Способ получения жидкого чугуна и установка для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК C21B13/14 

Изобретение относится к бескоксовому получению железа, в частности чугуна в плавильном газификаторе.

ТЦелью изобретения является повышение эффективности процесса.

На фиг.1-4 схематично показаны предпочтительные варианты выполнения установки в соответствии с изобретением.

Устройство включает в себя плавильный газификатор 1 для взаимодействия газов с металлами, который имеет нижний участок, средний участок и расширенный верхний участок. Нижний участок предназначен для принятия расплавленной банны. В средний участок входят сопла 2 (горелки) с подводящим трубопроводом 3 для подачи кислоро.- да. В зоне на уровне сопл расположены

подводящий трубопровод 4 для содержащего углерод материала, и трубопровод 5 для восстановленной руды. Альтернативно этот трубопровод 5 может также входить выше уровня сопл в зоне верхней коксовой постели в плавильный газификатор, как это показано на фиг,1 пунктирной линией.

В верхней расширенной зоне плавильного реактора для взаимодействия газа с металлами 1 имеются загрузочное устройство 6 для кускового угля с диаметром кусков до40.мм, загрузочное устройство 7 для руды и загрузочное устройство 8 для присадок. Кроме того, в верхнем участке предусмотрен трубопровод 9. для отвода образовавшегося в плавильном газификаторе восстановительного газа.

00

А

со

о о о

: со

В среднем участке из крупных частиц кокса образуются неподвижные слои (зоны неподвижных слоев). Собирающаяся под ними ванна расплава состоит из расплавленного металла 10 и Шлака 11, причем для обоих компонентов предусматривается соответственно выпускное отверстие. Неподвижный слой (а) не имеет подвода газа, т.е. через него не пропускается газ. Над ним образуется неподвижный слой (в), в котором частицы, кокса пронизываются поступающим из подводящего трубопровода 3 кислородсодержащим газом с образованием окиси углерода, Выше неподвижного слоя (в) образуется псевдоожиженный слой (с), движение которого поддерживается обра- зую,щимс я в неподвижном слое 11 восстановительным газом. Небольшие частицы угля или кокса остаются в зоне псетвдобжйжен- ного слоя (с). Более крупные частицы угля или кокса, для которых скорость газового потока в пустой трубе ниже точки разрыхления для соответствующего слоя частиц, лишь затормаживаются, проваливаются через псевдоожиженный слой (с) и осаждаются с образованием неподвижного слоя (в) или (а). .- : .

Над псевдоожиженным слоем находится успокоительная зона (d), в которую загружается руда.

Установка также содержит восстановительный циклон 12, в который входят трубопровод 9 для отвода восстановительного газа и загрузочное устройство 13 для присадок. В нижнем конце восстановительного циклона предусмотрено разгрузочное устройство 14 для окончательно восстановленной пылёватой руды, которая загружает трубопровод 5.

От верхней части восстановительного циклона освобожденный от суспендирован- ной восстановленной пылёватой руды легкий газ отводится по трубопроводу 15, охлаждается в охладителе 16, уплотняется в охлаждающей газовой воздуходувке .17 и/или подается по обратному трубопроводу 18 в трубопровод 9 для отвода восстановительного газа для охлаждения выходящей из плавильного реактора 1 суспензии, состоящей из газа и пылёватой руды, или по трубопроводу 19 с помощью-инжектора 20 подается в трубопровод 5. С помощью ответвляющегося трубопровода 15 легкий газ может отводиться из установки и подаваться для использования в других целях.

Представленный на фиг.1 вариант выполнения установки в соответствии с изобретением пригоден для переработки мелких железных руд с частицами диаметром максимум 0.5 мм; однако в особенности

для переработки пылеватых руд, причем частицы руды имеют диаметр менее 0,2 мм, Подобного рода руда загружается в зону успокоения (d)плавильнбго реактора 1 для

взаимодействия газов с металлами, который .в верхней части успокоительной зоны .имеет температуру около 1000°С, где она предварительно восстанавливается противоточ- ным восстановительным газом, который

образуется в нижней части реактора для взаимодействия газов с металлами.

Предварительно восстановленная фракция - 0,2 мм почти полностью увлекается восстановительным газом и по трубопроводу 9 для отвода восстановительного газа подается в восстановительный циклон 12, причем состоящая из газа и пылёватой руды суспензия к этому моменту времени охлаждается до температуры около 800°С.

