Двухступенчатая печь с псевдоожиженным слоем для предварительного восстановления тонкоизмельченной железной руды и способ предварительного восстановления тонкоизмельченной железной руды при использовании печи

 

Сущность изобретения: двухступенчатая печь с кипящим (псевдоожиженным) слоем для предварительного восстановления тонкоизмельченной железной руды содержит печь первой ступени, предназначенную для приема тонкоизмельченной железной руды из бункера, выпуска руды со средними/малыми размерами частиц к верхней части печи и восстановления руды с крупными частицами с образованием при этом барботирующего кипящего слоя, печь второй ступени, предназначенную для приема средних/малых частиц, выгруженных из верхней части печи первой ступени, и для восстановления их с образованием при этом турбулентного кипящего слоя, и первый высокотемпературный циклон для улавливания малых частиц, содержащихся в газе, выходящем из печи второй ступени. Печь первой ступени имеет форму, при которой она содержит узкую верхнюю часть, широкую нижнюю часть и промежуточную наклонную часть, а печь второй ступени содержит широкую верхнюю часть, наклонную часть и узкую нижнюю часть. Руду в печи первой ступени разделяют на руду с крупными частицами более 0,5 мм и руду со средними/малыми частицами менее 0,5 мм. Приведенная скорость псевдоожижения в нижней части печи первой ступени составляет 2,0-2,5 м/с, а в нижней части печи второй ступени - 0,2-0,5 м/с. Такая конструкция печи и режим работы в ней позволяют эффективно восстанавливать железную руду, имеющую широкий разброс размеров частиц и большое количество мелких частиц. 3 с. и 7 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к печи для предварительного восстановления, предназначенной для предварительного восстановления железорудной мелочи, имеющей широкий разброс размеров частиц, в процессе прямого получения жидкого металла восстановительной плавкой руды для получения расплавленного жидкого чугуна непосредственно из железных руд и угля, без применения агломерационных машин и коксовых печей, и к способу и, более точно, к двухступенчатой печи с псевдоожиженным (кипящим) слоем для предварительного восстановления тонкоизмельченных железных руд, которые содержат большое процентное содержание руд с мелкими частицами или быстро разлагаются под действием теплоты реакции при температуре предварительного восстановления как одного из физических свойств сырых железных руд, и к способу предварительного восстановления тонкоизмельченной железной руды при использовании печи.

Как правило, способ восстановления железных руд с тем, чтобы получить расплавленный чугун, включает доменный процесс прямого восстановления, посредством которого восстановленное железо получается в твердом виде путем использования шахтной печи, вращающейся обжиговой печи и печи с псевдоожиженным слоем, и другие способы, использующие электрическую печь.

Шихтовые материалы доменной печи при доменном процессе, который в настоящее время представляет собой превалирующий способ получения чугуна, загружают в нее в виде крупного агломерата железной руды при использовании железорудной мелочи и крупного кокса с использованием высококачественного коксующегося угля как источника тепла и, соответственно, восстановители с тем, чтобы повысить проницаемость и способность к восстановлению в шахтной части.

Следовательно, возникает ряд серьезных проблем, связанных с огромными капиталовложениями в средства производства, с отсутствием гибкости при работе вследствие массового производства и с промышленным загрязнением окружающей среды от оборудования для предварительной обработки, поскольку она требует наличия коксовой печи для перегонки коксующегося угля и оборудования для получения спеченных руд.

Процесс прямого восстановления, с помощью которого чугун получают путем использования высококачественной железной руды и восстановительного газа из природного газа, ограниченно применялся в тех регионах, где легко обеспечить поставку высококачественной железной руды и природного газа.

Доля этого процесса очень низкая во всем объеме производства нерафинированной стали в мире. Тем не менее объем производства постепенно увеличивается из-за роста спроса при структурном изменении спроса на различные типы сталей и из-за ухудшения качества скрапа.

