Способ получения жидкого чугуна и установка для его осуществления

 

Использование: изобретение относится к прямому получению металла непосредственно из руды, в частности к получению чугуна в плавильном газификаторе, Сущность: при производстве жидкого чугуна путем восстановления расплава железных руд с различным размером частиц, фракцию частиц диаметром менее 0,2 мм путем воздушной сепарации с помощью восстановительного газа отделяют от более крупной фракции (В), и обе фракции раздельно полностью восстанавливают и подают в зону плавления плавильного газификатора. Установка для реализации способа в соответствии с изобретением состоит из плавильного реактора восстановительного циклона и реактора предварительного восстановления с кипящим и неподвижным слоями, расположенного между газификатором и восстановительным циклоном. Циклон и неподвижный слой со стороны выпуска с помощью транспортного устройства для восстановленной железной руды соединен . с нижней частью плавильного газификатора . 1 с. и 4 э.п. ф-лы, 4 ил. оо С

союз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 В 13/14

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Ф

° (21) 4742166/02 (22) 24,10.89 (31) А 2642 /88 (32) 25.10.88 (33) AT (46) 30.04.93. Бюл. N 16 (71) Фоест-Альпине Индустрианлагенбау

ГмбХ (AT) (72) Вернер Кепплингер (AT) (56) Заявка Японии N. 62 — 227022, кл. G 21 В 13/14, заявл. 28.03.86.

М 61 — 71576, кл. С 21 В 13/14, опубл, 06.10.87, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО ЧУГУНА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: изобретение относится к прямому получению металла непосредственно из руды, в частности к получению чугуна в плавильном газификаторе. СущИзобретение относится к бескоксовому получению железа, в частности чугуна в плавильном газификаторе, Целью изобретения является повышение эффективности процесса.

На фиг.1-4 схематично показаны предпочтительные варианты выполнения установки в соответствии с изобретением.

Устройство включает в себя плавильный газифи атор 1 для взаимодействия газов с металлами, который имеет нижний участок, средний участок и расширенный верхний участок, Нижний участок предназначен для принятия расплавленной ванны. B средний участок входят сопла 2 (горелки) с подводя- . щим трубопроводом 3 для подачи кислоро.да. В зоне на уровне сопл расположены Ы, 1813099 А3 ность, при производстве жидкого чугуна путем восстановления расплава железных руд с различным размером частиц, фракцию частиц диаметром менее 0,2 мм путем воздушной сепарации с помощью восстановительного газа отделяют от более крупной фракции (В), и обе фракции раздельно полностью восстанавливают и подают в зону плавления плавильного газификатора. Установка для реализации способа в соответствии с изобретением состоит из плавильного реактора восстановительного циклона и реактора предварительного восстановления с кипящим и неподвижным слоями, распо- . ложенного между газификатором и восстановительным циклоном. Циклон и неподвижный слой со стороны выпуска с помощью транспортного устройства для восстановленной железной руды соединен с нижней частью плавильного газификатора.1 с. и 4 э.п. ф-лы, 4 ил. еювЪ подводящий трубопровод 4 для содержаще- Сф го углерод материала и трубопровод 5 для в восстановленной руды. Альтернативно этот трубспровод 5 может также входить выше уровня сопл в зоне верхней коксовой постели в плавильный газификатор, как это показано на фиг,1 пунктирной линией.

В верхней расширенной зоне плавильного реактора для взаимодействия газа с металлами 1 имеются загрузочное устройст- (Д во 6 для кускового угля с диаметром кусков до 40 мм, загрузочное устройство 7 для руды и загрузочное устройство 8 для присадок.

