Способ получения металлического расплава из измельченного железорудного материала

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К Akl ÅHÒÓ

«i>976856 (61) Дополянтельный к патенту— (32) Заявлено 02.07. 76(21) 2380853/22-02 (23) Приоритет — (32) 04.07.75. (31) 7507696-8 (ЗЗ1 Швеция

Опубликовано 23.11.826юллетень № 43 (о1) М. Кл.

С 21 В 13/12

Госудвретвеииык комитет

СССР по делом изобретений и открытий (тЗ) УЙК669.181. .27(088.8) йата опубликования описания 23.11.82

Иностранцы

Ингвар Антон Олоф Эденволл, Дуглас Северин Экман, Ханс Ивар Элвандер, Карл Геран Герлинг, Карл-Иохан

Сигвард Хеллестам н Карл-Аксель Мелкерссон (Швеция)

Иностранная фирма

"Болицен Актиеболаг (Швеция) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель или мгновенного спекания. Основной принцип методов мгновенного спекания заключается в. обеспечении падения тонкоизмельченного окисного материала в вертикально установленной, цилиндрической в общем случае, р акционной камере, выполненной, ттапример, в виде шахты или колонны,. в контакте с горячими газами -1 продуктами сгорания, причем указанный материал нагревают до температуры, при которой в нижней части шахты образуется спеченная масса или расплав окйслов.

Обработанный материал охлаждают и выгружают из шахты с применением ряда различных способов (2 j .

Однако мгновенное спекание до сих пор не получило широкого распространения, так как расплавленный окисел воздействуеп на кирпичную облицовку шахты.

Эта проблема, однако, мтжет быть решена за счет охлаждения шахты таким образом, чтобы ее сгенки оказывались покрытыми коркой застывшего материала.

Кроме того, возникают трудности в управлении процессом, спекшийся материИзобретение относится к способам йолучения восстановленного продукта из тонкоизмельченных материалов на основе окислов металла, гаких как концентраты руд илн окисные промежуточные продукты.

Известен способ получения восстановленного продукта по которому гонкои мельченный сырьевой материал, содержащий окислы железа, частично восстанавливают в реакторе с псевдоожиженным 0 слоем, после чего тонкоизмельченный часгично восстановленный материал вводят вместе с тяжелыми жидкими углеводородами во второй реактор с псевдоожиженным слоем, в когором образуются агло- )5 мерагы,состоящие из частично воссгановленного окисла железа и кокоа, причем кокс получаюг из указанного углеводорода и он служиг в качестве связующего между гонноизмельченными часгицами вос-хв сгановленного окисла железа (1 3 °

До появления указанйых спосрбов аглетмерации разрабогкн в данной области техники были направлены на совершенствование различных видов спекания в пламени хо (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО РАСПЛАВА

ИЗ ИЗМЕЛЬЧЕННОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО МАТЕРИАЛА

3 9768 ал легко приобретает такую консистенцию, которая затрудняет восстановление материала в ходе последующего процесса обработки. Возникают серьезные механические проблемы при выгрузке подобного компакт- ного спекшегося материала из нижней части шахты, поскольку спекшийся материал после охлаждения приобретает псевдомонолитный характер, т.е. ведет себя подобно монолитному материалу, будучи 30 цри . этом продуктом спекания.

Наиболее бли. 1шм по технической сушности и достигаемому результату является способ получения металлического расплава из измельченного материала, включаюший его загрузку в печь, частичнсе восстановление газообразными продуктами горения и последукицее. окончательное восстановление углеродом (3 ) .

Согласно известному способу применяют чистый газ богатый СО, из которого выпадает сажа и осаждается на материале. состояшем из окислов железа, при относи-. тельно низкой температуре (400-600 С). gg

Полученный частично восстановленный .продукт еше содержит 80-85% от первоначального колнчества кислорода в исходном сырье Основная часть восстановительного прецесса проводится на следую- З0 шей высокотемпературной стадии, крторая из за низкой степени восстановления, достинутой на стадии первого восстановления, требует подачи значительного количества энергии.

