Способ газообразного прямого восстановления гранулированной железной руды и шахтная печь для его осуществления

(57) Изобретение относится к мелургии, к процессам металлиэацискованной железной руды в шахтньпечах с последующей подачей нагго продукта на горячее брикетирили плавку. Цель изобретенияшение структуры потока частиц ишение эффективности. Способ эаклется в том, что окускованная рупосле восстановления поступаетну охлаждения конической формыгладкой охлаждаемой поверхностьчастицы, примыкающие к поверхносохлаждаются до 50-400 С. При этохлаждающий конус шахтной печи и окх о- ани учовыючаа и,металлическим с принудительдяным охлаждением с конусным 10-20 , а система средств реоемого охлаждения выполнена в онцентрических смежных участс. и 4 э.п. ф-лы, 3 ил. полне ным в угло гули виде ков. ется от центральной линии данновыпускного конуса до его наружнстенки, т.е. 0616 ) для тразличных высот конуса: К К,на фиг.3 - диаметрально противоный график, показывающий вычислные профили температур от стенкипускного конуса.Способ осуществляют в шахтночи дляпрямого в вл гоойф ре и К)э положвь стиц и поения частицков, гранул осстано форме к елезной рудыили их смесей. Шахтная печ й формы, Футерова цию 1 обычкоторая т эолирована ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТРИ ГКНТ СССР(72) Патрик В.Маккей (И), РональдВиктор Мануэль Лопес-Гомес, ПаульПристо де ля Фуэнте и Марко АурелиФлорес-Вердуго (МХ)(54) СПОСОБ ГАЗООБРАЗНОГО ПРЯМОГОВОССТАНОВЛЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОИ ЖЕЛНОЙ РУДЫ И ЦАХТНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ЕГО ОСЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к металлургии, к процессам металлиэации окускованной железной руды в шахтныхпечах с последующей подачей нагретого продукта на горячее брикетирование или плавку.Целью изобретения является улучшение структуры потока чавышение эффективности,На фиг.1 представлена шахтнаяпечь для осуществления способа, вертикальный разрез; на фиг.2 - график,показывающий относительную скоростьчастиц вдоль радиусов конуса при раэличных углах конуса (угол отсчитываь содержит верхнюю сена, причем в этой печи опускающийсяслой частиц железной руды контактирует в противотоке с поднимающимсяпотоком горячего восстановительногогаза для превращения железной руды вметаллическое железо,Частицы железной руды подаются вшахтную печь по меньшей мере, по одной подающей трубе 2, которая вместе с верхней частью печи образует нагнетательную систему, разделяющуюгаз, и сообщающуюся с выпускным отверстием 3 для газа, через котороевыходит из печи отработанный восстановительный гаэ.Слой частиц 4 нагревается горячимвосстановительным газом, поступающимв печь через впускное отверстие 5 длягаза, и затем газ проходит в распределительную нагнетательную систему 6,где он равномерно распределяется и подается в слой частиц через питающиесопла 7. Эти сопла могут быть выполнены в некоторых случаях в виде непре рывной нагнетательной системы. Слой4 достигает его максимальной температуры порядка 700-1000 ОС примерновблизи точки ввода восстановительного газа и затем продолжает течь внизчерез нижнюю секцию 8 печи.Секция 8 имеет коническую форму,сужающуюся в направлении выпускногоотверстия 9 для твердых частиц, причем она имеет гладкую металлическуюповерхность, изготовленную из углеродистой стали и находящуюся в прямом.контакте с горячими частицами железапрямого восстановления, Коническаястенка 10 окружена множеством теплообменных рубашек 1 - 13, причем каждая имеет отдельное средство для цир"куляции через нее охлаждающей среды,преимущественно воды или пара, и соответствующее регулирующее средство 45(не показано) обычного типа для выборочного регулирования или отсеченияколичества охлаждающей среды, котораяциркулирует через рубашки. Таким образом, температуру стенки и, следовательно, частиц железа прямого восстановления в зонах 14 - 16 поддерживают на заданных уровнях для обеспечения равномерного и плавного потокаслоя частиц железа прямого восстановления через печь.В самой нижней части коническойсекции 8 расположена металлическаястенка 17, прикрепленная к емкости,образованной стенкой 10, посредствомсоответствующего опорного средства18, таким образом допускается тепловое расширение и деформация этой стен"ки 17, которые возможны в результатетемпературы частиц железа прямоговосстановления, находящихся в контакте со стенкой. Стенка 17 может бытьокружена слоем изолирующего материала 19, когда это необходимо для уменьшения потерь тепла, и закрыта продолжением стенки 10.Посредством регулирования количества охлаждающей среды, циркулирующейчерез рубашки 11 - 13, слои частиц,которые находятся в контакте с зоной14 стенки 10, доводятся до уровнейоптимальной температуры 100-300 С итаким образом достигается равномерныйпоток твердых частиц через восстановительную секцию 1 посредством обеспечения правильных условий для потока массы в коническом днище 8.Скорости охлаждения и относительные размеры охлаждающих рубашек иизолированной части конуса можно соответственно регулировать в даннойконструкции для достижения требуемойсредней температуры выпускаемого железа прямого восстановления,В некоторых примерах воплощенияизобретения изолированная часть 20конуса может быть минимального илинесущественного размера или она может быть заменена другой охлаждающей рубашкой (не показана) в зависимости от характеристик потока, температуры, при которой должна восстанавливаться руда в восстановительнойсекции печи, и заданной температурына выходе железа прямого восстановления и т.