Однако вышеописанный способ используют в процессе предварительной обработки такой, как окомкование и спекание для повышения проницаемости, когда исходную железную руду загружают в печь. Это очень важно для обеспечения нормальной работы. В случае процесса прямого получения жидкого металла восстановительной плавкой руды, при котором получают расплавленный чугун путем непосредственного использования тонкоизмельченной железной руды, имеющей широко различающиеся размеры зерен, без предварительной обработки с использованием угля, этот способ имеет важное значение как новый способ получения чугуна, способный заменить доменный процесс. Был изучен способ прямого получения жидкого металла восстановительной плавкой руды, который используется для загрузки обычной железной руды в простой реактор и восстановления ее после непосредственного плавления ее. Тем не менее в последнее время был разработан процесс прямого получения жидкого металла восстановительной плавкой руды, который предназначен для подачи руды в плавильную печь после предварительного восстановления надлежащего количества в твердом состоянии и окончательного восстановления руд, поскольку такой процесс эффективен с точки зрения коэффициента использования энергии.

Вызывает интерес разработка способа, при котором используют печь для предварительного восстановления с кипящим слоем, в которой происходит псевдоожижение тонкоизмельченной железной руды посредством подачи отходящего газа печи для прямого получения жидкого металла восстановительной плавкой руды в печь с восстановительной атмосферой и с псевдоожиженным (кипящим) слоем, причем этот способ известен как способ обработки тонкоизмельченных железных руд для их предварительного восстановления.

При обычном способе прямого восстановления в кипящем слое, относящемся к таким способам, целесообразно использовать определенные железные руды с мелким размером частиц, в которых разброс размеров частиц (распределение по крупности) невелик. За последнее время был разработан способ восстановления в кипящем слое, при котором используют тонкоизмельченные железные руды, имеющие широкий разброс размеров частиц, (то есть операция предварительного восстановления способа прямого получения жидкого металла восстановительной плавкой руды, при котором получают жидкий чугун, используя уголь как источник тепла и восстанавливающий агент и железные руды без предварительной обработки), но этот способ еще не нашел практического применения вследствие технических сложностей его реализации. В случае применения способа прямого получения жидкого металла восстановительной плавкой руды для производства жидкого чугуна путем непосредственного использования тонкоизмельченной железной руды и угля без предварительной обработки предусматривается использование печи для прямого получения жидкого металла восстановительной плавкой руды и печи предварительного восстановления, как показано на фиг. 1. При этом в печи для прямого получения жидкого металла восстановительной плавкой руды генерируется газ для предварительного восстановления путем реакции газификации загружаемого угля, и затем происходит подача этого газа в печь предварительного восстановления через газовый канал после улавливания содержащего пыль газа для предварительного восстановления в высокотемпературном цикле (пылеуловителе центробежного типа). При таком способе происходит предварительное восстановление железной руды, загруженной в печь предварительного восстановления, до высокой степени восстановления путем эффективного использования восстановительной способности и тепла, которыми обладает отходящий газ из печи для прямого получения жидкого металла восстановительной плавкой руды, и предварительно восстановленную железную руду загружают в печь для получения жидкого металла восстановительной плавкой и разгружают в расплавленный металл с окончательным восстановлением в расплавленном состоянии.

С другой стороны, как показано на фиг. 2, для способа восстановления тонкоизмельченных железных руд, которые имеют широкое распределение частиц по крупности, путем предварительного восстановления в кипящем слое показан способ предварительного восстановления в циркулирующем кипящем слое, при котором железные руды с крупным размером частиц восстанавливаются путем псевдоожижения в нижней зоне печи, а железные руды с небольшим размером частиц выпускаются наружу через область над кипящим слоем в верхней части печи и затем улавливаются в высокотемпературном циклоне, и часть объема восстановительного газа, подаваемого в высокотемпературный циклон, подают в кипящий слой, образованный в нижней части, через наклонный газоотвод.

Однако сложно контролировать состояние псевдоожижения шихтовых материалов с фракцией с разными размерами зерен.

Для управления состоянием кипящего слоя с фракцией, состоящей из зерен разных размеров, требуется выполнение процесса в основании железных руд с крупным размером частиц, находящихся в нижней части слоя, при широком распределении размеров частиц шихтовой руды. Скорость псевдоожижения при таких условиях приводит к выпуску с сегрегацией руд со средними малыми частицами от руд с крупными частицами, и при этом возникает проблема улавливания руды вследствие снижения эффективности улавливания циклона, установленного на более ранней стадии.

На фиг. 2 номера позиций 1, 2 и 3 соответственно обозначают печь предварительного восстановления, высокотемпературный циклон и газораспределительную плиту, установленную в печи предварительного восстановления.

