Способ прямого получения железа

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 19) (1 9456 1)5 С 21 В 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР ИЗОБРЕТЕ ПИС АТЕНТ(71) Кабусики Кайся Кобе Сейкосе (Л(53) 669,181,423(0888) лей, смешивают с реформированным газом и подают в нижнюю часть печипредварительного восстановления.Газ из печи предварительного восстановления после очистки от окислителей делят на две части, одну из которых смешивают с реформированным газом и подают в верхнюю часть печипредварительного восстановления, адругую - с природным газом и подаютв нижнюю часть печи предварительноговосстановления. По другому вариантуочистке от окислителей подвергаюттолько первую часть газа, отходящегоиз печи предварительного восстанов(54) СПОСОБ, ПРЯМОГО ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗА(57) Изобретение относится к бескоксовому производству железа, Цельизобретения - повышение экономичностипроцесса. Железную руду предварительно восстанавливают, например, в печишахтного типа, а затем расплавляютпосредством подачи природного газа иокислителя, обеспечивающего его сгорание над поверхностью расплава, Полученный в расплаве восстановительнойпечи газ подвергают реформингу.путемсмешивания его на выходе из печи снагретым газообразным восстановитеия, а вто слителей,часть неешивают с очищают оприроднымч подаютуществом изо ожность истоплива, пол од ечь, и обестуры полуо газа, нечение состава мп аемого вос ительно обходимого дляного восстановлв плавильной пелива, что позво ес едваритель- пользовании и ример метаном, обе уру газообразной с Концентрацию не вс ю метана в реформи держивают в предел з из печи предвари вления очищают от печиваю лем, наптемпера15500 С,в реакцигазе под еси 1200 упившегоованномх 2-13%,ельногона процесс при ного и эффектив новления железн са восстаз.п. ф-лы,о пр руды алее госстан таб исл восстановлению в твердом состояс применением восстановительногта, подаваемого из плавильной вовительной печи, и затем посредо к бескоксоения железа ая шихту из р желе:ной ру Из бретение относитсвой металлургии для полиз железной руды, подвеокислов железа, наприме ормированным газами ю часть печи. Преим етения являются воз ования дешевых видо аемых в плавильную п и дешевых видов топяет уменьшить затратыбеспечении стабильстром подачи шихты в плавильную печьдля восстановительной плавки, гдеможно применять низкосортцое топливо,.поддерживать и повьппать эффективностьреакции за счет различного регулировация газа, который используют в реакцииЦель изобретения - повьшение экономичности процесса.На фиг, 1 изображены технологичес 10кая схема предложенного способа и устройство для его осуществления; нафиг. 2 и 3 - технологические схемыс двухстадийной инжекцией газа.Устройство содержит печь 1 дляпрямого получения жидкого металла путем восстановления железной руды,трубу 2 на выходе из корпуса плавильной восстановительной печи, печь 3для предварительного восстановления(шахтная печь), скруббер 5 для очистки газа от СО и компрессор 6,П р и м е р 1. Высокотемпературный восстановительный газ а, образующийся в плавильной восстановительнойпечи 1, смешивается с метаном Ь внутри выпускной трубы 2 плавильной печи для получения контролируемого восстановительного газа с, который охлаждают и регулируют посредством ре 30акции реформинга, Часть восстановительного газа, выпускаемого из шахтной печи 3, охлаждают в теплообменнике 4 и затем вводят как холодный газв газоочиститель 5, в котором удаляется СО , Охлажденный газ можносжимать до его ввода в газоочиститель5, Очищенный газ сжимают в компрессоре и затем смешивают как сжатый газс 1 с газом с для получения смешанного40газа е, который должен вводиться вшахтную печь 3. Смешанный газ е находится в охлажденном состоянии и имеет температуру, пригодную для еговвода в шахтную печь 3, Для повьппения45эффекта исключения образования скоплений рекомендуется вводить метаня в соответствующей пропорции (12,7 в этом примере) в смешанный восстановительный газ е и вводить результирующую газообразную смесь как газ К вшахтную печь 3,В табл. 1 показан пример балансана основании технологической картыпредложенного способа, в которой пред ставленные значения получены путемвычисления