Цель изобретения — интенсификация процесса.

Поставленная цель достигается тем, что по способу получения металлического расплава из измельченного железорудного

40 материала, включакпцему загрузку его в печь, частичное восстановление газообразными продуктами горения и последуюшее окончательное восстановление углеродом, частичное восстановление осу45 шествляют совместно с расплавленным путем тангенциальной.подачи железоруд. ного материала, твердого углеродистого восстановителя и, кислородсодержашего; ч аза s факел горения, а довосстановление осуществлякл остаточным твердым восстановителем, присутствуюшим в расплавленном материале.

Предусматривается полное или частичное использование сульфидного сырья для производства частично восстановленного продукта.

На фиг. 1 схематически изображена установка для реализации способа; на

56 4 фиг. 2 и 3 — два варианта модифицировайных конструкций шахты.

Установка. состоит из шахты или коло нны 1, в которой окисел железа плавится и частично восстанавливается. Нижняя часть шахты 1 входит непосредственно в реакторную зону 2, в которой частично восстановленный окисел железа окончательно восстанавливается и плавится с образованием расплавленного железа.

Образуемые газы вместе с некоторым количеством пыли и испарившихся или газифицированных компонентов загруженных материалов отводятся из верхней части шахты 1 через выходной трубопровод 3, который позволяет к приспособлениям для очистки указанных газов и иэ- (;влечения содержащегося в них тепла.

Эти приспособления содержат паровой бойлер 4, циклонное устройство 5 игазоочис-. тительное приспособление 6, спроектиро:— ванное например на мокрую газоочистку, из которого очищенные газы (основная часть содержашегося в них тепла извлечена) выводятся через трубопровод 7 в дымовую трубу. Верхняя часть шахты 1 и трубопровод выхлопных газов выполнены из металлических труб, по которым циркулирует кипяшая вода. Трубопровод

3 выхлопных газов для удобства снабжен приспособлениями для очистки облицованных стенок труб от отложений. Зашитное покрытие можно обеспечить иэ железоокисного материала, намороженного на

1 стенки шахты, оборудованные трубами.

Эти стенки могут быть снабжены шпильками или штырями, введенными в стенку для облегчения намораживания расплавленного материала. Образуемый в трубах пар отделяется вместе с паром парового бойлера 4 в колпаке 8, из которого отделенный пар пропускается и о трубопрово; —. дам 9 и 10 к конденсаторной турбине

11 по ерегревной части (не показана) обраэуюшей часть бойлера 4. Пропускаемый через турбину пар конденсируется в охладителе 12 и образуемый в охладителе конденсат, отводимый по трубопроводу 13, может возврашаться в бойлер

4. Когда пар нйзкого давления или горячая вода требуются для другого применения, турбина 11 может быть заменена турбиной противодавления.

В своде шахты 1 располагается кольpro из горелок 14 для подачи в шахту 1 тонкоизмельченных окисла железа, угля или другого углеродистого или углерод-содержашего восстановительного реагента, 5 976 известняка и/или других шлакообрвзовагеЛей или флюса, возвратной пыли из пароваго бойлера 4 и циклонного устройства

5 и кислородного или другого газа, предназначенного для процесса горения, например воздуха, или воздуха, обогошенного кислородом. В этом случае кислород содержащий газ, подаюшийся к горелке

14, получают на установке 15 производства кислородного газа, на которую пода- 1о ется сжатый воздух из компрессора 16, приводимого турбиной 11. Компрессор 16, снабжен трубопроводами ввода 17 и вывода 18 воздуха.