Как описано выше, для решения проблемы, связанной с использованием обычной печи для восстановления в кипящем слое при применении тонкоизмельченной железной руды, которая имеет широкое распределение по крупности, была разработана печь для предварительного восстановления в циркулирующем кипящем слое, предназначенная для предварительного восстановления тонкоизмельченных железных руд и состоящая из двухступенчатых печей с кипящим слоем, которая раскрыта в патентах Кореи N 94-1137 и 94-1138. При способе, реализуемом с помощью печи с кипящим слоем, если железные руды шихты с широким распределением по крупности загружают в первую печь для восстановления в кипящем слое, то руды со средними и малыми размерами частиц отдельно подают во вторую печь с кипящим слоем с помощью газа, создающего кипящий слой. Восстановление руд с крупными частицами происходит стабильно путем псевдоожижения в первой печи для предварительного восстановления в кипящем слое, а восстановление руд со средними и малыми размерами частиц происходит во второй печи для предварительного восстановления в кипящем слое при различном распределении частиц по крупности.

При восстановлении тонкоизмельченных железных руд посредством псевдоожижения путем непрерывной загрузки рудной мелочи, имеющей широкое распределение по крупности, в первую печь для восстановления в кипящем слое, скоростью псевдоожижения газом для кипящего слоя следует управлять в основании (нижнем слое) руд с частицами большого размера при реализации способа с использованием двухступенчатых печей с псевдоожиженным слоем.

Соответственно, в случае применения печи для предварительного восстановления в циркулирующем псевдоожиженном слое с целью предварительного восстановления тонкоизмельченных железных руд, большое количество крупных частиц железной руды может быть перемещено к верхней части первой печи для восстановления в кипящем слое с малыми частицами руды. Это представляет собой проблему, которая обусловлена тем, что ухудшается псевдоожижение тонкоизмельченных железных руд во второй печи для восстановления в кипящем слое вследствие наличия крупных частиц железных руд.

Кроме того, в случае использования печи для восстановления в кипящем слое, имеющей 2 реактора, имеется проблема, которая связана с восстановительным газом, подаваемым к первой печи для восстановления в кипящем слое, и заключается в том, что ухудшается восстановительная способность псевдоожижающего газа во второй ступени (печи) с кипящим слоем, подаваемого во вторую печь для восстановления в кипящем слое в таком состоянии, что степень окисления высока, поскольку руды с крупными частицами восстановлены путем псевдоожижения в ходе процесса, при котором руды с малыми частицами подают отдельно во вторую печь для восстановления в кипящем слое.

Автор настоящего изобретения провел исследования для решения различных проблем, связанных с традиционным вышеописанным способом.

Задачей настоящего изобретения является разработка двухступенчатой печи для предварительного восстановления в кипящем слое тонкоизмельченных железных руд, которая может предотвратить вынос крупных частиц руд со средними/малыми частицами, а также повысить эффективность сегрегации, и разработка способа предварительного восстановления тонкоизмельченных железных руд при использовании данной печи, поскольку печь первой ступени для восстановления в кипящем слое имеет форму, при которой она сужена сверху и расширена снизу, а печь второй ступени для восстановления в кипящем слое имеет форму, при которой она расширена сверху и сужена снизу.

Для достижения данных и других преимуществ и в соответствии с назначением настоящего изобретения, реализованного и подробно описанного, двухступенчатая печь с кипящим (псевдоожиженным) слоем для предварительного восстановления тонкоизмельченной железной руды, имеющей широкое распределение размеров частиц, в соответствии с настоящим изобретением содержит печь первой ступени для восстановления в кипящем слое, предназначенную для приема тонкоизмельченных железных руд из бункера для железной руды, ее классификации путем выпуска из печи вынесенной к ее верхней части руды со средними/малыми размерами частиц к верхней части печи и восстановления руды с крупными размерами частиц с образованием при этом стационарного кипящего слоя в нижней части печи; печь второй ступени для восстановления в кипящем слое, предназначенную для приема руд со средними/малыми размерами частиц, выпущенных из верхней части печи первой ступени для восстановления в кипящем слое, и для восстановления их с образованием при этом турбулентного кипящего слоя; и первый высокотемпературный циклон для улавливания руд с малыми частицами, содержащихся в газе, выходящем из печи второй ступени для восстановления в кипящем слое.

Кроме того, настоящее изобретение относится к способу предварительного восстановления тонкоизмельченных железных руд, используя вышеописанную печь.

Сопровождающие чертежи, которые включены для обеспечения лучшего понимания изобретения, показывают варианты осуществления изобретения и вместе с описанием служат для разъяснения принципов работы устройств, изображенных на чертежах.

