Способ восстановления полидисперсных материалов Советский патент 1980 года по МПК C21B13/10 

I

Изобретение относитсяк подготовке металлургического сырья в черной металлургии,в частности для сталеплавильного передела.

Известен способ восстановления по- 5 лидисперсных материалов в печах со взвешенными слоями,образуемыми механическим воздействием газовоздушных струй, включающие в себя сушку, подогрев, восстановительную термообработ-10 ку и охлаяадение l.

Недостатками известного способа являются невозможность регулирования скоростей восстановления материала на различных этапах процесса, что 15 затрудняет получение готовой продукции высокого качества восстановления, невозможность регулирования газового режима обжига на различных этапах процесса восстановления, что приво- 20 дит к увеличению его продолжительности и существенному ухудшению качества готовой продукции.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является 25 способ восстановления полидисперсных оолитовых железосодержащих руд в печи со взвешенным слоем, передвигаемым механическим воздействием рядов, газовоздушных струй 2. 30

Недостатками данного способа являются невозможность регулирования скоростей восстановления материала и газового режима обжига на различных этапах процесса, затруднительная регулировка температурного режима в печи, получение готовой продукции недостаточно высокого качества.

Цель изобретения - получение готовой продукции с высокой степенью металлизации и улучшение качества металлического сырья.

Поставленная цель достигается тем, что внешнюю влагу из материала удаляют в состоянии псевдоожижения в течение. 0,5-1, 2 мингВ газовой среде содержащей 13-18% О-2 при температуре 150-300С и влагу сразу выводят из процесса с отходящими газами, подогрев материала от 150 до 900-1000°С ведут со скоростью 900-970 град/мин в газовой среде с содержанием Oj. 4-12% и сжиганием топливовоздушной смеси во взвешенном слое материала, предварительное восстановление производят во взвешенном слое со скоростью 10-30% мин в газовой, среде с содержанием инертных газов (СО 2 + + N2.)92-93% и восстановительного компонента СО 3-4%, восстановление завершают в плотном нефильтруемом слое за счет твердого топлива со скоростью 0,8-2,0%/мин в безокислительной атмсэсфере при содержании СО в пределах 85-100%, при этом восстановительный продукт охлаждают со скоростью 40000-48000 град/мин.

Способ предназначен для применения в агрегате для восстановления полидисперсных оолитовых .руд.Руда, крупностью 0-30 мм поступает в печь со ступенчато-взвешенным слоем и перемещается вдоль печи под действием газовоздушных струй к камере довосстановления. Газовоздушные фурмы расположены между соседними ступенями. Материал последовательно подвергается сушке, подогреву и частично восстановительной обработке. В камере довосстановления за счет твердого топлива процессы восстановления завешаются.

Внешнюю влагу из материала удаляют в состоянии псевдоожижения. Сушка материала в любом другом слое нежелательна, так как значительно (на порядок) удлиняет время сушки материала. Продолжительность сушки в псевдоожиженном слое должна составлять 0,5-1,2 мин. При меньшей продолжителности сушки (менее 0,5 мин) невозмоА на регулируемая организация процесса подогрева и не удается обеспечить требуемой по технологии скороти нагрева материала. При большей продолжительности сушки (более 1,2 мин) чрезмерно увеличивается длина агрегата.

Сушку материала осущест)зляют в газовой среде с содержанием О.. 13-18 При меньшем содержании О2 (менее 13%) не удается обеспечить воспламенение газовоздушной смеси в зоне подогрева. При большем содержании О2 (5олее 18%) рециркуляция газовых потоков невозможна, так как из последующих зон в зону сушки поступает теплоноситель с низким содержанием О2

Температура материала в зоне сушки должна находиться в пределах 150ЗОО С. При меньшей температуре (менее ) продолжительность сушки возрастает и увеличивается рабочий объем агрегата. При большей температуре (более 300°С) организовать рециркуляцию газовых потоков невозможно.

Из зоны сушки влага (водяной пар) удаляемая из материала, выводится из агрегата, В противном случае, аэродинамическое сопротивление последующих зон возрастает, что нежелательно.

