(5) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕ/КЗНОЙ РУДО Изобретение касается восстановления железа в шахматной печи и относится к подготовке металла перед металлургическим переделом. Известен способ, согласно которому колошниковый газ, выделяемый из зоны восстановления, после очист ки освобождается от воды, обогащает ся метаном и вводится в нижнюю зону охлаждения шахтной печи, в которой он в противотоке входит в контакт с восстанавливаемым накаленным окатышем железной руды, опускающимся вни благодаря чему последний охлаждается, а колошниковый газ, поднимающийся вверх в зону восстановления, нагревается до температуры, при которой под воздействием окатыша желе ной руды, действующего, как катализ тор на входе колошниковых газов в зону восстановления, проходит реакция преобразования с образованием окиси углерода и водорода, Следовательно, при использовании губчатого железа в качестве катализатора происходит риформинг газа в соответствии с образованием СО и Н2, и полученный газ восстановления применяется -для прямого восстановления окатыша окиси железа tj. При осуществлении известных спосрбов предусмотрено, что часть охлажденного колошникового газа перед обогащением метаном ответвляется и для регулирования температуры вводится в среднюю область шах.ной печи. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ восстановления железных руд в шахтной печи горячим восстановлением газом, включающий верхнюю загрузку руды, восстановление и охлаждение губчатого железа, а также рециркуляцию колошникового газа. К подготовленному охлажденному газу может добавляться колошниковый газ и природный газ. 3 который преобразуется в шахтной печ в газ восстановления 2. Восстановительная шахтная печь заполняется обычным способом по пер ферии нагретым газом восстановления. При подаче природного или колошникового газа в точку ниже уровн подачи горячего газа восстановления например, в зону охлаждения этой восстановительной печи, газ поднимающийся снизу, в середине шахтной печи уплотняется. Благодаря этому сильно охлаждается середина шахтной печипри больших количествах газа, поднимающегося снизу, и восстанов ление руды замедляется. Обогащение получаемого губчатого железа ухудша ется. Количеств разделенного газа, который может получаться преобразованием метана на охлажденном губчатом железе, уменьшается. Целью изобретения является равномерное восстановление железной руды и повышение эффективности преобразования углеродсодержащего газа в восстановительный газ. Поставленная цель достигается тем, что согласно сповобу восстановления железных руд в шахтной печи горячим восстановительным газом, включающему верхнюю загрузку руды, восстановление и охлаждение губчатого железа, а также рециркуляцию колошникового газа, горячий восстановительный газ вдувают пульсирующим потоком в центральном направлении или с переменной скорость или радиально в секторообразный участок поперечного сечения зоны восстановления, положение которого периодически смещают вдоль окружнос ти. Между зоной охлаждения и основным потоком восстановительного газа вдувают смесь углеводоооосодержащег газа и 0-25 колошникового газа, так чтобы в зоне температур 600700 С соотношение колошникового га и углеводородсодержащего было не бо лее 1 : 3 . На фиг. 1 изображено устройство прямого восстановления железной руд для проведения предлагаемого способ на фиг. 2-8 схематически даныдруг устройства для проведения предлага мого способа. Устройство содержит шахтную печ 1с подающим бункером 2 для окатыш 14 окиси железа 3 или другого материала в виде кусков. Окатыш опускается вниз через одну или несколько Подводящих труб k и образует слой 5 из материала в форме частиц, содержаще го окись железа. Шахтная печь имеет в верхней части зону 6 восстановления и в нижней части зону 7 охлаждения. У основания шахтной печи установлена труба 8 для вывода окатыша. Обогащенный и охлажденный окатыш, выходящий через эту трубу, отводится с помощью транспортирующей ленты 9. Газ восстановления, требующийся для прямого восстановления окатыша окиси железа, который, например производится из газообразных углеводородов и колошникового газа при обычном риформинге газа,подается через газовый ввод 10 в кольцевой трубопровод 11 и по газопропускным трубам 12 пропускается через засыПку шахтной печи, сквозь которую он струится вверх.Использованный газ восстановления в качестве колошникового газа отводится через газовый вывод 13 и после очистки в газоочистителе 14 с помощью воздуходувки 15 по трубопроводу 16 направляется частично на преобразователь газа для получения газа восстановления. При исполнении шахтной печи с охлаждающей частью (фиг.1) колошниковый газ подается на трубопровод 17, частично на газовый ввод 18 шахтной печи, предусмотренный на нижнем конце зоны охлаждения, по которому подводимый газ через газораспределяющее устройство 19 подается в засыпку. На верхнем конце зоны , охлаждения часть охлажденного газа собирается благодаря элементу 20 и через газовый вывод 21 направляется к газоочистителю 14. В трубопровод 17 впадает трубопровод 22, по которому в возвратный охлажденный и колошниковый газ может добавляться природный