Способ восстановления окислов металлов

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СЮЛИ Иаа СПУБЛИН ГОСУДАРСТВЕПО ДЕЛАМ И РЕТ АВТОРСКОМ нов по п. 1, о тем, что, с я частиц во одержание аельном газе 5-30 г/нм . 3. Способющий с ящения слипанго металла,в восстанови,в количестве т л и ч ацелью умень- сстановленноктивной сами ФФ поддерживают ЫЙ КОМИТЕТ СССР ОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Шитов А.А. Прямое получениеметаллов из руд за рубежом. Киев,Гоетехиздат, 19632. Авторское свидетельство позаявке В 2612803/28-33,кл. С 01 В 1/20, 1978.3. Авторское свидетельство СССРУ 86983, кл. С 21 В 13/14, 1946.(54)(57) 1. СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯОКИСЛОВ МЕТАЛЛОВ, включающий нагреви восстановление дисперсных окисловв вихревом потоке горячим восстановительным газом, рециркуляцнюотходящих газов в газогЕнератор,о т л и ч а ю. щ и й с я тем, что,с целью эффективного использованияотходящих газов, восстановлениеокислов осуществляют в восстановительном газе от пироконверсии досодержания двуокиси углерода и водяного пара в отходящих газах 5-15 Х.2. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью получения газа с восстановительным потенциалом 20-50, пироконверсню осуществляют при объемном отнощеиии двуокисиИзобретение относится к области прямого восстановления окислов металлов газами-восстановителями.Известен Нгоь процесс прямого восстановления железа из концентратов и руд, согласно которому в качест- ве агента-восстановителя используется водород с примесью азота. Водо род получают кислородной конверсией углеводородной части коксового газа, 10 Газ на выходе из горелки содержит об.%: Н, 68; СО 26; СО. и МН остальное- прохосдит через башню, где насьпцается парами води, нагревается, а затем поступает в пециальный реактор, где окись угле 1 15рода окисляется парами воды, Конвер-тираваннь 1 й газ, содержащий Н, СО,СО и Нпроходит через,цва адсорбента, где освобождается от СО иостаточного СО, Затем газ нагрева-.ется в отдельном аппарате и направляется на восстановление, Процессведут при 550 С, в нем используется 5%оводорода,остальной газ после очистки иосушки от СО, СО и НО подогревают и 54 подают обратно1 .Температура процесса, сложностьтехнологической схемы приводит кмалой производительности и низкомуРЛЩ процесса (использование кисло"рода, неоднократное охляждение инагрев газон при получений водородаПри регенерации отходящих газов не,используются СО, Н О, а СО используется частично,45Для восстановления дисперсныхокислов используют вихревую камеру сподачей горячего восстановительногогаза снизу в противотоке с загружаемь,м сверху материалом 2.40(Однако при коньерсии природногогаза может использоваться толькОчасть всего Отходящего газа, причем для эффективной работы конвертора количество окислителей в подава-.емом газе должно составлять около 20что трудно получить при обработке в вихревом потоке.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к 50 данному является способ получения металла из руды, включающий нагрев и вос-тановление дисперсных окислов а вихревом потоке горячим восстановительным газом, очистку и рецирку ладою отходящих газов в газогенерапор, С Особ прямого получения металла .г: :.уды во взвешенном состоянии газом-восстановителем в циклоне при 1100 о1500 С включает образование жидкой фазы. Используется также газ-восстановитель с высоким содержанием СО и2 НО. Способы по восстановлению окислов металлов с помощью газов-восстановителей, получаемых из твердого, жидкого и газообразного топлива способами каталитической, кислородной, парокислородной конверсии, малоэффективны в связи с малой скоростью восстановления железа из-за присутствия в газе-восстановителе СО 2 и Н О более 15%, Газы-восстановители с низким содержанием окислителей менее 5% при температуре доо1095 С попадают в плотный слой кускового материала вьппе уровня фу эм для предварительного, частичного восстановления окислов железа. Отработанный колошниковый газ очищенный, охлажденный и частично осушенный подается на регенерацию совместно с топливным газом в аппарат типа и Е 1Каупер с насадкой из высокоглиноземистого материала, получают восстановительный .газ, нагретый до 1650 ОС. Частично колошниковый газ идет на компенсацию тепловых потерь доменной печи ГЗЗ.Недостаток способа .