В восстановительном циклоне 12 фракция - 0,2 мм полностью восстанавливается

с помощью восстановительного газа и под воздействием циклона отделяется от восстановительного газа. Впоследствии полностыо восстановленная руда через выпускное устройство 14 нагружает трубопровод 5 и с помощью легкого газа вдувается непосредственно в зону плавления плавильного газификатора или в зону на уровне

вдувания кислорода или над ней, в зону коксовой постели. ....

Оставшаяся в успокоительной зоне плавильного газификатора 1 фракция мелкдй .руды с диаметром частиц по меньшей мере

0,2 мм (и максимум 0,5мм), хотя и восстанавливается предварительно в успокоительной зоне, однако не выносится потоком восстановительного газа и попадает вследствие воздействия силы тяжести через псевдоожиженный слой в неподвижный слой, при этом полностью восстанавливается и расплавляется.

Рудные фракции с диаметром частиц более 0,5 мм не могут перерабатываться с помощью представленной на фиг.1 установки, так как они не могут больше удовлетворительно полностью восстанавливаться в плавильном газификаторе.

Переработку подобного рода руды позволяет осуществлять представленный на фиг.2 вариант установки в соответствии с изобретением. Она отличается от варианта на фиг.1 прежде всего тем, что в трубопровод 9 для отвода восстановительного газа между плавильным газификатором и восстановительным циклоном 12 включен восстановительный реактор 21, который имеет загрузочное устройство 13 для присадок и загрузочное устройство 7 для руды и разгрузочное устройство 22 для полностью восстановленной мелкой руды.

Внутри восстановительного реактора 21 поддерживается псевдоожиженный слой (е) из поступивших из плавильного реактора 1 руды и восстановительного газа, который сдувается на уровне сопл 23, которые за- питываются от трубопровода 9 для отвода восстановительного газа. Над псевдоожиженным слоем (е) находится успокоитель- нал зона (f). К разгрузочному устройству 22 присоединен трубопровод 24 для полностью восстановленной мелкой руды, который входит в трубопровод 5,

Остальные части установки соответствуют изображенному на фиг.1 варианту выполнения. ...

Представленный на фиг.З вариант выполнения установки в соответствии с изобретением пригоден, в частности,: для переработки мелких руд, которые имеютча- стицы диаметром до 1 мм. Эта руда с помощью загрузочного устройства 7 загружается в успокоительную зону (d) восстановительного реактора 21 и частично предварительно восстанавливается проти- воточным восстановительным газом, который вырабатывается в плавильном газификаторе 1 и вдувается по трубопроводу 9 для отвода восстановительного газа в нижнюю часть восстановительного реакто-. ра 21 и при этом поддерживает псевдоожиженный слой (е). По аналогии с процессами в успокоительной зоне (d) плавильного реактора 1 восстановительный газ по трубопроводу 9, который отходит от верхней части восстановительного реактора 21, направляется в восстановительный циклон, причем он увлекает предварительно восстанов- .ленную фракцию - 0,2 мм. Эта фракция окончательно восстанавливается в восстановительном циклоне 12 и подается в плавильный газификатор.

Остающаяся о успокоительной зоне (f) предварительно восстановленная фракция мелкой руды с частицами диаметром от 0,2 мм до 1 мм не может выноситься восстановительным газом и попадает под воздействием силы тяжести через псевдоожиженный слой (е), причем она полностью восстанавливается, к нижнему концу восстановительного реактора и выпускается, нагружает трубопровод 5 и вместе с полностью восстановленной фракцией - 0,2 мм подается в плавильный реактор для взаимодействия газов с металлами.

ВоЈстановительный реактор 21 по меньшей мере в нижней части предпочтительно выполнен коническим, вследствие чего восстановительный газ при прохожде

нии имеет различные скорости истечения, что способствует разделению обеих фракций. Несмотря на больший диаметр частиц

фракции 0,2 мм они имеют после вывода из восстановительного реактора примерно такую же высокую степень металлизации, что и полностью восстановленная в восстановительном циклоне 12 фракция - 0,2 мм, потому что более крупные частицы доста- точно долго соприкасаются в псевдрожи- женном слое с восстановительным газом.

