Устройство для восстановления металлической руды до металла в шахтной печи

 

Изобретение относится к газообразному восстановлению частиц руд до металлов в движущемся слое вертикального шахтного реактора. Целью изобретения является повьшёние степени металлизации продукта обеспечении эффективного контроля науглероживания губчатого железа. Промежуточная зона 4 выполнена с отношением эквивалентной высоты L к эквивалентному диаметру D, равным 0,5- 2,0, а эквивалентный диаметр равен наименьшему расстоянию между стенками промежуточной эоны 4. При этом эквивалентная высота L равна расстоянию по вертикали между узлом ввода восстановительного газа в зоне восстановления и узлом вывода газа из зоны охлаждения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

1Ю 4 С 21 В 13/00

Ф СОЩ Ця

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К IlATEHTY

БХЙ, („, », 1 (4 I

Фиг. 2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изОБРеТений и ОткРытий (21) 3408 189/23-02 (22) 12.03.82 (46) 15.04.88. Вюл. № 14 (71) Ильса С.А. (МХ) (72). Хуан Луис Сан Хосе-Алькальде (МХ) (53) 669.421.93(088.8) (56) Патент СССР № 1128842, кл. С 21 В 13/00, 1980, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ РУДЫ ДО. METAJUIA В ШАХТНОЙ ПЕЧИ (57) Изобретение относится к газообразному восстановлению частиц руд до металлов в движущемся слое вертикального шахтного реактора. Целью.,80 „„.1389684 A 3 изобретения является повышение степени металлизации продукта при обеспечении эффективного контроля науглероживания губчатого железа.

Промежуточная зона 4 выполнена с отношением эквивалентной высоты I. к эквивалентному диаметру D равным 0 52,0, а эквивалентный диаметр равен наименьшему расстоянию между стенками промежуточной зоны 4. При этом эквивалентная высота Ь равна расстояI нию по вертикали между узлом ввода восстановительного rasa в зоне восстановления и узлом вывода газа из зоны охлаждения. 1 з.п. ф-лы. 4 ил.

1389684

Изобретение относится к газообразному восстановлению частиц руд до металлов в двигающемся слое вертикального шахтного реактора, улучшает способ управления восстановлением руды и охлаждения полученных металлических частиц в оптимально сконструированном вертикальном шахтном реакторе. !О

Цель изобретения — повышение степени металлизации продукта при обеспечении эффективного контроля наугле роживания губчатого железа.

На фиг. 1 представлена схема полу- 15 чения губчатого железа; на фиг. 2— промежуточная зона; на фиг. 3 — перемешивание восстанавливающих газов и охлаждающих газов внутри реактора; на фиг. 4 — кривая количества переме- 20 шивающегося газа в процентах от общей подачи газа как в зону восстановле- " . ния, так и в зону охлаждения в виде функции от отношения эквивалентной высоты к эквивалентному диаметру про- 25 межуточной зоны.

На фиг. 1 обозначен вертикальный шахтный с движущимся слоем реактор 1, имеющий в своей верхней части зону 2 восстановления, в нижней части зону 3 jp

1 охлаждения и промежуточную зону 4» расположенную между зонами восстановления и охлаждения. Реактор подходящим образом теплоизолирован и приспособлен для нанесения внутренней

1 футеровки из огнеупорного материала известным в технике способом.

Подлежащая обработке раздробленная руда вводится в реактор 1 через загрузочную трубу 5. Загружаемая в реактор 1 руда может быть в виде кусков или предварительно отформованных гранул или их смеси. Рядом с нижним концом зоны 2 восстановления реакто-. ра 1 предусмотрена кольцевая нагие- 45 тательная камера 6, которая располо- жена по периферии реактора 1 и обеспечивает устройство, посредством которого восстанавливающий газ может быть введен в реактор 1. Предусмотрен также вертикальный экран 7, который вместе со стенкой реактора 1 определяет кольцевую нагнетательную камеру 6. Руда двигается вниз через зону 2 восстановления, где восстанавливается до губчатого железа проте" кающим вверх восстанавливающим газом.