Минимальная величина скорости подогрева материала от 150 до 900ЮОО С составляет 900 град/мин, так как при меньшей скорости нагрева,не улучшая процесса, заметно возрастают габаритыагрегата. Максимальная скорость подогрева материала должна быть как можно выше и ограничиваться только временем пребывания материала в зоне и температурой газа-теплоносителя. Применительно к печи со ступенчато-взвешенным слоем эта скорость равна 950-970 град/мин. Поэтому пределы изменения скорости подогрева материала в печи составляют 900970 град/мин.

Пределы изменения содержания в газовой фазе инертных и восстановитель,ных компонентов взаимосвязаны и зависят от содержания в газовой фазе кислрода, с небольшим приближением можно от содержания в газовой фазе кислорода. С небольшим приближением можно записать СО 2 + NZ + 2СО + О 100%. Суммарное содержание других компонентов в газовой фазе (метан, гелий и пр.) не превышает 0,05% и на процесс восстановления материала не влияет.

Минимальное сумг/iapHoe содержание инертных и восстановительных компонентов составляет (.СО 2.+ NO. + СО 92 + 3 95%.

Таким образом,максимальное содержание кислорода в газовой фазе сост.авляет 5%. С другой стороны, в печи со ступенчато-взвешенным слоем и над зеркалом материала в камере довосстановления содержание кислорода в газовой фазе не опускается ниже 3% (по условиям горения газообразного и твердого топлива). Отсюда следует, что содержание CO.j + М2 изменяется в ограниченных пределах. Значения этих параметров изменяются в пределах (COj, + N-1.) 92 + 93%, СО 3 - 4%.

Завершают процесс восстановления в плотном нефильтруемом слое, так как именно в таких слоях продолжитель ность процесса приближается к времени, необходимому для достаточно полного восстановления материала. В любых других слоях приходится принимать искусственные меры для увеличения времени пребывания материала в агрегате, что зачастую существенно усложняет его конструкцию.

Восстановление в плотном слое производят за счет твердого топлива со скоростью 0,8-2,0%/мин. При меньшей скорости (менее О,8%/мин) возрастают габариты агрегата, что нежелательно. При скорости более 2,0%/мин чрезмерно возрастает расход топлива на процесс и его экономичность падает.

В плотном слое создают условия, исключающие фильтрацию через него газов, поэтому в нем становится возможным создание практически однородной атмосферы с содержанием СО 85-100%. При меньшем содержании СО в газовой среде появляются нежелательные примеси.

