Способ обработки железнх руд в печах со ступенчато взвешенным слоем

(51) С 21 В 13/1 О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИДЕТЕЛЬСТВУ тельство СССР13/10, 980. ГОСУДАРСТВЕННЬЙ НОМИТЕТ СССРГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРОТИЙ(72) Р,Ф,Кузнецов, В,Я.Клейнгольд, В.А.Тверитин, В.А.Халда, В.А.Найденов, Э.П,Иовик и А.А.Кутузов (71) Всесоюзный научно-исследователь ский институт металлургической тепло техники(56) 1. Таюгленко П.А. Подготовка труднообогатимых железных руд, М., "Недра", 1979.2. Авторское свидеУ 761570, кл. С 21 В(54) (5) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЖЕЛЕЗНЫХРУД В ПЕЧАХ СО СТУПЕНЧАТО-ВЗВЕШЕННЫИСЛОЕМ, включающий подачу дисперснойруды в систему последовательных газовоздушных потоков, сушку, подогрев,предварительное восстановление, довосстановление с подачей твердоготоплива, улавливание железоруднойтопливосодержащей пыли, смешиваниес твердым топливом, последующий нагрев и выдержку смеси перед подачейв камеру довосстановления и охлаждение готовой продукции, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения производительности установки иулучшения качества готовой продукции,нагрев и выдержку смеси осуществляют сначала в псевдоожиженном а затем в наклонно стекающем слоях при1020-1070 фС в течение 0,3-1,2 и0,8-2,5 мин соответственно, при этомкрупность и содержание летучих втвердом топливе поддерживают равными0,2-4,0 мм и 12-2 Х.1 11357Изобретение относится к пронзвод= . ству железорудного концентрата в черной металлургии, а именно к обжиг- магнитному обогащению полиднсперсных железных руд 5, Известны способы подготовки шихты для камеры довосстановления печи ступенчато-взвешенного слоя, включающие подачу частично восстановленной руды в смеси с термообработанным углем 10 на зеркало шихты Я .Недостатками этих способов являются невозможность использования активного газового восстановителя (в том числе водорода) в достаточном 15 количестве содержащегося в летучих твердого топлива для восстановленияокислов железа. Действительно, принагреве угля во взвешенном слое и его пребывании свыше 5,0 мин при 20 700-1050 С происходит полное выделение и сгорание летучих в слабоокислительной среде, характерной для ступенчато-взвешенного слоя. В камеру довосстановления попадают части цы угля, уже не содержащие активногогазового восстановителя. В результате снижается интенсивность восстановления окислов железа и уменьшаетсяудельная производительность всего З 0обжигового оборудования, К недостат"кам также относятся невозможностьинтенсификации. процесса восстановления в плотном слое посредством, например, изменения количества и видавосстановителя; развитие процессавосстановления практически только вместах соприкосновения частиц твердого восстановителя с частицами руды.При этом восстановление железной руды протекает неравномерно и, какследствие, либо ухудшается качествоготовой продукции, либо снижается . удельная производительность агрегата.Отмеченные недостатки можно устранитьпри подаче на зеркало шихты камерыдовосстановления дополнительных материалов регулируемого составаНаиболее. близким.; к предлагаемому по технической сущности и достигаемому. результату является способ обработки железных руд в печах со ступенчато-взвешенным слоем, включающий подачу. дисперсной руды в систему последовательных гаэовоздушнык пото ков, сушку, подогрев, предварительное восстановление, довосстановление с подачей твердого топлива, улавли 64 Ъвание железорудной топливосодержащей пыли, смешивание с твердым топливом, последующий нагрев смеси перед подачей в камеру довосстановления и охлаждение готовой продукции 2,Недостатками известного способа являются подача в камеру довосстановления обедненного твердого восстановителя (лишенного летучих), что значительно понижает удельную производительность процесса; невозможность интенсификации процесса восстановления в плотном слое изменением количества и вида восстановителя; протекание процесса восстановления только в местах контакта частиц руды и восстановителя, что приводит к снижению удельной производительности процесса и ухудшению качества готовой продукции.Цель изобретения - повышение производительности установки и улучшение качества готовой продукции путем включения в шихту активного газового восстановителя.