Способ получения губчатого железа и устройство для его осуществления

(51) С 13/00: АНИЕ И ЕНИЯ ПАТЕНТУ в васти УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА И УСТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(5) 1. Способ получения губчатогожелеза в шахтной печи, включающийпротивоток загружаемой сверху руды и горячего восстановительного газа,рециркуляцию и очистку от С 02 коловникового газа, добавление к немуобессеренного газа из газификатораи регулирование температуры газа,подаваемого в зону восстановления,в пределах 700-1000 С , о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюснижения энергетических и капитальных затрат, часть рециркулируемогогаза подают в гаэификатор, нагревкоторого осуществляют плазменнойгорелкой, а в гаэ, идущий от горелквводят восстановитель иде угольной пыпи с размером ч ц 0,84"0,02 мм.1138039 30 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что рециркулируемыйгаз очищают от СО до содержанияего 2,0-0,13,3. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в качестве восстановителя применяют кокс.4, Устройство для получения губчатого железа, содержащее шахтную печь.контур рециркуляции с компрессором,приспособления для очистки, смешивания, разделения газовых потоков иподачи газа в зону восстановления,газификатор в ниде шахты, заполнен. ной твердым восстановителем, и приспособления для ввода окислителя и Изобретение относится к способу и устройству для получения губчатого железа, в которых в качестве восстановителя применяют уголь.Наиболее близким к предлагаемому 5 по технической сущности и достигаемому результату является способ получения губчатого железа в шахтной печи, включающий противоток за - гружаемой сверху руды и горячего восстановительного газа, добавление к нему обессеренного газа из газификатораи регулирование температуры газа, подаваемого в зону восстановления, в пределах 700-1000 С.оУстройство для получения губчатого железа содержит шахтную печь, контур рециркуляции с компрессором, приспособления для очистки, смешивания, разделения газовых потоков и по-о дачи газа в зону восстановления, газификатор в виде шахты, заполненной твердым восстановителем, и приспособ. ления для ввода окислителя и вывода шлаков. Применяется шахтная печь в комбинации с устройством для газификации угля, которое основывается на частичном сгорании 111.Недостатками известного способа являются, главным образом, экстремально большие капиталовложения на установление устройства для газификации угля и большой расход энергии. При осуществлении способа используетвывода шлаков, о т л и ч а ю щ е " е с я тем,что газификатор снабжен плазменной горелкой с приспособлением для ввода дополнительного порошкообразного восстановителя.5. Устройство по п. 4, о т л и " ч а ю щ е е с я тем, что компрессор расположен между приспособлениями для очистки и для разделения очищенного восстановительного газа.6. Устройство по п, 4, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что приспособление для ввода порошкообразного восстановителя и/или окислителя имеет плоскость ввода перед горелкой. ся находящийся в твердой форме уголь, непосредственно газифицированный при применении плазменного генератора. Недостатком этого способа является также то, что подача угля должна производиться чрезвычайно точно, причем при, применении углей некоторых сортов возникают проблемы, связанные с образованием золы. Кроме того, получаемый газ отличается более низким содержанием водорода, чем это необходимо для целей восстановления в идеальном случае.Цель изобретения - снижение энергетических затрат и капитальных затрат. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения губчатого железа в шахтной печи, включающему противоток загружаемой сверху руды и горячего восстановительного газа, рециркуляцию и очистку от СО колошникового газа, добавление к нему обессеренного газа из газификатора и регулирование температуры газа, подаваемого в зону восстановОления, в пределах 700-1000 С, часть рециркулируемого газа подают в газификатор, нагрев которого осуществляют плазменной горелкой, а в газ, идущий от горелки, вводят восстановитель в виде угольной пыли с размером частиц 0,84-0,02 мм.1138039 Рециркулируемый газ очищают от СО до содержания его 2,0-0,17.1В качестве восстановителя применяют коксПоставленная цель достигается 5 также тем, что в устройстве для получения губчатого железа, содержащем шахтную печь, контур рециркуляции с компрессором, приспособления для очистки, смешивания, разделения газо О вых потоков и подачи газа в зону вос. становления, гаэификатор в виде шахты, заполненной твердым восстановителем, и приспособления для ввода Окислителя и вывода шлаков, газифи катор снабжен плазменной горелкой с приспособлением для ввода дополнительного порошкообраэного восстановителя. Компрессор расположен между приспособлениями для очистки и для раз-.