Способ получения чушкового чугуна из железорудного концентрата

/О 114 С 2 а аа л ИЗОБРЕТЕ СА ПАТЕН получения чугуна. Цель - повышениепроизводительности и экономия угля,В реактор инжектируются концентратжелезной руды, уголь, газообразный кислород и вещества, создающие шлак,ниже уровня поверхности ванны расплава железа в реакторе. ОтношениеСО/СО в отработанном газе поднимается до величины больше той, котораясоответствует условию равновесия приатмосферном давлении. Инжектируемоеколичество угля относительно количества концентрата предварительно зада".ется таким, чтобы быть достаточнымдля окончательного восстановления в,84 вис АБ (БЕ сон и Крискл. 7 реакторе предва ного концентрат пользование изо снизить расход унос. 2 ил. СПОСОБ ПО3 ЖЕЛЕЗОРУДН Изобретениаллургии, в ЧУШКОВОГО ЧУГНЦЕНТРАТАится к областити к процессу мет т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) ИПС Интерпроджект Се(56) Патент США У 29199831960,ительно восстановлен- железной руды. Исретения позволяет гля и уменьшить рыле 1429940Изобретение относится к процессуизготовления чугуна, более конкретно к процессу изготовления чугуна, вкотором используется реактор, кудаинжектируются реагенты ниже уровняповерхности расплавленной ванны.Целью изобретения является повышение производительности и экономииугля. 10На фиг. 1 представлена блок-схемапроцесса осуществления предлагаемого,способа; на фиг. 2 - диаграмма зависимости фракций Ог, СО и СО от уров,ня ванны и давления. 15Способ осуществляют следующим образом.Стадия 1 предварительного восстановления может содержать двухступенчатый или трехступенчатый псевдоожиженный слой, к которому непрерывноподается концентрат руды в форме концентрата или микрогранул, которыедолжны быть предварительно нагреты,о. варительного нагрева. К материалузагрузки предъявляются требованиясмешения его с углем или.коксом. Помере выхода газа со стадии 1 предварительного восстановления определенная часть газа, содержащая СО-СОг-Н,р-Н О, должна быть очищена от пыли в циклонах и рециклирована к устройству предварительного нагрева.Оставшаяся часть отработанных газоврециклирует через узел 3 обработкигаза к стадии 1 предварительного восстановления. Предварительно восста"новленный концентрат железной рудыпроходит по возможному пути черезузел предварительного накопления кстадии 2 окончательного восстановления,Когда в качестве стадии предварительного восстановления использует" 5ся шахтная печь, то устройство .предварительного нагрева не требуется.Стадия 2 окончательного восстановления содержит. реактор с керамической футеровкой, в котором содержится50ванна углеродсодержащего железа ссодержанием углерода, превышающим17., при температурах 1400-1550 С. Бреактор подают предварительно восстановленный концентрат железной руды554, уголь 5, газообразный кислород 6и вещество, создающее шлак 7 (например, СаО). Вдобавок к этому, еслиэто необходимо, подается охладитель 8, который может быть, например, водой. Эти материалы преимущественноподаются в реактор через инжекционные сопла в нижней части реактора,т, е, ниже уровня поверхности ванныжелеза. Предварительно восстановленный концентрат железа, однако, может подаваться через инжекционныесопла над уровнем поверхности ванныили через линию шлака.Чушковый чугун 9 и шлак 10,образующиеся на стадии 2 окончательного восстановления, могут извлекатьсянепрерывно или периодически обычнымиспособами.Отработанный гаэ 11, образованныйна стадии 2 окончательного восстановления, проходит к узлу 3 обработкигаза, где газ частично очищается отСОг с помощью промывши, а частичноохлаждается посредством создания пара 12 от подаваемой воды 13, и частично очищается от пыли. СОг, отмытая и охлажденная, выпускается свободно в атмосферу 14,Узел 3 обработки газа включаеттакже теплообменники для увеличениятемпературы газа после того, как онохпажден в связи с отмывкой Сог ипылеулавливанием,Восстанавливающий газ 15, выходящий из узла 3 обработки газа, в основном содержит СО и Нг. Газ 15 п 1)оходит к стадии.1 предварительноговосстановления, на которой он окис"ляется так, что в основчом содержитСОг и Н О. Отработанный газ 16 состадии 1 предварительного восстановления возвращается к узлу 3 ооработки газа, где оставшееся количество СОизвлекается и возвращается к стадии1 предварительного восстановления вкачестве восстанавливающего газа 15.