На фиг. 1 показано схематичное изображение процесса прямого получения жидкого металла восстановительной плавкой руды для получения жидкого чугуна; на фиг. 2 - схема печи для предварительного восстановления в кипящем слое, предназначенной для обычной тонкоизмельченной железной руды; на фиг. 3 - принципиальная схема двухступенчатой печи для предварительного восстановления в кипящем слое тонкоизмельченной железной руды в соответствии с настоящим изобретением.

Далее подробно описываются предпочтительные варианты осуществления изобретения, примеры которых проиллюстрированы на чертежах.

Как показывает фиг. 3, двухступенчатая печь для предварительного восстановления в кипящем слое содержит печь 20 первой ступени для восстановления в кипящем слое, предназначенную для приема тонкоизмельченных железных руд из бункера 10 для железной руды, выпуска вынесенной к верхней части печи руды со средними/малыми размерами частиц и восстановления руды с крупными размерами частиц с образованием при этом стационарного кипящего слоя; печь 30 второй ступени для восстановления в кипящем слое, предназначенную для приема руд со средними/малыми размерами частиц, выпущенных из верхней части печи 20 первой ступени для восстановления в кипящем слое, и для восстановления их с образованием при этом турбулентного кипящего слоя; и первый высокотемпературный циклон 40 для улавливания руд с малыми частицами, содержащихся в газе, выпущенном из печи 30 второй ступени для восстановления в кипящем слое.

Печь 20 первой ступени для восстановления в кипящем слое имеет форму, при которой она сужена сверху и расширена снизу, и содержит узкую верхнюю часть 20a, наклонную часть 20b и широкую нижнюю часть 20c.

В широкой нижней части 20c печи 20 первой ступени для восстановления в кипящем слое установлена первая газораспределительная плита 21.

Боковая стенка широкой нижней части 20c соединена с бункером 10 для железной руды посредством трубы 11 для подачи руды, предназначенной для подачи железной руды, хранящейся в бункере 10, в печь 20.

Кроме того, к боковой стенке широкой нижней части 20c присоединены первая подводящая труба 24 для восстановительного газа, предназначенная для введения восстановительного газа в первую печь 20, и выпускная труба 22 для крупных частиц руды, предназначенная для выгрузки предварительно восстановленных руд с крупными частицами.

Кроме того, к верхней боковой стенке указанной узкой верхней части 20a присоединена первая выпускная труба 23 для руды со средними/мелкими частицами, предназначенная для выгрузки руд со средними/мелкими частицами в указанную печь 30 второй ступени с кипящим слоем.

Печь 30 второй ступени для восстановления в кипящем слое имеет форму, при которой она расширена сверху и сужена снизу, и содержит широкую верхнюю часть 30a, наклонную часть 30b и узкую нижнюю часть 30c.

В узкой нижней части 30c установлена вторая газораспределительная плита 31.

Боковая стенка узкой нижней части 31c соединена с печью 20 первой ступени для восстановления в кипящем слое посредством первой выпускной трубы 23 для руды со средними/малыми частицами, предназначенной для ввода руды со средними/малыми частицами, выпущенной из первой печи 20, и руд с малыми частицами, уловленных в первом высокотемпературном циклоне 40.

Кроме того, к боковой стенке узкой нижней части 30c присоединены вторая подводящая труба 33 для восстановительного газа, предназначенная для введения восстановительного газа в печь 30, и вторая выпускная труба 32 для руды со средними/малыми размерами частиц, предназначенная для выгрузки предварительно восстановленных руд со средними/малыми частицами.

Кроме того, широкая верхняя часть 30a печи 30 второй ступени для восстановления в кипящем слое соединена с первым высокотемпературным циклоном 40 посредством третьей газоотводящей трубы 40. Днище первого высокотемпературного циклона 40 соединено с первой выпускной трубой 23 для руды со средними/малыми частицами через первую подающую трубу 42 для руды с малыми частицами с целью циркуляционного возвращения руды с малыми частицами, содержащейся в газе, выходящем из печи 30 второй ступени для восстановления в кипящем слое, обратно в печь 30. Первая газоотводящая труба 41 для отвода газа, отделенного от руд с малыми частицами, присоединена к верхней части первого высокотемпературного циклона 40.