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработки железных руд в печах со ступенчато-взвешенным слоем, включающем подачу дисперсной руды в систему последовательных газовоздушных потоков, сушку, подогрев, предварительное восстановление, довосетановление с подачей твердого топлива, улавливание, железорудной топливосодержащей пыли, смешивание с твердым топливом, последующий нагрев и выдержку смеси перед подачей в камеру довосстановления и охлаждение готовой продукции, нагрев и выдержку смеси осуществляют сначала в псевдоожиженном, а затем в наклонно стекающем слоях при 1020-1070 С в течение 0,3-1,2 и 0,8-2,5 мин соответственно, при этом крупность и содержание летучих в твердом топливе поддерживают равными 0,2-4,0 мм и 12-273.1В настоящее время камера довосстановления печи ступенчато-взвешенного слоя работает практически в неуправляемом режиме. Процессы, протекающие в ней, полностью зависят от предыдущей стадии термообработки материала и поэтому носят во многом случайный характер. Оборудование печи ступенчато-взвешенного слоя камерой подогрева уловленной (в циклонах) пыли и возвращение ее обратно в процесс на1135зеркало шихты камеры довосстановленияделает возможным разработку методовинтенсификации процесса восстановле: ния в плотном слое путем измененияколичества и вида включаемого в шихту твердого восстановителя. В предлагаемом решении дан метод подготовки оптимального состава шихты длякамеры довосстановления печи ступенчато-взвешенного слоя. 10Установка со ступенчато-взвешеннымслоем состоит иэ печи предварительнойобработки шихты во взвешенном слое,камеры довосстановления руды в плотном слое и системы возврата уловленной пыли обратно в процесс. Загружаемая в агрегат сырая шихта (руда,уголь) через загрузочный лоток поступает в рабочую камеру печи ступенчато-взвешенного слоя, в которой иэ щнее удаляется внешняя и гидратнаявлага, осуществляется разогрев дотребуемых по технологии температури происходит ее предварительное восстановление. При этом шихта в рабо- с 5чей камере передается со ступени наступень.во взвешенном состоянии понаправлению к камере довосстановления под воздействием высокоскоростных, подаваемых через фурмы газовоздушных потоков. Эти потоки после затухания скорости перемещаются подсводом печи.в сторону камеры довосстановления, опускаются над зеркаломшихты вниз и двигаются в нижней час 35ти печи по направлению к месту отвода дымовых газов в районе первогоряда транспортирующих фурм,Поступившая в камеру довосстановления шихта под воздействием содержащегося в ней твердого термообработанного угля восстанавливается и разгружается из печи.Отходящий из печи гаэ подвергают сначала сухой, затем мокрой очистке 45 и сбрасывают в дымовой боров. Уловленную при сухой очистке железорудную,топливосодержащую пыль, лишенную внешней и гидратной влаги и прошедшую первые стадии восстановления, 50 направляют в подогреватель вихревого типа, подогревают до 950-1050 С и на уровне зеркала шихты направляют в камеру довосстановления.Интенсификацию. работы камеры до- у восстановления осуществляют. следующим образом. В железорудную топливо- содержащую пыль крупностью 0,01764 40,15 мм дополнительно включают твердое топливо. В уловленной железорудной топливосодержащей пыли содержание твердого топлива (по углероду) находится в пределах 0,7-1,4 абс,7. Количество дополнительно включаемого твердого топлива устанавливают равным 1,0-4,0 абс.З. При меньшем количестве дополнительного топлива (41,03) плотный слой не обеспечивается требуемым количеством активного газового восстановителя и процесс в камере довосстановления,по-прежнему остается неуправляемым и недостаточно интенсивным. При большем количестве дополнительного. топлива (4,03) его содержание в шихте устанавливается избыточным и значительная часть топлива теряется с готовой продукцией.Крупность рециркулируемой железорудной топливосодержащей пыли поддерживают в пределах 0,01-0,15 мм. Нижний предел крупности пыли (0,01 мм) ограничен возможностями агрегатов для загрубленной сухой очистки газа. Пыль крупностьют 0,15 мм из печи ступенчато-взвешенного слоя как правило не выносится.Топливо, дополнительно включаемое в уловленную пыль, должно содержать летучих 12-272 и иметь крупность 0,2-3,0 мм. При содержании летучих менее 123 не обеспечивается подача в плотный слой требуемого количества активного газового восстановителяи интенсивность процесса восстанов" ления сохраняется практически на прежнем уровне. Верхний предел содержания летучих.в угле (27 Ж) ограничен используемыми в металлургии видами твердого топлива. Нижний предел крупности твердого топлива (0,2 мм) ограничен условиями его предварительного подогрева в вихревом слое до 950-1070 С (более мелкие0частицы. полностью сгорают и безвозвратно теряются для процесса). При большей крупности частиц твердого топлива 4,0 мм) его углерод не успевает полностью использоваться в камере довосстановления и теряется с готовой продукцией, что увеличива" ет расход топлгза на процесс.