Переработку руд, которые имеют еще больший размер частиц, удается осуществять в установке, которая в основноманало- гична представленной на фиг.2, однако имеет в восстановительном реакторе 21 дополнительно неподвижный слой (о) из руды, который находится под псевдоожиженным слоем (е). Два варианта выполнения уста- новки в соответствии с изобретением пока- заны на фиг.З и А. -

Установка в соответствии с фиг.З пригодна для переработки руд, диаметр частиц которых может составлять до 5 мм. Эта ус- тановка эксплуатируется в основном так же, как и представленная на фиг.2. Руда также с помощью загрузочного устройства 7 загру- жается в успокоительную зону (f) восстановительного реактора 21, после чего предварительное восстановление, выделение фракции - 0,2 мм и ее окончательное восстановление в восстановительном цик; лоне 12 осуществляются также, как описано выше. Фракция, которая в данн ом случае имеет частицы диаметром от 0,2 до 5 мм, проходит через псевдоожиженный слой (е), причем частицы руды диаметром менее 2 мм в основном полностью восстанавливаются и поэтому с помощью разгрузочного устрой- ства 25 взымаются из нижней части псевдо- ожиженного слоя (е), по трубопроводу подаются в трубопровод 5 и вместе с полностью восстановленной фракцией - 0,2 мм, как описано выше, могут подаваться в пла- вильный реактор 1 для взаимодействия га- зов с металлами. :

Остающаяся в псевдоожиженном слое частично восстановленная часть руды, час- Тицы которой имеют диаметр от 2 до 5 мм, проходят под воздействием силы тяжести до неподвижного слоя (о) и далее сквозь него, причем руда прдоолжает восстанавли- ваться, Наконец, она с помощью разгрузочного устройства 22 нагружает трубопровод 24 и с помощью легкого газа, которые отбираются из трубопровода 19, через инжектор 20 вдувается в граничную зону между псевдоожиженным слоем fc) и верхним неподвижным слоем (о) плавильного газификатора (восстановительная зона) и

полностью восстанавливается или переплавляется в чугун.

При переработке руд с частицами 1 мм реактор 21 выполняют коничевским и предусматривают два уровня 23 вдувания восстановительного газа. Для оптимального разделения граница между неподвижным и псевдоожиженными слоями должна располагаться в конической зоне между уровнями вдувания газа. При помощи газа, подаваемого в верхний уровень, достигается псевдоожижение, фракционирование и восстановление мелких частиц руды, в то время как газ, подаваемый через нижний уровень, восстанавливает крупную фракцию руды., .:..

В устройстве по фиг.4 перерабатываются руды крупностью до 20 мм. В данном случае грубая фракция руды ( 2 мм) загрузочным устройством 26 загружается в успокоительную зону плавильного газификатора; .../ . ::... ..V-/ / ,.- . :.; ::. .;. .В трубопровод включен циклон 27 для осаждения возможно увлеченной угольной пыли, которая через разгрузочное устройство 28 нагружает трубопровод 29 и с помощью охлаждающего газа вдувается в верхнюю зону псевдоожиженного слоя (с) или в успокоительную зону (d) плавильного газификатора, Сопла 30 имеют еще один подвод 31 для подачи кислорода. Охлаждающий газ является освобожденным от угольной пыли восстановитеЯьным газом из плавильного газификатора, который заимствован из трубопровода 9 для отвода восстановительного газа, охлажден в охладителе 32, подан по трубопроводу 33 к газо- дувке. для подачи охлаждающего газа 34, уплотнен и наконец подан по трубопроводу 29.- . ; / . . . : ..;.

Альтернативно охлаждающий газ может также подаваться по обратному трубопроводу 35 в трубопровод 9 для отвода восстановительного газа. Для вдувания угольной пыли вместо охлаждающего газа может использоваться также азот, который может в каком-либо месте подводиться к трубопроводу 29.

После того как восстановительный газ прошел охладитель 32, он может также подаваться по трубопроводу 36 в трубопровод 37 для отвода легкого газа,

В примере обобщены некоторые типичные параметры способа в соответствии с изобретением, которые достигаются при эксплуатации представленной на фиг.4 установки в соответствии с изобретением.

Пример. Содержание компонентов использованного угля. % (величины отно81Ъ4

сятся к безводному анализируемому материалу): С

Н4,8 N 1,4 О 5,8 S 0,5 шлак 6,2 Fe 30,9 (золы) 0 Сфикс 62,9

Содержание компонентов в переработанной железной руде, %

Fe66, 1,31 FeOO,58 MnO 0,38 5 Ре20з95,0 потери при

прокаливании1,6 СаО 0,025 MgQO.13 0 51020,6

Гранулометрический состав переработанной железной руды (ситовой анализ): 5%10,мм 10% 6,3-10 мм 5 18% 3,15-6,3 мм 42% 1.0-3,15 мм 25% менее 1 мм Для производства восстановителного газа в установке в соответствии с фиг.4 было 0 газифицировано 7 т/ч угля упомянутого состава, для этого было израсходовано 580 м3 кислорода на Тонну чугуна. Чистота кислорода составляла от 95 до 98%. В 1 ч было получено около 14000м3 восстановитель- 5 ного газа, который имеет следующий состав, %: .