Первая подающая труба 42 для руды с малыми частицами присоединена к первой выпускной трубе 23 для руды со средними/малыми частицами. Предпочтительно, устройство по настоящему изобретению дополнительно содержит второй высокотемпературный циклон 50, предназначенный для улавливания тонкоизмельченной руды, содержащейся в газе, выходящем из первого высокотемпературного циклона 40.

Днище второго высокотемпературного циклона соединено с узкой нижней частью 30c второй печи 30 посредством второй подающей трубы 52 для руды с малыми частицами. Кроме того, к верхней части второго высокотемпературного циклона 50 присоединена вторая газоотводящая труба 51, предназначенная для выпуска газа, отделенного от руды малыми частицами. Предпочтительно ко второй подающей трубе 52 для руды с малыми частицами присоединена выпускная труба 53 для тонкоизмельченной восстановленной железной руды, предназначенная для выгрузки восстановленной тонкоизмельченной железной руды. Если второй высокотемпературный циклон 50 не предусмотрен, желательно присоединить выпускную трубу 53 для тонкоизмельченной восстановленной железной руды к первой подающей трубе 42 для руды с малыми частицами.

В то же время в печи 20 первой ступени для восстановления в кипящем слое внутренний диаметр узкой верхней части 20a составляет предпочтительно 0,8-0,9 от диаметра широкой нижней части 20c, а наклонная часть 20b предпочтительно имеет угол наклона, составляющий 8-10^o.

В печи 30 первой ступени для восстановления в кипящем слое внутренний диаметр широкой верхней части 30a предпочтительно превышает диаметр узкой нижней части 30c в 1,5-1,8 раза, а наклонная часть 30b предпочтительно имеет угол наклона, составляющий 8-10^o.

В печи 30 первой ступени для восстановления в кипящем слое внутренний диаметр широкой верхней части 30a предпочтительно превышает диаметр узкой нижней части 30c в 1,5-1,8 раза, а наклонная часть 30b предпочтительно имеет угол наклона, составляющий 8-10^o.

С другой стороны, руда с малыми частицами, выгружаемая из печи 30 второй ступени для восстановления в кипящем слое, вместе с газом улавливается в первом высокотемпературном циклоне 40, а затем происходит рециркуляция ее в печь 30 второй ступени для восстановления в кипящем слое. Часть руд с малыми частицами, уловленных в первом высокотемпературном циклоне 40, выгружается наружу по выпускной трубе 53 для тонкоизмельченной восстановленной железной руды. Если печь имеет второй высокотемпературный циклон 50, то руда с малыми частицами, содержащаяся в газе, выходящем из первого высокотемпературного циклона 40, улавливается во втором высокотемпературном циклоне 50, и затем происходит рециркуляция ее в печь 30 второй ступени для восстановления в кипящем слое. Часть руды с малыми частицами, уловленная во втором высокотемпературном циклоне 50, выгружается наружу через выпускную трубу 53 для тонкоизмельченной восстановленной железной руды.

Предпочтительно, чтобы восстановленная железная руда с крупными частицами размером более 0,5 мм выгружалась через выпускную трубу 22 для руды с крупными частицами, восстановленная железная руда со средними/малыми частицами размером менее 0,5 мм выгружалась через вторую выпускную трубу 32 для руды со средними/малыми частицами, а восстановленная железная руда с малыми частицами размером менее 0,125 мм выгружалась через выпускную трубу 53 для тонкоизмельченной восстановленной железной руды.

Когда тонкоизмельченную железную руду вводят в печь 20 первой ступени для восстановления в кипящем слое, тонкоизмельченная железная руда в печах образует кипящий слой в различном виде в соответствии со скоростью псевдоожижающего газа. Если восстановительный газ подают через первую газораспределительную плиту 21 при скорости псевдоожижения, которая ниже скорости (подачи) железной руды с крупными частицами, железная руда с крупными частицами образует плотную фазу в нижней части печи для восстановления в кипящем слое, железная руда с малыми частицами образует разжиженную фазу в верхней части печи и путем отделения подается в печь 30 второй ступени для восстановления в кипящем слое по первой выпускной трубе 23 для руды со средними/малыми частицами, а железная руда со средними частицами скапливается в первой печи 20 между верхней частью (слоя) руд с крупными частицами и частью, к которой присоединена первая выпускная труба 23 для руд со средними/малыми частицами.