выхода жидкого металла изплавильной печи 400000-500000 т/год,Восстановительный газ при высокойотемпературе 1609 С и скорости потока2876 кг моль/ч, выходящий из плавильной печи, контактирует с метаном(339 кг моль/ч) в выходной частиплавильной печи и в выпускной трубе,что позволяет осуществлять реакциюреформинга. В результате эффективноиспользуется физическое тепло выходящего из плавильной печи восстановительного газа и,. таким образом, достигается охлаждение (1609 С -1054 С)высокотемпературного восстановительного газа и увеличивается соотношениеН /СО (0,26 - 0,43),причем это позволяет уменьшить или исключить потеритепла, износ футеровки на выходе изплавильной печи и в выпускной трубе,а также предупредить образование скоплений в печи для предварительноговосстановления,Образование скоплений можно исключить следующим образом, Улучшениесоотношения Н/СО в восстановительномгазе, который вводят в шахтную печь,и образование с помощью добавленногометана углеродного покрытия на восстановленном железе позволяет предупредить образование скоплений. Количество метана, необходимого для предупреждения образования скоплений, основанных на содержании восстановительного газа, составляет 12,7 ,В восстановительный газ, вводимыйв шахтную печь, .необходимо добавлятьметан и поэтому в реакции реформинга, проводимой посредством смешиваниявысокотемпературного восстановительного газа а, оставляющего плавильнуюпечь, с нагретым метаном Ь, необязательно расходовать весь метан в реакции реформинга, поскольку,желательно, чтобы реакция осуществлялась частично. Концентрация метана уменьшается от 10,5(до начала реакции) до6,7(после реформинга), Такую реакцию реформинга проводят с использованием тепла смешанного газа. Метан,онагретый до 557 С, и высокотемпературный восстановительный газ (1609 С),выходящий из плавильной печи, смешивают и температура полученной газовойсмеси становится равной 1063 С, пооскольку реакция реформинга проходиткак эндотермическая,Из этого следует, что температуравОсстановительного газа понижаетсяца 546 С под действием смешивания га45 5 160945 зов и реакции реформинга, Ероме того, благодаря примешиванию рециркулирующего иэ шахтной печи газа к восстановительному газу со скоростью1435 кг моль/ч можно регулировать температуру инжекции (777 С), котораяподходит для восстановления железной руды.5 пя предупреждения образованияскоплений в шахтной печи метан добавляют при температуре 557 С со скоростью 167 кг моль/ч в результатетемпература и состав газа в шахтнойпечи отрегулированы до значений, которые приемлемы для восстановленияжелезной руды (763 С, значение восстановления К=7,0 СН 4/(СС +Н)=1,2)Восстановление можно проводить удовлетворительно беэ образования скоплений,П р и м е р 2. В процессе, относящемся к двухстадийному способу инжекции газа, высокотемпературный восстановительный гаэ а, образующийся в 25плавильной восстановительной печи 1,смешивают с метаном Ь в выпускнойтрубе 2 плавильной восстановительнойпечи, и в результате образуется контролируемый восстановительный газ с,который охлаждают и регулируют посредством реакции реформинга. цасть восстановительного газа , выходящего изшахтной печи 3, охлаждают в теплообменнике 4 и затем вводят как охлажден 35ный газ Е в газоочиститель 5 для удаления СО, До его ввода в газоочиститель 5 охлажденный газ можно подвергать сжатию. Кроме того, очищенныйот двуокиси углерода газ можно сжимать в компрессоре 6 и затем смешивать как сжатый газ д с газом с дляполучения смешанного газа е, которыйбудут вводить в шахтную печь 3. Смешанный газ е находится в охлажденномсостоянии и имеет температуру, которая пригодна для ввода газа в шахтную печь 3, Затем смешанный восстановительный газ е разделяют на две части и к одной из частей 1 добавляют в 50соответствующей пропорции метан я, врезультате получают восстановительныйгаз Е, который охлаждают и регулируютдо соответствующей температуры дляввода газа из верхней фурмы шахтнойпечи. Также в остальной газ 1 добавляют метан и в соответствуюшей пропорции для получения восстановительного газа 1, который охлаждают и реб огулируют до температуры инжекции истепени восстановления, которые пригодны для реакции реформинга в нижнейчасти шахтной печи. Газ 1 вводят внекоторых случаях отдельно без включения в него метана в верхнюю частьвосстановительной печи как восстановительный газПоскольку газ богат СО, он можетвыделять тепло, что в результате реакции частичного восстановления вшахтной печи приводит к образованиюскоплений. Дпя исключения этого ввосстановительный газ вводят метан,а восстановленное железо покрываютосажденным углеродом.