Известны комбинированные методы получения жидкого металла из диспероных руд l . Однако эти методы отличаются сложностью технологических процессов:, сравнительно низкой эффективностью использования энергии и лрнродного топлива, большими энергозатратами и проведением отдельных процессов на разных агрегатах. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ восстановления дисперсной окиси железа и получения жидкого металла, включающий восстановление в шахтной печи горячим восстановительны газам, выпуск горячего продукта в камеру плавления-газогенератор, в которую подают Природное топливо к кислород для плавления продукта и газификации топлива, охлаждение, увлажнение и очистку газов, отходящих из камеры, с последующей подачей их в шахтную печь 2. Целью изобретения является создание эффективного способа восстановления дисперсных окислов железа в расплавленное железо в противотоке с горячим восстановительным газом, полученным газификацией твердого топлива, в непрерывном npt цессе без удаления двуокиси углероде И соединений . Цель достигается тем, что согласно способу восстановления дисперсной окиси железа и получения расплавленного чугуна, включающему восстановление в шaxтw ной: печи горячим; восстановительным газом, выпуск горячего продукта а камеру штавлення-газогенератор, в которую подают природное топтшо и кислород для плавления продукта и газификации топлива, охлаждение, увлажнение И очистку газов, отходящих из камеры с последующей подачей их в шахтную печь, частицы, уловленные в газах, из камеры плавления возвращают и подают,, вместе, с природным топливом в камеру, используя полученный восстановительный газ как несущую среду, а охлаждение Дс 1200°С и увлажнение отходящего газа осуществляют подачей воды в точке, на- ходяшейся вьпие подачи топлива, во ниже уровня отвода газов. Известны устройства, непользуюшиеся при комбинированных способах получения жИйкого металла из окислов железа, восстанавливаемых горячими восстанови тельными газами Cl Недостатком этих устройств является проведение отдельных процессов на не связанных между собой установках, отгсутствие единого непрерывного процесса полунения жидкого чугуна из .окислов железа. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату явлйется устройство, содерЯсащее шахтную печь с вводом и выводом руды и восстанавливающего газа, гаювиЛь ную емкость-газогенератор, трубопровод для подачи горячего продукта в камеру, средства для подачи и сжигания топлива в кислороде и увлажнения отходящего газа, трубопровод для подачи восстановительного газа с пылеулавливающим и регулировочным механизмами 2. Цель изобретения - осуществление путем применения предлагаемото устройства «)ф4юкЛ1вного способа Получения чугуна и газообразного топлива в процессе не прерывного восстановления окислов железа в шахтной печи горячими восстановительными газами, образующимися в плавильной камере npia газификации твердгй о тошшзза кислородом. Цель достшается т&л, что устройство для 8х;уиествнения предлагаемого способа включающээ шахтнузо печь с вводам и аысвшсвл руды и восстанавливаквдего , плавипькро емкость-газогенератор, .трубопровод для подачи горячего продукта в камеру, средства для подачи и ежи га шя тоцЕт ша S жисяюроде и увлажнения отардшцего , трубопровод для подачи восстановительнрго газа с пкпеупавливак тты и регулировочным устройствами, снабжено трубопроводом, соешгшякшнм к&шеулашшвазсгаую камйру со средствами дли подачи топотва и вссстановите1ль.ного газа в камеру галавлэшиг, а также соплом щш ввода воды, расположенным выше точ ки BBCWi топливе, но ниже точки вывода от юдшцих газоа. Кроме того, устройс гво снабжено уллотшггельной камерой, расположенной между шахтной Печью и кемерой ппавй нвя, выполненной,с узлом ввода квертно го traaa, Q : днише каме1ш плавлешш jncsiaeigo с под« в йекчгр© s кольцевым мэшгитояриемййком Бокру1% На фиг. 1 схематически изображена щахтная печь с плавильной емкостью со средством для ввода твердого топл ва и кислорода; на фиг 2.- то же, с вводом топлива и кислорода под поверхность расплава; на фиг. 3 - шахтная печь с подом в центральной части. Шахтная печь 1, имеюишя стальноД кожух 2, снабжена футеровкой 3 (фиг. 1. Наверху печи установлен бункер 4 для загрузки в нее твердой сьохучей цгохты 5, которая состоит из окиси железа в форме гранул или кусков. Шихта опускается под действием силы тяжести по одной . .-.игга нескольким трубам 6 образо.