В обычной первой печи с кипящим слоем печь для реакционной плавки имеет цилиндрическую конструкцию и, следовательно, приведенная скорость восстановительного газа в вертикальном направлении постоянна. Таким образом, железная руда со средними частицами, остающаяся между верхней частью плотной фазы (слоя) руды с крупными частицами и разжиженной фазой руды с малыми частицами, может скапливаться без выгрузки ее наружу.

Соответственно, устройство по настоящему изобретению предотвращает выход руды с крупными частицами в печь 30 второй ступени для восстановления в кипящем слое вместе с рудой с малыми частицами путем относительного уменьшения скорости псевдоожижения в первой печи 20 с кипящим слоем.

Кроме того, в первой восстановительной печи 20 в соответствии с настоящим изобретением скорость псевдоожижения газом в направлении верхней части плотной фазы крупных частиц увеличивается путем выполнения наклонной части 20b между узкой верхней частью 20a и широкой нижней частью 20c печи 20 первой ступени для восстановления в кипящем слое с тем, чтобы сделать верхнюю часть плотной фазы крупных частиц более узкой по сравнению с ее нижней частью, тем самым повышая эффективность отделения руд со средними частицами, остающихся в верхней и средней зоне печи 20 первой ступени для восстановления в кипящем слое.

Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением печи 20, 30 первой и второй ступени с кипящим слоем имеют оптимальный режим восстановления в кипящем слое для руд со средними/малыми частицами.

Согласно настоящему изобретению приведенная скорость в нижней части печи 20 первой ступени для восстановления в кипящем слое предпочтительно составляет 2,0-2,5 м/с, а приведенная скорость в нижней части печи 30 второй ступени для восстановления в кипящем слое предпочтительно составляет 0,2-0,5 м/с.

Пример. Была подготовлена печь для восстановления, конструкция которой соответствует фиг. 3. Тонкоизмельченную железную руду, имеющую широкий разброс размеров частиц, и размер частиц 10 мм, загружали в печь 20 первой ступени для восстановления в кипящем слое, и восстановительный газ при (давлении) примерно 3 кгс/см² (294,2 кПа) и 850^oC подавали в первую и вторую печи через газораспределительные плиты 21, 31 печей первой и второй ступени для восстановления в кипящем слое из труб 24, 33 для подачи восстановительного газа с целью восстановления тонкоизмельченной железной руды. Затем восстановленные крупные частицы железной руды выгружали через выпускную трубу 22 для руды с крупными частицами печи 20 первой ступени для восстановления в кипящем слое, средние/малые частицы железной руды выгружали из выпускной трубы 32 для руды со средними/малыми частицами печи 30 второй ступени для восстановления в кипящем слое, а тонкоизмельченную восстановленную железную руду выгружали из второй подающей трубы 52 для руды с малыми частицами второго высокотемпературного циклона 50 через выпускную трубу 53 для восстановленного железа.

При данном варианте осуществления применяли следующее экспериментальное устройство и режим: (1) Источник железной руды.

1) состав, %: общее содержание Fe - 62,5, FeO - 0,51, SiO₂ - 5,22, Al₂O₃ - 2,54, S - 0,012 и P - 0,067 2) распределение частиц по размерам: Размер частиц (мм) - Доля (вес.%) +5 - 12 1-5 - 42,5 0,5-1 - 10,2 0,25-0,5 - 10,1 0,25-1,25 - 10,2 -0,125 - 15,0
3) загружаемые количества (скорость загрузки): 6,5 кг/мин
(2) Восстановительный газ: удаление CO₂, содержащегося в побочном газе, получаемом на металлургическом предприятии, путем использования поглотительной башни, добавление водорода, нагрев с помощью электронагревательного устройства и подача.

1) Химический состав газа, %: CO - 65, H₂ - 25, CO₂ - 5, H₂O - 5
2) Температура и давление: около 850^oC, 3 кгс/см² (294,2 кПа)
(3) Режим работы печи для восстановления в кипящем слое.