В табл, 2 показан пример баланса,основанного на технологической схемепредложенного способа, в которойуказанные значения получены путемвычисления выхода жидкого металла иэплавильной печи в единицах 400000500000 т/год,Восстановительный газ при высокойтемпературе (1596 С; 2876 кг моль/ч),выходящий из плавильной печи, контак.тирует с метаном (339 кг моль/ч) ввыходной части плавильной печи и ввыпускной трубе, в результате происходит реакция реформинга,Таким образом, физическое тепловосстановительного газа из плавильнойпечи используется эффективно, посредством чего достигается охлаждение(1596 С в1061 С) высокотемпературного восстановительного газа и увеличение соотношения (0,26 - з 0,43)Н/СОи становится возможным уменьшениеили исключение потерь тепла, износфутеровки в выходной части плавильнойпечи и в выпускной трубе, а также исключение образования скоплений в пе-.чи для предварительного восстановления,Образованию скоплений препятствует улучшенное соотношение Н/СО ввосстановительном газе, вводимом вшахтную печь, и образовэцию углеродистого покрытия цэ цосстацовленномметалле при добавке метацэ. Количество метана, небхопимого для предупреж-.дения обраэовэцця г.к глс кчй, состав -ляет примерно 10; цэ ,сцоцэццц содержания восстановительцо гэзэ.В восстановительныйэ ., вводимыйв шахтную печь, цеобк диме,обвинятьметан и, следоцатолыл, ц рсак; цц реформинга, проводимой цосре,;с твом сме 160945620 шивания высокотемпературного восстановительного газа а, оставляющегоглавильную печь, с нагретым метаномЬ, необязательно расходовать весь метан, так как желательно, чтобы этареакпия проводилась частично. Концентрация метана уменьшается от 1057.(до реакции) до 6,77 (после реформинга). Эту реакцию реформинга проводят, применяя тепло смешанного газа,1 ОМетан (339 кг,моль/ч), нагретый до541 С, и высокотемпературный восстановительный газ (2876 кг моль/ч при1596 С, выпускаемый из плавильной15печи, смешивают, и температура результирующей газовой смеси становитсяравной 1061 С, когда реакцию рефороминга проводили как эндотермическуюреакцию,Из этого следует, что температураьосстановительного газа уменьшается на 535 С под действием смешивания газов и реакции реформинга, Кроме того, посредством смешивания газа, 25рециркулирующего из шахтной печи,. свосстановительным газом со скоростью1714 кг моль/ч можно регулироватьтемпературу ввода газа до 755 С, ко торая является приемлемой для восстановления железной руды,Для исключения возможности образования скоплений в шахтной печй добавляют метан со скоростью67 кг .моль/ч вчасть восстановительного газа е, температура которогоотрегулирована до 755 С, т.е. восстаоновительный газ 1 (2058 кг моль/ч)для ввода в верхнюю фурму шахтнойпечи, посредством чего температура и 40состав газа в фурмах шахтной печи отрегулированы до значений, которыепригодны для восстановления железнойруды, т.е. до температуры 743 С иостепени восстановления К(СО+Н)(СО+ 45+НО) =7,6 соответственно. Теперьпроводят реакцию удовлетворительнобез образования скоплений,Метан (100 кг моль/ч) .добавляютв ответвленный оставшийся восстановительный газ 1 и полученную смесьвводят в нижнюю фурму шахтной печи,Такой.газ для инжекции имеет температуру 743 пС, которая соответствуетинжекции, и имеет состав 1 СН 4(СО ++Н 0)=1,0, пригодный для осуществления реакции частичного реформинга вшахтной печи. Когда этот газ вводятиз нижней фурмы шахтной печи и он поднимается до верхней части, происходит реакция реформинга. Вблизи верхней фурмы шахтной печи концентрация метана уменьшается от 10,47.до 6,5 Е. Величина степени восстановления улучшается от 7,6 до 13,4 и получают состав газа, который является эффективным для восстановления железной руды в верхней части шахтной печи. Этот реформированный газ поднимается через внутреннюю часть шахтной печи и смешивается с газом Г величиной К 7,6, введенным из верхних фурм, посредством чего достигается величина К=10,.5 и состав газа, подходящий для восстановления желез-. ной руды, Таким образом,. в верхней части стало возможным получать нормально восстановленную железную руду без образования скоплений.