газ. Ниже уровня поддува нагретого газа восстановления в восстановительную шахту вводится природный газ, смешанный с колошниковым. Это может происходить, например, через горизонтально смонтированную в шахте трубу 23 или, например, через второй уровень фурм с кольцевым трубопроводом. В шахтной печи ниже зоны восстановления установлены газораспреде5лительные трубы 23 (фиг.1), по которым трубопроводом 2 подводится природный газ. Выше газораспределительных труб 23 находится устройств постоянной подачи. Природный газ мо жет примешиваться к колошниковому газу, который может подаваться по трубопроводу 25. Природный газ или смесь природно го и колошникового газов, всходящих из газораспределительных труб 23, поднимается указанным способом вве вдоль пунктирных линий 26 и реагирует прежде всего в концентрированном виде на губчатом железе. При подъеме в горячую зону шахты он смешивается постепенно с колошниковым газом, который поднимается из нижней части шахты и показан штрихпунктирной линией 27. Благодаря это му с возрастанием температуры губчатого железа всегда имеется природный газ, хорошо перемешанный с колошниковым. Разложение природного газа происходит -небольшой частью та же с помощью СОл и Н20, образованных при восстановлении руды. На фиг. 2-5 схематически изображен способ предотвращения переохлаждения области поперечного сечени зоны восстановления с помощью ступенчатого затвора на газопропускной трубе 12, т.е. открытия входного от верстия газа 28 восстановления в восстановительную печь. С этой цель кольцевой трубопровод 11 состоит,на пример, из трех не связанных в форме секторов - участков 29-3, которые по мере надобности запираются шиберами 32-3 нагретого газа от кольцевой подводящей линии 35. по которой подается нагретый газ восстановления, или к которым может дросселироваться шиберами подача Га за. Подводящая линия 35 связана с трубопроводами 10 газа восстановлен Сечение шахты условно разделено на секторы соответственно секторным участкам 29-31 кольцевого трубопровода. Подвод газа через участок 29 кольцевого трубопровода (фиг.2) запирается с помощью закрытия шибера (затем газ восстановления может вво диться только через газопропускную трубу 12 участков 30 и 31 в зону восстановления), и нагнетаемый радиал1;но несимметричный поток газа восстановления ведет к соотношению n . 6 потоков, указанных на фиг.З. Газовые потоки 37, поднимающиеся снизу,уплотняются с помощью нагнетаемого с одной стороны газа 36 восстановления в сектор сечения зоны восстановления. Через определенное время должно происходить переключение,.чтобы охлажденная часть сечения шахты снова нагревалась газом восстановления,а другая часть сечения шахты охлаждалась . Для этого запирают участок 30 с помощью шибера 32 нагретого газа, при этом шиберы 33 и 3 открыты. Засыпка губчатого железа служит в качестве-теплообменника. Опускающаяся засыпка используется ступенчато как регенератор, причем газ восстановления , струящийся вверх, служит в качестве обогревающей среды. Опускающаяся засыпка накапливает тепло, которое затем отдается смеси приводного и колошникового газов в качестве тепла для нагрева газовой смеси и тепла для реакции превращения природного газа. Если шиберы 32-3 нагретого газа .открываются, или закрываются друг за другом с одинаковой скоростью, то скорость протекания газа в шахте не изменяется. Температурное поле в шахте приходит в медленное вращение, так что частички засыпки, перемещающиеся через определенное время, встречаются холодным потоком газа, поднимающимся из зоны охлаждения шахты, и затем опять встречаются с нагретым газом восстановления. Бла-годаря этому достигается почти равномерная по всей засыпке степень восстановления железной руды, или же часть засыпки, сквозь которую время от времени струится холодный газ, поднимающийся из зоны охлаждения , в заключение снова нагревается нагретым газом восстановления.Вместо того, чтобы при необходимости полностью закрыть шибер нагретого газа, поток газа может дросселироваться через соответствующий шибер нагретого газа На фиг. 6 и 7 схематически показаны две другие возможности вытеснения поднимающегося потока газа в азличные области сечения зоны осстановления с помощью потока газа осстановления, изменяющегося е теением времени по направлению и/или о силе, если смесь углеводородов и КОЛОШНИКОВОГО газа нагнетается, или через горизонтальную трубу, или через второе кольцо фурм ниже уровня поддува нагретого газа восстановления. Потоки газа 37 поднимаются из зоны охлаждения, например это могут быть природный газ или смесь природного и колошникового газов. Газ 36 восстановления, а также .природный газ или смесь природного и колошникового газов 39 нагнетаются по пери|ферии. Труба 0 соответствует трубам 23 на фиг.1, по которым .нагнетается природный газ или смесь природного и колошникового, газов. Фиг. 6 и 7 показывают состояние,соответствующее фиг.З. После заданного промежутка времени поток газа восстановления и, насколько это относится и к устройству, показанному на фиг. 6, также природный газ нагне тают в другом направлении, вследс.