Способ получения железа из руд

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 4 АЗ СЮ 4 С 2 В 13/00 ОСУДАРСТВЕННЫПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ МИТЕТ СССР Й И ОТНРЫТ бХ (Ррл 8)296,ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛ ение относитс ии, а именно леза. Цель из е углей, обла энергии. В сп(54) СПОСОБ (57) Иэобре ти металлур получения ж использован лым запасом ОПИСАНИ ПАТЕНТУ(71) Клекнер ЦРА Техноло(72) Людвиг фон БогдандиБроцманн (РЕ)(56) Патент США У 3936кл. 75-26, 1976,ОБРЕТЕНИ чения железа иэ кислородного соединения железа, предпочтительно иэ руды, кислородное соединение железа в . емкости для восстановления руды восстанавливается главным образом с помощью реакционного газа из емкости для расплава, затем вводится в эту емкость для расплава и расплавляется при добыче углеводородсодержащего горючего и кислородсодержащих газов. Выходящие иэ расплава железа реакционные газы частично дожигаются вдля расплава, Выделяющаясям теплота переносится далеелав, а реакционные газы охлажи восстанавливаются на пути кдля восстановления руды свосстановителей. 4 з.п. ф-лы,емкости ЗА ИЗ РУД при это к облас-на .расп способу даются бретения - емкости ающих ма- помощью собе полу ил.Изобретение относится к металлургии, а именно к способу полученияжелеза из кислородного соединенияжелеза, предпочтительно из руды, которое восстанавливается в емкости 5для восстановления руды посредствомреакционного газа и затем расплавляется в емкости при добавке содержащего углерод горючего и кислородсодержащих газов, например кислородаили воздуха,Целью изобретения является использование углей, обладающих малым запасом энергии.На чертеже представлена схема реализации способа получения железа,Емкость 1 для плавления с огнеупорной облицовкой 2 имеет внутренний объем 150 м . Сопла 3 в днище 4земкости состоят из двух концентрических трубок, причем диаметр на просвет внутренней трубки 5 составляет24 мм, а ширина кольцевого зазорамежду обеими трубками составляетмм, Через центральную трубку 5сопла 3 в днище 4 кислород или размолотый уголь вместе с газом-носителем поступает в расплав, С помощьювентилей можно переключаться с кисЗОлорода на суспензию газа-носителяс углеродом. Для защиты сопел 3 через кольцевой зазор б пропускают газообразные и/или жидкие углеводороды,в данном случае пропан, в количестве примерно от 2,5 об,% в расчете 35на кислород,В верхней части газового пространства емкости 1 для плавления расположены пронизывающие огнеупорную облицовку 2 два сопла 7 для вдуваниякислорода, которые снабжены общимтрубопроводом 8, Выходные отверстия.сопел 7 с диаметром на просвет 40 ммнаходятся примерно на 3,5 м выше 45неподвижной поверхности ванны.В емкости 1 для расплава находится расплав 9 железа весом 120 т прио,1500-1600 С. В емкости 1 для плавления в час приготовляется примерно70 т стали из введенного сырья,Во время функционирования черезшесть сопел 3 в днище 4 проходят 40 тугля в час следующего состава,%:С 73; Н 4; О 11; Ы 1,5, зола 8,5, 55жидкие составные части 27, влага1,5, с теплотой сгорания 6700 ккал/кг,Параллельно этому через восемь нек-.иих сопел 3 в днище 4 подают примерно 12000 норм.м/ч кислорода в ванну,Для шлакообразования кислород "нагружают известковой пылью (СаО) вколичестве 12 т/ч, Загрузка можетосуществляться непрерывно или периодически с более высокой скоростью.Сопла 7 для вдувания с направлением вдувания в центр ванны, функционириуют со скоростью вдувания кислорозда 15000 норм,м /ч, Газовые потоки,действующие в газовом пространствеемкости для плавления на достаточнодлинных путях пролета в виде свободных струй, увлекают с собой многократно вводимый объем кислорода изреакционных газов в газовое пространство, благодаря этому достигается дожигание примерно 15% СО до СОсоответственно, общее дожиганиесоставляет 23% (включая долю Н догНгО), Выделякщаяся при этом теплота благодаря особой технике вдуванияв комбинации с. сильным перемешиванием ванны путем введения доли всегокислорода через сопла в днище переносится далее на расплав,Из емкости 1 для плавления черезгазопровод 10 с огнеупорной облицовкой 1 отводят 800 СО норм,м /ч реакционного газа следующего состава,%:СО 57; СО 10; Ь 1 6; Н О2; Ег 5,теплота сгорания 1860 ккал/норм.