В узле 3 обработки газа отработанный газ 11 иэ реактора очищается от пыли. Пыль 1/ инжектируется н реактор на стадию 2 окончательного восстановления,Когда содержимое СО в отработанном газе 11 относительно высоко, то отработанный газ 11 может направляться прямо от реактора к стадии предварительного восстановления при одновременном смешении с восстанавливающим газом 15, который после прохождения стадии предварить:ького восстановле 1429940СО тС2 СО при достигнутом давлении. 35На фиг, 2 показаны фракпии кислорода, СО и СО как функции от уровня ванны и давления. Диаграмма может рассматриваться только как принципиальная, поскольку фракции определяют ся скоростью инжекции,Газообразный кислород инжектируется от дна реактора. Потенциал ки"порода высокий и газообразный кислород окисляет уголь в ванне до СО, Во45 время нахождения газа в реакторе СО восстанавливается углем в ванне до СО до реакции (1). Реакция НО+СО - СО+Н,определяет отношение Н О/Н Когдагаз покидает ванну, прежде чем достигнуто равновесие, созданное тепло сгорания используется для восстановления. Увеличенное давление приводит, как видно из диаграммы, к тому, что количество СО относительноколичества СО увеличивается при уровне ванны выше примерно 0,4 и Сплошния очищается,от СО с помощью промывки в возле 3 обработки газа.В .ожно, может быть предусмотрен охладитель 18 для охлаждения предва 5 рительно восстановленного концентрата железорудной рудь, 4Имеются две возможности увеличить отношение СО /СО до величины, превьппающей значение, соответствующее 10 условию равновесия при атмосферном давлении.Одна из таких возможностей состоит в том что в реакторе создают ,цавление, превьппающее атмосферное и 15 доходящее до 50 бар, а преимущественно примерно от 2 до 10 бар,Реактор в соответствии с изобретением герметизируется, так как при желании можно увеличить поток массы че-, рез реактор без увеличения объемного потока. Это делает возмокным создавать такое количество газа, ксторое существенно превьшает количество газа при атмосферном давлении, 25Изобретение исходя из первой возможности основывается на том, что увеличенное давление влияет на кинетические условия в ванне железа в реакторе так, что там не создается до- ;10 статочно времени для образования рав новесия в соответствии с реакцией ные линии показывают значения фракций, получаемых для кинетических ус" ловий, всзникающих гри атмосферном давлении, Пунктирные линии показывают соответствующие фракции при повышенном давлении 10 бар, Чем выше давление и скорость инжекции, тем сильнее кинетический эффект.Таким образом, с помощью гермети:- зации реактора мсжпо обеспечить такое содержание СО 2 относительно СО в страбстанном газе, которое выше чем при ат:1 осферноы да.пении, При уровне ванны примерно 1,2 и и общем давлении 10 бар создается отработанный газ с. соотношением СО/СО примерно 3, К.:.к видно из циаграьпи, уровень ва.:.ны может;"ь.ть выбран такчто отношение может быть существенно вышеии существенно ниже,Общее давление в реакторе по предлагаемому способу устанавливают спомощью соотзетствующего устройства регулирования давления так,чтобы установить отношение СО /СОв отработанном газе на предварительно заданном необходимом уоовнеУровень ванны металла устанавливается посредствсм введения соответствующего количества материала, котортА инжектнруется и соответственноьыпускается из реактора таким образом, ч".Обы 1 сто: волить отношениеСО/СО в отработанном газе до предварнтельно эаданног с желаемого уровня,Уровень ваннь. н дав:ения должныбыть выбраны специалистом исходя изсоответствуюпух условий, как, например, необходимого объема. реактора,емкссти реактора и необхоцпмого коли -чества СО в отработанном газе дляпоследующей стадии предварительноговосстановления, исходя из необходимости максимально уменьшить затраты напроцесс,Увеличение отношения СО/СО в отработанном газе с помощью герметизации реактора приводит к большему количеству тепла, создаваемому в ван"не для определенного количества подаваемого угля. когда используетсясильно экзотермическая реакция С++О -" СО. Относительно меньшее видимое количество угля, таким образомпри увеличен ом давлении будет создавать достат, ;нее количество тепладля восстаноз;ения предварительновосстановленного концентрата железнои5 14299 руды, чем это было бы в случае атмосферного давления, вследствие указанного кинетического эффекта, к которому, кроме того, добавляется эффект от смещения влево реакции (1). Смешение реакции (1) влево при повышенном давлении относительно равновесия будет составлять только небольшую часть в увеличении отношения СО/СО по срав 10 нению с описанным кинетическим эффек, том.