твие чего поднимающийся поток газа вытесняется в другие области сечения зоны восстановления. Способ осуществляется следующим образом. В шахтной печи, служащей для прямого восстановления железной руды .. посденяя восстанавливается при смесью водорода и углекислого газа, которую получают большей часть с помощью разложения метана углекис лым газом колошникового газа. Для 1 т BoccTaHaBjiHBaeMoro губчатого а нм°газа леза требуется около 1700 восстановления. Расход природного га за составляет около 3,1 ккал Нц на каждую тонну губчатого железа (Н нижнее значение нагрева). В губчатом железе имеется 91% металлического железа и Э окиси. При нагнетании природного газа (фиг.7) каждой тонной губчатого же леза при нормальной работе прризводится дополнительно 300 вос становления и около 12 кг углерода, которых достаточно для производства дополнительно около 180 кг губчатог железа и увеличения содержания угле рода приблизительно на 1. Для этог должно нагнетаться около б нм при родного газа в низ зоны восстановле ния шахтной печи и проходить 32 нм колошникового газа снизу в зону вос становления. По другому вар 1анту исполнения (фиг.8) часть газа восстановления нагнетается с переменной скоростью протекания, т.е. с пульсацией не по периферии шахтной печи - через кольцевой трубопровод 11, а через центральную труЬу 38 или несколько труб, расположенных по центральной оси шахтной печи, выходное отверстие которой лежит выше горизонтально расположенных газораспределительных труб 23. Этим создается во время наг- нетания газа восстановления через трубу 38 соотношение потоков 2б , 27, Средняя зона благодаря газу 28 восстановления, подводимому вдоль оси, имеет требуемую темпераtypy. Газораспределительные трубы 23 защищены от падающей засыпки с помощью крышек 41. Экономичное использование теплосодержания губчатого железа возможно, если соотношение смеси углеводород/ , колошниковый газ соответствует темпеpajype губчатого железа в данной зоне. Результаты исследования влияния температуры и соотношения колошникового и природного газов при разделении природного газа в засыпке губчатого железа и определение по мере надобности входного состава смеси газа , входящего в засыпку губчатого железа, и выходного состава смеси газа, покидающего, засыпку губчатого железа, приведены в таблице. Как видно из таблицы, смесь газа со стехиометрическими частями С02 уже при не преобразуется на губчатом железе. Поэтому если в самую нижнюю частьв зоны охлаждения шахтной печи вводится колошниковый газ, обогащенный метаном, то разделение метана может начаться, если колошниковый газ обогащается метаном до заданного стехиометрического соотношения только при температуре выше 700°С, а теплосодержание губчатого железа ниже 700°С остается для получения газа восстановления неиспользованным. При 660°С происходит, как видно из таблицы, преобразование природного газа в случае, если газовая смесь содержит приблизительно две трети природного и одну треть колошникового газа. Ниже протекает только разложение метана на С и Н2. Эта реакция может использоваться до Л 70с. Она замедляется благодаря соответственно сниженному количеству колошникового газа изза эффекта разрежения и обратных ре9931П110
акций, обусловленных содержанием Колошниковый газ, выделяющийся водорода в колошниковом газе, еле- при прямом восстановлении, содержит, довательно, протекает только в чис- например СО 17, HgO 7,0%; том или немного разреженном природ- Hj 2,8%; СО 19 N,j 10,U; СН...
ном газе.
5 3,3%.
Не определен
Колош никовый газ содержит, следовательно, кроме двуокиси углерода и водяных паров еще существенную часть водорода и окиси углерода.Это является причиной того, почему для
губчатого железа с падением температуры необходима газовая смесь с увеличенной частью природного газа и уменьшенной - колошникового. Для того, чтобы можно было использовать 11 теплосодержание губчатого железа ни же 600 С для разделения природного газа, нужен концентрированный или незначительно смешанный с колошнико вым природный газ в момент, когда он нагнетается в зону охла ждения восстановительной печи. Формула изобретения 1.Способ восстановления железной руды в шахтной печи горячим восстановиУельным газом, включающий верхнюю загрузку руды, восстановление и охлаждение губчатого железа, а также рециркуляцию колошникового газа, отличающийся тем, что, с целью равномерного восстанов ления железной руды и повышения эффективности преобразования углеводо родсодержащего газа в восстановител ный газ, горячий восстановительный 112 газ вдувают пульсирующим потоком в центральном направлении или с переменной скоростью, или радиальнй в ceктopooбpaJный участок поперечного сечения зоны восстановления, положение которого периодически смещают вдоль окружности. 2. Способ поп.1,отлимающ и и с я тем, что между зоной охлаждения и основным потоком восстановительного газа вдувают углеводородсодержащий газ с добавками до 25% колошникового газа так, чтобы в зоне температур 600-700 С соотношение колошникового газа и углеводородсодержащего было максимум 1:3. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Акцептованная заявка ФРГ W 1783180, кл. С 21 В 13/00, 1968. 2.Акцептованная заявка ФРГ №26223 9, кл. С 21 В 13/00, 1972.
Фиг.З
Фиг. 4
Фиг.5
