Изобретение относится к способу восстановления железосодержащих хромовых руд во вращающейся печи, при котором смесь из хромовой руды, угля и пшакообразователей, которая имеет соотношение руда/уголь 1:054-1:2 и к которой добавляются галакообразовате- ли СаО и/или MgO, а также , и/или 310,2. в таком количестве, чтобы в шлаках соотношение С.С + МйОЗ/См О, + + составляло 1:1,4-1:10, а соотношение А1,0з/ЗЮг. - 1:0,5-1:5, нагревается во вращающейся печи в содержащей СО атмосфере в течение 30-90 мин при 1100-1250 С, затем в течение 30-90 мин при 1400-1480 С и в течение 20-240 мин при 1480-1580 С. Целью изобретения является эконо- мия расхода угля и стабилизация степени восстановления.
Способ осуществляют следующим образом.
Вращающаяся печь нагревается противотоком с помощью горелки, через центральное сопло которой во вращаю- печь вводится кислород и/или воздух, а через окружающие центральное сопло внещние сопла - уголь,суспендированный в инертном или действующем восстанавливающем газе-носителе, при соблюдении избытка углерода в расчете на необходимое для образования СО количество углерода,при этом 10-90% содержащегося в сырьевой смеси угля вводится во вращающуюся печь через наружные сопла горелки пневматическими, или сбрасываюршми устройствами со стороны разгрузки, преимущественно до 50%. Это позволяет в области пламени горелки поддерживать восстанавливающую атмосферу даже тогда, когда внутри пламени преобладает незначительный избыток кислорода. Этому способствует то, что уголь полностью покрывает центральный кислородный и/или воздушный поток, благодаря чему пламя развивается от ядра факела горелки наружу. Подаваемый во вращающуюся печь кислород удерживается в продукте реакции за счет угольной оболочки. Кроме того, повторное окисление продукта реакции предотвращается благодаря тому, что на загрузку печи постоянно наносится тонкий слой несгоревшего угля, который надежно покрывает восстановленный.материал и постоянно обновляется о Подача угля делает возможным то, что постоянно имеется в значительной степени сплошной угольный слой, который при взаимодействии с угольной оболочкой факела горелки надежно исключает повторное окисление продукта реакции. Поэтому постоянно может достигаться степень восстановления более, чем 95%. Летучие составные части угля, которое не попадают с сырьевой смесью во вращающуюся печь, используются почти в полном количестве в процессе восстановления, что снижает потребность в угле и улучшает качество отходящего газа вращающейся печи. Так, предпочтительным может быть введение всего количества свежего угля, который обладает определенной долей летучих составных частей, во вращающуюся печь ч-ерез наружные сопла горелки и добавление к сырьевой смеси только, угля, которьш уже прошел через вращающуюся печь и движется по круговому циклу (обратньй кокс).
Примерно 75 вес. % проходящего че-объеме для процесса восстановления и не загрязняют отходящий газ вращающейся печи. Уголь, который вводится через наружные сопла горелки во вращающуюся печь, имеет диаметр зерен 0,001-5 мм, причем максимальный диаметр зерна составляет 1/10 самого маленького диаметра направляющего
Q приспособления (трубопровода) наружных сопел горелки. Уголь, который вводится во вращающуюся печь вбрасывающими ими пневматическими устройствами, диаметр зерен 0,1 5 40 мм, предпочтительно 0,5-25 мм, Уголь с такими диаметрами зерен может суспендироваться в газе-носителе и вводиться пневматически во вращающуюся печь, причем уголь с большими
диаметрами зерен особенно далеко вбрасывается во вращающуюся печь вбрасывающими и пневматическими устройствами. Для сгорания частиц угля требуется определенное время, за ко5 торое обволакивающая кислородный и/или воздушный поток угольная оболочка, а также находящийся на печной загрузке угольный слой проявляют защитное действие, так как угольный
0 слой состоит также из более крупных угольных частиЦд В части вращающейся печи, которая имеет температуру ниже , воздух и/или кислород вдуваются через трубки, которые нагнетают его только в свободный рабочий объем печи в направлении потока отработав- вшх печных газов и вьшускные отверстия которых находятся вблизи оси печи. Благодаря этому летучие угольные компоненты сжигаются в зоне предварительного подогрева и-первой зоне восстановления вращающейся печи и, следовательно, в значительной степени используются количественно Влаго5
0
Изобретение относится к способам восстановления железосодержащих хромовых руд. Целью изобретения является экономия расхода угля и стабилизация степени восстановления.Во вращающейся печи в содержащей СО атмосфере смесь из хромовой руды, угля и щлакообразователей нагревается при температурах 100-1580°С, при этом вращающаяся.печь нагревается противотоком с помощью горелки,через центральное сопло которой во вращающуюся печь подается кислород и/или воздух, а через окружающие центральное сопло наружные сопла - уголь,причем 10-90% содержащегося в сырьевой смеси угля вводится во вращающуюся печь через наружные сопла горелки, 3 з.п. ф-лы.