деления очищенного восстановительногогаза,Приспособление для ввода порошкообразного восстановителя и/или окис 25лителя имеет плоскость ввода передгорелкой,При осуществлении предлагаемогоспособа восстановительный газ пропускают через шахтную печь противотоком по отношению к окиси железа,причем этот восстановительный газ,который состоит главным образом изокиси углерода и водорода, получаютиз покидающего шахтную печь реакционного газа, а также из газа, который получают иэ твердого восстановителя с помощью плазменного генератора. Этот рециркуляционный газ сначалаочищают от двуокиси углерода и воды, 40%а затем разделяют на два отдельныхпотока, один из которых подают вплазменный генератор. Последний состоит иэ шахты, которая заполненатаким твердым восстановителем, как 45кокс или тому подобный материал.Плазменная горелка расположена внйжней области шахты, а в газовыйпоток, покидающий плазменный генератор, подают воду и/или газообразный 50кислород, которые вступают в реакцию с восстановителем иобразуютсмесь, состоящую иэ окиси углеродаи водорода. Температура полученногогаза поддерживается на таком уровне, 55что содержащаяся в твердом восстановителе эола образует шлак. Покидающая газогенератор нагретая смесь 4окиси углерода и водорода смешивается с другим потоком очищенного рециркуляционного газа в таком соотношении, что полученная смесь газов имеет температуру, подходящую для осуществления способа восстановления.Температура газа, получаемого в,шахте газогенератора, находится втемпературных пределах 1300 - 1500 С.оПредпочтительным является случай,когда перед подачей готовой газовойсмеси в нижнюю часть шахтной печи еетемпературу доводят до 700-1000 Сопосредством смешения с вторым потоком.В соответствии с другой особенностью изобретения реакционный газочищают в скруббере до тех пор, покасодержание двуокиси углерода в немне будет составлять менее 2-0,1 Х,Верхний предел определяется необходимым качеством восстановительногогаза, а нижний - возможностями существукпцих способов очистки газа,Что касается крупности уГольнойпыли 0,84-0,02 мм, то верхний пределопределяется возможностью эффективного сжигания топлива в плазменной горелке, а нижний регламентируетсястоимостью помола угля,На чертеже схематически представлен пример осуществлений предлагаемогоспособа.Восстановление кусков окиси железаосуществляют в восстановительнойшахте 1. Куски окиси железа вводятв шахту 1 через клиновую задвижку 2и производят их обработку подаваемымпротивотоком, нагретым восстановительным газом, который, главным образом, состоит из моноокиси углерода и газообразного водорода и который подают в нижнюю секцию 3 шахты.Губчатое железо, представляющеесобой конечный продукт, удаляют через выпускное приспособление 4 в низ.нейчасти шахты 1, Восстановительныйгаз удаляют иэ верхней части шахты 1через выпускной трубопровод 5. Газ, удаляемый указанным образом из шахты 1, содержит 50-703 моноокиси углерода и водорода, которые не вступили в реакцию, а также продукты Реакции, представляющие собой дву" окись углерода и воду. Так как этот газ еще содержит относительно большое количество моноокиси углерода и водорода, он вновь может бытьприменен при осуществлении способа. Однако для того, чтобы этот гаэ вновь можно было применить в качестве восстановительного газа, содержание двуокиси углерода и воды в нем 5 должно быть понижено менее чем до 5 Х. Это достигается благодаря тому, что газ пропускают через скруббер газоочиститель от двуокиси углерода и воды ) 6. Когда газ протекает через этот скруббер, он не только освобождается от образовавшихся в процессе реакции двуокиси углерода и воды, а фактически процесс очистки позволяет сбалансировать количество газа таким образом, что можно избежать отдачу газа. Скруббер 6 может содержать в качестве активного вещества, например, моноэтаноламин, причем содержание двуокиси углерода 20 в газе при прохождении через скруббер может снижаться ниже 22.Из скруббера 6 гаэ попадает по трубопроводу в компрессор 7, в котором происходит повышение давления до необходимого значения, после чего поток газа разделяют по крайней мере на два отдельных потока 8 и 9.