SU976856A3 - Способ получени металлического расплава из измельченного железорудного материала - Google Patents

Description

397 ал легко приобретает такую консистенцию, котора  затрудн ет восстановление матери ала в ходе последук цего процессе обработки . Возникают серьезные механические проблемы при выгрузке подобного компакт ного спекшегос  материала из нижней части шахты, поскольку спекшийс  материал после охлаждени  приобретает псевДОМ0НОЛИТНЫЙ характер, т.е. ведет себ  подобно монолитному материалу, будучи при этом продуктом спекани . Наиболее &и;;.1ким по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  способ полученш металлического расплава из измельченного материала, включающий его загрузку в печь, частичнсе воестановление газообразными продуктами горени  и последующее- окончательное воестановление углеродом L33 . Согласно известному способу примен ют чистый газ богатый СО, из Koioporo вьшадает сажа и осаждаетс  на материале состо щем из окислов железа, при ртносительно низкой температуре UOO-60O°C) Полученный частично восстановленный продукт еще содержит 80-85% от первоначального количества кислорода в исходном сырье. Основна  часть восстановительного процесса проводитс  на следующей высокотемпературной стадии, шэтора  из-оза низкой степени восстановлени , достигнутой на стадии nepBdro восстановлени , требует подачи значительного количества энергии. Цель изо)ете1ш  - интенсификаци  процесса. Поставленна  цель достигаетс  тем, что по способу получени  металлического расплава из измельченного железорудного материала, включающему загрузку его в печь, частичное восстановление газообразными продуктами горени  и последующее окончательное восстановление углеродом, частичное восстановление осуществл ют совместно с расплавленным путем тангенциальной .подачи железорудtiioro материала, твердого угпёродастогЬ восстановител  и кислородсодержащего , таза в факед горени , а довосстановление осуществл ют остаточным твердым восстановителем, присутствующим в расплавленном материале. Предусматриваетс  полное или частичное использование сульфидного Qbjpfbfl дл  производства частичгга восстановленного продукта. На фиг. 1 схематически изображена установка дл  реализации способа; на 564 фиг. 2 и 3 - два варианта модифидированных конструкций шахты, Установка: состоит из шахты или коло1нны1 ,в которой окисел железа плавитс  и частично восстанавливаетс . Нижн   часть шахты 1 входит непосредственно в реакторную зону 2, в которой частично восстановленный окисел железа окончательно восстанавливаетс  и плавитс  с образованием расплавленного железа. Образуемые газы вместе с некоторым количеством пыли и испарившихс  или газифицированных компонентов загруженньос материалов отвод тс  из верхней , выходной трубсшро д, который позвол ет к приспособле д указанных газов и иа- t влечени  содержашегос  в них тепла. эти приспособлени  содержат паровой бойлер 4, циклонное устройство 5 игазоочис тительное приспособление 6, спроектиро:ванное например на мокрую газоочистку, из которого очищенные газы (основна  часть содержащегос  в них тепла извлечена ) вывод тс  через трубопровод 7 в дашовую трубу. Верхн   часть шахты 1 „ трубопровод выхлопных газов вьшолне металлических труб, по которым циркутшрует кип ща  вода. Трубопровод 3 выхлопных газов дл  удобства снабжен приспособлени ми дл  очистки облицованных стенок труб от отложений. Защитное покрытие можно обеспечить из железоокисного материала, намороженного на стенки щахты, оборудованные трубами. Эти стенки могут быть снабжены шпильками или штыр ми, введенными в стенку дл  облегчени  намораживани  расплавленного материала. Образуемый в трубах пар отдел етс  вместе с паром парового бойлера 4 в колпаке 8, из которого отделённыйпар пропускаетс  потрубопрово,-дам 9 и 10 к конденсаторной турбине 11 по перегревной части (не показана) образующей часть бойлера 4. Пропускаемый через турбину пар конденсируетс  Б охпади-тепе 12 и образуемый в охладителе конденсат, отводимый по трубопроводу 13, может возвращатьс  в бойлер 4. Когда пар низкого давлени  или гор ча  вода требуютс  дл  другого применени , турбина 11 может быть заменена турбиной противодавлени . В своде шахты 1 располагаетс  кольдо из горелок 14 дл  подачи в шахту 1 тонкоизмельченных окисла железа, угл  или другого углеродистого или углерод содержащего восстановительного реагента. известн ка и/или других шлакообраэоватеЛей или флюса, возвратной пыли из пароваго бойлера 4 и циклонного устройства 5 и кислородного или другого газа, предназначенного дл  процесса горени , налример воздуха, или воздуха, обогощенного кислородом. В этом случае кислород содержащий газ, подающийс  к горешсе 14, получают на установке 15 производства кислородного газа, на KOfTopyro подаетс  сжатый воздух из компрессора 16, приводимого турбиной 11. Компрессор16, снабжен трубопроводами ввода 17 и вывода 18 воздуха. Окисел железа, уголь известн кивозвратна  пыль накапливаютс  в бункерах 19-22, из которых они вывод тс в надлежащих пропорци х и загружаютс  в смесительный и уравновешивающий 23 с помощью ленты конвейера 24. Эта смесь