Окисел железа, уголь известняк и воз->5 вратная пыль накапливаются в бункерах

19-22, из которых они выводятся в надлежащих пропорциях и загружаются в смесительный и уравновешиваюший бункер 23 с помощью ленты конвейера 24 Эта смесьщ материалов подается из бункера 24 к горелкам 14 по трубопроводам 25 и 26. .Ф

Кислородный гвз подается к горелкам по трубопроводам 27 и 28, из которых он поступает в трубопроводы 26. 2S

Горелки 14, из которых две показаны на фиг,. 1, направлены наклонно вниз и по касательной к воображаемой окружности в нижней части шахты 1. Диаметр этой воображаемой окружности:. составляет щ приблизительно четверть диаметра шахты, а расположение и угол наклона горелок таковы, что выбрасываемый из них материал направляется на периферию воображаемой окружности в областях, располагак 35 шихся симметрично по кругу. Дополнительный )кислородсодержащий газ для окончательного сжигания материала подается к верхней части шахты 1 по горизонтальным форсункам 29, которые подпитываюгся из трубопровода 27, огвегвляюшегося or трубопровода 30. Форсунки 29 направлены гангенцивльно главным образом для того, чтобы потоки кислородного газа, посгупаюшего из них, были гвнгенциальны воображаемой окружности, диаметр которой составляет приблизительно треть диаметра шахты.

Во время своего прохождения из горелок 14 вниз по шахте 1 окисел железа

50 плавится и частично восстанавливается, уголь преобразуется к кокс, а известняк выгорает. Возвратная пыль„сосгояшая .главным образом из окисла железа, также плавится и частично восстанавл1ивается.

SS

Расплавленный и частично восстановленныйй окисел железа вместе с коксом и выгоревшим известняком достигает.верхней поверхности слоя материала реакгорной

856 б зоны, расположенной в .ижней части шахты. В верхней зоне указанного слоя Материала расплавленный окисел железа реагирует с коксом с обеспечением дальнейшего частичного восстановления окила железа с охлаждением, Образуюшийся в слое материал затем преобрегаег полужидкую или пасгообразную консистенцию.

Железоокисный материал окончательно восстанавливается и плавится в реакгорной зоне 2 с дальнейшим потреблением кокса, в результате чего образуется расплавленное .келезо. Последнее собирается вместе с расплавленным шлаком в нижней части реакгорной зоны, откуда они отводятся либо непрерывно, либо периодически . через выпускное приспособление 31. Загружаемое количество угля подбирают так, чтобы на ванне железа и шлака поддерживался слой кокса. При прохождении через слой кокса, содержание железа в расплавленном шлаке понижается, при восстановлении образуется кремний, а образовавшееся расплавленное железо науглероживаегся.

Энергия, требуемая для плавления и окончательного восстановления окисла железа, подается в реакгорную зону 2 с помошью элекгроиндукгивного нвгрева содержащегося в ней материала. С этой целью вокруг реакгорной зоны 2 установлена индукционная обмотка 32, питаемая переменным током or генератора 33 через преобразователь 34.

При таком индукционном нагреве, вырабатываемая на единицу обьема энергия в слое материала возрастает or центра реакгорной зоны к ее периферии. Соответственно, загружаемый в слой материал будет перемешаться наклонно вниз и наружу в ходе продолжающегося восстановления окисла железа и плавления (фиг. 1 ).

Состоящая главным образом из окисла железа пыль отделяется в бойлере 4 и циклонном устройстве 5. Эта пыль выводится на конвейерные ленты 35 и 36 и пропускается с помощью приспособлений (не показаны) к одному из бункеров 19—

22, использующемуся для хранения возвратной пыли. Выделяемые из материала в ходе процесса металлы, такие как свинец и цинк в виде мелкозернистых окислов и грехокись мышьяка в пврообразной форме, проходят через паровой бойлер 4 .и циклонное устройство 5 и отделяются в твердом виде в газоочистном устройстве

3. Высаживаемая в газоочистительном стройстве 6 пыль удаляется по трубопроводу 37 на отдельную обработку и таким

