Способ восстановления железорудного сырья
Изобретение относится к металлургии, к способам прямого получения железа из руд путем их газового восстановления в шахтной печи. Цель изобретения - повышение производительности шахтной печи. Изобретение осуществляется проведением дополнительной конверсии природного газа в промежуточной зоне шахтной печи окислительными компонентами технологического (топливного) газа и кислородом при следующих объемных соотношениях: 0,085≤N≤0,0190 0,61≤K≤0,84 0,90≤P≤1,10 0,45≤M≤0,50, где N=L/A K=F/A P=B/A M=C/A согласно трем вариантам конверсии природного газа (ПГ) I-АПГ+F<SP POS="POST">.</SP>%CO<SB POS="POST">2</SB>+%H<SB POS="POST">2</SB>O/100+LO<SB POS="POST">2</SB> II-АПГ+B<SP POS="POST">.</SP>%CO<SB POS="POST">2</SB>+%H<SB POS="POST">2</SB>O/100 III - АПГ+CO<SB POS="POST">2</SB>, где A, F, L, B и C - расходы соответственно природного газа, технологического (топливного) газа и кислорода в смеси и индивидуального технологического (топливного) газа и кислорода %CO<SB POS="POST">2</SB>+%H<SB POS="POST">2</SB>O/100 - доля окислителей в технологическом (топливном) газе. Использование изобретения повышает в 1,1 - 1,4 раза производительность.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 В 13/00
ОПИСАНИЕ ИЗОЕРЕ ГЕНИЯ
Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕК1.ММ И GTttt з КЯМ
ПРИ ГКНТ СССР.(2 1) 432466 t /31.-0; (22) 0 i1.8 7 (46) 15.01.90. Вюл. Р 2 (71) Днепропетровский металлургический институт (72) Л.И. Иед-; нева, В.К. Симонов,, В.M. Островский, С А. Пчелкин„
Г.А. Юров и A.A. Ю1 таев (53) 669.431з183(088 8) (56) Патент СССР ti 931111, кл, (, э1 В 13/02, 1979.
Плтс,т ГСГР !t 1 : 9935, кл. С 21 Р 1,/00, l983, (54); СОН В .I < Т:, ". ttHKI ЖЕЛЕ >ОРУЛНОГО "!. . Ы (57) И s(брс- сени относит я к металлур., пи, к: t ueuG;. прямог по. Учения жеJl(эа D ä и у Ге1! их газо. Зо". о Bo(cTB
НОВГ сз!с л в 1я. f!ой печи Пе пъ таз во ретс.ния . повыше ие производительности ща:тной и= (и. И обретен.- е осуцест—!
1эоб".бретение :.тпо .птся к металлургии, к сг собам прямого получения желз зэ и: р,д путем пх газового восстано .зепия,;;! -, ст;., ш и .
1(елгь пзобре .,". я — повышение производптел,е гзл ш,t. т"сей печи.
Иэо(,степи. осуществляют по способ. и дрс-.кс следующим образом.
С зепью организации процесса дополните ьнс и конверсии природного газа на губчатом,кепс.э -. последующей металлю.зацией ;келез",, уппрго сырья восстановительным,а ".: (состав его в расчете кч: 2-компонепт1 "ю смесь СО = 36K, ÄÄSUÄÄ 1535896 А 1 вляется проведением дополнительной конверсии природного газа в промежу-, точной зоне шахтной печи окислительными компонентами технологического (топливного) газа и кислородом при следующих объемных соотнсшениях:
0,085 « n 0,0190; 0Ä61 = k 0,84;
0,90 р 1,10; 0,45 m = 0,50, где n = 1/а; k = f/а; р = Ь/а; m = с/а согласно трем вариантам конверсии природного газа (ПГ) I-аПГ+Х ЕСО +
+.HO/100+10, Е?-аПГ+b ZCO +ÅÍ О/100;
III-аПГ+сО, где à, f, 1, Ь и с расходы соответственно природного газа, технологического (топливного) газэ и кислорода в смеси и индивпдугф ально технологического (топливного) газа и rêиспорода! C(lззЕН О! l00 — до- I) лл гнлслнтелел н теннологинесиом (топ. линном,) газе. Использование нзоагетения повышает в 1,1-1,4 раза производительность.
