Способ газообразного прямого восстановления гранулированной железной руды и шахтная печь для его осуществления

 

Изобретение относится к металлургии , к процессам металлизации окускованной железной руды в шахтных печах с последующей подачей нагретого продукта на горячее брикетирование или плавку Цель изобретения - улучшение структуры потока частиц и повышение эффективности Способ заключается в том, что окускованная руда после восстановления поступает в зону охлаждения конической формы с гладкой охлаждаемой поверхностью,где частицы,примыкающие к поверхности, охлаждаются до 50-400 С« При этом охлаждающий конус шахтной печи выполнен металлическим с принудительным водяным охлаждением с конусным углом 10-20°, а система средств регулируемого охлаждения выполнена в виде концентрических смежных участков ,, 2 с. и 4 ЗоПо ф-лы, 3 ил о 3 (Л с:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„5U„„1634141 (5!)5 С 21 В 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4202247/02 (22) 16.03.87 (3!) 840384 (32) 17.03.86 (33) МХ (46) 07.03.91. Бил. М 9 (71) ИЛЬСА С.А. (МХ) (72) Патрик В.Маккей (VS) Рональд

Виктор Мануэль Лопес-Гомес, Пауль

Присто де ля Фуэнте и Марко Аурелио

Флорес-Вердуго (МХ) (53) 669.421.!83(088.8) (56) Патент СССР У 995708, кл, С 21 В 13/00, 03.09.80.

Патент СССР 1! 1052165, кл. С 21 В 13/00, 14.08.79. (54) СПОСОБ ГАЗООБРАЗНОГО ПРЯМОГО

ВОССТАНОВЛЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОИ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ И ШАХТНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к металлургии, к процессам металлиэации окускованной железной руды в шахтных печах с последуищей подачей нагретого продукта на горячее брикетирование или плавку.

Целью изобретения является улучшение структуры потока частиц и повышение эффективности. .На фиг.1 представлена шахтная печь для осуществления способа, вертикальный разрез; на фиг.2 — график, показывающий относительную скорость ,частиц вдоль радиусов конуса при различных углах конуса (угол отсчитыва2 (57) Изобретение относится к металлургии, к процессам металлиэации окускованной железной руды в шахтных печах с последующей подачей нагретого продукта на горячее брикетирование или плавку. Цель изобретения — улучшение структуры потока частиц и повышение эффективности. Способ заключается в том, что окускованная руда после восстановления поступает в зону охлаждения конической формы с гладкой охлаждаемой поверхностьи,где частицы, примыкающие к поверхности, о охлаждаются до 50-400 С. При этом охлаждающий конус шахтной печи выполнен металлическим с принудительным водяным охлаждением с конусным углом 10-20, а система средств рео гулируемого охлаждения выполнена в виде концентрических смежных участков. 2 с.и 4 э.п. ф-лы, 3 ил. ется от центральной линии данного выпускного конуса до его наружной стенки, т,е. О 6 б 16 ) для трех различных высот конуса: К,, К, и R ); на фиг.3 — диаметрально противоположный график, показывающий вычисленные профили температур от стенки выпускного конуса.

Способ осуществляит в шахтной печи для прямого восстановления частиц железной руды в форме кусков, гранул или их смесей.

Шахтная печь содержит верхнюю секцию 1 обычно цилиндрической формы, которая теплоиэолирована и футерова1634141 на, причем в этой печи опускающийся слой частиц железной руды контактирует в противотоке с поднимающимся потоком горячего восстановительного газа для превращения железной руды в металлическое железо, Частицы железной руды подаются в шахтную печь по меньшей мере, по одной подающей трубе 2, которая вместе с верхней частью печи образует нагнетательную систему, разделякнщую газ, и сообщающуюся с выпускным отверстием 3 для газа, через которое выходит из печи отработанный восстановительный гаэ.