Кроме того, в верхнем участке предусмотрен трубопровод 9 для отвода образовавшегося в плавильном газификаторе восстановительного газа, 18 1 3099

15

30

40

В среднем участке из крупных частиц кокса образуются неподвижные слои (зоны неподвижных слоев). Собирающаяся под ними ванна расплава состоит из расплавленного металла 10 и шлака 11, причем для обоих компонентов предусматривается соответственноо выпускное отверстие. Неподвижный слой (а) не имеет подвода газа, т.е. через него не пропускается газ, Над ним образуется неподвижный слой(в), в котором частицы. кокса пронизываются поступающим иэ подводящего трубопровода 3 кислородсодер>кащим газом с образованием окиси углерода, Выше неподвижного слоя (в) образуется псевдоожиженный слой (с), движение которого поддерживается образующимся в неподвижном слое 11 восстановительным газом, Небольшие частицы угля или кокса остаются в зоне псевдоожйженного слоя (с), Более крупные частицы угля или кокса, для которых скорость газового потока в пустой трубе ниже точки разрыхления для соответствующего слоя частиц, лишь затормаживаются, проваливаются через псевдоо>киженный слой (с) и осаждают- 25 ся с образованием неподви>кного слоя (в) или (а), Над псевдоожи>кенным слоем находится успокоительная зона (d), в которую загружается руда, Установка также содержит восстановительный циклон 12, в который входят трубопровод 9 для отвода восстановительного газа и загрузочное устройство 13 для присадок. В нижнем конце восстановительного циклона предусмотрено разгрузочное устройство 14 для окончательно восстановленной пылеватой руды, которая загружает трубопровод 5, От верхней части восстановительного циклона освобожденный от суспендированной восстановленной пылеватой руды легкий газ отводится по трубопроводу 15, охлаждается в охладителе 16, уплотняется в охлаждающей газовой воздуходувке 17 и/или подается по обратномутрубопроводу

18 в трубопровод 9 для отвода восстановительного газа для охлаждения выходящей иэ плавильного реактора 1 суспензии, состоящей из газа и пылеватой руды, или по трубопроводу 19 с помощью. инжектора 20 подается в трубопровод 5, С помощью ответвляющегося трубопровода 15 легкий газ может отводиться из установки и подаваться для использования в других целях.

Представленный на фиг,1 вариант выполнения установки в соответствии с изобретением пригоден для переработки мелких железных руд с частицами диаметром максимум 0,5 мм. однако в особенности для переработки пылеватых руд, причем частицы руды имеют диаметр менее 0,2 мм, Подобного рода руда загружается в зону успокоения (d) плавильнбго реактора 1 для взаимодействия газов с металлами, который в верхней части успокоительной зоны, имеет температуру около 1000 С, где она предварительно восстанавливается противоточным восстановительным газом, который образуется в.нижней части реактора для взаимодействия газов с металлами.

Предварительно восстановленная фракция — 0,2 мм почти полностью увлекается восстановительным газом и по трубопроводу 9 для отвода восстановительного газа подается в восстановительный циклон

12, причем состоящая из газа и пылеватой руды суспензия к этому моменту времени охлаждается до температуры около. 800 С

В восстановительном циклоне 12 фракция — 0,2 мм полностью восстанавливается с помощью восстановительного газа и под воздействием циклона отделяется от восстановительного газа, Впоследствии полностью восстановленная руда через выпускное устройство 14 нагружает трубопровод 5 и с помощью легкого газа вдувается непосредственно в зону плавления плавил ьнОго газификатора или в зону на уровне вдувания кислорода или над ней, в зону коксовой постели.

Оставшаяся в успокоительной зоне плавильного газификатора 1 фракция мелкой.руды с диаметром частиц по меньшей мере

0,2 мм (и максимум 0,5 мм), хотя и восстанавливается предварительно в успокоительной зоне, однако не выносится потоком восстановительного газа и попадает вследствие воздействия силы тяжести через псевдоожиженный слой в неподвижный слой, при этом полностью восстанавливается и расплавляется.

Рудные фракции с диаметром частиц более 0,5 мм не могут перерабатываться с помощью представленной на фиг.1 установкЛ, так как они не могут больше удовлетворительно полностью восстанавливаться в плавильном газификаторе.