В процессе, относящемуся к двухстадийному способу инжекции (фиг,3), высокотемпературный восстановительный газ а, применяемый в плавильной печи 1 с восстановительной атмосферой, смешивают с метаном в выпускном трубопроводе 2 плавильно-восстановительной печи и получают регулируемый восстановительный гаэ (соответствующий реформированному газу), который охлаждается и регулируется в результате реакции реформинга.П р и м е р 3, Часть восстановительного газа , выпускаемого из шахтной печи 3, охлаждается посредством теплообменника 4 и затем вводится в виде охлажденного .газа 1 в газоочиститель 5 для удаления СО. Охлажденный газ можно сжимать до его ввода в газоочиститель 5 углекислого газа. Очищенный газ сжимают в компрессоре 6, затем смешивают в виде сжатого газа Й с частью газа с для получения смешанного газа е, он нахо. - дится в охлажденном состоянии до тем пературы, подходящей для его ввода в шахтную печь 3. Принеобходимости метан 81, можно дополнительно смешивать со смешанным газом, Таким способом получают восстановительный газ Г, который охлаждают и отрегулируют до температуры и степени восстановления, пригодных для ввода из верхней фурмы шахтной печи, Метан ятакже добавляютв соответствующей пропорции к оставшейся части Ь регулируемого восстановительного газа с и добавляют часть рециркулируемого газа 1, посредством чего получают восстановительный газ, которыйохлаждают и отрегулируют до температуры инжекции и степени восстановсления, пригодных для реакции реформинга в нижней части шахтной печи.Так как газ богат СО, то тепломожет образовываться в результатереакции частичного восстановления в1 Ошахтной печи, следовательно возможнообразование скоплений, С целью устранения такого недостатка метан вводят в восстановительный газ, а восстановленное железо покрывается осаж 5денным углеродом.В табл. 3 показан пример баланса,основанный на технологической схеме предлагаемого способа, в которойуказанные значения получены путемрасчета выхода жидкого металла изплавильной печи в единицах 400000500000 т/год.Восстановительный газ при высокойтемпературе (1596 С; 2876 кг 1 моль/ч), 25выходящий из плавильной печи, контактирует с метаном (339 кг,моль/ч) ввыходной части плавильной печи и ввыпускной трубе, позволяя проводитьреакцию реформинга. В результате физическое тепло высокотемпературноговосстановительного газа, образующегов плавильной печи, используется эффективно и достигается охлаждение(1596 С -ф 1062 С) высокотемпературного восстановительного газа, а также увеличивается (0,26 - ф 0,43) соотношение Н /СО, Таким образом, становятся возможными уменьшение или исключение потерь тепла, износ футеровки в выходной части плавильной печии в выпускной печи, а также исключение образования скоплений,Образованию скоплений препятствует улучшенное соотношение Н/СО в 45восстановительном газе, вводимом вшахтную печь, и образование углеродистого покрытия на восстановительномжелезе посредством добавки метана.Количество метана, необходимого дляпредупреждения образования скоплений, составляет примерно 6,67. на основании содержания восстановительного газа.В восстановительный газ, вводимый55в шахтную печь, необходимо добавлятьметан и, следовательно, в реакцииреформинга, проводимой посредствомсмешивания высокотемпературного вос-. становительного газа а, оставляющегоплавильную печь, с нагретым метаномЪ, необязательно расходовать весь метан в процессе реформинга (допустимо, чтобы реакция проходила частично), Такую реакцию реформинга проводят с использованием тепла смешанныхгазов. Метан (339 кг.моль/ч), нагретый до 580 С, и высокотемпературныйвосстановительный газ 2876 кг моль/чопри температуре 1596 С, который выходит из плавильной печи, смешиваютпри этом температура полученной газообразной смеси снижается до 1062 Стак как реакпия реформинга проходиткак эндотермическая.Из этого следует, что температуравосстановительного газа понижаетсяона 534 С в результате смешивания газов и проведения реакции реформинга.