в том что онгозволяет только частично. восстанавливать железо, так как газы из фурменной зоны, богатые окислами,разубоживают газ-восстановитель, чтоснижает его восстановительные возможности, Охлаждение газов послерегенерации и после печи перед регенерацией для частичного удаленияводяных паров значительно снижаютпроизводительность и КПД процесса,Цель изобретения - эффективное использовачие отходящих газов, получение и использование газа с восстановительным потенциалом 20-50, а также уменьшение слипания восстанавливаемого материала.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу восстановления окислов металлов, включающему нагрев и восстановление дисперсных окислов в вихревом потоке горячим восстановительным газом, очистку и рециркуляцио отходящих газов и газогенератор, восстановление окислов осуществляют в восстановительном газе от пироконверсии до содержания дву2+ 8С = --- -=5 .А 2 Э 1129окиси углерода и водяного пара в отходящих газах 5-15 .Пироконверсию осуществляют приобъемном отношении двуокиси углеродаи паров воды к метану, равном 0,50,6,Содержание активной сажи в восстановительном газе поддерживают в количестве 5-30 г/нм,Сущность пирдконверсии состоит в 10разложении природного газа согласнореакцииСН+0,5 Н О СО+0,5 С+25 Н (фиг,1).Вихревая печь, которая совмещенас установкой пироконверсии природного 15газа, использует мелкиечастицы обра-.батываемого металла; позволяет создавать высокие скорости газа и твердогоматериала, обеспечивает высокую турбулентность газового потока и дает.возможность получать в печи высокиеудельные тепловые нагрузки, а такжерезко снизить внешнее диффузионноеторможение. По этой причине металлизация практически осуществляется в 25кинетическом и внутридиффузионномрежимах.Аэродинамика вихревых потоковчозволяет значительно снизить выносмелкой фракции по сравнению с из 30вестными способами и подвергать обработке широкий гранулометрическийсостав материала в широком диапазоне расходов газа. Конструктивныерешения вихревой печи позволяютменять время контакта газа-восстановителя в ней,в пределах от 3-6 сдо нескольких минут. В связи с высо"кой скоростью восстановления окислов.металлов при температурах, близких40температурам плавления, время полного восстановления исчисляется минутами и секундами. Восстановлениеокислов ведут в потоке газа приначальной концентрации СО 2+Н О менее .2/ до содержания Сог+ Н 20 на выходе455-15в зависимости от конечныхцелей процесса. В процессах восстановления металов из окислов интенсивность 50 реагирования определяется наличием окислителей в газе-восстановителе.Чем меньше содержание СО 2 + Н 20, тем быстрее скорость восстановления окислов металлов, В известных спосо бахвосстановление руды ведут обычно до 30-40 (СО + .Н О) на выходе иэ2. 2печей металлизации 33. 240 4 На фиг. 1 представлен материальный и. тепловой баланс установки;на фиг. 2 - график влияния степени разбавления водорода водяными парами на скорость восстановления при различных температурах.Иэ графика (фиг, 2) можно определить относительное изменение (произво-. дителвности) скорости реакции восстановления окисловметаллов, имея составы газов на выходе и входе из восстановительного аппарата. В соответствии с предлагаемым техниче ским решением при подаче газа-восстановителя , 2 окислителей и выводе газообразных продуктов из восстановительного аппарата с 8 Х окис" лителей действующая концентрация составит При осуществлении способа восстановления окислов металлов восстановительным газом, получаемым кислороднойконверсией с содержанием 153 окислителей на входе в аппарат н 353 на выходе,действующая концентрация равна 15 + 35 С " - в- " 253. 42 2ОСкорость реакции повысится при 850 Сдля Я разбавления окислителями до0,845, При разбавлении окислителямицо 253 она составит всего 0,315; т.е.0845интенсивность возрастает (- в -) в0,3152,7 раза,На фиг. 1 представлен баланс,сведенный на 100 м СН подаваемогона пироконверсию в единицу времени.В агрегат металлизации поступает460 м (Н 2 + СО), а выходит из негогаз, содержащий 232 Н О и 7 . СО 2,что характерно для процессов выше,800-900 С, На внешние потери и процесс регенерации окислителей уходит1 около 253 потерь тепла. Дополнительныйрасход природного газа на все потери80 мз . Общий расход природного газас учетом всех потерь на 1 кгвосстановленного металла 178:372=0,48 мз/кг,причем только на восстановление металла 100:372=0,27 м/кг. Все основные показатели процесса при восста-,новлении металла до ЗОХ окислителейв газовой фазе представлены на фиг. 2.