Способ прямого получения железа Советский патент 1990 года по МПК C21B13/14 

ОМ

Изобретение относится к бескоксовому производству железа. Цель изобретения - повышение экономичности процесса. Железную руду предварительно восстанавливают, например, в печи шахтного типа, а затем расплавляют посредством подачи природного газа и окислителя, обеспечивающего его сгорание над поверхностью расплава. Полученный в расплаве восстановительной печи газ подвергают реформингу путем смешивания его на выходе из печи с нагретым газообразным восстановителем, например метаном, обеспечивающим температуру газообразной смеси 1200 - 1550°С. Концентрацию не вступившего в реакцию метана в реформированном газе поддерживают в пределах 2-13%. Далее газ из печи предварительного восстановления очищают от окислителей, смешивают с реформированным газом и подают в нижнюю часть печи предварительного восстановления. Газ из печи предвареительного восстановления после очистки от окислителей делят на две части, одну из которых смешивают с реформированным газом и подают в верхнюю часть печи предварительного восстановления, а другую - с природным газом и подают в нижнюю часть печи предварительного восстановления. По другому варианту очистке от окислителей подвергают только первую часть газа, отходящего из печи предварительного восстановления, а вторую часть не очищают от окислителей, смешивают с природным и реформированным газами и подают в нижнюю часть печи. Преимуществом изобретения являются возможность использования дешевых видов топлива, подаваемых в плавильную печь, и обеспечение состава и температуры получаемого восстановительного газа, необходимого для процесса предварительного восстановления при использовании в плавильной печи дешевых видов топлива, что позволяет уменьшить затраты на процесс при обеспечении стабильного и эффективного процесса восстановления железной руды. 5 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Йзобретение относится к бескоксовой металлургии для получения железа из железной руды5 подвергая шихту из окислов железа, например железной руды, восстановлению в твердом состоянии с применением восстановительного агента, подаваемого из плавильной восстановительной печи, и затем посред 160

сТВом подачи шихты в плавильную печь для восстановительной плавки, где можно применять низкосортное топливо,-, поддерживать и повьпнать эффективность реакции за счет различного регулирова

10

15

20

ния газа, который используют в реакции..

Цель изобретения - повьшгение экономичности процесса.

На фиг. 1 изображены технологическая схема предложенного способа и устройство для его осуществления; на фиг. 2 и 3 - технологические схемы с двухстадийной инжекцией газа.

Устройство содержит печь 1 для прямого получения жидкого металла путем восстановления железной руды, трубу 2 на выходе из корпуса плавильной восстановительной печи, печь 3

для предварительного восстановления (шахтная печь), скруббер 5 для очистки газа от СО и компрессор 6.

Пример. Высокотемпературный восстановительный газ а, образу- юпшйся в плавильной восстановительной печи 1, смешивается с метаном b вуут- ри выпускной трубы 2 плавильной печи для получения контролируемого восстановительного газа с, который охлаждают и регулируют посредством реакции реформинга. Часть восстановительного газа, выпускаемого из шахтной печи 3, охлаждают в теплообменнике 4 и затем вводят как холодный газ 1 в газоочиститель 5, в котором уда25

30

35

ляется СО. Охлажденный газ можно сжимать До его ввода в газоочиститель 5. Очищенный газ сжимают в компрессоре и затем смешивают как сжатый газ d с газом с для получения смешанного газа е, который, должен вводиться в шахтную печь 3. Смешанный газ е находится в охлажденном состоянии и имеет температуру, пригодную для его ввода в шахтную печь 3, Для повьшения эффекта исключения образования скоплений рекомендуется вводить метан g в соответствующей пропорции (12,7% в этом примере) в смешанный восстановительный газ е и вводить результирующую газообразную смесь как газ f в шахтную печь 3.

Б табл. 1 показан пример баланса на основании технологической карты предложенного способа, в которой пред- 5 ставленные значения получены путем вычисления .выхода жидкого металла из плавильной печи 400000-500000 т/год.

5

0

5

0

..

5

0

5

0

5

0

5

Восстановительный газ при высокой температуре 1609°С и скорости потока 2876 кг-моль/ч, выходящий из плавильной печи, контактирует с метаном (339 кг- моль/ч) в выходной части плавильной печи и в выпускной трубе, что позволяет осуществлять реакцию реформинга. В результате эффективно используется физическое тепло выходящего из плавильной печи восстановительного газа и,, таким образом, достигается охлаждение (1609 С

1054°С)

высокотемпературного восстановительного газа и увеличивается соотношение (0,26 -5 0,43),причем это позволяет уменьшить или исключить потери тепла, износ футеровки на выходе из плавильной печи и в выпускной трубе, а также предупредить образование скоплений в печи для предварительного восстановления.