1) Размеры оборудования (двухступенчатой) печи для восстановления в кипящем слое следующие:
- внутренний диаметр нижней части печи первой ступени с кипящим слоем 0,20 м;
- высота нижней части печи первой ступени для восстановления в кипящем слое (высота от распределительной плиты до верхнего конца наклонной части) 2,00 м;
- внутренний диаметр верхней части первой печи с кипящим слоем 0,17 м;
- высота верхней части первой печи с кипящим слоем 4,00 м;
- внутренний диаметр нижней части второй печи с кипящим слоем 0,50 м;
- высота нижней части второй печи с кипящим слоем (высота от газораспределительной плиты до нижнего конца наклонной части) 4,00 м;
- внутренний диаметр верхней части второй печи с кипящим слоем 0,80 м;
- высота верхней части второй печи с кипящим слоем 2,50 м;
2) скорость псевдоожижения газом в печи с кипящим слоем:
- приведенная скорость в нижней части первой печи с кипящим слоем 2,20 м/с;
- приведенная скорость в верхней части первой печи с кипящим слоем 3,04 м/c;
- приведенная скорость в нижней части второй печи с кипящим слоем 0,25 м/с;
- приведенная скорость в верхней части второй печи с кипящим слоем 0,28 м/c;
3) скорость выгрузки восстановленного железа 5,81 кг/мин
- нижняя часть первой печи с кипящим слоем 1,74 кг/мин (восстановленное железо с размером частиц более 0,5 мм, около 95%);
- нижняя часть второй печи с кипящим слоем 3,49 кг/мин (восстановленное железо с размерами частиц менее 0,5 мм, около 90%);
- нижняя часть второго циклона 0,58 кг/мин (восстановленное железо с размерами частиц менее 0,125 мм).

В результате выполнения эксперимента с вышеприведенными условиями при загрузке тонкоизмельченной железной руды в печь 20 первой ступени для восстановления в кипящем слое соотношение выгрузки восстановленной железной руды составило 3: 7 и по меньшей мере около 95% руд со средними размерами частиц (0,25-0,5 мм) выходило в печь второй ступени для восстановления в кипящем слое. Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением эффективность сепарации была повышена более чем на 20% по сравнению с эффективностью сепарации в цилиндрической печи. Расход газа составил 1280 Nм³ на тонну руды, а средний процент восстановления составил около 65%, даже когда операцию предварительного нагрева руд не выполняли.

При использовании настоящего изобретения можно восстанавливать тонкоизмельченную железную руду, имеющую широкое распределение частиц по крупности, без какой-либо предварительной обработки, такой как измельчение или разделение с помощью грохота. Кроме того, при использовании настоящего изобретения уменьшается количество тонкоизмельченной железной руды, восстановленной в печи первой ступени для восстановления в кипящем слое, и тем самым это приводит к высокой эффективности вследствие повышения восстановительной способности восстановительного газа в печи второй ступени для восстановления в кипящем слое, тем самым повышается скорость восстановления. Кроме того, предварительно восстановленную руду можно легко вводить в печь для прямого получения жидкого металла восстановительной плавкой, поскольку предварительно восстановленная руда с малыми частицами, руда со средними/малыми частицами и руда с крупными частицами разделяются в процессе восстановления в кипящем слое, и каждая из этих руд выгружается через отдельную выпускную трубу. Для специалиста в данной области очевидно, что могут быть выполнены различные варианты и модификации двухступенчатой печи для предварительного восстановления в кипящем слое, предназначенной для предварительного восстановления тонкоизмельченных железных руд, и способа по данному изобретению, не отходя от идеи или объема изобретения. Таким образом, подразумевается, что настоящее изобретение охватывает все модификации при условии, что они находятся в рамках объема приложенных пунктов формулы изобретения и их эквивалентов.

Формула изобретения

1. Двухступенчатая печь с псевдоожиженным слоем для предварительного восстановления тонкоизмельченной железной руды, содержащая загрузочный бункер тонкоизмельченной руды, соединенную с ним посредством подающей трубы печь первой ступени, оборудованную газораспределительной плитой в нижней части и предназначенную для приема тонкоизмельченной руды, ее классификации путем выпуска вынесенной к верхней части печи руды со средними/малыми частицами и восстановления руды с крупными частицами, печь второй ступени, соединенную с печью первой ступени посредством подающей трубы для руды со средними/малыми частицами, оборудованную газораспределительной плитой в нижней части и предназначенную для приема и восстановления руды со средними/малыми частицами, вынесенной из верхней части печи первой ступени, высокотемпературный циклон, соединенный посредством газоотводящей трубы в своей верхней части с печью второй ступени, предназначенный для улавливания руды с малыми частицами, содержащейся в газе, выпущенном из этой печи, и оборудованный в своей нижней части подающей трубой для руды с малыми частицами, трубы, подводящие восстановительный газ к нижним частям печей, и выпускные трубы для руды с крупными и средними/малыми частицами, подведенные к боковым стенкам печей первой и второй ступеней, соответственно, отличающаяся тем, что печь первой ступени выполнена с расширенной нижней частью и узкой верхней частью, которые соединены между собой посредством промежуточного наклонного участка, а печь второй ступени выполнена с расширенной верхней частью и узкой нижней частью, которые также соединены между собой посредством промежуточного наклонного участка, при этом газораспределительная плита и выпускная труба для руды с крупными частицами печи первой ступени расположены в расширенной нижней части, а газораспределительная плита и выпускная труба для руды со средними и малыми частицами печи второй ступени расположены в узкой нижней части, причем трубы для подвода восстановительного газа печей первой и второй ступеней подсоединены к боковым стенкам расширенной и узкой частей соответственно, а подающая труба для руды с малыми частицами от циклона присоединена к подающей трубе для руды со средними/малыми частицами, вынесенной из верхней части печи первой ступени.