д. Когда слой частиц 4 движется вниз для прохождения через коническую часть 8 днища, диаметр печи уменьшается и между центральнойлинией и стенкой конуса создаетсяперепад в скорости, таким образомчастицы вблизи центра движутся быстрее, чем частицы, расположенныеближе к стенке. Когда они опускаются,средняя скорость всех частиц увеличивается по отношению к скорости выше любого данного уровня, Это графи"чески показано на фиг.2 как скорость,вычисленная для данного материала иповерхности стенки, где верхняя частьконической секции 8 (там, где онавнутренне встречается с секцией 10)представлена как К 1, а выпускное отверстие в днище секции 12 представлено как К , тогда как К, обозначает промежуточное положение в центре секции 12. Кривая Х, показывает различие в скорости от стенки (угол 16 ) до центральной линии (угол 0) на выходе. Можно увидеть, что различия в скорости, обозначенные кривой для К 1 наверху конической секции 8, сравнительно небольшие (хотя форма кривой очень сходна, если смотреть в увеличенном масштабе).Когда частицы находятся в контакте с водоохлаждаемой поверхностью 10 секции 14, то слой частиц, расположенный ближе всего к стенке, охлаждается, таким образом, горячий слой частиц движется вниз по граничному слою холодных частиц, которые проходят вдоль стенки, причем не требуется очень крутой угол стенки.На фиг.3 дан температурный профиль частиц вблизи стенки 10 конической секции 8, вычисленный по математической модели для такого же материала, поверхности стенки и размеров, применяемых на фиг.2. Это означает, что все частицы при Химеют одинаковую температуру 800 С. 11 о изотерме температуры 800 С мощно уви; деть, что большинство частиц выпускают баз какого-либо охлаждения .(несмотря на охлаждение, применяемое для стенок с целью улучшения характеристик выпускаемого потока). Средняя температура частиц на выходе из ота верстия 9 равна в этом примере 697 С.Граничный слой является достаточно тонким по сравнению с размерами реактора из-за низкого значения коэффициента диффузии слоя частиц железа прямого восстановления. Почти все частицы остаются горячими, тогда как сравнительно небольшое количество частиц, находящихся в контакте со стенкой или расположенных очень близко от стенки, охлаждаются достаточно сильно, После выхода частиц иэ реактора они обычно повторно смешиваются во время дальнейшей обработки и таким образом охлажденные частицы повторно нагреваются остальными час" тицами, Температура является равномерной и она соответствует дальнейшей горячей обработке. железа пря. мого восстановления, например для горячего брикетирования или немед 3 ч 4 6ленной плавки. Эффективность увеличивается за счет уменьшения слипания частиц с поверхностью конуса,улучшения структуры потока частиц. ф 35 40 45 4. Шахтная печь для газообразного 50 55 О 15 20 25 30 Формула из обр .тения 1. Способ газообразного прямого восстановления окомкованной железной руды, включающий загрузку исходного материала в виде комков, гранул или их смеси в верхнюю часть шахтной печи, поддержание температуры восстанавливаемого потока материала вьппе 700"С, формирование потока восстановленного материала в нижней зоне разгрузки печи конусообразной гладкой поверхностью, охлаждение и выгрузку готового продукта при средней температуре свьппе 500 С через по крайней мере одно разгрузочное отверстие, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьюения эффективности процесса за счет улучшения структуры потока частиц, частицы потока материала, контактирующие при движении с конусообразной поверхностью, охлаждают по крайней мере верхней частью этой поверхности до достижения в нижней части поверхности температуры 50-400 С.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что частицы потока материала, контактирующие при движении с конусообразной поверхностью, охлаждают до достижения в нижней части поверхности температуры 100 300 С.3. Способ по пп.1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что верхнюю часть кониче"кой поверхности охлаждают омыванием охлаждающего агента вокруг нее. прямого восстановления окомкованнойжелезной руды, содержащая узел загрузки кусковой руды, окатьппей илиих смеси, верхнюю вертикальную восстанавливающую секцию, нижнюю секцию, выполненную в виде конуса с сужением вниз, сообщающегося с отверстием для выгрузки, о т л и ч а ю -щ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности путем улучшенияструктуры потока частиц, печь снабжена системой средств регулируемогоохлаждения, установленной по крайнеймере в верхней части конической сек 1634141ции, при этом коническая секция выполнена с гладкой металлической поверхностью, а угол между образующей конуса и вертикальной осью составляет 10-20 С,5Печь по п.4, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что система средств регулируемого охлаждения выполнена в виде концентрически расположенных по конусообразной поверхности смежных участков с возможностью раздельного регулирования их температуры.6. Печь по пп,4 и 5, о т л и ч аю щ а я с я тем, что она снабжена теплоизоляцией, расположенной между корпусом печи и нижней частью конической поверхности.163414 граЗ фс фф Л 1 и,Уаг ЗСоставитель А.Савельеведактор С.Пекарь Техред Л.Олийнык Корректор Т.Пал Заказ 624 Тираа 387 Подписное6 ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Иосква, 3-35, Раушская наб., д. 4/5роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уагород, ул, Гагарина, 101