Образование скоплений можно исключить следующим образом. Улучшение соотношения. в восстановительном газе, который вводят в шахтную печь, и образование с помощью добавленного метана углеродного покрытия на восстановленном железе позволяет предупредить образование скоплений. Количество метана, необходимого для предупреждения образования скоплений, основанных на содержании восстановительного газа, составляет 12,7%.

В восстановительный газ, вводимый в шахтную печь, .необходимо добавлять метан и поэтому в реакции реформинга, проводимой посредством смешивания высокотемпературного восстановительного газа а, оставляющего плавильную печь, с нагретым метаном Ь, необязательно расходовать весь метан в реакции реформинга, поскольку ,желатель- но, чтобы реакция осуществлялась частично. Концентрация метана уменьшается от 10,5% (до начала реакции) до 6,7% (после реформинга). Такую реакцию реформинга проводят с использованием тепла смешанного газа. Метан, нагретый до 557 С, и высокотемпературный восстановительный газ (), выходящий из плавильной печи, смешивают и температура полученной газовой смеси становится равной 1063°t, поскольку реякция реформинга проходит как эндотермическая.

Из этого следует, что температура восстановительного газа понижается на 546 С под действием смешивания га

зов и реакции реформинга. Кроме того благодаря примешиванию рециркупирую- щего из шахтной печи газа к восстановительному газу со скоростью 1435 кг моль/ч можно регулировать тем

иературу инжекции (777°С), которая подходит для восстановления железной руды.

Для предупреждения образования скоплений в шахтной печи метан добавляют при температуре 557°С со скоростью 167 кг моль/ч в результате температура и состав газа в шахтной печи отрегулированы до значений, которые приемлемы для восстановления железной руды (763 С, значение восстановления ,0 CH4/() 1,2) Восстановление можно проводить удовлетворительно без образования скоплений .

Пример2, В процессе, относя- ш;емся к двухстадийному способу инжекции газа, высокотемпературный восстановительный газ а, образующийся в плавильной восстановительной печи 1, смешивают с метаном b в выпускной трубе 2 плавильной восстановительной печи, и в результате образуется контролируемый восстановительный газ с, который охлаждают и регулируют посредством реакции реформинга. Часть восстановительного газа j, выходящего из шахтной печи 3, охлаждают в теплообменнике 4 и затем вводят как охлажденный газ k в газоочиститель 5 для удаления COg. До его ввода в газоочиститель 5 охлажденный газ можно подвергать сжатию. Кроме того, очищенный от двуокиси углерода газ можно сжимать в компрессоре 6 и затем смеши- BaTij как сжатый газ d с газом с для получения смешанного газа е, которьй будут вводить в шахтную печь 3. Смешанный газ е находится в охлажденном состоянии и имеет температуру, которая пригодна для ввода газа в щахт- ную печь 3. Затем смешанный восстановительный газ е разделяют на две части и к одной из частей 1 добавляют в соответствующей пропорции метан g, в результате получают восстановительный газ f, который охлаждают и регулируют до соответствующей температуры для ввода газа из верхней фурмы шахтной печи. Также в остальной газ 12 добавляют метан h в соответствующей пропорции для получения восстановительного газа i, который охлаждают и ре

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

гулируют до температуры инжекции и степени восстановления, которые пригодны для реакции реформинга в нижней части щахтной печи. Газ 1 вводят в некоторых случаях отдельно без включения в него метана в верхнюю часть восстановительной печи как восстановительный газ f.

Поскольку газ богат СО, он может выделять тепло, что в результате реакции частичного восстановления в шахтной печи приводит к образованию скоплений. Для исключения этого в восстановительный газ вводят метан, а восстановленное железо покрывают осажденным углеродом.

В табл. 2 показан пример баланса, основанного на технологической схеме предложенного способа, в которой указанные значения получены путем вычисления выхода жидкого металла из плавильной печи в единицах 400000- 500000 т/год.

Восстановительный газ при высокой температуре ( 2876 кг-моль/ч), выходящий из плавильной печи, контактирует с метаном (339 кг моль/ч) в выходной части плавильной печи и в выпускной трубе, в результате происходит реакция реформинга.

Таким образом, физическое тепло восстановительного газа из плавильной печи используется эффективно, посредством чего достигается охлаждение (1596 С - 1061 С) высокотемпературного восстановительного газа и увеличение соотношения (О,26 ,43)Н2/СО и становится возможным уменьшение или исключение потерь тепла, износ футеровки в выходной части плавильной печи и в выпускной трубе, а также исключение образования скоплений в печи для предварительного восстановления .

Образованию скоплений препятствует улучшенное соотношение в восстановительном газе, вводимом в шахтную печь, и образованию углеродистого покрытия нп восстановленном металле при добавке метана. Количество метана, для предупреждения образования коплений, составляет примерно 10% ил о(поип1П1и содержания восстановительно о гпз-м.