рез горелку угля попадает во вращаю- g даря вдуваемому через трубку кислорощуюся печь ниже и сбоку к потоку кислорода и/или воздуха. Таким образом, большая часть угля вносится в печь в непосредственной близости к засьшке печи, что влияет на структуру угольного слоя. Кроме того, уголь с содержанием летучих составных частей более чем 20 вес.%, вносится во вращающуюся печь только через внешние сопла горелки, забрасывающие устройства и пневматические устройства -со стороны разгрузки.
Таким образом, летучие составные части угля используются почти во всем
50
55
ду не происходит никакого повторного окисления, так как он тотчас реагирует с летучими составными частями (компонентами) угля, причем в этой области печи содержащийся в сырьевой смеси уголь и подаваемый со стороны горелки уголь уже действуют как защита против повторного окисления.
Пример. Способ восстановления проводят во вращающейся печи с внутренним диаметром 0,8 м и длиной 14 м. Печь непрерывно загружают сырьевой смесью, которая состоит из хромовой руды, обратного кокса и шла0
5
ду не происходит никакого повторного окисления, так как он тотчас реагирует с летучими составными частями (компонентами) угля, причем в этой области печи содержащийся в сырьевой смеси уголь и подаваемый со стороны горелки уголь уже действуют как защита против повторного окисления.
Пример. Способ восстановления проводят во вращающейся печи с внутренним диаметром 0,8 м и длиной 14 м. Печь непрерывно загружают сырьевой смесью, которая состоит из хромовой руды, обратного кокса и шлакообразователей. Хромовая руда имеет диаметр зерен менее 2 мм, ее загружают в печь в количестве 200 кг/ч. Обратный кокс имеет диаметр зерен менее 6 мм, его загружают в печь в количестве 50 кг. В качестве пшако- образователя используют кварцевый песок, его загружают в количестве 16 кг/ч. Содержащиеся в жильной породе руды и золе угля SiO, ,,, MgO и CaO также действуют как шлако- образователио Вращающаяся печь нагревается противотоком к сырьевой смеси со стороны выгрузки продукта восстановления с помощью горелки, которая состоит из центрального сопла и окружающего последнее кольцевого соплао Через центральное сопло кислород
Сг 31; Fe 20,2; А1 7,9; Са 0,06; MR 5,7; Si 0,5; С 0,056; S 0,041; Р 0,01 и кислород (о) остальное.Так как восстановление оксида хрома происходит лишь при температурах выше 1250°С,то благодаря первой стадии восстановления при 1100-1250 С селективно и в значительной степени вос10 станавливаются содержащиеся в хромовой руде оксиды железа. При этом образующееся железо образует уже маленькие жидкие капельки и поглощает углерод и кремний, который образует 5 ся путем восстановления части содержащегося в сырьевой смеси Si02.Образовавшаяся в первой реакционной стадии металлическая фаза содержит железо, которое насыщено углеродом так
35
вдувается в печь в количестве 50 норм„2о 1-10% кремния. Состав обра- . (71,4 кг), в то время как через зовавшейся в первой стадии восстанов- Кольцевое сопло в печь вносится уголь в количестве 100 кг/ч. Вдутый уголь суспендируется в кислороде и имеет размер частиц 0,001-0,3 мм. Кольцевое сопло горелки, которое окружает центральное сопло, можно расчленять на несколько отдельных сопел или выполнять в форме нескольких концентрически расположенных кольцевых сопел Дополнительно 100 кг угля с диаметром зерен 1-25 мм загружают в печь пневматическим устройством.Загрузка печи обрабатывается 60 мин при температуре 1100-1250°С, 60 мин при 1400-14SO C и 150 мин при 1480 - 1550°С.