СО66,2 Ы2 28,& С02 4,5 СЩ 0,3 N2 0,5

0 Скорости в пустой трубе в плавильном реакторе 1 для взаимодействия газов с металлами и в восстановительном реакторе 21 колебались от 0,3 до 0,5 м/с, вследствие чего скорость между обоими уровнями coij/i 5 восстановительного реактора составила от 1,5 до 3 м/с.

Удалось переработать 12,85 т железной руды в час, причем производительность . плавления составила 8,1 т чугуна в час. Пол- 0 ученный чугун наряду с железом имел следующие составные части, %: СА SI 0.6 фосфор 0.01 5 марганец 0«1 сера 0,04 Формула изобретения 1. Способ получения жидкого чугуна, включающий предварительное восстановление полидисперсной руды в кипящем

слое, отделение мелкой фракции руды воздушной сепарацией посредством восстановительного газа и обработку ее в высокотемпературном циклоне, раздель- ную подачу предварительно восстановлен- ных фракций и остальных фракций руды а различные зоны плавильного газификатора, расплавление с получением жидкого чугуна и восстановительного газа, используемого в стадии предварительного восстановления, путем подачи угля и кислородсодержащего газа, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, отделению и обработке в циклоне подвергают фракцию менее 0,2 мм, при этом мелкую и остальные фракции перед подачей в зону расплавления газификатора восстанавливают полностью.;;

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что фракцию руды, 0,2-2 мм восстанав- ливают полностью в кипящем слое, 3. Способ по пп.1-2, о т л и ч.а ю щи й- с я тем, что полиостью восстановленную фракцию менее 2 мм вдувают-в плавильный газификатор на уровне вдувания кислород- содержащего газа или в зоне кок-совой постели.. ....-. ,. ;

4. Способ по пп, 1-3, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что фракцию руды 2-20 мм дополнительно восстанавливают в неподвижном слое.

5. Способ по пп.1-4, отличающий- с я тем, что предварительно восстановленную руду фракции 2-20 мм подают в успокоительную зону плавильного газификатора.

6. Установка для получения жидкого чугуна, содержащая реактор для предвариельного восстановления, имеющий зоны кипящего и неподвижного слоя и соединенный с циклоном для обработки отделенной мелкой фракции руды, плавильный газификатор, имеющий узлы ввода угля, кислородсодержащего газа, флюса и предварительно воостановленнрй руды, трубопровод востановительного газа, соединяющий плавильный газификатор с реактором предварительного восстановления и узлы ранспортирования предварительно восстановленной руды от циклона и реактора, соединенные с плавильным газификатором, на разных уровнях, о тли чающаяся тем. что, с целью повышения эффективности процесса, реактор предварительного восстановления выполнен с отдельными узлами транспортирования предварительно восстановленной руды от зон кипящего и неподвижного слоев, при этом узлы транспортирования от циклона и от зоны кипящего.слоя реактора предварительного восстановления руды соединены С нижней астью плавильного газификатора.

Использование: изобретение относится к прямому получению металла непосредственно из руды, в частности к получению чугуна в плавильном газификаторе, Сущность: при производстве жидкого чугуна путем восстановления расплава железных руд с различным размером частиц, фракцию частиц диаметром менее 0,2 мм путем воздушной сепарации с помощью восстановительного газа отделяют от более крупной фракции (В), и обе фракции раздельно полностью восстанавливают и подают в зону плавления плавильного газификатора. Установка для реализации способа в соответствии с изобретением состоит из плавильного реактора восстановительного циклона и реактора предварительного восстановления с кипящим и неподвижным слоями, расположенного между газификатором и восстановительным циклоном. Циклон и неподвижный слой со стороны выпуска с помощью транспортного устройства для восстановленной железной руды соединен . с нижней частью плавильного газификатора. 1 с. и 4 э.п. ф-лы, 4 ил. оо С

ф иъ..}

ZI

«

м

660ЕШ

Шиг