м,В подобной воздухонагревателю емкости для кондиционирования 12, которая благодаря своей насадке имеетвысокую теплоемкость, к этому реакционному газу примешивают 5000 кг/чугольной пыли, Особая насадка с дополнительным введением газа поперекнаправления основного потока приводит к интенсивному смещению реакционного газа с угольной пылью, приэтом реакционный газ восстанавливается и одновременно охлаждается. Газсостава,%: СО 55; СО б; Н 31;НгО 5; Б 4, покидает кондиционер12 по газопроводу 13 с оптимальнойдля восстановления руды температурой900 С. Восстановленный реакционный газ вводят в горячий циклон 14, в котором осаждаются увеличенные с газом частицы пыли, Затем он через кольцевой трубопровод 15 и сопла для вдувания, как в доменной печи, поступает в емкость для восстановления руды - шахтную печь 16. В печи 16 в час восстанавливается 110 т железной рудыс содержанием железа 64%. После восстановления газ состава,%: СО 41; СО 30; Н 23; Н О 1; В 4, покидает шахтную печь 16 и отводится по магистрали 17.5Из печи 16 для восстановления руды через выводящее устройство 18 и напорный трубопровод 19 восстановленная руда со степенью металлизации 75% и температурой 800 С подает О ся непосредственно в емкость для расплава.90000 норм, м /ч газа из шахтной печи 16 может подаваться потребите-. лям, например, для нагрева, Возмож на также обработка газа путем промывки СО и затем повторная подача в качестве восстановительного газа вемкость для восстановления руды.При этом на получение тонны ста ли (железо с 2-37, углерода и незначительными количествами фосфора и серы) потребляется 650 кг угля указанногозсостава, 380 норм.м кислорода и 165 кг СаО. 25 Сталь может отводиться из емкости для расплава ежечасно порциями или через выпускное отверстие непрерывно, 30При вдувании кислорода давление в емкости 1 для расплава составляет 2 бар, что достаточно для преодоления сопротивления потока во всей системе, следовательно не нужны уст 35 ройства для сжатия восстановительного газа.Через сопла 7 в верхнюю часть емкости 1 над поверхностью ванны вместо кислорода может вдуваться 40 воздух, предварительно подогретыйодо 1200 С. Процесс при этом осуществляется в тех же устройствах. Через сопла 3 в днище в емкость 1 для расплава вводят уголь и кислород с известью, Количество СаО для шлакообразования согласуется так, чтобы иэ извести и количества ВО угольной золы и жильной породы руды устанавливались основность шлака СаО/ЯО 50 примерно 2. Эта основность шлака при температуре расплава железа 1550 Со приводит к распределению серы между шлаками и ванной, примерно равному 100, т.е. содержание серы в жидком железе составляет 0,015%, в то время как концентрация серы в шлаках 1,57Над днищем через боковые сопла 7, которые расположены примерно на 3-4 м выше стабильной поверхности ванны,в расплав вдувают горячий воздух.При этом достигается степень дожигания 23,47 (15% СО до СО , остаток Ндо Н 0).В этом случае для производства 1 тсырьевой стали необходимо 640 кг.угля (включая уголь для восстановленияЪгаза) укаэанного состава, 130 норм,мкислорода, 1250 норм,м горячего возэдуха с температурой предварительногоОподогрева 1200 С, 55 кг извести дляшлакообразования, 1560 кг руды, которая после частичного восстановления со степенью металлизации 75%непосредственно из емкости для восостановления руды с температурой 800 Сподается в емкость для расплава,Образуется 1750 норм,м реакциоонного газа с температурой 1575 С вемкости для расплава состава,%: СО36; СО 6; Н, 10; Н О /,3; Б, 41.