Газовый поток 8, который имеет комнатную температуру, направляют в газогенератор О, в котором газовый поток 8 применяют в качестве плазменного газа, а необходимое для процесса гаэогенерации количество энергии получают в плазменной горел- З 5 ке 11. Газогенератор 10 заполнен твердым восстановителем, в качестве которого преимущественно применяют кокс, Окислитель, предпочтительно воду и/или кислород, подают в газо генератор через форсунку 12 таким образом, что он попадает в покидающий плазменную горелку 11 нагретый газовый поток через сопло 13. Этот дополнительный восстановитель преимущественно представляет собой угольную пыль с размером частиц менее 20 меш. Нагретый газовый поток, идущий от плазменной горелки, должен благодаря этому воздействоватьна восстановитель и образовыватьмоноокись углерода и водород. Подводэнергии в газогенератор 1 О регулируют таким образом, что зола угольнойпыли сплавляется с образованием шла.ка, который может быть удален из ниязней части газогенератора через выпускной трубопровод 14 в жидкой или твердой форме. С учетом состава эолытемпературу преимущественно выбирают в интервале 1300-1500 С.Газообразную смесь из газификатора пропускают через фильтр 15 дляотделения серы (например, доломитовый Фильтр), в котором содержание,серы понижают до уровня, приемлемогодля осуществления способа получениягубчатого железа, предпочтительнодо 75 млн и ниже.По другому варианту устройстваФильтр 15 для отделения серы можетнаходиться в самом газогенераторе,причем в этом случае слой коксаснабжают подходящим для указаннойцели материалом.После отделения серы газ имееттемпературу, значительно превышающую ту температуру, которая необходима для осуществления способа получения губчатого железа. Вследствиеэтого температуру газа понижают посредством смешения его с холоднымочищенным газом, идущим по трубопроводу 9, в результате достигаетсяподходящая для осуществления способа температура, например 750-1000 С,0предпочтительно 825 оС. Для смешениягаза, идущего от газогенератора, сгазовым потоком 9 может быть применено специальное смешивающее устройство, Кроме того, газовый поток 9также можно частично или полностьюнаправлять сверху в газогенератор,причем в этом случае газогенератородновременно выполняет роль смесительной камеры.П р и м е р. В нижней части газифи.катора температура составляет примерно 1425-1550 С и во время прохождения по шахте температура уменьшается примерно до 100 С. В серномфильтре температура дополнительноуменьшается примерно на 50%. Послечего газ охлаждается примерно доо850 С при помощи рециркулирующего."газа перед входом в шахту 1.В скруббере 6 НО и СО вымываются и вымытые объемы соответствуютпримерно 510-580 м. 500 м поступаютв линию 8 и через сопла 2 и 1375 м Н О (г) и 100 м 0 добавляютперед плазмотроном; 300-380 м промытого рециркулнрующего газа с содержанием СО27 проходят черезлинию 9 и 1400 мгаза подается внижнюю секцию шахты,Ф Заказ 10561/45 Тираж 552 Подписное ВНИИХИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д, 45филиал ППП фПатеит", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 В газификатор дополнительно вводится 140 кг угольной пыли (размерменьше, чем 20 меш/0,84 мм) и сверхувводится примерно 35 кг твердогокускообразного углерода с размерами 510 - 40 мм,В плазмотрон подается 400 кВт.чэлектроэнергии.Благодаря использованию способа иустройства достигается значительный 10технический прогресс. Производствогаза может иметь место при такойтемпературе, что эола образует шлак,который легко удаляется и простоможет быть слит иэ газогенератора, 15не создавая при осуществлении способа проблем, связанных с закупоркой.Содержание воды в восстановительномгазе может быть доведено до такогоколичества, которое приемлемо для . 20осуществления способа восстановления,причем это достигается в результатепроцесса очистки и последующеговведения воды и/или кислорода в газогенератор. Кроме того, комбинирование 5очистки газа и гаэогенерации приповышенной температуре дает совершен но неожиданную воэможность сбалансирования количества газа в системе и регулирования температуры восста-, новления. Одновременно достигается высокий энергетический выход, поскольку вццеляющаяся в плазменном генераторе энергия в сущности полностью расходуется при осуществле" нии способа, т.е. установка желаемой температуры достигается посредством добавления холодного циркулирукщего . восстановительного газа, вместо того, чтобы тепло отбиралось системой.Если ожидается, что должны возникнуть затруднения при связывании эолы, образующейся из твердого восстановителя,.в шлаковой Фазе, то могут быть применены добавки, которые оказывают влияние на такие свойства шлака, как, например, на температуру плавления, абсорбцию серы и т.д., причем такими добавками.могут быть, например, соединения щелочных металлов и известь. Эти добавки преимущественным образом смешивают с твердым восстановителем.