Благодаря примешиванию газа д, рециркулирующего из шахтной печи, к части полученного газа с со скоростью1101 кг моль/ч возможно регулированиетемпературы инжекции газа (743 С) изначения Н степени восстановления1(СО+Н )/(СО +Н О)1=7,6, которые являются приемлемыми для восстановленияжелезной руды, Восстановительный газЕ вводят для восстановления в верхнюю часть ЗЬ шахтной печи 3,Часть (1374 кг моль/ч) остальногоотведенного регулируемого восстановительного газа с (1062 С) смешиваютс газом 1 (936 кг.моль/ч), выпускаемым иэ шахтной печи 3, и добавляютметан (167 кг,моль/ч), предварительноонагретый до 580 С, затем полученнуюгазообразную смесь направляют в фурмушахтной печи в нижнюю ее часть За,Такой газ для инжекции 1 имееттемпературу 830 ОС (2504 кг,моль/ч),которая соответствует температуреинжекции и имеет состав ГН 4/(СО++НО)=0,671, необходимый для проведения частичной реакции реформингавнутри шахтной печи. Когда этот газвводят из нижней фурмы шахтной печии поднимается до ее верхней части,то происходит реакция реформинга.Обнаружено, что смежно с фурмой вверхней части шахтной печи степеньвосстановления К и концентрация метана достигают соответственно значений9,0 и 4,3 Х. Затем газ смешивается сгазом Е значения 2=7,6, вводимым изверхней фурмы, в результате значениеи концентрация метана становятся со 1609456ответственно 8,2 и 5,5%, причем получают состав газа, который можно применять для восстановления железной руды, Таким образом нормально восУ5 становленную железную руду без образования скоплений можно также получить и в верхней части печи.Восстановительный газ, который образуется в печи, использующей менее дорогостоящее топливо, можно улучшить.так, чтобы он имел температуру и состав, которые подходят для предварительного восстановления, в результате можно уменьшить затраты на 1 процесс прямого получения металла путем восстановительной плавки и при этом проводить реакцию восстановления стабильно и эффективно.20Формула изобретения 1. Способ прямого получения, железа, включающий предварительное восстановление железорудной шихты в 25 твердом состоянии в печи предварительного восстановления, последующую .загрузку в расплавовосстановительную печь и довосстановление в расплаве посредством подачи природного топли- З 0 ва и газообразного окислителя, обеспечивающего его сгорание над поверх" ностью расплава, отвод отходящих из расплавовосстановительной печи газов, их охлаждение и подачу в печь предварительного восстановления, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения экономичности процесса, отходящий из расплава восстановительной печи газ перед подачей в печь предварительного восстановления для его частичного реформирования смешивают на выходе из печи с газообразным восстановителем, имеющим высокую температуру, при этом температуру газообразной смеси поддерживают в диапазоне 1200-1550 С,2, Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что в качествегазообразного восстановителя используют метан,3. Способ по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что концентрацию не вступившего в реакцию природного топлива в реформированномгазе поддерживают в пределах 2-13%,4, Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что часть отходящего газа из печи. предварительноговосстановления очищают от окислителей,смешивают с реформированным газом иподают в нижнюю часть печи предварительного восстановления,.5. Способ по п 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что часть отходящего газа из печи предварительноговосстановления очищают от окислителей, смешивают с реформированным газом и часть подают в верхнюю частьпечи предварительного восстановления,4а вторую часть этого газа смешиваютс природным газом и подают в нижнюючасть печи предварительного восстановления.6, Способ по п, 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что часть отходящего газа из печи предварительноговосстановления очищают от окислителей,смешивают с реформированным газом иподают в верхнюю часть печи предварительного восстановления, кроме того,часть неочищенного отходящего газаиз печи предварительного восстановления смешивают с природным газом иреформированным и подают в нижнюючасть печи предварительного восстановления.