ванда уплотненного слоя или шихты 7 в печи 1 иэ сыпучего твердого исходного мате- риала. Восстановленный гранулированный материал 8 разгружается из печи 1 по выпускной трубе 9 в упагютнительную камеру 10, затем по выпускной трубе 11 материал поступает в камеру 12 по разгрузочному конвейеру 13, скороьть которого регулирует скорость опускания шк ты через печь 1,. Разгрузочный конвейер 13 является дозирующим средством для железосодержащей шихты в этом процессе. Сыпучий восстановленный материал 8 свободно падает с разгрузочного конвейера 13 по трубе 14, сЕабженной экраном излучения, в установку, состояшую из плавильной емкости 15с газогенератором, имеющую стальной кожух 16 и футеровку 17. Труба 14 с экраном излученкя служит для уменьшения излучения тепла из плавильной емкости 13 с газогенератором, температура которой равна примерно 1200с, в выпускную конвейерную камеру, в которой температура равна примерно 80О°С, Это препятствует перегреву воостановпекного мематериапа и обеспечивает свободный поток 1Латер - ша. Восстановленный сыпучий материал 8 падает в расплавленную ванну j.8 и плавится. Восстаковленкый расплавленный продукт удаляется иэ плавильной е:--жостт 15 через чугуйнзж: язТАу 1&, Рас7 лааленный материал аыП7С :аст1:;я та емкости 15 периодически или непрерывке, однако выте К. материала гшордшшрован с внлуско;« восс;гановл©нного сыпучего материала 8 из 1 непрерывного действия для подде5яканиЕ уровня 2О |исплагв Б емкоои 15 шоке труб 21 №я ввода угля и кислорода (показана только одна тру&а) в гвйке труб 22 (показана ОДЯЕ.) для веода водь. Все агепезосодержашке матвриапзз Diiycкаютсй под действ1й &« сты тяжести -из бункера 4 в чугунную летку 19. Все ма териалы, не содержашие железо, поднимаются через плавильную емкость-газогенератор 15 и шахтную печь 1 в противотоке по отношению к опускающимся железосодержащим материалам. Это позволяет наиболее эффективно и просто использовать энергию (для получения жид кого чугуна) из угля и кислорода. Каждая инжекционная труба 21 представляет собой 2-канальную трубу, имею щую центральный канал для природного топлива, которая сообщается с источником 23 топлива через трубу 24, и кольцевой канал для вдувания кислорода, сооб щаюшийся посредством трубы 25 с источ ником 26 кислорода; Измельченный уголь или другой углеродистый материал пневматически подается по трубе 24 .в инжекционную трубу 21, которая проходит через отверстие 27 в боковой .стенке плавильной емкости-газогенератора 15, при подаче небольшого потока сжатого газа из трубы 28. Предпочтительно, чтобы рабочий газ сжимался в компрессоре 29 и использовался как передающая сред Измельченный уголь вводится через центральную трубу инжекггаонной трубы 2 на поверхность жидкой ванны 18 в точке расположенной немного выше подъема уровня 20 жидкости. Рекомендуется поддержать уровень жидкости немного ниже трубы 21, так, чтобы поток угля и кисло рода падал на поверхность расплавленног материала с целью обеспечения хорошей теплопередачи и устойч того горения угля, Кислород из источника 26 сжимает ся до соответствующего давления и вдувается через кольцевой канал инжекцио№ной трубы 21, в результате потоки кислорода и измельченного угля встречаются на выходе из соответствующих труб инжекционной трубы 21. Уголь горит с кислородом на поверхности расплавленной ванны 18 и выше нее. Горение угля и кислорода проходит экзотермически, при этсм выделяется достаточное кол чество тепла для плавки горячего сыпучего материала 8 в емкости 15. Отноше ние количества угля и кислорода регулируется для того, чтобы горение проходило при теоретической адиабатической тем пературе пламени, т, &. примерно при , Количество сгораемого угля регулируется в соответствии с количест, вом восстановленного сыпучего материала измеренного посредством разгрузочного конвейера 13, а их отношение регули,руется для поддержания соответствующег количества отходящих газов в плавильной емкости-газогенераторе с целью восстановления всей окиси железа до .металлического железа в печи 1. Горячие отхрдяшзие газы, богатые восстановителем ЗО, оставляют поверхность ванны расплавленного тметалла при . температуре примерно . Их количество (отношение восстановителей к . окислителям) и температуре выше, чем это требуется для применения в шахтной печи. Из источника 31 подается через трубы 22 вода для снижения температуры газов примерно до и для достижения требуемого качества газа для воостановления. Увлажненный отходящий газ выходит сверху из плавильной емкостигазогенератора 15 через выпускную трубу 32. Горячие твердые частицы отделяются от увлажненного отходящего газа в циклонном сепараторе 33. Отделенные твердые частицы могут рециркутшроэать в плавильную емкость-газогенератор посредством ввода,их по трубе 34 в трубу . 