материалов подаетс  из бункера 24 к горелкам 14 по трубопроводам 25 и 26. Кислородный газ подаетс  к горелкам по трубопроводам 27 и 28, из которых он поступает в трубопроводы 26.

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;Составл ет приблизительно четверть диаметра шахты, а расположение и угол наклона горелок таковы, что выбрасываемый из них материал направл етс  на периферию воображаемой окружности в област х, располагающихс  симметрично по кругу. Дополнительный i кислородсодержащий газ дл  окончательного сжигани  материала подаетс  к верхней части шахты 1 по горизонтальным форсункам 29, которые подпитываютс  из трубопровода 2.7, от- . ветвл юшегос  от трубопровода 30. Форсунки 29 направлены тангенциально главным образом дл  того, чтрбы потоки кислородного газа, поступающего из них, были тангенциальны воображаемой окружности , диаметр которой составл ет приблизительно треть диаметра шахты.

Во врем  своего прохождени  из горелок 14 вниз по шахте 1 окисел железа плавитс  и частично восстанавливаетс , уголь преобразуетс  к кокс, а известн к выгорает. Возвратна  пыль,, состо ща  .главным образом из окисла железа, таюкё плавитс  и частично восстанавливаетс . Расплавленный и частично восстановленный окисел железа вместе с коксом и выгоревшим известн ком достигает-верхней поверхности сло  материала реакторной

рез слой кокса, содерл ание лселеза в расплавленном шлаке понижаетс , при восстановлении образуетс  кремний, а образовавшеес  расплавленное железо науглероживаетс .

Энерги , требуема  дл  плавлени  и окончательного восстановлени  окисла железа , подаетс  в реакторную зону 2 с помощью электроиндуктпвного нагрева содержащегос  в ней материала. С этой целью вокруг реакторной зоны 2 установлена индукционна  обмотка 32, питаема  переменным током от генератора 33 через преобразователь 34.

При таком индукционном нагреве, вырабатываема  на единицу обьема энерги  в слое материала возрастает от центра реакторной зоны к ее периферии. Соответственно , загрулсаемый в слой материал будет перемещатьс  наютонно вниз и наруису в ходе продолжающегос  восстановлени  окисла железа и плавлени  (фиг. 1)