Твердое топливо дополнительно включают в уловленную пыль перед ее подогревом в завихрителе-подогревателе циклонного типа, оборудованномЭ 1135 выносными топочными камерами, В этот подогреватель пыль подают сверху, закручивают потоком теплоносителя (по касательной подаваемого из топочных камер), подогревают в псевдоожи женном и наклонно-стекающем слоях и вводят в камеру довосстановления на уровне зеркала шихты. Нагрев дисперсного материала при ином состоянии слоя, как правило, неосуществим 1 О из-эа его высокого аэродинамического сопротивления. К тому же, использование наклонно стекающего слоя гарантирует подачу материала на зеркало шихты камеры довосстановления и 15 предотвращает его унос с уходящими газами.В псевдоожиженном и наклонно стекающем слоях материал выдерживают при 1020-1070 С. При меньшей темпе ратуре (1020 С) не обеспечивается подогрев материала до температур выше 950 С, в камеру довосстановления поступает недостаточно подогретый материал, и интенсивность восстанов ления в ней уменьшается. При большей температуре процесса 1070 С) стаО новится возможным спекообраэование и, как следствие, аварийный останов агрегата. 30В псевдоожиженном и наклонно стекающем слоях материал следует выдерживать в течение соответственно 0,3- 1,2 и 0,8-2,5 мин. При меньшей выдержке материала (менее 0,3 мин - в псевдоожиженном и 0,8 мин - в наклонно стекающем) не обеспечивается соответственно разогрев всех частиц до температур выше 950 С и выпадениеОвсех частиц на наклонный под установ.4 ки, т.е, их передача на зеркало шихты камеры довосстановления. При большей выдержке материала (более 1,2 мин - в псевдсожиженном и 2,5 мйн в наклонно стекающем) не увеличиваются температура подогрева материала. и степень выпадения частиц из газо; взвеси, зато возрастают габаритыустановки.Процессы в завихрителе-подогрева теле для частиц различного происхождения (руда, термообработанный уголь, дополнительно включаемый уголь) имеют различный характер. Так, частицы руды только разогреваются до темпера тур выше 950 С, частицы угля разогреоваются и в них частично выгорает углерод. Частицы дополнительно вклю 764ченного угля .подвергаются сушке, дегидратации и разогреву до указанных температур, Остальные процессы (выделение летучих, выгорание углерода) при описанных параметрах термообработки не успевают получить заметного развития. Действительно, на удаление только гидратной влаги необходимо не менее 1,5-2,0 мин. Поэтому эти частицы попадают в камеру довосстановления со всеми летучими и углеродом. Имен- но это обстоятельство обуславливает ввод в плотный слой активного газового восстановителя. Становится возиожным также оперативное влияние на развитие процессов. восстановления в плотном слое посредством изменения количества и соотношения твердого и газового восстановителя.Сущность предлагаемого способа заключается в интенсификации восстановления руды в плотном слое путем включения в нее твердого топлива со значительным содержанием летучих и изменения количества и соотношениятвердого и газового восстановителя в камере довосстановления.На чертеже представлена принципиальная схема печи ступенчато-взвешенного слоя, включающей собственно печь, камеру довосстановления и систему возврата рудоугольной пыли обратно в процесс,Способ осуществляют следующим образомВ железорудную топливосодержащуюпыль крупностью до 0,15 мм, уловленную в агрегате 1 сухой очистки и транспортируемую по тракту 2 в завихритель-подогреватель 3, дополнительно через патрубок 4 включают твердое топливо, например бурый уголь, крупностью до 3,0 мм и содержанием летучих 2 ОЕ в количестве 2% от веса смеси, а затем транспортируют в наклонно-стекающем слое, образующемся при подаче по наклонной поверхности в течение 1 мин, В топочных камерах 5 получают (сжиганием, например, природного газа) теплоноситель с температурой 1070 С и по касательной вдувают его в подогреватель 3 В нем полученную смесь (рудоугольную пыль и дополнительное топливо) выдероживают при 1070 С сначала в псевдоожиженном слое в течение 0,5 мин, затем в наклонно-стекающем слое в течение 1,0 мин. Переход материала7 1135 из газовзвеси в наклонно стекающий слой происходит при повороте газопылевого потока в нижней части подогреователя 3. Подогретую до 1050 С смесь направляют на зеркало шихты камеры 5 довосстановления б. Туда же из камеры 7 ступенчато-взвешенного слоя поступает основной поток материала.Его транспортировку производят скоростными газовыми струями, вытекающими из фурм 8. В камере б завершают восстановление материала, разгружают его устройством 9 и отправляют на склад готовой продукции,Крупность пыли и добавляемого уг ля контролируют рассевами на стандартных ситах, а крупность пыли (только при необходимости) - изменением аэродинамического режима работы агрегата сухой очистки, крупность 20 угля " изменением тонины его помола в размольных устройствах.Содержание летучих в угле контролируют по.