Способ производства чугуна или стальных полупродуктов из железосодержащих кусковых материалов Советский патент 1991 года по МПК C21B13/14 C21B11/00 

Изобретение относится к области бескоксового получения железа, а именно к способу получения жидкого чугуна или стальных полупродуктов из кус- ковых, содержащих железную руду исходных материалов.

Цель изобретения - сокращение расхода энергии при использовании сиде- ритсодержащих или гидратных железных ю исходных материалов.

На фиг„ 1-6 изображены варианты исполнения способа

Шахтная печь 1 содержит зону 2 прямого восстановления, которая сверху 1 через трубопровод 3 загружается кусковыми, содержащими оксид железа исходными веществами (сырьем) 4 при известных условиях вместе с вносимыми через трубопровод 5 необожженными 2 флюсамио Шахтная печь 1 связана с газогенератором 6 расплава, в котором из углеродных носителей и кислородсодержащего газа получается восстановительный газ, который через трубо-2 провод 7 подается в шахтную печь 1, в которой предусмотрены устройства 8 (приспособления) для очистки и охлаждения газа

Газогенератор 6 расплава имеет J трубопровод 9 для твердых кусковых носителей углерода, несколько трубопроводов 10 и 11 для кислородсодержащих газов и трубопроводы 12 и 13 для жидких или газообразных при комнатной 3 температуре носителей углерода (углеводороды) , а также для обожженных флюсов. Отводящий трубопровод 14 соединен с устройством 8 очистки и охлаждения газа. В газогенераторе распла- ва 6 ниже зоны газации расплава 15 накапливается расплавленный чугун 16 и расплавленные шлаки 17, которые сливаются раздельно, каждый через собственный слив 18 и 19.4

Восстановленная в шахтной печи 1 в зоне 2 прямого восстановления до губчатого железа кусковая руда подается вместе с обожженными в зоне прямого восстановления флюсами через СВЯ-T зывающие шахтную печь 1 с газогенератором 6 расплава трубопроводы 20, например, с помощью выводящих шнеков. Из верхней части шахтной печи 1 выходит трубопровод 21 для образующегося в зоне 2 прямого восстановления колошникового газа.

Этот колошниковый газ через отводящий трубопровод (фиг. 1) после

прохождения через предусмотренное в отводящем трубопроводе 21 приспособление 22 (устройство) для очистки газа вводится в камеру 23 сгорания0 В эту камеру сгорания по трубопроводу 24 подается кислородсодержащий газ.

Образовавшийся в зоне 25 горения камеры 23 сгорания при сжигании ниже стехиометрических количеств горячий газ через трубопровод 26 для горячего газа подается в расположенную выше шахтной печи 1 шахту 27 для подогрева, а именно в ее нижний конец 28 Эта шахта 27 подогрева имеет выводно для исходного вещества отверстие 29, которое впадает в ведущий исходный материал 4 в шахтную печь 1 трубопровод 3. В шахту для подогрева сверху подается через шлюзы 30 сырье Через отводящий трубопровод 31 выводится оразовавшийся в шахте из горячего газ экспортный газ для подогрева.

Согласно представленному на фиг„2 варианту осуществления только часть колошникового газа идет в зону 25 сгорания и сжигается Остальная часть колошникового газа через трубопровод подается в ведущий горячий газ из камеры сгорания к шахте подогрева трубопровод 26 и подводится вместе со смешанным с ним горячим газом в зону 32 подогрева через трубопровод 33.

Преимущество этого варианта по сравнению с устройством согласно фиг. 1 состоит в том, что благодаря меньшему газовому потоку в зоне 25 сгорания можно выполнять камеру 23 сгорания меньшего размера и дешевле. Кроме того, регулируемость процесса сгорания более легка, так как через зону 25 горения проходят меньшие количества газа, а также можно точнее устанавливать температуру горячего газа.

Согласно варианту устройства на фиг. 3 часть- выходящего из зоны 32 подогрева экспортного газа после охлаждения в холодильнике 34 и после сжатия с помощью компрессора 35 подается в камеру 23 сгорания через ответвляющийся трубопровод 36 вместе с колошниковым газом для частичного сожжения. Этот вариант оказывается предпочтительным, когда при меньшем расходе угля, т,е„ при использовании более высокоценного угля, образуется меньше восстановительного газа и вместе с этим меньшее количество колошникового газа или когда колошниковый газ отводится в виде экспортного газа (фиг. 3, заштрихованная линия), В| этих условиях было бы недостаточно энергии кальцинирования, происходящей только от колошникового газа, соответственно от неотведенной части колошникового газа.