Слой частиц 4 нагревается горячим восстановительным газом, поступающим в печь через впускное отверстие 5 для газа, и затем газ проходит в распределительную нагнетательную систему 6, где он равномерно распределяется и подается в слой частиц через питающие сопла 7. Эти сопла могут быть выполнены в некоторых случаях в виде непре-15 рывной нагнетательной системы. Слой

4 достигает его максимальной температуры порядка 700-IOOO C примерно вблизи точки ввода восстановительного газа и затем продолжает течь вниз через нижнюю секцию 8 печи.

Секция 8 имеет коническую форму, сужающуюся в направлении выпускного отверстия 9 для твердых частиц, причем она имеет гладкую металлическую поверхность, изготовленную из углеродистой стали и находящуюся в прямом .контакте с горячими частицами железа прямого восстановления, Коническая стенка 1О окружена множеством тепло- 40 обменных рубашек ll — 13, причем каждая имеет отдельное средство для цир" куляции через нее охлаждающей среды, преимущественно воды или пара, и соответствующее регулирующее средство 45 (не показано) обычного типа для выборочного регулирования или отсечения количества охлаждающей среды, которая циркулирует через рубашки. Таким образом, температуру стенки и, следовательно, частиц железа прямого восстановления в зонах 14 — 16 поддерживают на заданных уровнях для обеспечения равномерного и плавного потока слоя частиц железа прямого восстановления через печь.

В самой нижней части конической секции 8 расположена металлическая стенка 17, прикрепленная к емкости, образованной стенкой 10, посредством соответствующего опорного средства

18, таким образом допускается тепловое расширение и деформация этой стен" ки 17, которые возможны в результате температуры частиц железа прямого восстановления, находящихся в контакте со стенкой. Стенка 17 может быть окружена слоем изолирующего материала 19, когда это необходимо для уменьшения потерь тепла, и закрыта продолжением стенки 10.

Посредством регулирования количества охлаждающей среды, циркулирующей через рубашки 11 — 13, слои частиц, которые находятся в контакте с зоной

l4 стенки 10, доводятся до уровней оптимальной температуры 100-300 С и таким образом достигается равномерный поток твердых частиц через восстановительную секцию 1 посредством обеспечения правильных условий для потока массы в коническом днище 8.

Скорости охлаждения и относительные размеры охлаждающих рубашек и изолированной части конуса можно соответственно регулировать в данной конструкции для достижения требуемой средней температуры выпускаемого железа прямого восстановления.

В некоторых примерах воплощения изобретения изолированная часть 20 конуса может быть минимального или несущественного размера или она может быть заменена другой охлаждающей рубашкой (не показана) в зависимости от характеристик потока, температуры, при которой должна восстанавливаться руда в восстановительной секции печи, и заданной температуры на выходе железа прямого восстановления и т.д. Когда слой частиц 4 движется вниз для прохождения через коническую часть 8 днища, диаметр печи уменьшается и между центральной линией и стенкой конуса создается перепад в скорости, таким образом частицы вблизи центра движутся быстрее, чем частицы, расположенные ближе к стенке. <огда они опускаются, средняя скорость всех частиц увеличивается по отношению к скорости выше любого данного уровня, Это графи" чески показано на фиг.2 как скорость, вычисленная для данного материала и поверхности стенки, где верхняя часть конической секции 8 (там, где она внутренне встречается с секцией IO) Ih представлена как К, а выпускное отверстие в днище секции 12 представлено как К, тогда как К, обозначает промежуточное положение в центре секции 12. Кривая К показывает различие в скорости от стенки (угол 16 ) до центральной линии (угол 0 ) на выходе. Можно увидеть, что различия в скорости, обозначенные кривой для

К! наверху конической секции 8, сравнительно небольшие (хотя форма кривой очень сходна, если смотреть в увеличенном масштабе).

Когда частицы находятся в контакте с водоохлаждаемой поверхностью 10 секции 14, то слой частик, расположенный ближе всего к стенке, охлаждается. Таким образом, горячий слой частиц движется вниз по граничному слою холодных частиц, которые проходят вдоль стенки, причем не требуется очень крутой угол стенки.