Полное время пребывания заг- . рузки печи во вращающейся печи составляет 8ч, так как сырьевая смесь должна нагреваться в печи при необ- хода1мых температурах способа. Извлекаемый из вращающейся печи продукт ре1акции имеет степень восстановления 96%, т.е. 96% железа и хрома находится в металлической форме,, Продукт реакции после выгрузки из печи расп- .лавляется, причем образуются феррохром и шлаки. Плавление может осуществляться известным способом,причем продукт реакции непосредственно после предьщущего охлаждения попадает в плавильную печь. Отходящий газ вращающейся печи имеет следующий сосления металлической фазы определяется путем анализа с помощью микрозонда. Во второй фазе восстановления,
25 осуществляемой при 1400-1480 С,увеличиваются образовавшиеся в первой стадии восстановления металлические частицы и поглощают при 1400-1480 С образовавшийся путем восстановления
30 хром. В первой и второй стадиях восстановления исключается образование высокоплавящихся карбидов хрома. В осуществляемой при 1480-Г580 С третьей стадии восстановления восстанавливается остальное количество оксида хрома, причем металлический хром растворяется в жалезоуглерод- кремниевом сплаве и поглощается им. При этом восстановление оксида хрома
4Q осуществляется не только углеродом угля, но и при интенсивном участии кремния и углерода железоуглеродкрем- ниевого сплава. Параллельно происходит восстановление SiO углем и
jg поглощение кремния фазой железа,поэтому непрерывно в жидкую металлическую фазу добавляется кремний,истощающийся при реакции : 2 ,
+ 3Si
4Сг -t- 3 SiO,
50
В результате частичного восстановления оксида хрома с помощью кремния, который растворен в железоугле- родкремниевом сплаве, предотвращается образование высокоплавящихся карее бидов хрома Участие жидкой фазы сплава в восстановлении повышает скорость восстановления, так как в случае реакции восстановления, в которой участвуют только твердые номпо-
тав, %: СО 1-3; СО 25-30; Н 0,5-1 и N остальное.
Хромовые руды состоят из 20-50% CjOj; 10-40% FeO и 10-70% жильной породы. Используемая в примере хромовая руда имеет следующий состав,%:
Сг 31; Fe 20,2; А1 7,9; Са 0,06; MR 5,7; Si 0,5; С 0,056; S 0,041; Р 0,01 и кислород (о) остальное.Так как восстановление оксида хрома происходит лишь при температурах выше 1250°С,то благодаря первой стадии восстановления при 1100-1250 С селективно и в значительной степени восстанавливаются содержащиеся в хромовой руде оксиды железа. При этом образующееся железо образует уже маленькие жидкие капельки и поглощает углерод и кремний, который образуется путем восстановления части содержащегося в сырьевой смеси Si02.Образовавшаяся в первой реакционной стадии металлическая фаза содержит железо, которое насыщено углеродом так
1-10% кремния. Состав обра- зовавшейся в первой стадии восстанов-
ления металлической фазы определяется путем анализа с помощью микрозонда. Во второй фазе восстановления,
осуществляемой при 1400-1480 С,увеличиваются образовавшиеся в первой стадии восстановления металлические частицы и поглощают при 1400-1480 С образовавшийся путем восстановления
хром. В первой и второй стадиях восстановления исключается образование высокоплавящихся карбидов хрома. В осуществляемой при 1480-Г580 С третьей стадии восстановления восстанавливается остальное количество оксида хрома, причем металлический хром растворяется в жалезоуглерод- кремниевом сплаве и поглощается им. При этом восстановление оксида хрома