Н = 647) и газом, полученным в процес- Щ се дополнительной конверсии, испольэо- ф вана установка, состоящая иэ 2 реакторов с внешним обогревом, куда загружали железорудное сырье. В 1-м реакторе моделировали процесс дополнительной конверсии природного газа аналогично ф процессу, протекающему в промежуточной зоне. Ппя этого сырье (4 r) предварительно металлизовалп до степени металлизации (ос,„ .,)з равной 987, затем на губчатом железе проводили конверсию природногс газа кислородом и/или окислительными компопептами топ1535896 г ливного газа, состан которого н иересчете на 4-компонентную смесь СО
19,97; СО 22,97.: Н 50,27; Н О =
= 7,0 i .
Контролировали изменение степени металлизации и наУглеРож||наниЯ (< до„, ) губчатого железа и степень конверсии природного газа (Ф.<, „ ). Газ. полученб ный в 1-м реакторе, примешивался к восстановительному и поданалсп на металлизацию но 2-й реактор, где моделировался процесс, протекающий н восстановительной зоне. В специальной серии экспериментов определяли время полной металлизации железорудного сырья (< ) во втором реакторе.
Выбор граничного значения температуры процесса дополнительной конверсии основан на серии экспериментов, проведенных в интервале температур
700-900 С. Так как температура в промежуточной зоне и зоне восстановления шахтной печи практически одинакова, та температура в 1 и 2-м реак-торах также подпержиналась одинаконсй.
Результаты исследований представлены в табп. 1 °
Полу енные данные сB÷;Zå r .TIZ < тну т
О ЦЕЛЕ опбраЗНОС тИ НЕда1<Ия |ИОцн<-i а 30 доно |н 11=.,|ьной конверсии пр;<род . газа топливнь<м,,тех, < логи ц ск. ) <,.ç..<.
I ипи смесью поспеднего с кис: ородс»: .. -.1 температуре не ниже 760 С. В, рот -,ином случае уменьше|пле М,,„„,,со <-11<1ж<1н<» — 35 ем тсмпературы, т.е. кол<и ."0.г:.;1опол-нительно полученных восстанови-.< льных газон, приводит к у,пинени1о процесса, т.е. снижению про||знодителькости. При кислородной конгерсии тем- 40 пера rypa »e ниже 900 С. При более низо ких температурах процесс осложняется окислением гу-бчатого железа (катализатора), сказывается огсутстние восстановительных компонентов топливного 45 (технолог<|ческого) газа, предохраняющих губчатое железо от вторичного окисления. Расходование киспорода н первую очередь на окисление железа приводит, во-первых, к снижению рас- 50 хода кислорода на конверси1о, во-н"орых, к отравлению катализатора, что обусловливает падение Ы., „„ и снижение проиэводительпости 2-го реактора.
Выбор граничных з1<ачений объектных 55 отношений кислорода и/или окислительных компонентов топливного,технолоГ гического) газа к природному газу, обеспечив<иощих повышенно производительности шахтной печи, основан на серии экспериментов, в которой варьировали расход газа.
Результаты представлены и табл.2.
Полученные результаты поэноля1от сделать общий вывод: при стехиомет— рических соотношениях р, zz + k, m или близким к ним достигаетсп наивысшая производительность, т.е.<. мин<1мально.