24 с измельченным углем.f Увлажненный отходящий газ, оставляк ший циклонный сепаратор 33 через трубу 35, охлаждается до заданной темпера туры газа для восстановления. Горячий газ проходит через узкое отверстие 36, через которое может проходить только контролируемое количество газа. Остал ной газ, также в контролируемом количестве, проходит по трубе 37 через водоохлаждаемый теплообменник 38, где он охлаждается. Часть охлажденного газа проходит в трубу 28 с целью приготовления сжатого газа для прохождения его по трубе 24, по крторой подается уголь. Остальная часть охлажденного газа проходит по трубе 39 и соединяется с потоком горячего газа в трубопроводе 40. Температура восстановительного газа в трубопроводе 4О контролируется посредством автоматического регулирования потока холодного газа в трубопроводе. Можно применять теплообменник 38 прямого или косвенного типа. Для этого процесса не требуется пар, однако, если он потребуется для каких-либо целей, можно применять котел-утилязатор тепла отходящих газов. Если пар не требуется, то для теплообменника 38 можно применять простой водяной холодильник прямого типа.. Рекомбинированный восстановительный газ требуемой температуры и качества и в необходимом для восстановления ко личестве входит в шахтную печь 1 через 79 систему 41 кольцевых труб и фурм. Booстановительный газ проходит внутрь и вверх через :опускающуюся шихту 7 для нагрева измельченной окиси железа и воо становления ее до металлического железа. В реакшги восстановления окиси железа восстановительный газ частично окисляется и охлаждается. Затем такой газ оставляет восстановительную печь 1 через выпускную трубу 42 для отходяпшх печных газов и входит в водоохлаждаемый скруббер 43, где он ох лаждается и очищается от пыли. Холодны очищенные отходящие печные газы, удаленные через трубу 44, содержат СО и Н2. и телеют теплотворную способность примерно 1900 ккал/м , являясь ценным гаооЬбразным топливом, которое может .применяться в сталелитейной установке или еще где-либо. Кислород и уголь вводятся в плавмль- ную печь-газогенератор под высоким давлением для предупреждения падения давлейия лт прохождения: ; через плавильную установку и шахтную печь .потока газов и для подачи топлива из отработанных газов под соответствующим давлением. Давление газа в газогенераторе-плавильной установке выше давления в шахтной печи. Количество холодного газа вводится через впускную трубу 45 в нагнетательную камеру 1О между разгрузочной печной трубой 9 и разгрузочной трубой 25 уплотнительной камеры. Давление в камере 1О поддерживается немного выше давления в днище шахтной печи и в камере 12 разгрузочного конвейера, таким 478 образсж часть холодного инертного угшотнякдаего газа проходит вверх в шахтную печь и вниз в камеру 12 разгрузочного конвейера. Это препятствует, газам, имею дим температуру 1200О С, проходить кз плавильной установки-газогенератора непосредственно вверх в дншде шахтной печи. Для эффективного использования некоксующего. твердого топлива с целью одно временного получения жидкого металла измельченной окиси железа и ценного газообменного топлива применяют непрерывный процесс в противотоке. Результаты проведения процесса даны в табл. 1 - 3. Процесс основан на применении типичного суббитуминозного угля с Запада США в качестве углеродистого материала. В табл. 1 приведены характеристики потоков газа и их температура, в табл. 2- характеристики шихты н требования к расходу энергии. Качество восстановительного угля определено как отношение восстановителей (СО плюс Hj.) и окислителям (СО,2. плюс HjO) в газовой смеси. Для использования полного преимущества хте гической эффективности шахтной восстановительной печи с противотоком качество горячего восстановительного газа должно составлять по меньшей мере 8. Рабочая температура в шахтной печи колеблется между 769 и 9ПО ° С к зависит от восстанавливаемой окиси железа. Для большинства материалов применяется температура 815°С. Таблица
Кислород
576
50
16,91400
8,01200
8,080
Знерггш .(НН) угля, необходимого для получения 576 при ЗО%
эффективности.