осуществляется не только углеродом угля, но и при интенсивном участии кремния и углерода железоуглеродкрем- ниевого сплава. Параллельно происходит восстановление SiO углем и
поглощение кремния фазой железа,поэтому непрерывно в жидкую металлическую фазу добавляется кремний,истощающийся при реакции : 2 ,
1-10% кремния зовавшейся в первой с
+ 3Si
4Сг -t- 3 SiO,
1-10% кремния. Состав обра- зовавшейся в первой стадии восстанов-
В результате частичного восстановления оксида хрома с помощью кремния, который растворен в железоугле- родкремниевом сплаве, предотвращается образование высокоплавящихся карбидов хрома Участие жидкой фазы сплава в восстановлении повышает скорость восстановления, так как в случае реакции восстановления, в которой участвуют только твердые номпо-
ненты реакции, скорость восстановления меньше. Образующийся при восста- новлении шлак при размягчении не склонен к прилипанию к -футеровке вра- щакяцейся печи, так как содержит большое число жидких металлических частиц.
Для .восстановления хромовой руды могут использоваться все виды угля, особенно бурый уголь, каменный уголь и антрацит. Используемый в примере свежий уголь имеет в расчете на безводные вещества следующий состав: 60% (твердый углерод, который не улетучивается при дегазации угля) 30% летучих составных частей и 10% золы. Уголь, который вводится вместе с сырьевой смесью во вращающуюся печь, должен содержать по возможное- ти меньше летучих составных частей„ Это может достигаться введением в цикл и добавлением к сырьевой смеси отделенного от продукта реакции избыточного угля (обратного кокса)о Летучими составными частями угля являются продукты дегазации (коксования) и продукты выгазовывания, которые покидают безводный уголь при нагревании в отсутствие кислорода. Со- держание летучих составных частей в угле определяется тем, что безводный уголь нагревается при температуpax 120-1000°С-в отсутствие кислорода и становящиеся при этом свободны- Ми соединения количественно получаются обратно. Вводимый через горелку во вращающуюся печь уголь служит как для нагрева печи, так и для обволакивания пламени, а также для покрытия загрузки печи. В случае больших печей необходимо и предпочтительно, чтобы уголь с размером зерен 0,5-40 мм вводился в печь вбра- .сывающими устройствами й/Или пневмати- ческими, так как этот уголь вбрасывается в печь до глубины, равной 80% длины печи, благодаря чему должно достигаться максимальное защитное действие. Пневматические и вбрасы- ваюпдае устройства работают с помощью воздуха и расположены у разгрузочного конца печи вьш1е горелки на наиболее удаленной от загрузки стороне печи. Крупные угольные частицы разбрасьшаются вбрасываюпщми и пневматическими устройствами вплоть.до ясны предварительного подогрева вращающейся печи, в то время как вводимый в печь через внешние сопла горелки уголь отлагается на загрузке печи во второй и третьей стадиях восстановления печи«Таким образом достигается во всем рабочем пространстве печи максимальная защита за счет находящегося на загрузке печи угольного слоя, так как для более крупных частиц угля требуется более длительное время сгорания. Кроме того, в зоне предварительного подогрева и в первой зоне восстановления печи находятся многие летучие составные части угля, которые могут сгорать благодаря дополнительно введенному кислороду, причем не происходит процесса повторного окисления. За счет сгорания летучих составных частей регулируется температурный профиль
печи.