На фиг.3 дан температурный профиль частиц вблизи стенки 10 конической секции 8, вычисленный по математической модели для такого же материала, поверхности стенки и размеров, применяемых на фиг.2. Это означает, что все частицы при Х < имеют одинаковую температуру 800 С. 11о изотерме температуры 800 С можно уви; деть, что большинство частиц выпускают баз какого-либо охлаждения .(несмотря на охлаждение, применяемое для стенок с целью улучшения характеристик выпускаемого потока). Средняя температура частиц на выходе из ота верстия 9 равна в этом примере 697 С.

Граничный слой является достаточно тонким по сравнению с размерами реактора из-за низкого значения коэффициента диффузии слоя частиц железа прямого восстановления. Почти все частицы остаются горячими, тогда как сравнительно небольшое количество частиц, находящихся в контакте со стенкой или расположенных очень близко от стенки, охлаждаются достаточно сильно. После выхода частиц иэ реактора они обычно повторно смешиваются во время дальнейшей обработки и таким образом охлажденные частицы повторно нагреваются остальными час" тицами. Температура является равномерной и она соответствует дальнейшей горячей обработке. железа прямого восстановления, например для горячего брикетирования или немед3ч !4! 6 ленной плавки. Эффективность увеличивается за счет уменьшения слипания частиц с поверхностью конуса, улучшения структуры потока частиц. с

45 4. Шахтная печь для газообразного

55!

О

Формул а изобр .т ения

I, Способ газообразного прямого восстановления окомкованной железной руды, включающий загрузку исходного материала в виде комков, гранул или их смеси в верхнюю часть шахтной печи, поддержание температуры восстанавливаемого потока материала вьппе

700"С, формирование потока восстановленного материала в нижней зоне разгрузки печи конусообразной гладкой поверхностью, охлаждение и выгрузку готового продукта при средней температуре свьппе 500 С через по крайней мере одно разгрузочное отверстие, отличающийся тем, что, с целью повьш ения эффективности процесса за счет улучшения структуры потока частиц, частицы потока материала, контактирующие при движении с конусообразной поверхностью, охлаждают по крайней мере верхней частью этой поверхности до достижения в нижней части поверхности температуры 50-400 С.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что частицы потока материала, контактирующие при движении с конусообразной поверхностью, охлаждают до достижения в нижней части поверхности температуры 100

300 С.

3. Способ по пп.1 и 2, о т л ич а юшийся тем, что верхнюю часть коничекой поверхности охлаждают омыванием охлаждающего агента вокруг нее. прямого восстановления окомкованной железной руды, содержащая узел загрузки кусковой руды, окатьппей или их смеси, верхнюю вертикальную восстанавливающую секцию, нижнюю секцию, выполненную в виде конуса с сужением вниз, сообщающегося с отверстием для выгрузки, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности путем улучшения структуры потока частиц, печь снабжена системой средств регулируемого охлаждения, установленной по крайней мере в верхней части конической сек1634141 ции при этом коническая секция выЭ полнена с гладкой металлической поверхностью, а угол между образующей конуса и вертикальной осью составляет 10-20 С.

5 ° Печь по п.4, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что система средств регулируемого охлаждения выполнена в виде концентрически расположенных по конусообразной поверхности смежных участков с возможностью раздельного регулирования. их температуры.

6. Печь по пп 4 и 5, о т л и ч аю щ а я с я тем, что она снабжена теплоизоляцией, расположенной между корпусом печи и нижней частью конической поверхности.

1634141 граиЭ

Rg

Редактор С.Пекарь

Заказ 624 Тирак 387 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Укгород, ул. Гагарина, 101 )26 I

11 I г

I и, н г

Составитель А.Савельев

Техред Л.Олийнык Корректор Т.Палий

I с