Из-за химической термодинамики в процессе восстановления окиси железа до металлического железа тэлько часть исходных восстановителей (СО плюс Н.) могут вступать в реакцию до окислителей (СОд плюс Hjp), которые образуются и замедляют реакции восстановления. Такая термодинамика приводит к тому, что обработанный восстановительный газ, оставляющий шахтную печь через выпускное отверстие, имеет качество примерно 1,5 для эффективной работы печи. Следовательно, восстановительный газ при величине качества 8 окисляется до величины 1,5 в процессе вoccтaнoвлe raя. Расходу&мое количество СО плюс Н, определяет требуемое количество восстановительного газа. Для эффективной работы обычно применяют 18ОО-2100 м газа на тонну восстановленного железа.
Продолжение табл. 1
Таблица2
На каждую тонну расплавленного чугуна, выпущенного из плавильной установкигазогенератора, требуется 1,О35 т прямо восстановленного измельченного материала для загрузки в плавильную установкугазогенератор. Типичная металлизация прямо восстановленного материала составляет 92%. Материал загружается в плавильную установку при 700 С. Расплавленный металл выпускается при . Следовательно, в плавильной емкости образуется достаточное количество тепла для нагрева прямо восстановленного ма-. териала, имеющего температуру , до 135О°С, восстановления остаточной окиси железа до железа, увеличения содержания углерода, нагрева шлаковых материалов до 1350С и удовлетворения требований к тепловым потерям системы. Для этого требуется 403 ООО юсал на 9387 тонну расплавленного металла. Требуемое тепло поставляется в результате экаотермнческоЁ реакции угля и кислорода в плавильной установке газогенераторе и Хотя предпочйтельным природным топ ливом, подаваемым по трубопроводу 24, является некоксуютоийся уголь- или лигни способ может также осуиествляться с коксующимся углем, древесным углем или коксом. Твердое топливо должно измельчаться до размера частиц меньше 1/4 дюйма (6 мм). Способ может быть также осуществлен с топливом, полученным из жидкой нефти, либо с природным газом. Уголь и кислород могут вводиться в еквкость 15 и под поверхность ванны 18 (фиг. 2). Из емкости 15 периодически выпускают ЖИДКИЙ металл и шлак для поддержания уровня гхидхости 2О вьйле ре,згрузочкого кршш труб 46. (показана только одна) и для ввода угля и кислорода н ниже труб 22 для подачи воды Спокеаана только одна). Уровень подъема жидкости 2О не является критическим но зависит от конструквдга емкости 15 и расстояния по вертикали между подьемом труб 46 и 22. Рекомендуется умень шить подъем уровня жидкости над выпуск ным кониом трубопровода 46 для поддержания давления по вс можности низким, таквМ, при котором уголь и кислород должны сжиматься для шрыскивания Камера 47 плавильной установки-газогенератора, имеющая стальной кожух, футерована огнеупорными кирпичами 48 в верхней зоне и угольными ки шичами 4 в нижней зоне. Предпочтительно, чтобы . гсамера 47 имела круглое сечение. В тпокней зоне камеры может быть предусмотрен приподнятый гашшльной под 50 (фиг. 3). Этот под расположен внутри ка 7 12 о)и1ажаения процуктов горения до процуктов 140CfC В табл. 3 приведен химический состав газа на указанных стадиях процесса. ТаблицаЗ меры, образуя приемник для расплавлевного материала 51 и шлака 52. Для периодического удаления горячей жидкости из приемншса 53 применяется летка 19 для металла и шлака. Под 5О представляет собой расположенную предпочтительно в Ц(ентре площадку, окруженную круг лой ванной расплавленного металла. Под мо жеТ быть изготовлен из груда гранул ИЛИ другого материала, лежащего на дншде печи. В стенке камеры установлено множество фурм 54, которые наклонены вниз по направлению к верхней зоне плавильного пода 5О. В верхней зоне камеры расположено сопло для распыления воды в камеру. В верхней части камеры проходит выпускная труба 32 для газа и расположено впускное отверстие 55 для окатышей восстановленного железа. Шахтная печь 1 для щйш:ого восста - новлення соединена с верхней зоной камеры 47 плавильной установки-газогенератора. Горячив окатыши из Еосстаноаяенного железа выпусжш&тся нз разгр -зочкоу трубы 9 (с контрол уемой скоростью посредством разгрузочного фидера 56 для образования опускающейся под действием силы тяжести йгихты 7. Разгрузочным фидером 56 может быть обычное подающее устройство для выпуска горячего материала, например штанга с протиром шге ленточный питатель из жаростойкого сплава. Горячие окатышя восстановленного мате. рзала, разгруженные при помбшк тггатепя, падают под действием силы тяжести на иод 50, где образуется стопа ivnt пакет 57 с естественным углом. В