976856 или некоторые другие газы, такие как воздух или обогащенный кислородом воздух, для поддержания горения или обжига. В агом варианте исполнения устройства твердый материал пропускается к горелкам 40 по трубопроводам 41 и .42, а кислородный газ — по трубопроводу 43 и трубопроводам 44 и 45, ответ ыяющимся от трубопровода 43. Горелки (показаны только две) направлены наклонно вниз и по касательной к воображаемой окружности, диаметр которой меньше наименьшего размера в сечении шахты, так, чтобы в шахте возникало вихревое. движение. Кислородный газ также подается в шахту 1 через горизонтальные форсунки 46, которые подпитываются от трубопроводов 44 через трубопроводы 47, ответляюшиеся от трубопроводов 44, Эти форсунки направлены тангенциально с тем, чтобы поддерживалось создаваемое ими вихревое движение.

Могут быть предусмотрены также дополнительные форсунки 48 и 49 для подачи кислородного газа на требуемые уровни зоны 38 и/или зоны 39, которые подведены от трубопроводов 44 (фиг.

2). Форсунки 50 размещены, по существу, тем же образом, что и горелки 40.

Через них в шахту подается твердый углеродистый или углеродсодержаший восстановительный реагент, который по ту- пает из трубопроводов 51 и 52, причем он подвергается преобразованию в кокс при температуре, доминирующей в шахте.

В этом варианте газоносителем для восстановительного реагента является кислородный газ, который поступает к форсункам 50 по трубопроводам 53, ответ вляющимся от трубопроводов 44. образом не возвращается в бункеры 1922.

Нарабатываемый в шахте l, трубопроводе 3 отходящих газов и паровом бойлере 4 пар используется для работы турби- 5 ны 11, которая в дополнение к компрессору 16 также приводит во вращение генератор 33.

За счет регулирования подачи горючего материала, энергия вырабатываемая в шахте 1 мгновенного плавления, может быть отрегулирована так, чтобы количество пара, нараба1ываемого в системе, было достаточным для покрытия энергии, требуемой для плавления и восстановления и для работы оборудования 15 по выработке кислородного газа.

Для работы этой установки, имеющей производительность 30 тонн расплавленного чугуна в час, полный процесс требует около 590 кг угля на тонну чугуна с геплстворной способностью 26,4

ГДж/т (6,3 Гкал/т)., В этой ситуации процесс становится самообеспечивающимся в отношении энергии, требуемой для плавления и восстановления окислов железа и производства кислородного газа при нормальных условиях эффективности на различных стадиях преобразования энергии, таких как бойлер, турбина, генера- 30 тор, преобразователь и т,п. Таким, обрезом, процесс характеризуется в первичной энергии в виде угля, составляющей всего 15,6 ГДж (3,7Гкал) на тонну чугуна. Для сравнения потребность в первич- ной энергии для обычного доменного процесса составляет 18,2 ГДж/т. (4,35 Гкал/

r) включая производство кокса. Кроме того, при осуществлении предлагаемого способа может использоваться уголь мно- 6 го худшего качества, чем уголь, применяемый для производства доменного кокса.

Шахта показанная на фиг. 2 имеет верхнюю 38 и нижнюю 39 зоны и является частью установки того же общего типа, что изображенная на фиг. 1 но приспособлена для производства расплавленного чугуна из тонкоизмельченных пиритных концентратов. Нижняя часть шахты непосредственно сливается с peaz- o торной зоной, в которой частично восстаю новленный окисел железа окончательно восстанавливается и плавится с образованием расплавленного чугуна. В своде шахты 1 располагается кольцо горелок

40, которые в шахту подается тонкоизмельченный концентрат, известняк и/или другие шлакообразователц или флюс, возвратная пыль и кислородсодержащий газ.