Повышение степени ок<<сленности конвертируемой смеси (р ) 1,10; m )
) 0,50; при 37. кис.<орода
) 0,190; 1с > 0,67) приво,<ит к уменьшению количеств» восстанови I ляного газа, т.е. увеличешпо е1 о расхода, а следовательно,, и снижен1::о произнод|.— тельности. 1 эбыто<с:: >иродного . аза сверх стехиометр1пл (р - 0,90; при 37 кислорода и - 0,095, k О, 7b, при 57 кислорода и. 0,17<1, k <- 0„61;и 0,45) приводит к науглеро;сига|:и<о губчатого жепе i à и снижени<о тем самым его кристаллической активности, выражающееся н сниж. <ии Оi<, о„, . 1 РоизноДител HocTb
2-ro реактора также -нижается. Следовательно, обеспечение н<11<вмс<1 ей производи гельности происходи г |р .1 ст« .иоМГ трИЧЕСКОМ отпощеиш< ОКИСЛИтЕЛЕи к природному газу или близкому к нему.
В случае органиэации процесс:а до11< пительной конверсии природного гаа совместно с кислородом и окислитепьными компонентами топливного (технологическс го) газа количествс кислорода, вводимого вместо <квивалентного количества окислителей то|<дивного (технологическогс) газа <.оставляет
3-57 от объема конвертируем<.и <мес|; (табл. 3).
С появлением кислорода в ис.ходнсй смеси увеличивается скорость окисления метана; кроме того, происхсдит снижение эндотермичности процесса дополнительной конверсии. Все эго благоприятно сказывается на процессе металлиэации во 2-м реакторе. Так, при
37 0 в исходной смеси достигается максимальная степень конверсии и м111<и1<альное время металлизации. Однако повышение содержания кислорода свыше 57, сопровождаемое одновременным снижением расхода топливного (технологического) газа (в сум.|е отношение окислителей к природному газу остаетсп величиной постоянной, близкой к < техиометрии), а следовательно, и восстановительного газа, обусловливает окисление губчато1535896 го железа — ка га:»(затора, уменьшение, o(. «„> и сншжс ние производительности
2-го реактора.
Сравнительные испытания восстанов-, 5 лен»я железорудных материалов по споо собб -прототипу проводили при 760 С, организовав дополнительную конверсию природного газа в рас:;ете -к»мпонг.нтную .:бес.,O> -- 16,3i, СО = (8, 7, !0 б 0 ? б7,. !! ° (1 .,
Гезу.".ьтp.ò.ы предста»лены и табл. 4.
Проведение .,ро((есса ((ополн(п «льноп к,нбгверсии при знач(. б - гпбм избытке .(рирод бого газа (п. прототипу значение; нг мецее. 0,07) опровожцается .(a>г..- (,о!((в;(.:(e((.",.:(а;">го железа ка-..:лиза . c р-!» сш,, ..: бее вследс гв!e отраппг:(б» б (;этап»;с!тора с (åïå ги кон- (ерс(,» (бр((ро,:(((бг: г аза. D ре.;ульгате па-20 дает произ!од»тель», сть 2-го реактора, Гакис(с!!раз(»м, из приведе нн(-б>: дан;!их сл дус г, ч . о при вбс становлении келе з о, д и о сыр ь>б по предлагаемому способу мож((о "о сравне(»по со спосо- 25 бом-прототипом достичь увеличения производитсг(в»ости шахтной печи в 1.11,4 раза вследствие того, что гранич-. ив,C. услов(.ÿ г бе.": е.тивают достижение
Пол с (,!co
Г
7, (Дополнительная конверсия п(п(ым :, эз» (Р = 1,0 кислородом и . = 0,50 оплив ьг(газом и,.кисло одом в=0,18, k=0,61,м бб бР Е И Н(( о 7о
С,м
Е бба Г.з Е КОНВ>
7 7 э CC ббббб б мет
ЛбЕт.э
7 (х- мет
987. мет
987
32
25 98 0 90 22
20 98 0 95 18
19 98 0 95 18
19
0 45
0 85
0 90
0 95
0 95
0 99 б. 0
5!)