Переработку подобного рода руды позволяет осуществлять представленный на фиг.2 вариант установки в соответствии с изобретением, Она отличается от варианта на фиг.1 прежде всего тем. что в трубопровод 9 для отвода восстановительного газа между плавильным газификатором и восстановительным циклоном 12 включен восстановительный реактор 21, который имеет загрузочное устройство 13 для присадок и загрузочное устройство 7 для руды и разгру l813099 зочноеустройство22для полностью восста- нии имеет различные скорости истечения, новленной мелкой руды. что способствует разделению обеих фракВнутри восстановительного реактора ций, Несмотря на больший диаметр частиц

21 поддерживается псевдоожи>кенный слой фракции > 0,2 мм они имеют после вывода (е) из поступивших из плавильного реактора 5 из восстановительного реактора примерно

1 руды и восстанови-,ельного газа, который такую же высокую степень металлиэации, вдувается на уровне сопл 23, которые за- что и полностью восстановленная в восстапитываются от трубопровода 9 для отвода новительном циклойе 12 фракция — 0,2 мм, восстановительного газа. Над псевдоожи- потому что более крупные частицы достаженным слоем (е) находится успокоитель- 10 точно долго соприкасаются в псевдоожиная зона (f), К разгрузочному устройству 22 женном слое с восстановительным газом, присоединен трубопровод 24 для полно- Переработку руд, которые имеют еще стью восстановленной мелкой руды, кото- больший размер частиц, удается осуществрый входит в трубопровод 5, ...лять вустановке, которая в основноманалоОстальные части установки соответст- l5 гична представленной на фиг.2, однако вуют изображенному на фиг.1 варианту вы- имеет в восстановительном реакторе 21 до.полнения. полнительно неподвижный слой (о) из руды, Представленный на фиг.3 вариант вы- который находится под псевдоожиженным полнения установки в соответствии с изо- слоем (е). Два варианта выполнения устабретением пригоден, в частности, для 20 новки в соответствии с изобретением покапереработки мелких руд, которые имеютча- . заны на фиг.3 и 4. стицы диаметром до 1 мм. Эта руда с по- Установка в соответствии с фиг,3 примощью загрузочного устройства 7 годна для переработкйруд, диаметр частиц загружается в успокоительную зону (d) вос- которых может составлять до 5 мм, Эта усстановительного реактора 21 и частично 25 тановка эксплуатируется восновномтакже, предварительно восстанавливается проти- как и представленная на фиг.2. Руда также воточным восстановительным газом, кото- спомощьюзагрузочногоустройства7загрурый вырабатывается в плавильном жается в успокоительную зону(f) восстаногазификаторе1 и вдувается потрубопрово- вительного реактора 21, после чего ду 9 для отвода восстановительного газа в 30 предварительное восстановление, выделенижнюю часть восстановительного реакто- ние фракции — 0,2 мм и ее окончательное ра 21 и при этом поддерживает псевдоожи- - восстановление в восстановительном цикженный слой (е). По аналогии с процессами ": лоне 12 осуществляются также, как описано в успокоительной зоне (d) плавильного ре- выше, Фракция, которая в данйом случае актора 1 восстановительный газ по трубоп- 35 имеет частицы диаметром от 0,2 до 5 мм, роводу 9, который отходит от верхней части проходит через псевдоожиженный слой (е), восстановительного реактора 21, направля- причем частицы руды диаметром менее 2 мм ется в восстановительный циклон, причем в основном полностью восстанавливаются и он увлекает предварительно восстанов- поэтому с помощью разгрузочного устройленную фракцию — 0,2 мм. Эта фракция 40 ства 25 взымаются из нижней части псевдоокончательно восстанавливается в восста-- ожиженного слоя (е), по трубопроводу новительном циклоне 12 и подается в пла- подаются в трубопровод 5 и вместе с полновильный газификатор. стью восстановленной фракцией — 0,2 мм, Остающаяся з успокоительйой зоне (f) как описано выше, могут подаваться в плапредварительно восстановленная фрак- 45 вильный реактор 1 для взаимодействия гация мелкой руды с частицами диаметром зов с металлами, от 0,2 мм до 1 мм не мо>кет выноситься, Остающаяся в псевдоожиженном слое восстановительным газом и попадает под . частично восстановленная часть руды, часвоздействием силы тяжести через псевдо- тицы которой имеют диаметр от 2 до 5 мм, ожиженный слой(е), причем она полностью 50 проходят под воздействием силы тяжести восстанавливается, к нижнему концу вос- до неподвижного слоя (о) и далее сквозь становительного реактора и выпускается, него, причем руда прдоолжаетвосстанавлинагру>каеттрубопровод 5 и вместе с полно- ваться, Наконец, она с помощью разгрузочстью восстановленной фракцией — 0,2 мм ного устройства 22 нагружает трубопровод подается в плавильный реактор для взаимо- 55 24 и с помощью легкого газа, которые отбидействия газов с металлами, раются из трубопровода 19, через инжектор