Газообразный кислород 19 инжекти рует ся чер ез со ппо к,по верхно сти ван:ны в реакторе, когда реактор работает 15 ,под атмосферным давлением. При атмосферном давлении отношение СО /СО невелико в отработанном газе над поверхностью ванны в реакторе, За счет . сжигания СО и СО на поверхности с : помощью газообразного кислорода создается большое количество тепла, ко, торов распространяется от поверхности ванны вниз в ванну реактора и там ,используется. Отношение СО/СО в отработанном газе 11 от стадии 2 окончательного восстановления существенно выше, чем соответствующие условию равновесия на поверхности ванны, ког да превалирует атмосферное давление, а газообразный Кислород не добавляется. 40 6степень, достигаемая гри равновесии углеродсодержащей ванны железа при атмосферном давлении. Наиболее эффективное создание тепла достигается,когда тепло создается в ванне, что обеспечивается в том случае, когда. стадия окончательного восстановления осуществляется при герметизации. Количество СО в отработанном газе используется для предварительного восстановления. Предварительное восстановление предполагает, что на стадии окончательного восстановления необходимо окончательно восстанавливать только дредварительно восстановленный концентрат железной рудыеИзобретение приводит в результате к низкому расходу угля, низкому количеству газа и пыли относительно количества производимого чушкового чугуна по сравнению с известными процессами с использованием реактора.Изобретение может быть изменено различными путями ис: одя из конкретной конструкции различных используемых узлов, кроме того, оно может меняться и варьироваться. Формула и з о б р е т е н и яСоотношение СО /СО необходимо, исходя из количества СО, требуемого для стадии 1 предварительного восстановления, Количество СО должно соответствовать или только слегка превышать то количество, которое требуется для предварительного восстановления невосстановленного концентрата железной руды, При установлении этого количества необходимо принимать во внимание количество газообразного водорода в отработанном газе, поскольку водород также является восстанавливающим газом.Основная идея изобретения состоит в создании достаточного количества тепла на стадии окончательного восстановления для расплавления и восстановления предварительно восстановленного концентрата железной руды. Низкий расход угля обеспечива" ется посредством большей степени сжигания выходящего газа от стадии окончательного восстановления, чем Способ получения чушкового чугуна из железорудного концентрата, включающий инжектирование в реактор сверху предварительно восстановленного железорудного концентрата и угля, ашлакообразующие и газообразный кислород подают под поверхность ваннырасплава железа в реакторе, повышение отношения СО /СО в отходящих газах внутри реактора до значения 0,053,0, превышающего отношение, соответствующее равновесному состоянию между углеродом в ванне и отношению СО. /СО на поверхности ванны при атмосферном давлении, очистку отходящего газа от СО и подачу очищенного газа, содержащего СО и Н , на стадию предварительного восстановления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности и зкономии угля, повышение отношения СО /СО осуществляют установлением в реакторе общего давления, превышающего атмосферное и до.стигающего 50 бар, предпочтительно 2-10 бар.1429940 СоставительА,Ашихинвич Техред М,Дидык ктор К Корол едактор Заказ 5148 58l Тираж 545 Подписное ВН го комитета СССР по и открытийПроизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектна ИИПИ Государственно делам изобретений Москва, Ж, Раг ф у ющи 9рие, Р