загрузочны бункер 4, содержащий частицы окиси, можно добавлять небольшое клкопичество кускового кокса (для обеспечения источника углерода), смешанного ic горячим прямо восстановленным железом на поду с противоударным слоем. Кокс будет . двигаться . ,через восстановительную печь 1, не вступая в реакцию. Когда он будет падать на дншце печи, которое в этом случае не обязательно должно быть приподнятым поддоном, он будет образовывать вертикальный. под с противоударны слоем вместе с находящимся на нем железными окатышами. Кокс будет, обеспечивать богатую углеродом среду в зоне плавки. Измельченный уголь, который должен газифицироваться в камере 47 плавильно установки-газогенератора, подается в фур мы 54 из источника 23 измельченного угля, а кислород для газификации постудает в фурмы 54 из источника 26 кисло рода. Фурмы направлены таким образом, чтобы поток ударялся о поверхность стопы горячих восстановленных окатышей, находящийся на noSy 50. Это позволяет не только ускорить горение для газифи.кадии, но также ускорять планку окаты шей. Когда окатыши плавятся, нагретый расплавленный чугун и шлак непрерывно капают над кромкой /;1ода 50, стекая . вниз вкруглый приемник 53 для расплав ленного чугуна и шлака. Расплавленный металл и шлак периодически выпускаются через чугунную летку 19. Когда окатыши в стопе 57 плавятся, и усаживаются в размере, зонд для определения уровня (не показан) приводит в действие разгрузочный фидер 56 восстановительной печи для замены расплавленных окатышей горячими окатьпдами восстановительного железа из восстановительной печи 1. Для регулирования количества горячего газа из трубы 35, которая проходит через обводной холодильник 38, применяется клапан 58 регулирования потока, реапфуюший на срабатывание элемента 59 для определения температуры газа при помощи обычного средства управления (не показано). Этот клапан служит для регулирования температуры газа, вх.од5пцв го в трубу 41. Для обеспечения номинальной текучеоти расплавленного шлака и десульфуриэатора чугуна, например, применяемого в обычной доменной печи, куски известняка или доломита подаются вместе с окатышами окиси железа в загрузочный бункер 4 восстановительной печи. Кроме того, измельченный известняк шга доломит могут вводиться через фурмы 54. Предлагаемый способ и устройство для непрерывного прямого восстановления в противотоке окиси железа до pacnпaвne№ного укепеза дают возможность применять некоксующееся природное топливо как основной источник восстановителя и одновременно получать ценное газообразное топливо. Формула изобретения 1.Способ восстановления дисперсной окиси железа и получения расплавленного чугуна, включающий .восстановление в шахтной печи горячим восстановительным газом, выпуск горячего продукта в камеру плавления-газогенератор,. в которую подают природное топливо и кислород для плавления продукта и для газификации топлива, охлаждение, увлажнение и O4iicTV ку газов, отход5пцих IE3 камеры, с последующей подачей их в шахтную печь, о т личающи йся тем, что, с целью повышения эффективности получения чугуна и газообразного топлива, часпщы, уловленные в газах, из камеры плавления возвращают и подают вместе с природным топливом плавления в камеру, используя полученный восстановительный газ как несущую среду, а охлаждение до и увлажнение отходящего газа осуществ-ляют подачей воды в точке, расположенной выше подачи топлива, но ниже уровня отвода газов. 2.Устройстйо для осуществления способа, содержащее шахтную печь с вводом и выводом руды и восстановительного газа, плавильную емкость-газогенератор, трубопровод для подачи горячего продукта в камеру, средства для подачи и сжигания топлива в кислороде и увлажнения отходящего газа, трубопровод для подачи восстановительного газа с Д1ылеула&ливающим и регулировочным механизма- ми, отличающееся тем, что устройство снабжено трубопроводом, соединяющим пылеулавливающую камеру со средствами,для подачи топлива и восстановительного газа в камеру плавления, и соплом для ввода воды расположенным в точке выше ввода топлива, но ниже выхода отходтиих газов. 3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено yimoivнительшэй камерой, расположенной между
938747
шахтной печью та. камерой raiasneipn, вы .полне ной с узлом ввода инертного газа.
. .4. Устройство по п. 1, отличает в е с я тем, что днише камеры шш& 5таллургия, 1964, с. 293-297. лення выполнено с подом в центре и коль-2. Патент ФРГ Ns 2424932, цевым металлоприемником вокруг.кл. С 21 В 13/24, опублнк. 1976.
Источниси информации, принятые во внимание при экспертизе
€
У/УХ///7////
Г
О
/
31 2f
/гчу J3
сff %
я
z
f
X
fpuz.Z