их химсоставу и регулируют изменением марки угля. 25Температуру. в завихрителе-подогревателе и других точках системы контролируют стандартными термопарами и регулируют изменением соотношения газ-воздух в топочных камерах 5 и З 0 других топливосжигающих устройствах.Время пребывания смеси в различных слоях контролируют по скорости их нагрева и регулируют изменением аэродинамического режима (скорости движения газа) в камере 3.П р и м е р 1. В пыль крупностью 0,0 мм (по минимуму)и выше, уловленную в агрегате 1 сухой очистки и транспортируемую по тракту. 2 в 40 завихритель-подогреватель 3, дополнительно через патрубок 4, включают твердое топливо, например, бурый уголь крупностью 0,2 мм (по минимуму) и вьппе с содержанием летучих 12% 45 в количестве 23 от веса смеси. В топочных камерах 5 получают (сжиганием, например, природного газа) тепло- носитель с температурой 1020 С и по0 касательной вдувают его в подогрева тель 3. В нем полученную смесь (железорудную топливосодержащую пыль и дополнительное топливо) выдерживают при 1020 С сначала в псевдоожиженном слое в течение 0,3 мин, затем в на клонно стекающем слое в течение 0,8 мин. Такие параметры процесса обеспечивают, во-первых, подачу ак 648тивного газового восстановителя в камеру довосстановления в необходимом количестве, во-вторых, подачу рециркулируемой пыли и твердого восстановителя по требуемым по технологиитемпературам, в-третьих, достаточно полное использование углерода в камере довосстановления. Рудоугольная пыль крупностьюг 0,01 мм, например 0,005 мм,из циклонов сухой очистки обратно в процесс практически не поступает.Твердое топливо (уголь) крупностью 0,2 мм, например 0,1 мм, на 70-90 сгорает в подогревателе 3 и в камеру довосстановления не попадает. При содержании летучих в углеА 2%, например при 8 , в камеру довосстановления поступает только 40-50 активного газового восстановителя (от требуемого количества). Выдержка материала в подогревателе 3 при темо пературах теплоносителя ниже 1020 С, например, лри 980 С не обеспечивает подогрев материала до 950 С и вьппе. Как следствие, готовая продукция имеет степень восстановления по магнетиту ниже 110 , кроме того, падает степень извлечения железа из руды. Выдержка материала в подогревателе 30,3 мин в псевдоожиженном (например, 0,1 мин) и 0,8 мин в наклонно стекающем (например, 0,5 мин) слоях также не обеспечивает подогрев часо тиц пыли и угля до температур 950 С и выше.П р и м е р 2. В пыль крупностью 0,15 мм (по максимуму) и ниже, уловленную в.агрегатесухой очистки и транспортируемую по тракту.2 в завихритель-подогреватель,3, дополнительно через патрубок 4 включают твердое топливо, например, уголь крупностью 4,0 мм (по максимуму) и ниже и содержанием летучих 27% в количестве 2 от веса смеси, В топочных камерах 5 получают (сжиганием, например, природного газа) теплоноситель с температурой 1070 С и по касательной вдувают его в подогреватель 3. В нем полученную смесь выдерживают при 1070 С сначала в псевдоожиженномослое в течение 1,2 мин, затем в наклонно стекающем слое в течение 2,5 мин. Такие параметры процесса обеспечивают, во-первых, подачу активного газового восстановителя при данной крупности угля в камеру довос/17 ТиражВНИИПИ Государпо.делам изо113035, Москва Подпио комитета СССРн открытийРаушская наб твенно ретени Ж,д, 4/ ал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проек 9 11357становления,в необходимом количестве,во-вторых, подачу рециркулируемой пыли и твердого, восстановителя при требуемых по технологии температурах,в"третьих, достаточно полное использовение углерода, в камере довоеста-,новления. Рудоугольная пыль крупнос-,тью виве 0,15 мм, например, 0,20 мм,ив печи ступенчато-,взвешенного слоя,как правило, не,выносится, Использование твердого топлива (уголь) крупностью выше 4,0 мм, например, 4,5 ммпривсщит к повмвению содержания угле-.роде в готовой продукции до 1,5 Х,т.е. к безвозвратным потерям тепла впроцессе,Используемое в металлургии твердое топливо содержит летучих, в основном, не выюе 273, что н определяет верхний предел данного режимного 64Опараметра, Выдержка материала в подогревателе 3 при температурах выше 1070 С, например, при 1000 С, приводит к образованию спеков и прекращению схода материала в агрегате. Выдержка материала в подогревателе 3 выше 1,2 мин в псевдоожиженном (например, 1,5 мин) и 2,5 мин в наклонно стекающем (например, 3,0 мин) слоях не увеличивая температуры подогрева материала и степени выпадения частиц из газовзвесн приводит к увеличению габаритов установки. Применение изобретения обеспечивает увеличение производительности агрегата на 4-73, повышение степени извлечения железа из руды на 2-37. и повышение степени восстановления ГОТОВОЙ продукции