В ходе прохождения от горелок 40 через зону 38 шахты 1 концентраты обжигаются, а возвратная пыль вместе с обожженными продуктами плавится. ITpm продолжающемся прохождении этих продуктов через зону 39 шахты окисел железа и возвратная пыль частично восстанав,.ливают:я. в определенной степени. Расплавленный и частично восстановленный окисел железа вместе с образованным из восстановительного реагента коксом и прогоревшим известняком подают на поверхность 54 слоя материала, присущ ствующего. в нижней части шахты 1 и реакторной зоне 2. Расплавленный окисел железа реагирует s верхней зоне слоя с коксом с одновременным дальнейшим восстановлением и охлаждением. Затем

9 976 материал в слое приобретает полужидкое или пастообразное состояние, )Келезоокисный материал окончательно восстанавливается и плавится B реакторной зоне 2 с потреблением дальнейшего количества кокса, в результате чего образуется жидкий чугун, а расплавленный шлак накапливается в нижней части реакторной зоны. В ходе процесса восстановления образуются газы, содержащие окись 10 углерода, которые проходят вверх через шахту вместе с газами, образукяцимися в ходе коксования. Эти газы частично окисляются в ходе реагирования с расплавленным окислом материала в зоне 39 и окон-15 чательно сгорают с кислородным газом, пропускаемым через форсунки 46, или в случае необходимости, через форсунки 48.

Расплавленный чугун и шлак выводится через приспособление 31. Количество вос-20 становительного реагента, загружаемое в шахту, подбирают таким, чтобы на ванне чугуна и шлака поддерживался слой кокса.

При прохождении через слой кокса в расплавленном шлаке снижается содержание железа, при восстановлении образуется кремний, а расплавленный чугун науглероживается

Требуемая для осуществления плавле ния и окончательного восстановления час- ЗО .тично восстановленного окисла железа энергия подается в реакторную зону посредством электроиндуктивного нагрева содержащегося в ней материала. Для этого вокруг реакторной зоны предусмот- ЗЮ рена индукционная обмотка, которая питается переменным током.

IBcTb ôèçè÷åñêoão тепла выпускаемого шлака может быть извлечена за счет использования указанного тепла для об- 40 жига известняка, который впоследствии используется в процессе в качестве шлакообразователя. С этой целью чугун и шлак пропускается из выпускного приспособления 31 к шцакоотделяющемуся присно- 4S соблению 55, из которого расплавленные шлак и чугун выгружаются по разным каналам.

1О

Благодаря простоте устройства для реализации предлагаемого способа и тому, что установка не требует наличия коксопроизводящих систем спекания, а в некоторых случаях даже и отдельных обжиговых систем, капитальные затраты оказываются существенно ниже, чем сопряженные с обычным доменным процессом, даже для относительно небольших установок в расчете на тонну емкости.

Пример . В зону обжига шахты загружают 20 440 кг/ч концентрата сульфида свинца, имеющего 75 вес.% свинца. В печь эа тот же период загружают 1500 Kl" известняка, 310 кг кожа, 1

Часть шлака пропускается в резервуар 56, где он взаимодействует ic содержащим известняк материалом, который загружается в резервуар 56 через ввод

57. Затем известняк обжигается, а шлак затвердевает, при выделении двуокиси углерода, выводимой через выпуск.58,.

Горячая смесь шлака и обожженного известняка размалывается в устройстве

59 да требуемого размера;частиц, затем она загружается в шахту, предпочтительно еще в нагретом состоянии, и либо через бункер для хранения шлакообразо вателя, либо прямо, поступает к горелкам 40. Остаточный шлак, не йспользуемый для обжига известняка, выгружается по трубопроводу 60.