Минимальная скорость охлаждения восстановленного продукта составляет 40000 град/мин, так как при меньшей скорости возможно вторичное окисление материала. Скорости охлаждения материала свьпие 40000град/мин по технологии процесса вполне допустимы. Единственным ограничением здесь служа скорость протекания процессов теплои массопереноса в куске. По этой причине максимально допустимой скоростью охлаждения материала является величина 48000 град/мин. Тогда пределы изменения скоростей охлаждения материала равны 40000-48000 град/мин. Сущность изобретения заключается и оптимизации процесса восстановитель ной термообработки кусковых материалов на всех его этапах и исключении создания окислительной среды в момен завершения восстановительной обработ ки материала. Способ осуществляют следующим образом. Железосодержащую оолитовую полидисперсную руду Лисаковского месторождения в смеси с твepды 5 топливом (углем) подают в печь со ступенчатовзвешенным слоем и подвергают последовательно сушке в состоянии псевдоожижения в течение 0,5-0,9 мин при температурах 220-300С в газовой сре де с содержанием кислорода 13-16% и 0,9-1,2 мин при температурах 150220°С в газовой среде с содержанием кислорода 16-18%. Время выдержки материала в зоне сушки регулируют ко личеством транспортирующего агента, подаваемого через воздушные переталкивающие фурглы, посредством дросселе и контролируют по стандартным расходомерам. Газовую среду в зоне создают разбавлением воздуха редиркулируе мыми инертными газами, поступающими из последующих зон и контролируют га зоанализаторами. Температуру (150300°С) регулируют в процессе сжигани топлива в зоне подогрева и контролируют стандартными термопарами Удаление влаги с отходящими газами производится через сбросной боров, расположенный непосредственно в зоне сушки. Далее материалы подвергаются подо греву от 150 до ЭОО-ЮОО С со ско, ростью 900-970 град/мин в газовой среде с содержанием кислорода 4-12%. Температуру в зоне контролируют стан дартными термопарами. Скорость нагре ва определяют по времени пребывания материала в зоне, начальной и конечной .температуре, регулируют по соотношению водяных чисел газа и материала и контролируют по стандартным те мопарам и расходомерам. Содержание О2. в газовой среде устанавливают по соотношению газ-воздух,- подаваемых в топливосжигающие устройства, и контролируют газоанализаторами. Все эти операции осуществляют во взвешенном слое материала. Предварительное восстановление производят со скоростью 10-30%/мин (для Лисаковских руд - 18-20%/мин) также во взвешенном слое и в газовой среде с содержанием инертных газов (СО 2. + Mi) 92-93% и восстановительных компонентов СО 3-4%. Скорость восстановления поддерживают в заданных пределах посредством дозированной подачи угля и контролируют по качеству готового продукта на выходе из печи со ступенчато-взвешенным слоем. Газовую среду, содержащую СО, N2 (:;оздают при сжигании топлива с коэффициентом расхода воздуха близким к 1, и контролируют подачу газа и воздуха по расходомеру.. Восстановление завершают в плотном нефильтруемом слое за счет твердого топлива со скоростью 0,8-2,0%/мин в безокислительной атмосфере с содержанием COj в пределах 85-100%. При содержании COi в газе, равном 90-100%, скорость восстановления устанавливают равной 1, 2-2 ,0%/мин , при содержании COj 8590% скорость восстановления устанавливают О,8-1,2%/мин. Скорость восстановления в заданных пределах уста навливают по продолжительности пребывания материала и количеству твердого топлива, вводимого в камеру довосстановления. Безокислительная атмосфера в камере обеспечивается отсутствием подачи окислительных газов в агрегат, в результате атмосфера в этом агрегате формируется за счет возгонки твердого топлива. При этом содержание СО2 поддерживают в пределах 85-100%, регулируя его количеством твердого топлива в шихте, и контролируют по качеству готовой продукции. После этого готовый восстановленный продукт подвергают охлаждению со скоростью 40000-48000 град/мин, для исключения его вторичного окисления. Столь высокие скорости обеспечиваются в среде с активными охлаждающими агентами (жидкие газы, вода, пароводяная эмульсия). Затем восстановленный продукт поступает на тракт готовой продукции. Применение настоящего изобретения обеспечивает восстановление полидисперсных кусковых материалов крупностью 0-30 мм и извлечение из них 6164% железа. Такой продукт со степенью восстановления 100-130% является высокоценным металлургическим сырьем и позволяет существенно улучшить показатели доменного и сталеплавильного процесса. Формула изобретения Способ восстановления полидисперсных материалов, включающий сушку и . подогрев, предварительное восстановление во взвешенном состоянии, окон7 789585 8

чательное восстановление в плотном 0%/мин в газовой среде с содэржанием

нефильтруемом слое и охла51щение 2-93%.СО2.+ W и 3-4% СО, а окончам териала, отличающийсятельное восстановление осуществляют

TieM, что, с целью улучшения качестватвердым топливом со скоростью 0,8ротового продукта с высокой степенью2,0%/мин в безокислительной атмосфе-

металлизации, сушку осуществляют в, ре при содержании 85-100% , при

псевдоожиженном состоянии в течение этом восстановленный продукт охлаж0,5-1,2 мин в газовой среде, содер-дают со скоростью 40000-48000град/мин.

жащей 13-18% Од. при температуре 150-Источники информации,

300°С, а подогрев до 900-1000°С ве-принятые во внимание при экспертизе

дут со скоростью 900-970 град/мин. 1. Забродский С.С. Гидродинамика

в газовой среде с содержанием 47-12% и теплообмен в псевдоожиженном (киОз. и сжиганием топливовоздушно сме-пящем) слое. 1963.

си, причем предварительное восбтанов-2. Авторское свидетельство СССР

ление осуществляют со скоростью 10- 5.59957, кл. С 21 В 13/10, 1975.