Восстановленная железная. руда, по" кидающая зону 2 восстановления и поступающая в промежуточную зону 4, представляет собой элементарное железо, карбид железа и остаточные количества оксида железа. Внутренние стенки, определяющие промежуточную зону 4, должны обеспечить однородный поток двигающейся вниз руды.

Восстановленная железная руда, двигающаяся вниз через промежуточную зону 4, входит в зону 3 охлаждения и имеет высокую степень металлизации и низкое содержание углерода.

Рядом с нижней частью зоны 3 охлаждения имеется другая кольцевая нагнетательная камера 8, подобная нагнетательной камере 6, через которую в реактор 1 может быть подан охлаждающий газ. Предусмотрен также усеченный конический экран 9, который вместе со стенкой реактора 1 определяет кольцевое пространство 8. Губчатое железо проходит вниз через зону 3 охлаждения, где оно охлаждается охлаждающим газом, протекающим через него, и.покидает реактор 1 через выпуск 10.

° I

Восстанавливающий газ, в большей степени состоящий из монооксида углерода и водорода, входит в систему через трубу 11 с контролируемой скоростью при помощи регулятора 12 потока.

Восстанавливающий газ, поступающий в систему восстановления через ! трубу 11, втекает через трубу 13 и затем через змеевик 14 нагревателя

15, где он нагревается до 750—

1100 С, предпочтительно 800 — 1000 С.

Нагретый газ покидает нагреватель 15 по трубе 16 и поступает в нагнетательную камеру 6. Восстанавливающий гаэ протекает через нагнетательную камеру 6 и в реактор 1 рядом с нижней частью.зоны 2 восстановления. После входа в реактор 1 восстанавливающий газ. протекает вверх через зону 2 восстановления, восстанавливая, тем самым, металлическую руду, и удаляется рядом с верхней частью реактора i через выпускное соединение

17 и трубу 18.

Покидающий реактор 1 через трубу 18 газ поступает в быстрый охладитель 19, в который вода вводится через трубу.20 для охлаждения и осуще ствления удаления воды из вытекающего газа. Газ выходит из охладителя 19

1389684 через трубу 21 и втекает в трубу 22, которая соединена со всасывающей стороной насоса 23. Газовая смесь, протекающая через насос 23, выпускается через трубу 24 и соединяется со

5 свежим восстанавливающим газом, протекающим через трубу 11, и затем повторно направляется в реактор 1 через трубу 13, нагреватель 15 и нагнетательную камеру 6. Часть газового потока, протекающего через трубу 21, может быть направлена через трубу 25 в место использования. Труба 25 снаб— жена также регулятором 26 обратного давления, имеющего регулировочное устройство для поддержания необходимого положительного и постоянного давления в системе для новьш ения общей эффективности реактора.

Полученный охлаждающий газ может подаваться из источника через трубу

27 с. контролируемой скоростью при помощи регулятора 28 потока. Полученный охлаждающий газ протекает через трубу 29 к охлаждающему контуру и проходит от трубы 29 к трубе 30 и затем к всасывающей стороне насоса 31.

Охлаждающий газ выпускается иэ насоса

31 через трубу 32 и входит в зону 3 охлаждения реактора через нагнетатель1гую камеру. Охлаждающий газ протекает вверх через зону 3 охлаждения, охлаждая тем самым губчатое железо, двигающееся вниз через реактор 1.

Охлаждающий газ удаляется из реактора через нагнетательную камеру 33, подобную нагнетательным камерам 6 и 8, и входит в трубу 34. Затем охлаждающий газ поступает в быстрый охладитель 35, в который вводится вода через трубу 36 для охлаждения выходящего

1 газового потока. Затем газовый поток выходит из быстрого охладителя 35 через трубу 37 ° Часть газа по- 45 сле смешивания с полученным газом из трубы 29 повторно возвращается через трубу 30, насос 31, трубу 32 и нагнетательную камеру 8 в нижнюю часть зоны 3 охлаждения реактора 1.