Флюсы в этом случае в принципе одинаковы, как и в печи по фиг„ 1,

нии более высокоценного угля получается меньший расход, например толь- ко 750 кг/т чугуна

Согласно представленному на фиг.4 варианту часть охлажденного восста - новительного газа через ответвляющийся трубопровод 37 в качестве горючего газа направляется в камеру сгорания и выходящий из шахтной печи 1 колошниковый газ целиком подается для дальнейшего использования. Выходящий в этом случае из шахты 27 подогрева газ обладает значительно меньшим содержанием СО, чем образовавшийся в печах согласно фиг. 1 и 2 экспортный газ„ Однако он может найти применение в качестве примесного газа на электростанциях

Выходящий из шахты подогрева экспортный газ (фиг. 1-3), соответственно отводимый из шахтной печи колошниковый газ (фиг. 4) можно применять далее различным образом0 Так, можно, как представлено штрихами на фиг. 1, экспортный газ, после пропускания через газоочиститель 38, подавать в турбинное устройство 39 и получать с его помощью электроэнергию„

Согласно представленным на фиг.5 и 6 вариантам осуществления образовавшийся в зоне 2 прямого восстановления колошниковый газ целиком попадает в расположенную выше шахтной печи 1 и интегрально связанную с шахтной печью 1 шахту 27 для подогрева, камера которой плавно и без сужения переходит в камеру шахтной печи 1, т.е. шахтная печь 1 и шахта 27 для подогрева имеют примерно одинаковый внутренний диаметр.

Остальные части устройства и га- зотрубопроводы выполнены аналогично представленным на фиг, 3 и 4 вариантам осуществления.

Пример 1 «, В шахтную печь 1 (фиг, 1) на 1 т изготовляемого чугуна

0

5

0

5

5

вносят 2400 кг частицеобразной железной руды, которая состоит из 29% Fe, 32% С02, остальное - жильная порода. Для восстановления этого количества | руды вводят 900 кг угля и 560 м3 (нормальные условия) технического газообразного кислорода в газогенератор расплава. Из 2400 кг железной руды в шахтной печи образуются 1500 кг частиц губчатого железа со степенью металлизации примерно 90%, которые попадают в газогенератор 6 расплава. Из последнего при прошедшем восстановлении и при расплавлении указанного количества губчатого железа отводятся 1800м3 (нормальные условия) восстановительного газа с теплотой сгорания 11600 кДж/м3 (нормальные условия) , который имеет следующий состав, об„% (в дальнейшем все данные по газам даны также в об.%): СО 69, С02 2; Н2 25; СН4 1,1; N2 0,8„ Этот газ подается в шахтную печь 1 и покидает ее в виде колошникового газа следующего состава: СО 43,4; С02 22,6; Н2 14; Н20 10,5; СН4 0,8; N2 8,70

В камере сгорания он сжигается с помощью кислородсодержащего газа в избытке и соответствующий горячий газ следующего состава подается в шахту для подогрева: СО+Н2 54; СО 39; С02 24; Н2 15; Н20 11; СН4 0,8; N2 9,5.

В шахте подогрева из руды удаляется С02 в зоне подогрева и получается экспортный газ следующего анализа: СО 36; С02 29; Н2 14; СН4 0,7; N2 9.

Н20

ii;

Содержание сжигаемых газов состав- ляет 50,7 об.%0 Чугун получается с температурой 1450-1500°С и содержит, мас.%: С 4, Мп 3; Si 0,5; S 0,04, остальное - железо, и обусловленные расплавлением примеси„

П р и м е р 2. Подогрев исходных веществ поясняется подробнее согласно представленному на фиг„ 2 варианту осуществления.