Состо ща  главным образом из окисла железа пыль отдел етс  в бойлере 4 и циклонном устройстве 5. Эта пыль выводитс  на конвейерные ленты 35 и 36 и пропускаетс  с помощью приспособлений (не показаны) к одному из бункеров 19 22 , использующемус  дл  хранени  возвратной пыли. Выдел емые из материала в ходе процесса металлы, такие как свинец и цинк в виде мелкозернистых окислов и трехокись мъш1ь ка в парообразной форме , проход т через паровой бойлер 4 .и циклонное устройство 5 и отдел ютс  В твердом виде в газоочистном устройстве 3. Высаживаема  в газоочистительном гстройстве 6 пыль удал етс  по трубопро«зоду 37 на отдельную обработку и таким зоны, расположенной в иижней части шахты . В верхней зоне указанного сло  материала расплавленный окисел железа . реагирует с коксом с обеспечением дальнейшего частичного восстановлени  окисла железа с охлаждением. Образующийс  в слое материал затем преобретает полужидкую или пастообразную консистенцию. Железооютсный материал окончательно восстанавливаетс  и плавитс  в реакторной зоне 2 с дальней им потреблением кокса, в результате чего образуетс  расплавленное железо. Последнее собираетс  вместе с расплавленным шлаком в нижней части реакторной зоны, откуда они отвод тс  либо непрерывно, либо периодически через выпускное приспособление 31. Загружаемое количество угл  подбирают так, чтобы на ванне железа и шлака поддерживалс  слой кокса. При прохождении чеобразом не возвращаетс  в бункеры 1922 . Нарабатываемый в шахте 1, трубопроводе 3 ОТХОДЯЩ1-1Х газов и паровом бойлере 4 пар используетс  дл  работы турбины 11, котора  в дополнение к компрес сору -16 также приводит во вращение генератор ,33, Эа счет регулировани  подачи горючего материала, энерги  вырабатываема  в шахте 1 мгновенного плавлени , может быть отрегулиргвана так, чтобы количест во пара, нарабатываемого в системе, было достаточным дл  покрыти  энергии, требуемой дл  плавлени  и восстановлени  и дп  работы оборудовани  15 по выработке кислородного газа. Дл  работы этой установки, имеющей производительность 30 тонн расплавленного lyryria в час, полный процесс требует около 59 О кг угл  на тонну чугуна с теплотворной способностью 26,4 ГДж/т (6,3 Гкал/т)., В этой ситуации процесс становитс  самообеспечивающимс  в отнощенш энергии, требуемой дл  плавлени  и восстановлени  окислов желе за и производства кислородного газа при нормальных услови х эффективности на различных стади х преобразовани  энергии , TaKVBC как бойлер, турбина, .генератор , преобразователь и т.п. Таким образом , процесс характеризуетс  в первичной энергии в виде угл , составл ющей всего 15,6 ГДж (3,7Гкал) на тонну чугуна . Дл  сравнени  потребность в перви ной энергии дл  обычного доменного процесса составл ет 18,2 (4,35 Гка т), включа  производство кокса. Кроме того, при осуществлении предлагаемого способа может использоватьс  уголь мно го худщего качества, чем уголь, примен  емый дл  производства доменного кокса. Шахта показанна  на фиг. 2 имеет верхнюю 38 и нижнюю 39 зоны и  вл етс  частью установки того же общего типа, что изображенна  на фиг. 1. но приспособлена дл  производства расплавленного чугуна из тонкоизмельченньгх пиритных концентратов. Нижн   часть «щахты непосредственно сливаетс  с реакторной зоной, в которой частично восстановленный окисел -железа окончательно восстанавливаетс  и плавитс  с образованием расплавленного чугуна. В своде шахты 1 располагаетс  кольцо горелок 4О, которые в шахту подаетс  тонкОизмельченный концентрат, известн к и/или другие шлакообразователу или флюс, возвратна  пыль и кислородсодержащий газ 9 568. или некоторые другие газы, такие как воздух или обогащенный кислородом воздух, дл  поддержани  горени  или обжига . В этом варианте исполнени  устройства твердый материал пропускаетс  к горелкам 40 по трубопроводам 41 и 42, а кислородный газ - по трубопровоР .У 43 и трубопроводам 44 и 45, ответГвл ющимс  от трубопровода 43. Горелки ( показаны только две) направлены наконно вниз и по касательной к воображамой окружности, диаметр которой меньше наименьшего размера в сечении шахты, так, чтобы в шахте возникало вихревое. движение.