900
78 0 65 25
92 0 95 19
98 0 99 19
98
c(8 т -(» .л: .:-: .;„оцессе конверс»и. б!б о р м у л а и з о б р е т е н и я.
Способ восстановления железорудного сырья до губчатого железа в шахтной печи, включающий противоток вос- станавливаемого материала и газа в зонах восстановления, промежуточной и зсне б,хлажпен,(я, охлаждение, . (»т;у;:, рециркуля((è(o копз(лш((<юого I аза с ра зделение((его на те..»ологический и топливный потоки, дополнительную конверсию природного газа в промежуточной золе окислительными компонентами во,д(ным паром и углекислым газом,q тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьп((ения производительносги шахтной печи, дополнительнув конверсию ведут кислородом и окисл»тельными компонентами топливного га.:a при температуре о в зоне не ниже 760 С со следукщими объемными соотношениями 0,095 п
0,190; 0,61 k =-0,84; 0,90 а р <1,10;
0,45 & (n(0,50, где и — отношение кислорода к природному газу, k — отношение окислительных компонентов топливного и соответственно технологического газов к природному газу при добавке кислорода, а р — без добавки кислорода, г(— отношение кислорода к природному газу, причем при кислородной конверсии температура в зоне не ниже 900 С.
1535896 и — a chа (ч (с(-я л
1э й
ci
X V о
»- — --» л оооо о
Cf а
»СОСО COCOСО П
«h Ch Ch О1 СЬ Ch
ЕОЕОЕО (кww лш о
° л а л а а
ОООООО
»
1
-(h ò hO!
N " - (» (1
I
»
1 О1 ch ch а I
a О сна;а л
С
» — — —.»
NChChChN--«Ч
<л оолл
СО О1 а\ О\ Ch ж о
Э оооо с! ч о .O Я
«л O. О1
CO 00 00 СО CQ
«" О1 О Ch Ch
I .м
u ., Р! 1 Е 1
1: I ; 1 И о о а !! л.! о о о о о с (NNNNNN л
dl М
0 о о ь ((о о о о ((CO Ch Ch Ch Ch Ch Ch
II (»
» а ь » (»ОООООО б я
1 l
СО со 00 00 00 «О со
Ch Ch Ch Ch Ch Ch Ch
»ООФОФОЛ
Co«ha oo-а а а а а л л
ooo---1 С4 о ио
o о лЛ ч
I (ч 1
I (0 !
1 й1 1
1 о о ь о (:Ь
Il о о (»
ug
Х о
II
1-»
X о сф о
«» о
Ю б
v х
И м
Е о
4» М
1
I л о
М
1 л
4, Юа а б т.
1 б
1 - 1
O Ь-а
I ! — -- -.
1 »
1 !
»!» В с
1 %
I (0
Г! г, (. (:»; (,»
\-. Г (о со л л о оооо оеое а choo оо-л а а л оооо
00 гД а;
О
«» о
Ц
О
o x
°вЂ” u о л со — -;т л ((1 л л л л оооо ол00а
° а л л оооо
3
l1
I (> I сп 1 о л л о!
1 о
N 1 л о
1О!
535896
Т а б л и ц а 3
Т = 760 С
Е 02 В е мет, у о(на г,s о коне,! смеси
4
6
Та блица 4
Т=760С
Р е ь" " на > " коне. >
МЕ! о
7о м
05 98
1,0 98
94
1,5 98
Составитель A,ÑàíåëüåB
Техред М.Дидык Корректор С.Шекмар
Редактор !.. Пол нич
Зака 85 Тираж 499 1одпис ное
В11111Н.11 I !ñó ;арс гв. нного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР
1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Произволе твенно-из.брательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ч.!. Гагарина,101
98
98
98
98
98
0
0
0
93 20
97 19
99 18
99 18
99 18
92 20
81 25
26 Прототип
20 Предлагаемое изобретение
24 Прото— тип