В восстановительны гп-, ш одимый в шахтную печь, необходимо ,1.облгшять метан и, следовательно, к ропк;:,1и реформинга, г роводиг кч ; nocrc .ru TBOM смешивания высокотемпературного восстановительного газа а, оставляющего плавильную печь, с нагретым метаном Ъ, необязательно расходовать весь метан, так как желательно, чтобы эта реакция проводилась частично. Концентрация метана уменьшается от 10,5% (до реакции) до 6,7% (после реформинга) . Эту реакцию реформинга проводят, применяя тепло смешанного газа. Метан (339 кг.моль/ч), нагретый до , и высокотемпературный восстановительный газ (2876 кг моль/ч при 1596 С, выпускаемый из плавильной печи, смешивают, и температура резуль- Тируюш,ей газовой смеси становится равной 1061 С, когда реакцию рефор10

20

минга проводили как эндотермическую реакцию.

Из этого следует, что температура восстановительного газа уменьшается на 535°С под действием ния газов и реакции реформинга, Кро- Me того, посредством смешивания газа, 25 рециркулирующего из шахтной печи,, с овосстановительным газом со скоростью 1714 кг.моль/ч можно регулировать

6094568

поднимается до верхней части, происходит реакция реформинга. Вблизи верхней фурмы шахтной печи концентрация метана уменьшается от 10,4% до 6,5%. Величина степени восстановления улучшается от 7,6 до 13,4 и получают состав газа, который является эффективным для восстановления железной руды в верхней части шахтной печи. Этот реформированный газ поднимается через внутреннюю часть шахтной печи и смешивается с газом f величиной R 7,6, введённым из верхних фурм, посредством чего достигается величина ,.5 и состав газа, подходящий для восстановления желез-, ной руды. Таким образом,, в верхней части стало возможным получать нормально восстановленную железную руду без образования скоплений,

В процессе, относяшемуся к двук- стадийному способу инжекции (фиг,3), высокотемпературный восстановительный газ а, применяемый в плавильной печи 1 с восстановительной атмосферой, смешивают с метаном в выпускном трубопроводе 2 плавильно-восстанови15

35

40

температуру ввода газа до 75.5 С, ко- тельной печи и получают регулируемый Торая является приемлемой для воСста- п восстановительный газ (соответствующий реформированному газу), который охлаждается и регулируется в результате реакции реформинга,

П р и м е р 3, Часть восстановительного газа i, выпускаемого из шахтной печи 3, охлаждается посредством теплообменника 4 и затем вводится в виде охлажденного газа j в газоочиститель 5 для удаления СО. Охлажденный газ можно сжимать до его ввода в газоочиститель 5 углекислого газа. Очищенный газ сжимают в компрессоре 6, затем смешивают в виде сжатого газа d с частью газа с для получения смешанного газа е, он находится в охлажденном состоянии до тем пературы, подходящей для его ввода в шахтнзто печь 3, При необходимости метан g можно дополнительно смешивать со смешанным газом. Таким спо- сабом получают восстановительный газ , который охлаждают и отрегулируют до температуры и степени восстановления, пригодных для ввода из верхней фурмы шахтной печи. Мётан g также добавляют в соответствующей

новления железной руды.

Для исключения возможности образования скоплений .в шахтной пе- Чй добавляют метан со скоростью 67 кг.моль/ч в часть восстановительного газа е, температура которого Отрегулирована до , т,е, восста- йовительный газ 1 (2058 кг-моль/ч) для ввода в верхнюю фурму шахтной печи, посредством чего температура и состав газа в фурмах шахтной печи отрегулированы до значений, которые пригодны для восстановления железной руды, т.е, до температуры 743 с и степени восстановления к|(СО+Н2) (СО + t-H20),6 cooтвeтcтвeннo Теперь проводят реакцию удовлетворительно без образования скоплений.

Мётан (100 кг-моль/ч) добавляют в ответвленный оставшийся восстановительный газ 1 и полученную смесь вводят в нижнюю фурму шахтной печи, Такой.газ для инжекции имеет температуру , которая соответствует инжекции, и имеет состав (С02 + ) 1,0, пригодный для осуществления реакции частичного реформинга в ; Шахтной печи, Ко.гда этот газ вводят ; из нижней фурмы шахтной печи и он

45

50

55

пропорции к оставшейся части h регулируемого восстановительного газа с и добавляют часть рециркулируемо пропорции к оставшейся части h регулируемого восстановительного газа с и добавляют часть рециркулируемо 91

посредством чего получа

го газа i

ют восстановительньй газ, который охлаждают и отрегулируют до температуры инжекции и степени восстановления , пригодных для реакции реформинга в нижней части шахтной печи.