Из зоны 38 (фиг, 3) может быть использован газ, имеющий относительно высокое содержание серы, из которого может быть извлечена сера в элементар.ной форме, например, с применением про- . цесса Клауса. Для этого необходимо чтобы газ содержал и Н $ н $0, которые в процессе Клауса реагируют друг с другом с образованием Н О и S . С этой целью используется смесь паров воды и кислородного газа в качестве газа-носителя для материала, поступающего через горелки 40, Подобная смесь загружается также через форсунки 46. Когда в верхней части зоны 38 есть форсунки 48, они могут подавать газ, более обогащенный паром, чем тот, который поступает через форсунки 4-6. Гаэ-носитель, используемый для загружаемого через трубопроводы 51 и 52 восстановительного реагента, состоит, по существу, полностью иэ кислорода, который подается по трубопроводам 60, от которых могут ответвлять ся трубопроводы 61 для питания форсунок

62. Последние могут быть расположены тем же образом, что и форсунки 49 на ,фиг. 2, и служат для, по меньшей мере, частичного сжигания горючего газа в верхней части шахтовой зоны 39. Выго-; ревший газ отбирается из зоны 39. через выпускной трубопровод 63 с тем, чтобы предотвратить разбавление обжигового газа. Остаточное теплосодержание выводного газа может быть извлечено в паровом бойлере тем же путем, что и показанное,: на фиг. 1.

976856 2 кВтч идут для производства кислородного газа, а 560 кВтч — для работы реактора.

170 кг тяжелого топливного масла и

6000 кг возвратной лыли, по существу в виде сульфатов свинца. Потребность в кислороде составляют 3000 нм /ч в расЗ чете на 100% О . 5

Формула изобретения

Расплавленный в пламени и частично восстановленный материал, из которого . в пересчете на содержащийся свинец 30 вес.% окислились до РвО, имеет температуру 1200 С при достижении реактора индуктивного нагрева, соединенного с нижней частью шатгы. Каждый час выпускают из реактора 15000 кг расплавленного свинца при BOO Си 2700 кг шлака при

1250 С. Из шахты ежечасйо: выводят

4100 нм газа, имеющего температуру

1200 С. Газ содержит 52 об.% 90< и

4400 кг пыли.в виде PbO, причем указанная пыль сульфатируется двуокисью серы в газе и отделяется в бойлере и газоочистительном аппарате, после чего она возвращается в шахту в виде возв-! ращается в шахту в виде возвратной пыли, содержащей сульфат свинца. Ежечас но в бойлере нарабатывается пар высоко. го давления, имеющий энергосодержание

2100 кВтч. Этот пар используют для привода паровой турбины мощностью 690 кбтч электроэнергии, из которых 130

Способ получения металлического расплава из измельченного железорудного материала, включающий загрузку его в печь, частичное восстановление газообразными продуктами горения и последующее окончательное восстановление углеродом, о т л и ч а ю ш и и с я тем,,что, с целью интенсификации процесса, частичное восстановление осуществляют совместно с расплавлением путем тангенциальной подачи железорудного материале, твердого углеродистого восстановителя и кислородсодержащего. газа в факел горения, а довосстановление осушествлякп остаточным твердым восстановителем, присутствуклцим в расплавленном материале. . Йсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. П атент США № 36072 1 7, кл. 75-4 1974.

2. Патент США № 1930010, кл. 75-4, 295 8.

3; Авторское свидетельство СССР № 45304, кл. С 21 В 13/02, 1935.

976856

Ю Фб 2 У о °

° °

Р ° с ° сС

° с е с с ° с ° э ° ю с с 4 ° Ъ ° ч °

° ° „° „° y ь ° с

° (Составитель Л. П анникова

Редактор Н. Егорова Техред Ж.Кастелевич Корректор,О. Билак

Заказ 9028/80 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР цо делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4.

УФ

97 у ь

Ф с в ° °

Ф

° .- ч-с

° 4

° е

1 с

° е .-с с °

Ф °

° Ф сС с ° i е °

%. ° -е ° °

° е O с o ° . ° . е сс °

° ° с с с с

М

51

У7

З2

Ж

32