2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена вторым высокотемпературным циклоном, соединенным с первым высокотемпературным циклоном посредством газоотводящей трубы и предназначенным для улавливания тонкоизмельченной руды, содержащейся в газе, выходящем из первого циклона, при этом второй циклон соединен с печью второй ступени посредством второй подающей трубы для руды с малыми частицами и оборудован газоотводящей трубой в его верхней части.

3. Печь по п.2, отличающаяся тем, что вторая подающая труба для руды с малыми частицами оборудована выпускной трубой для выгрузки восстановленной тонкоизмельченной руды.

4. Печь по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что внутренний диаметр узкой верхней части печи первой ступени составляет 0,8 - 0,9 внутреннего диаметра ее широкой нижней части, а внутренний диаметр широкой верхней части печи второй ступени составляет 1,5 - 1,8 внутреннего диаметра ее узкой части, при этом наклонный участок обеих печей имеет угол наклона 8 - 10^o.

5. Способ предварительного восстановления тонкоизмельченной железной руды в двухступенчатой печи псевдоожиженного слоя, включающий ее разделение по фракциям на руду со средними/малыми и крупными частицами в печи первой ступени, выгрузку руды со средними/малыми частицами в печь второй ступени и раздельное восстановление руды со средними/малыми и крупными частицами в печах второй и первой ступеней соответственно, отличающийся тем, что осуществляют разделение руды на руду со средними/малыми частицами размером менее 0,5 мм и руду с крупными частицами размером более 0,5 мм, при этом восстановление руды с крупными частицами в печи первой ступени осуществляют в барботирующем псевдоожиженном слое, а восстановление руды со средними/малыми частицами в печи второй ступени - в турбулентном псевдоожиженном слое.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что количество руды со средними/малыми частицами размером менее 0,5 мм, которую выгружают из печи первой ступени, составляет по меньшей мере 90%.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что приведенная скорость псевдоожижения в нижних частях печей первой и второй ступеней составляет 2,0 - 2,5 и 0,2 - 0,5 м/с соответственно.

8. Способ предварительного восстановления тонкоизмельченной железной руды в двухступенчатой печи псевдоожиженного слоя, включающий ее классификацию на руду со средними/малыми и крупными частицами в печи первой ступени, выгрузку руды со средними/малыми частицами в печь второй ступени и раздельное восстановление руды со средними/малыми и крупными частицами в печах второй и первой ступеней соответственно, отличающийся тем, что осуществляют классификацию на руду со средними/малыми частицами размером менее 0,5 мм и руду с крупными частицами размером более 0,5 мм, при этом восстановление руды с крупными частицами в печи первой ступени осуществляют в барботирующем псевдоожиженном слое, а восстановление руды со средними/малыми частицами в печи второй ступени - в турбулентном псевдоожиженном слое, и дополнительно после печи второй ступени осуществляют улавливание тонкоизмельченной руды в высокотемпературном циклоне и выгрузку руды с малыми частицами размером менее 0,125 мм через выпускную трубу, отходящую от циклона.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что количество руды со средними/малыми частицами размером менее 0,5 мм, которую выгружают из печи первой ступени, составляет по меньшей мере 90%.

10. Способ по п. 8 или 9, отличающийся тем, что приведенная скорость псевдоожижения в нижних частях печей первой и второй ступеней составляет 2,0 - 2,5 и 0,2 - 0,5 м/с соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3