Так как газ богат СО, то тепло может образовываться в результате реакции частичного восстановления в шахтной печи, следовательно возможн образование скоплений. С целью устранения такого недостатка метан вводят в восстановительный газ, а вос становленное железо покрывается оса .денным углеродом.

В табл. 3 показан пример баланса основанный на технологической схеме предлагаемого способа, в которой указанные значения получены путем расчета выхода жидкого металла из плавильной печи в единицах 400000- 500000 т/год.

Восстановительный газ при высокой температуре (1596°С; 2876 кг«моль/ч выходящий из плавильной печи, контактирует с метаном (339 кг.моль/ч) в выходной части плавильной печи и в выпускной трубе, позволяя проводить реакцию реформинга. В результате физическое высокотемпературного восстановительного газа, образующего в плавильной печи, используется эффективно и достигается охлаждение (1596°С - 1062°С) высокотемператур

ного восстановительного газа, а также увеличивается (0,26-0,43) соотношение . Таким образом, становятся возможными уменьшение или исключение потерь тепла, износ футеровки в выходной части плавильной печи и в вьшускной печи, а также исключение образования скоплений.

Образованию скоплений препятствует улучшенное соотношение в восстановительном газе, вводимом в шахтную печь, и образование углеродистого покрытия на восстановительно железе посредством добавки метана. Количество метана, необходимого для предупреждения образования скоплений, составляет примерно 6,6% на основании содержания восстановительного газа.

В восстановительный газ, вводимый в шахтную печь, необходимо добавлять метан и, следовательно, в реакции реформинга, проводимой посредством смешивания высокотемпературного вое-

10

10

15

5

0

0

5

0

5

0

5

становительного газа а, оставляющего плавильную печь, с нагретым метаном Ь, необязательно расходовать весь метан в процессе реформинга (допустимо, чтобы реакция проходила частично). Такую реакцию реформинга проводят с использованием тепла смешанных газов. Метан (339 кг-моль/ч), нагретый до 580 С, и высокотемпературный восстановительный газ 2876 кг моль/ч при температуре 1596°С, который выходит из плавильной печи, смешивают при этом температура полученной газообразной смеси снижается до так как реакция реформинга проходит как эндотермическая.

Из этого следует, что температура восстановительного газа понижается на 534°С в результате смешивания газов и проведения реакции реформинга. Благодаря примешиванию газа d, рецир- кулирующего из шахтной печи, к части полученного газа с со скоростью 1101 кг моль/ч возможно регулирование температуры инжекции газа (743°С) и значения R степени восстановления (CO+H)/(,0),6, которые являются приемлемыми для восстановления желе-зной руды. Восстановительньй газ f вводят для восстановления в верхнюю часть ЗЬ шахтной п ечи 3.

Часть (1374 кг моль/ч) остального отведенного регулируемого восстановительного газа с (1062°С) смешивают с газом i (936 кг.моль/ч), выпускаемым из шахтной печи 3, и добавляют метан (167 кг. моль/ч), предварительно нагретьй до 580 С, затем полученную газообразную смесь -направляют в фурму шахтной печи в нижнюю ее часть За. Такой газ для инжекции j имеет температуру 830°С (2504 кг.моль/ч), которая соответствует те 4пературе инжекции и имеет состав (С0 + +H20)0,67j, необходимый для проведения частичной реакции реформинга внутри шахтной печи. Когда этот газ вводят из нижней фурмы шахтной печи и поднимается до ее верхней части, то происходит реакция реформинга. Обнаружено, что смежно с фурмой в верхней части шахтной печи степень восстановления R и концентрация метана достигают соответственно значений 9,0 и 4,3%. Затем газ смешивается с газом f значения ,6, вводимым из верхней фурмы, в результате значение и концентрация метана становятся со11160

ответственно 8,2 -и 5,5%, причем по- j-учают состав газа, которьш можно применять для восстановления железной руды. Таким образом, нормально восстановленную железную руду без образования скоплений можно также получить и в верхней части печи.

Восстановительный газ, который образуется в печи, использующей менее дорогостоящее топливо, можно улучщить.так, чтобы он имел темпера-, туру и состав, которые подходят для предварительного восстановления, в : результате можно уменьщить затраты на процесс прямого получения металла пу- тем восстановительной плавки и при ;этом проводить реакцию восстановления стабильно и эффективно.

Формула изобретения

12

r

5

0

5

0

высокую температуру, при этом температуру газообразной смеси поддерживают в диапазоне 1200-1550°С.

печи предварительного восстановления,

а вторую часть этого газа смещивают с природным газом и подают в нижнюю часть печи предварительного восстановления.

из печи предварительного восстановления смешивают с природным газом и реформированным и подают в нижнюю часть печи предварительного восстановления .

9иг.2