В шахтную печь 1 устройства на 1 т получаемого чугуна вводят 2400 кг частицеобразной железной руды указанного в примере 1 состава Для восстановления этого количества руды в газогенератор 6 расплава вводят 900 кг угля и 560 м3 (нормальные условия) технического газообразного кислорода. Из 2400 кг железной руды образуются в шахтной печи 1500 кг частиц губчатого железа со степенью

металлизации примерно 90%, которые попадают в газогенератор 6 расплава Из последнего при прошедшем восстановлении и при расплавлении указанного количества губчатого железа выводятся 1800 м3 (нормальные условия) восста новительного газа с теплотой сгорания 11600 кДж/м3 (нормальные условия) который имеет следующий состав: СО 69; С02 2; Н2 25; СН4 1,1; N2 0,80 Этот газ разделяют на два парциалъся в камеру 23 сгорания и сжигается с помощью кислородсодержащего газа в избытке. После сжигания горячий газ смешивается с оставшимся парциальным потоком колошникового газа, так что достигается температура смеси 700-1000°С,

Этот смешанный горячий газ теперь подводится к шахте 27 подогрева о Здесь из железной руды удаляется С02 и получается экспортный газ еле

Н„

(дующего Анализа: СО 36; С02 29; 14; Н20 11; СН4 0,7; N2 9.

Содержание сжигаемых газов составляет 50,7%. Полученный чугун имеет тот же состав, что и описанный в примере 1„

ПримерЗ. В шахтную печь 1 предлагаемого в изобретении устройства на 1 т получаемого чугуна вводят 2400 кг частицеобразной железной руды указанного в примере 1 состава. Для восстановления этого количества руды вводят 900 кг угля и 560 м3 (нормальные условия) технического газообразного кислорода в газогенератор 6 расплава. Из 2400 кг железной руды в шахтной печи получаются 1500 кг частиц губчатого железа со степенью металлизации примерно 90%, которые попадают в газогенератор 6 расплава. Из последнего при прошедшем восста- новлении и при расплавлении указанного количества губчатого железа отводятся 1800 м3 (нормальные условия) восстановительного газа с теплотой сгорания 11600 кДж/м3 (нормальные условия), который имеет следующий состав: СО 69; С02 2; Н2 25; СН, 1,1; N2 0,8,

Часть этого газа подается прямо в камеру 23 сгорания и здесь сжигает- ся вместе с кислородсодержащим газом в избытке. При этом получается следующий анализ отходящего газа: СО 10; С02 33; Н2 2; Н20 9; N2 45.

,

5

Покидающий шахтную печь 1 колошниковый газ используется для других, например энергетических, целей и имеет следующий состав: СО 34,3; С02 30,4; Н2 18,5; Н20 7,5; СН 0,8; N2 8,4„ Сумма сжигаемых газов в этом случае 57,8 об„%, таким образом, на 15 об.% выше, чем в случае примера 1. Чугун имеет указанный в примере 1 состав с,

Пример4. В шахтную печь 1 (фиг. 5) на 1 т получаемого чугуна через шлюзы 30 и шахту 27 подогрева вносят 2400 кг частицеобразной железной руды, которая состоит из 29% Fe, 32% СО,, остальное жильная порода.

0

5

0

5 0 5 Q

Для восстановления руды вводят 900 кг

этого количества угля и эьи м3

560 м3 (нормальные условия) кислорода в газогенератор 6 расплава Из железной руды в шахтной печи образуются 1500 кг частиц губчатого железа со степенью металлизации 90%, которые попадают в газогенератор 6 расплава„ Из последнего при указанном количестве губчатого железа отводят 1800 м3 (нормальные условия) восстановительного газа с теплотой сгорания 11600 кДж/м3 (нормальные условия), который имеет следующий анализ, об.% СО 69; С02 2; Н2 25; СН4 1,0; N2 0,8 Этот газ подается в шахтную печь 1 и покидает ее (после прохождения через зону 32 нагрева) в виде экспортного газа следующего анализа: СО 36, С02 29; Н2 14; Н20 11; СН, 0,7; N2 9.

После промывки газа в холодильнике 34 часть экспортного газа подается в камеру 23 сгорания и сжигается ниже, чем при стехиометрических количествах, так что остающееся содержание СО+Н2 больше, чем 20 об.%. Таким образом, полученный горячий газ с температурой 600-900°С подается в собственный фурменный пояс шахты 27 нагрева в ее нижний конец 28. Зона 32 нагрева при этом функционирует как зона кальцинирования, в которой происходит выделение большей части связанного с рудой и возможными флюсами С02. Содержание сжигаемых газов (CO+Hj+CH,}.) в экспортном газе составляет 50,7%.