Конфигурация промежуточной зоны 4, показанной на фиг. 1, имеет эквивалентную высоту 1., равную наиболее короткому расстоянияю вдоль вертикальнойг осг1 реактора между точкой введения эффективного восстанавливающего rаза надрез нагнетательную камеру 6 гг точкой удаления охлаждающего газа нз нагнетательной камеры 33. Эквивалентный диаметр D равен наиболее короткому аксиальному расстоянию между эффективными стенками промежуточной зоны 4. При оптимизации промежуточной эоны 4 количество газа, перемешивающегося между восстанавливающим и охлаждающим газами, ничтожно °

Фиг. 2 иллюстрирует предпочтитель- . ный вариант изобретения, где промежу-. точная зона 4 сконструирована с наличием постоянного круглого поперечного сечения, расположенного от верхней части зоны охлаждения до нижней асти зоны 2 восстановления. Эквивалентная высота L равна вертикальному расстоянию между эффективной точкой введения восстанавливающего газа в слой руды через нагнетательную камеру 6 до эффективной точки удаления охлаждающего газа из слоя руды через нагнетательную камеру 10 рядом с верхней частью зоны 3 охлаждения. Эквивалентный диаметр Р равен диаметру круглого поперечного сечения промежуточной зоны 4.

На фиг. 3 дано схематичное представление конструкции предпочтительI ного реактора, иллюстрирующего изобретение, Схематичное представление реактора, показанного на фиг. 3, иллюстрирует схему газового потока только для половины поперечного сечения реактора, а газовые потоки через поперечное сечение другой половины реактора идентичны показанным.

Зона 2 восстановления, зона 3 охлаждения и промежуточная зона 4 подобны показанным на фиг. 2, имеют постоянное круглое сечение, поперечное, где восстанавливающий газ вводится рядом с нижней частью зоны 2 восстановления, а охлаждающий газ выводится из реактора 1 рядом с верхней частью зоны 3 охлаждения. Поток впуска восстанавливающего газа показан как А, поток выпуска охлаждающего газа показан как В. Линии потока или траектории течения восстанавливающего газа, введенного в реактор, показанные на фиг. 3, иллюстрируют как часть восстанавливающего потока газа С протекает внутрь и вниз через промежуточную зону 4 тогда, как большая часть потока К протекает внутрь и вверх через зону 2 восстановления. Подобным образом часть вы1389684 пуска охлаждающего потока газа протекает вверх внутрь и через промежуточную зону 4 и показана как К.

Изобарная зона, на протяжении которой давление постоянно, может быть

5 создана путем контролирования скоростей потока и давлений в контурах охлаждающего и восстанавливающего газов. Когда имеется нулевой суммарный поток через промежуточную зону 4, то количество восстанавливающего потока C газа, протекающего вниз через промежуточную зону 4, равно количеству охлаждающего потока Е газа, проте" 15 кающего вверх через промежуточную зону 4. Поэтому в устойчивых стационарных условиях нулевого суммарного потока общая скорость потока восстанавливающего газа, протекающего через зону 2 восстановления К, равна входному потоку А восстанавливающего газа.

Как показано на фиг. 3, восстанавливающий газ имеет тенденцию протекать вниз вдоль стенок реактора к месту удаления охлаждающего газа, тогда как охлаждающий газ имеет тенденцию протекать вверх через среднюю часть реактора и в зону 2 восстановления.

На фиг. 4 представлена кривая перемешивания газа в процентах от общей подачи газа как в восстанавливающий, так и в охлаждающий газовые контуры в виде функции отношения эквивалентной высоты к эквивалентному диаметру 1 промежуточной зоны.

Данные, представленные на фиг.4, иллюстрируют схему потока, покаэанного на фиг. 1, где L — расстояние, разделяющее вход восстанавливающего газа и выход охлаждающего газа;

D — эквивалентный диаметр, равный диаметру площади поперечного сечения в месте выхода охлаждающего газа. 45

В промежуточной зоне создано условие нулевого суммарного потока.