При ведении процесса необходимоs чтобы уголь, который добавляется к сырьевой смесиj содержал как можно меньше летучих частей, так как только таким образом можно достигнуть того, чтобы летучие части неиспользованными не покидали вместе с отходящим газом печь и не загрязняли отходящий газ, В предлагаемом способе соблюдается соотношение С/О более 1:1, по крайней мере во второй и третьей зонах восстановления печи всегда имеется избыток углерода в расчете на СО и атмосфера печи всегда содержит СО. Температурный профил печи может регулироваться благодаря тому, что летучие части угля сжигаются особенно в зоне предварительного подогрева и в первой зоне восстановления. Для этой цели воздух и/или кислород через известнзпо трубку вдуваются в зону предварительного подогрева и первую зону восстановления печи. Повторного окисления уже образовавшихся в обеих зонах металлических частей не происходит, так как на печной загрузке находится сплошной угольный слой и степень металлизации печной загрузки еще очень незначительна. Вводимый кислород быстро убьгоает за счет сгорания летучих составных частей, которое протекает вблизи загрузочного отверстия.
Покидающий вращающуюся печь продукт реакции содержит феррохром,который получается путем плавления«После плавления феррохром состоит из 20 - 70 вес.% хрома, 0,02-10 вес.% угле1466652
рода и остальное железо. Феррохром используется при получении хромистых сталей в качестве предварительной лигатуры.
Формула изобретения 1, Способ восстановления железоинертном или восстановительном газе- носителе уголь при соблюдении избыт- ка углерода в расчете на необходимое для образования СО количество углерода, при этом 10-90% содержащегося в сырьевой смеси угля вводят во вращающуюся печь через наружные сопла пневматическими или вбрасътваюшими устрой
содержащих хромовых руд во вращающей- ю ствами со стороны разгрузки, преимуся печи, включающий нагрев в противотоке окисью углерода смеси из хромовой руды, угля и галакообразующих с соотношением руда/уголь (1:0,А) - (1:2) с добавкой пшакообразующих СаП и/или MgO, а также , и/или RiO с соотношением (СаО + MgO)/(Al2.nj + + RiOi) - (1:1,4)- - (1:10), а AliOj/SiOi - (1:0,5)-(1:5) в три этапа; на первом в течение 3-90 мин при ilOO-1250°C, на втором в течение 30-90 мин при 1400-1480 С и на течение 20-240 мин
тлич ающий- с я тем, что, с целью экономии расхода угля и стабилизации степени восстановления, через центральное сопло- горелку вводят ккслород и/или воздух, а через окружающие центральное сопло наружные сопла - суспендированный в
третьем этапе в при 1480-1580°С, о
щественно до 50%,
2,Способ по п,1,0 тлич аю- щ и и с я тем, что 75% угля через наружные сопла вводят ниже и сбоку
15 к кислородному и/или воздушному поТОКУо
3,Способ по п,2, отличаю- щ и и с я тем, что уголь с содержанием летучих более 20% вводят че20 рез наружные сопла вбрасывающими или пневматическими устройствами со стороны разгрузки,
4,Способ по пп, 1-3, о т л и - чающийся тем, что через на25 ружныс сопла вводят уголь с диаметром зерен 0,001-5 мм, а уголь с диаметром зерен 0,1-40 мм, предпочтительно 0,5-25 мм, вводят вбрасьгоаю- щими или пневматическими устройст30 вами о
10
инертном или восстановительном газе- носителе уголь при соблюдении избыт- ка углерода в расчете на необходимое для образования СО количество углерода, при этом 10-90% содержащегося в сырьевой смеси угля вводят во вращающуюся печь через наружные сопла пневматическими или вбрасътваюшими устройствами со стороны разгрузки, преимуественно до 50%,
2,Способ по п,1,0 тлич аю- щ и и с я тем, что 75% угля через наружные сопла вводят ниже и сбоку
к кислородному и/или воздушному поТОКУо
3,Способ по п,2, отличаю- щ и и с я тем, что уголь с содержанием летучих более 20% вводят через наружные сопла вбрасывающими или пневматическими устройствами со стороны разгрузки,
4,Способ по пп, 1-3, о т л и - чающийся тем, что через наружныс сопла вводят уголь с диаметром зерен 0,001-5 мм, а уголь с диаметром зерен 0,1-40 мм, предпочтительно 0,5-25 мм, вводят вбрасьгоаю- щими или пневматическими устройствами о