После примешивания 110 кг угольной3пыли получают 2000 норм,м восстановительного реакционного газа с темопературой 900 С состава,%: СО 38;СО 2; Н 25; Е О 2; Б 33. Этотвосстановительный газ в емкости длявосстановления руды служит для восстановления руды и покидает шахтнуюпечь с составом,%: СО 28; СО 16;Н 2 18 Н 20 21 И 2 36. Кол чество отходящих газов 1875 норм,м теплота3сгорания отходящего газа 1300 ккал/м,При исключительном применениигорячего воздуха с температурой пред-о,варительного подогрева 1200 С дляосуществления предлагаемого способанеобходимо 2000 норм.м воздуха наз1 т сырья стали. Удельный расходугля при этом не меняется.Согласно изобретениюпри установлении выровненного энергетическогобаланса могут изменяться сырье, восстановитель, степень дожигания, способ восстановления руды в емкостидля восстановления руды. Пока используются частичное дожигание реакционных газов в емкости для расплава ивосстановление с одновременнымохлаждением реакционных газов, изменениязаключаются в системе связывания. Предпочтительным является такое выполнение способа, когда предварительно восстановленную руду со степенью металлизации 30-707, (предпочтительно 50%) из емкости для восстановления руды вводят в емкость длярасплава и одновременно повышают дожигание реакционных газов в емкости для расплава до 30-40/.Согласно этому варианту изобретения, использование газа в емкости для восстановления руды повышается до 50/, металлизация предварительно восстановленной руды снижается ниже 75/. Например, использование газа в шахтной печи может достигать 457 при степени металлизации 537. Введение предварительно восстановленного материала, например, предварительно восстановленной высокоценной руды со степенью металлизации30-70/ (предпочтительно 507.) в емкость для расплава по предлагаемомуСпособу может осуществляться без затруднений, пока имеется высокое дожигание (30-40%) получающихся в емкостидля плавления реакционных газов. Согласно изобретению, для этого значительно повышается скорость вдуваниякислорода, которая может составить100/. Содержащие кислород вдуваемыегазы при этом могут вдуваться в ванну из трубки для ввода кислородаи/или из сопел, которые встроены вогнеупорныи материал в верхней частиемкости для расплава, так, чтобыобразовывались газовые потоки в газовом пространстве в виде свободныхструй. Свободные струи при этом увлекают с собой большую часть вдуваемого газового объема, Вводимые,кислородсодержащие газы могут представ-.лять собой чистый кислород, воздухили любые смеси воздуха с кислородом,Опыты показали, что при осуществлении предлагаемого способа с высокойстепенью дожигания (30-407) увеличение скорости вдувания окисляющих газов вплоть до исключительного заполнения, например, предварительно подогретым воздухом благоприятствуетбезопасному установлению относительно высокого дожигания,Существенным является применение предварительно подогретого воздуха в качестве окислителя. Болеевысокое физическое количество теплоты на основании относительно высокого объема балластного газа в формеазота позволяет осуществлять добавку больших количеств восстановителяв реакционный газ из емкости длярасплава при одновременном сохранении благоприятной температуры (800 Ь,ример природным газом. Согласно изобретению, реакционные д 0 газы в процессе. восстановления при 1600 С при выходе из емкости для о расплава охлаждаются до оптимальнойдля восстановления в емкости для восстановления руды температуры 8001000 С,Например, в подобной конвертеруемкости для расплава находится расплав, в который через сопла, расположенные ниже поверхности ванны, вдувают 360 кг угля с 34/ летучих составных частей, 77, золы и 1,57 влагидля получения 1 т стали. Одновременно вдувают 1270 норм.м воздуха с3отемпературой подогрева 1200 С наповерхность ванны расплава железа,Далее в емкость для расплава вводят1200 кг предварительно восстановленной руды с температурой 800 С и степенью металлизации 59/,45 50 55 10 15 20 25 30 35 1000 С) для восстановления руды. Таким образом, предлагаемый способ дает возможность с одной стороны, повысить степень дожигания в емкости для расплава , с другой стороны, получать оптимальныи восстановительный газ для емкости восстановления руды.