Из анализа результатов видно, что отношение L/D больше чем 0,5 показывает незначительную величину переме50 шинания между двумя газовыми контурами F, т.е. меньше чем 5Х от всего газа, поданного в реактор. Эмпирически было установлено, что при перемешивании меньше чем 5Х. газовой подачи в реактор не наблюдается заметной потери н восстановлении или науглероживании губчатого железа. Кривая также показывает, что при низких значениях 1./D степень перемешинания увеличивается экспотенциально с уменьшением L/D. Однако при увеличении

L/D степень перемешивания асимптотично приближается к нулю. Дополнительно было обнаружено, что хотя величина перемешивания черезвычайно низка при значениях L/D больших, чем 2,0, когда соотношение L/D становится больше 2,0, капитальная стоимость самого реактора повышается значительно до недопустимой степени.

Верхний допустимый предел перемешивания газов определяется возможностью контролирования металлизации и науглероживания получаемого губчатого железа. Соответственно было найдено, что конструкция экономичного реактора, обеспечивающего удовлетворительный независимый контроль метал.лиэации и науглероживания губчатого железа, легко достигается при отношениях L/D от, по крайней мере, 0,5 до, примерно, 2,0. Интервал 0,6 — 1 6 был найден предпочтительным при наиболее предположительном рабочем интервале

0,7 — 1,2.

Вышеприведенное описание предназначено только для иллюстрации, что описанные варианты могут быть изменены различными способами, не выходя из объема изобретения. Например, в варианте, показанном на фиг, 1 и 2, в котором внутренние стенки промежуточной зоны 4 по существу гладкие и непрерывные, могут иметь другую конфигурацию, обеспечивающую соответственно отрегулированное отношение эквивалентной высоты к эквивалентному диаметру. Подобным образом изобретение также полезно, когда охлаждающий газ подается в верхнюю часть зоны 3 охлаждения, тогда как восстанавливающий газ удаляется рядом с нижней частью зоны 2 восстановления, т.е. потоки восстанавливающего и охлаждающего газов через реактор могут быть фактически направлены в противоположную сторону по сравнению с показанными на фиг. 1, 2 и 3.

Кроме того, изобретение может использоваться для восстановления других руд, кроме железной руды, например руд таких металлов, как никель, медь и олово.

Формула и з о б р е т е н и я

1. Устройство для восстанонления металлической руды до металла в шахт1389684

15 2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что отношение эквивалентной высоты к эквивалентному диаметру предпочтительно равно

0,7-1,2. ной печи, содержащее цилиндрический корпус, сужающийся к выпускному отверстию имеющий зону восстановления, зону охлаждения и расположенную между 5

*ими промежуточную зону, суженную к низу, загрузочный и разгрузочный узлы, трубопроводы подачи и отвода вос Ъановительного газа, соединенные соответственно с нижней и верхней 10 частями зоны восстановления, узлы ввода и вывода газов в виде открытых снизу кольцевых каналов, и узлы вывода газов из верхней части печи, причем узел ввода газа расположен в нижней части зоны восстановления, а узел отвода газа расположен в верхней части зоны охлаждения, регуляторы расхода подвода и отвода газов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса, промежуточная зона выполнена с отношением эквивалентной высоты к эквивалентному диаметру 0,5-2,0, причем эквивалентная высота L равна расстоянию по вертикали между узлом ввода восстановительного газа в зоне восстановления и узлом вывода газа иэ зоны охлаждения, а эффективный диаметр равен наименьшему расстоянию между стенками промежуточной зоны.

1389684 ер р г » y c/þ

Фие. ф

Составитель А.Ащихин

Редактор Н.Киштулинец Техред М.Ходанич Корректор В ГирнЯк

Заказ 1587/58 Тираж 545 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Производственно"полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4