ВоЧстановительный реактор 21 по 20 вдувается в граничную зону между меньшей мере в нижней части предпочти- псевдоожиженным слоем(с) и верхним нетельно выполнен коническим, вследствие подвижным слоем (Ь) плавильного газифичего восстановительный газ при прохожде- катара (восстановительная зона) и .t

1813099 полностью восстанавливается или переплавляется в чугун.

При переработке руд с частицами > 1 мм реактор 21 выполняют коничевским и предусматривают два уровня 23 вдувания восстановительного газа. Для оптимального разделения. граница между неподвижным и псевдоожиженными слоями должна располагаться в конической зоне междууровнями вдувания газа. При помощи газа, подаваемого в верхний уровень, достигается псев-. доожижение, фракциони рова ние и восстановление мелких частиц руды, в. то время как газ, .подаваемый через нижний уровень, восстанавливает крупную фракцию руды.

В устройстве по фиг.4 перерабатываются руды крупностью до 20 мм. В даннбм случае грубая фракция руды (> 2 мм) загрузочным устройством 26 загружается в успокоительную зону плавильного газификатора.

В трубопровод включен циклон 27 для осаждения возможно увлеченной угольной пыли, которая через разгрузочное устройство 28 нагружает трубопровод 29 и с помощью охлаждающего газа вдувается в верхнюю зону псевдоожиженного слоя (с) или в успокоительную зону (d) плавильного газификатора. Сопла 30 имеют еще один подвод 31 для подачи кислорода. Охлаждающий газ является освобожденным от угольной пыли восстановительным газом из плавильного гаэификатора, который заимствован из трубопровода 9 для отвода восстановительного газа, охлажден в охладителе 32, подан по трубопроводу 33 к газодувке. для подачи охлаждающего газа 34, уплотнен и наконец подан по трубопроводу

29.

Альтернативно охлаждающий гаэ может также подаваться по обратному трубопроводу 35 в трубопровод 9 для отвода восстановительного газа. Для вдувания угольной пыли вместо охлаждающего газа может использоваться также азот, который может в каком-либо месте подводиться к трубопроводу 29.

После того как восстановительный газ прошел охладитель 32, он может также подаваться по труббпроводу 36 в трубопровод

37 для отвода легкого газа.

В примере обобщены некоторые типичные параметры способа в соответствии с изобретением, которые достигаются при эксплуатации представленной на фиг.4 установки в соответствии с изобретением.