Кислородный газ также подаетс  в шахту 1 через горизонтальные форсун1си 46, которые подпитываютс  от трубопроводов 44 через трубопроводы 47, Ответл юшиес  от трубопроводов 44. Эти форсунки направлены тангенциально с тем, чтобы поддерживалось создаваемое ими вихревое движение. Могут быть предусмотрены также дополнительные форсунки 48 и 49 дл  подачи кисл.ородного газа на требуемые уровни зоны -38 и/или зоны 39, которые подведены от трубопроводов 44 (фиг. 2). Форсунки 50 размещета, по существу , тем же образом, что и горелки 40. Через них в шахту подаетс  твердый углеродистый или углеродсодержащий восстановительный реагент, который посту-f пает из трубопроводов 51 и 52, причем он подвергаетс  преобразованию в кокс при температуре, доминирующей в шахте. В этом варианте газоносителем дл  восстановительного реагента  вл етс  кислородный газ, который поступает к форсункам 50 по трубопроводам 53, ответ ва ющимс  от трубопроводов 44. В ходе прохо одени  от горелок 40 через зону 38 щахты 1 концентраты обжигаютс , а возвратна-  пыль вместе с обожзкеннымн продуктами плавитс . продолжающемс  прохождении этих продуктов через зону 39 шахты окисел железа и возвратна  пыль частично восстанав .ливаютс  в определенной степени. Расп лавленный и частично восстановленный окисел железа вместе с образованным из восстановительного реагента коксом и прогоревшим известн ком подают на поверхность 54 сло  материала, присутствующего в нижней части шахты 1 и .реакторной зоне 2. Расплавленный окисел железа реагирует в верхней зоне сло  с коксом с одновременным дальнейшим восстановлением и охлаждением. Затем 99 материал в слое приобретает полужидкое или пастообразное состо ние, Желеэоокисный материал окончательно восстанавливаетс  и плавитс  в реакторной зоне 2 с потреблением дальнейшего количества кокса, в результате чего образуетс  жидкий чугун, а расплавленный шлак накапливаетс  в нижней части реакторной зоны. В ходе процесса восстановлени  офазуютс  газы, содержащие окись углерода, которые проход т вверх через шахту вместе с газами, образующимис  в ходе коксовани . Эти газы частично окисл ютс  в ходе реагировани  с расплавленным окислом материала в зоне 39 и окон чательно сгорают с кислородным газом, пропускаемым через форсунки 46, или в случае необходимости, через форсунки 48 Расплавленный чугун и шлак выводитс  через приспособление 31. Количество вос становите ьного реа.гента, загружаемое в шахту, подбирают таким, чтобы на ванне чугуна и шлака поддерживалс  слой кокса При прохождении через слой кокса в расплавленном шлаке снижаетс  содержание железа, при восстановлении образуетс   кремний, а расплавленный чугун науглероживаетс  Требуема  дл  осуществлени  плавлени  и окончательного восстановлени  час .тично восстановленного 01шсла железа энерги  подаетс  в реакторную зону посредством электроиндуктивного нагрева содержащегос  в ней материала. Дл  этого вокруг реакторной зоны предусмотрена индукционна  обмотка, котора  питаетс  переменным током. Часть физического тепла вьшускаемого шлака может быть извлечена за счет использовани  указанного тепла дл  обжига известн ка, который впоследствии используетс  в процессе в качестве щлако образовател . С этой целью чугун и щлак пропускаетс  из вьшускного приспособлени  31 к щлакоотдел юшемус  приспособлению 55, из которого расплавленные шлак и чугун выгрунсаютс  по разным каналам . Часть шлака пропускаетс  в резервуар 56, где он взаимодействует tc содер- жащим известн к материалом, который загружаетс  в резервуар 56 через ввод 57. Затем известн к, обжигаетс , а шлак затвердевает, при выделении двуокиси углерода, вьтодимой через вьшуск 58. Гор ча  смесь щлака и обожженного 1иэвестн ка размалываетс  в устройстве 59 до требуемого размера :частиц, за56 тем она загружаетс  в шахту, предпочтительно еще в нагретом состо нии, и либо через бункер дл  хранени  шлакообразовател , либо пр мо, поступает к горелкам 40. Остаточный шлак, не используемый дл  обжига известн ка, выгружаетс  по трубопроводу 6О. 