При этом не учитывается теплота :жигания и теплота восстановления еталла углеродом, который на 503 участвует в процессе восстановления еталла, что дополнительно повысит 5 ЮЩ процесса. В данном расчете считывается, что весь углерод уходит с яеталлои и создает дополнительный источник тепла. Как видно из фиг. 1 и 2, гри снижении количества окислнт 10 телей из агрегата восстановления металла производительность по иеталЯпу увеличивается, например, для В 50 фС в 2,7 раза при снижении окислителей с 253 до 5 Х. 35П р и м е р, Реактор, предназначенный для получения восстанбвнтельаых газов (пироконвертер), заполнен корундовой насадкой, имеющей размер частиц 10-15 ии. Высота. слоя насадки 1,0 и. Ее предварительный нагрев до 1400-1600 С осуществляется яри сжигании приропного газа с воэпухом непосредственно в слое насапки (величина д коэффициента избытка воздуха 1,05- 1,5).При достижении заданной температуры частиц слоя прекращается подача воздуха и природного газа. Далее начинается собственно стадия получения восстановительного газа, для чего через слой раскаленной насадки пропускают парогазовую смесь при соотношении водяного пара к метану 0,5-0,6.Полччение восстановительного газа (технического Н 2) исключительно пиролиэом метана требует с учетом теплового з 4 хЪекта эндотериической реакции 440 ккал/из Н ; при его паровой конверсии тепловой эффект составит 547 ккал/м Я 2 + СО. Однако при осуществлении пиролиза в восстанов- . ленный гаэ переходит только Н-составляющая метана, а С-составляющая в восстановительный газ не переходит. Это ведет к тому, что общий КПД процесса получения.восстановительного газа путем пиролиэа, включая стадию нагрева насадки и собственно стадию пнролиза, составляет около 25 . Дляпаровой углекислотной конверсии метана величина КПД процесса значительно выше и составляет примерно.523. В соответствии с изложенным целесообразно осуществлять совмещенный процесс получения восстановительного газа,включающий как пиролиз, так и конверсию природного газа.При реализации процесса пироконверсии метана с водяным паром при соотношении НО к СН 0,5-0,6 КПД 40-45 , а тепловой эффект 490" 500 ккал/м СО + НОсуществление пнроконверсии на мелких кусках раскаленной насадки вуказанном интервале температур способствует интенсивному образованию пироуглерода на поверхности. На частицах отлагается в зависимости от режима свободный углерод в количестве 80-903 от общего выхода. Остальная часть выносится из слоя насадки с потоком газа в виде сажи. Содержание ее 5-30 г/и восстановительного газа. Присутствие сажи в газе повышаетустойчивость процесса восстановления железорудного концентрата в вихревойпечи, препятствуя слипанию частицобрабатываемого материала,При проведении пнроконверсии нараскаленной насадке с указаннымсоотношением водяного пара к метану образуется газ следующего усредненного состава, об, : СО 0,4; Н О 1,6;1 ф 81 СО 18 0 Н 78 2 Составполучаемого газа практически не меняется при изменении расхода дутья,поступающего,в реакционную зону.Количество поступающей исходной смеси оказывает влияние только напродолжительность стадии получениявосстановительного газа,Из пироконвертера восстановительный газ подается в вихревую печь,куда через патрубок сверху поступаетжелезорудный концентрат. Рабочаятемпература в реакционной зоне печи900 зС.Состав восстановительного газа, поступающего в вихревую печь, приведен выше, При температуре в вихревой печи 900 С расход газа-восстановитеоля 22 5 м /ч, подача железорудного концентрата В кг/ч при степени восстановления нерерабатываемого материала 95 , Необходимое время обработки 10 мин. Газ на выходе из реакционной зоны имеет следующий состав, об.%: СО 2 3,65 Н О 11,35; М 1,8; СО 14 э 74 в Н 6814 еДля сравнительной оценки двух способов в данном случае в вихревую печь поступает восстановительный газ того же состава, что и в предлагаемом11варианте. Подобран такой режим, при котором на выходе иэ печи содержание окислителей в колошниковом газе составляло не 15,0, а около 30 об.Х, Экспериментально установлено, что для достижения степени металлизации 953 необходимо подцерживать расход восстановительного газа 10,0-" 10,5 мз /ч, твердого сырья 3,6 кг/ч. При температуре в печи 900 С газ 29240 8на выходе имеет состав, об,3: СО 76;0 23 Зф1 8 ф С 0 10 ф 71 Н 566,Длительность обработки концентрата22 мин,5Иэ представленных данных видно,что при осуществлении процесса поданному способу производительностьвихревой печи выше чем по известномув 2,25 раза.1% дд Фрд 2 Пилипенко з 9306/20 Тираж 5 Подпис ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5"Патент", г Проектная, 4 Филиал оро Составитель А. СавельевРедактор О. Колесникова Техред И.Надь Корре