рядом с нижней частью зоны 2 восстановления, т.е. потоки восстанавливающего и охлаждающего газов через реактор могут быть фактически направлены в противоположную сторону по сравнению с показанными на фиг. 1, 2 и 3.

Кроме того, изобретение может использоваться для восстановления других руд, кроме железной руды, например руд таких металлов, как никель, медь и олово. Формула изобретения

11

отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, промежуточная зона выполнена с отношением зквивалентной высоты к зквивалентному диаметру 0,5-2,0, причем эквивалентная высота L равна расстоянию по вертикали между узлом ввода восстановительного газа в зоне восстановления и узлом вывода газа из зоны охлаждения, а зффективный диаметр равен наименьшему расстоянию между стенками промежуточной зоны.

2 л Устройство поп. 1, отличающееся тем, что отношение эквивалентной высоты к эквивалентному диаметру предпочтительно равно 0,7-1,2.

tjt aft Of 9Ji Ifl t,2 f/, ffi LIS

0tl9, If

Составитель А.Ашихин Редактор Н.Киштулинец Техред М.Ходанич Корректор В.Гирняк

Заказ 1587/58

Тираж 545

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Л V в

Подписное