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. Дл  этого необходимо чтобы газ содержал к 5О2, которые в процессе Клауса реагируют друг с другом с образованием HjiO и S . С этой целью используетс  смесь паров воды и кислородного газа в качестве газа-носител  дл  материала, поступающего через горелки 40. Подобна  смесь загружаетс  т.акже 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 46. Газ-носитель, используемый дл  загружаемого через трубопроводы 51 и 52 восстановительного реагента , состоит, по существу, полностью из кислорода, который подаетс  по трубопроводам 60, от хсоторых могут ответвп тьс  трубопроводы 61 дл  питани  форсунок 62. Последние могут быть расположены тем же образом, что и форсунки 49 на 2 и служат дл , по меньшей мере, частичного сжигани  горючего газа в верхней части шахтовой зоны 39. ревший газ отбираетс  из зоны 39. через вьшускной трубопровод 63 с тем, чтобы предотвратить разбавление обжигового газа. Остаточное теплосодержание вьтодного газа может быть извлечено в паровом бойлере тем же путем, что и показанное , на фиг. 1. Благодар  простоте устройства дл  реализации предлагаемого способа и тому, . установка не требует наличи  коксопроизвод щих систем спекани , а в некоторых случа х даже и отдельных обйтеговых систем, капитальные затраты оказываютс  существенно ниже, чем сопр женные с обычным доменным процессом, даже дл  схтносительно небольших установок в расчете на тонну емкости. П р и м е р . В зону обжига шахты загружают 2О 44О кг/ч концентрата сульфида свинца, имеющего 75 вес.% свинца. В печь за тот же период загружают 15ОО кг известн ка, 310 кг кокса. 170 кг т желого топливного мисла и 6000 кг возвратной пыли, по существу в виде сульфатов свинца. Потребность в кислороде составл ют 3000 им /ч в рас чете на 1ОО% OQ. Расплавленный в пламени и частично восстановленный материал, из которого в пересчете-на содержащийс  свинец 30 вес.% окислились до РвО, имеет температуру при достижении реактора индуктивного нагрева, соединенного с ниж ней частью щах1Ы. Каждый час вьшускаю из реактора 15000 кг расплавленного свинца при 800°С к 2700 кг шлака при 1250°С. Из щахты ежечасно, вывод т 410О им газа, имеклцего температуру laOO C. Газ содержит 52 об.% SO и 44 ОО кг пыли в виде РЬО, причем указанна  пыль сульфатируетс  двуокисью серы в газе и отдел етс  в бойлере и газоочистительном аппарате, после чего она возвращаетс  .в щахту в виде Возв-( ращаетс  в щахту в виде возвратной пыЛИ , содержащей сульфат свинца, Ежечасно в бойлере нарабатьюаетс  пар высокого давлени , имеющий энергосодержание 2100 кВт.ч. Этот пар используют дл  привода паровой турбины мощностью 690 кВтл электроэнергии, из которых 130 кВт.ч идут дл  производства кислородного газа, а 56О кВт.ч - дл  работы реактора. ормула-изобретени  Способ получени  металлического расплава из измельченного железорудного материала, включающий загрузку его в печь, частичное восстановление газообразными продуктами горени  и последующее окончательное восстановление углеродом , отличающийс  тем, что, с цепью интенсификации процесса, частичное восстановление осупхествл ют , совместно с расплавлением путем тангенциальной подачи железорудного материале , твердого углеродистого восстановител  и кислородсодержащего; газа в факел горени , а довосстановление осуществл ют остаточньпу твердым восстановителем , присутствующим в расплавленном материале. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3607217, кп. 75-4 1974. 2. Патент США № 193001О, кл. 75-4, 31.958. , 3. Авторское свидетельство СССР № 45304, кл. С 21 В 13/02, 1935.

f 15 fy2

v

Фиг. 2

5 42

V

W

/

e.J

Claims (1)

1. Фор мула-изобретения

   Способ получения металлического расплава из измельченного железорудного материала, включающий загрузку его в печь, частичное восстановление газообразными продуктами горения и последующее окончательное восстановление углеродом, отличающийся 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 осуществляют остаточным твердым восстановителем, присутствующим в расплавленном материале. ₍