Согласно представленному на фиг.6 варианту часть охлажденного восстановительного газа через трубопровод 37 в качестве горячего газа вводится в камеру 23 сгорания и выходящий из

91

зоны нагрева экспортный газ целиком подается для дальнейшего использования.

Формула изобретения

1.Способ производства чугуна или стальных полупродуктов из железосодержащих кусковых материалов, включающий предварительный подогрев исходных материалов до температуры ниже температуры их размягчения отходящими из процесса газами, последующее восстановление до губчатого железа с образованием колошниковых газов и расплавление в плавильном газификаторе за счет подвода твердого углеродсодержащего материала и кислородсодержащего газа с образованием СО и-Н2-содержащего восстановительного газа, используемого для восстановления подогретого исходного материала до губчатого железа, о т л и ч а,

щения расхода энергии при использовании сидеритсодержащих или гидрат- ных железорудных исходных материалов.

64119410

отходящие из процесса газы перед подачей их на подогрев дожигают до сум марного содержания СО+Н2, равного 10-20 об.%, температуре подогрева 1000-700°С соответственно о

2„ Способ по п, 1, отличающийся тем; что на дожигание подают колошниковый газ, а газ, отходящий из зоны подогрева, выводят в электроприемник„

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и- чающийся тем, что на дожигание подают часть колошникового газа, после чего его смешивают с второй частью колошникового газа.

4 о Способ поп„ 1, отличаю10

15

щ и и с я тем, что на дожигание подают часть восстановительного газа. 20 5. Способ по п„ 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что на дожигание подают часть отходящего из зоны подогрева газа.

6„ Способ по п. 1, отличаюю щ и и с я тем, что, с целью сокра- 25 щ и и с я тем, что предварительный

подогрев осуществляют колошниковым газом и газом, подвергнутым дожиганию о

4119410

отходящие из процесса газы перед подачей их на подогрев дожигают до суммарного содержания СО+Н2, равного 10-20 об.%, температуре подогрева 1000-700°С соответственно о

2„ Способ по п, 1, отличающийся тем; что на дожигание подают колошниковый газ, а газ, отходящий из зоны подогрева, выводят в электроприемник„

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и- чающийся тем, что на дожигание подают часть колошникового газа, после чего его смешивают с второй частью колошникового газа.

4 о Способ поп„ 1, отличаю10

15

щ и и с я тем, что на дожигание подают часть восстановительного газа. 5. Способ по п„ 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что на дожигание подают часть отходящего из зоны подогрева газа.

6„ Способ по п. 1, отличаю

Изобретение относится к бескоксовому получению железа, а именно к способу получения чугуна или стальных полупродуктов из железосодержащих кусковых материалов Целью изобретения является сокращение расхода энергии при использовании сидеритсодержащих или гидратных железорудных исходных материалов. Для этого сидеритсодержа- щие и/или гидратные исходные материалы (перед восстановлением в зоне прямого восстановления) предварительно подогреваются и кальцинируются в зоне нагрева По меньшей мере одна часть держание СО и Н2 в сумме минимально 10-20 -об.% при соответствующей температуре подогрева 1000-700 С. Способ осуществляется в устройстве, содержащем шахтную печь прямого восстановления для кусковой железной руды и газогенератор для расплава с трубопроводом, подающим продукт восстановления из шахтной печи, и трубопроводами для кислородсодержащих газов и носителей углерода и образовавшегося восстановительного газа. В устройстве предусмотрена отделенная от шахты для подогрева камера сгорания с трубопроводами: подводящим кислородсодержащий газ, а также подающим колошниковый газ из шахтной печи, и/или подающим отходящий газ из шахты подогрева, и/или подводящим восстановительный газ из газогенератора расплава,из камеры сгорания выходит трубопровод для горячего газа. Реализация изобретения позволяет рентабельно использовать сидеритсодержащие или гидратные железорудные материалы, такие как бурый железняк или оолитовая железная руда, при сохранении кусковой структуры и прочностных свойств исходных материалов 5 з«п. ф-лы, 6 ил0 (Л о Јь СО 4ь СМ

38 у чя 4л - Н1&

Фиг.1

Фиг 2

31

Ј$К&

-

Фиг 5

Редактор Е.Папп

Составитель Л„Панникова

Техред Л.Олиннык Корректор С.Черни

Заказ 1023

Тираж 395

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Фиг.6

Подписное