Пример. Содержание компонентов использованного угля, (величины относятся к безводному анализируемому материалу):

С 8144

Н 4,8

N 1,4

О 5,8

S 0,5 шлак 6 2

Fe 30,9 (зол ы)

Сфикс 62,9

Содержание компонентов в переработанной железной руде, %

Fe 66,9 А!20э 1,31

FeO 0,58 МпО 0 38

FezOz 95,0 потери при прокаливании

15

1,6

СаО 0,025

MgO 0.13

20 %0206

Гранулометрический состав переработанной.железной руды (ситовой анализ):

5% 10 мм

10% 6,3 — 10 мм

25 18% 3,15 — 6,3 мм

42.% 1,0-3,15 мм

25% менее 1 мм

Для производства восстановителного газа в установке в соответствии с фиг.4 было

30 газифицировано 7 т/ч угля упомянутого состава, для этого было израсходовано 580 м кислорода на тонну чугуна, Чистота кислорода составляла от 95 до 98%. В 1 ч было

° получено около 14000 м восстановительз

35 ного газа, который имеет следующий состав, % .

СО 66,2 Н2 28 5

С02 4,5 СН4 0,3

И2 .. 0,5

40 Скорости в пустой трубе в плавильнбм реакторе 1 для взаимодействия газов с металлами и в восстановительном реакторе 21 колебались от 0,3 до 0,5 м/с, вследствие чего скорость между обоими уровнями сопл

45. восстановительйого реактора составила от

1,5 до 3 м/с, . Удалось переработать 12,85 т железной руды в час, причем производительность . плавления составила 8,1 т чугуна в час. Пол50 ученный чугун наряду с железом имел следующие составные части, :

С .4

Sl 0,6 фосфор 0,01

55 марганец 0,1 сера . 0,04

Формула изобретения

1. Способ получения жидкого чугуна, включающий предварительное восстановление полидисперсной руды в кипящем

1813099

10 слое, отделение мелкой фракции руды воздушной сепарацией посредством восстановительного газа и обработку ее в высокотемпературном циклоне, раздельную подачу предварительно восстановленных фракций и остальных фракций руды в различные зоны плавильного газификатора, расплавление с получением жидкого чугуна и восстановительного газа, используемого в стадии предварительного восстановления, путем подачи угля и кислородсодержащего газа, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, отделению и обработке в циклоне подвергают фракцию менее 0,2 мм, при этом мелкую и остальные фракции перед подачей в зону расплавления гаэификатора восстанавливают полностью.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фракцию руды 0,2 — 2 мм восстанавливают полностью в кипящем слое, 3. Способ по пп.1 — 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что полностью восстановленную фракцию менее 2 мм вдувают-в плавильный газификатор на уровне вдувания кислородсодержащего газа или в зоне коксовой постели.

4. Способ по пп,1-3, о т л и ч à ю щ и йс я тем, что фракцию руды 2 — 20 мм дополнительно восстанавливают в неподвижном слое.

5, Способ по пп.1-4, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что предварительно восстановленную руду фракции 2 — 20 мм подают в успо- . коительную зону плавильного гаэификато5 ра, 6. Установка для получения жидкого чугуна, содержащая реактор для предварительного восстановления, имеющий зоны кипящего и неподвижного слоя и соединен10 ный с циклоном для обработки отделенной мелкой фракции руды, плавильный газификатор, имеющий узлы ввода угля, кислородсодержащего газа, флюса и предварительно восстановленной руды, трубопровод вос15 "становительного газа, соединяющий плавильный газификатор с реактором предварительного восстановления и узлы . транспортирования предварительно Boc" . становленной руды QT циклона и реактора, 20 соединенные t: плавйльным газификатором. на разных уровнях; отл и ча ю ща я с ятем, что, с целью повышения эффективности процесса, реактор предварительного восстановления выйолнен с отдельными узла25 ми транспортирования предварительно восстановленной руды от зон кипящего и неподвижного слоев, при этом узлы транспортирования от циклона и от зоны кипящего.ñëoÿ реактора предварительного

30 восстановления руды соединены с нижней частью плавильного газификатора.

1813099

1813099

Составитель Г.Шевченко

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор- M.Ïåòðoâà

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1590 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета Ilo изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб:, 4/5