Процесс может протекать автотермически, т,е. он требует только незначительного избытка энергии. Отходящие из емкости для восстановления руды газы обладают остаточной теплотой3 сгорания только 600-1000 ккал/норм,м, Например, количество отходящих из емкости для восстановления руды газов может понижаться примерно до 1900 норм,м -с величиной остаточной теплоты сгорания примерноз750 ккал/норм.мДля производства 1 т стали из руды требуется лишь 500-600 кг недорогостоящего угля с,высокой долей летучих составных частей, Из них примерно 350 кг вдувают в емкость для расплава и для восстановления улетучивающихся с высокой, степенью дожигания реакционных газов из емкости для расплава остаточные количества (примерно 150 кг угля) в виде пыли добавляют для восстановления реакционных газов на пути в емкость для восстановления руды, Эта доля угля для восстановления газа может быть заменена другим восстановителем, нап 1304749фо рмула изобретения40 1. Способ получения железа из руд, включающий предварительное восстановление и металлизацию в реакторе с реакционными газами, отводимыми из Из емкости для расплава удаляют1710 норм,м газа с температуройэ1575 С состава,l: СО 19: СО 8; Н5; Н О 8,5; М 59,5. Этот газ на своем пути к емкости для восстановления в шахтной печи восстанавливает- .ся с помощью 146 кг угля и после этого содержит Уо СО 31 СО 1 ф 6 Н 141Н 0 1,7; Б 49,6, температура 1000 С.Газовый объем за счет добавки угля Юдля восстановления повышается примерно до 2060 норм.мВместо 146 кг угля для восстановления выходящего из емкости для расплава реакционного газа могут использоваться также 120 норм.м природногогаза для восстановления газа.Покидающий шахтную печь отходящийгаз очищается мокрым путем и послеэтого имеет состав,/: СО 18; СО 17; 20Н 1 О; НО 2; Х 53, Теплота сгорания5составляет примерно 790 ккал 1 норм.м,эИз этого газа примерно 750 норм.миспользуют для подогрева воздуха.Общий избыток газа составляет1100 норм,м (соответственно 0,9 ккал).эДля восстановления могут быть использованынапример, псевдоожиженныйслой, циркулирующий взвихренныйслой, Подача восстановителя в реакционный газ из реактора для расплаватакже может изменяться. Например,вместо прямого ввода восстановителяв трубопровод могут использовать вводчерез отдельные емкости для прохождения, например, с улучшенным перемешиванием,емкости для расплавления, последующее расплавление и рафинирование предварительно восстановленной руды за счет ввода углеродосодержащего топлива и вдувания сверху на поверхность .ванны кислородсодержащих газов, дожигание реакционных газов с подачей выделяющегося тепла в расплав и охлаждение их до температуры предварительного восстановления за счет смешивания их с восстановителями, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью использования углей, обладающих малым запасом энергии, )0-907, от общего расхода кислородсодержащего газа вдувают в ванну расплава, а смешивание реакционных газов с восстановителем осуществляют перед реактором предварительного восстановления.2. Способ по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что смешивание реак-. ционных газов с восстановителями осуществляют в отдельной емкости.3, Способ по пп.1 или 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что расплавление предварительно восстановленной руды осуществляют под давлением 1,5- 5 бар. 4. Способ по пп.1,2 или 3, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что расп- лавлению подвергают предварительно восстановленную руду со степенью металлизации 30-707., преимущественно 50 Х, при одновременной степени дожигания реакционных газов, равной 30- 4075. Способ по пп. - 3 или 4, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве восстановителей используют уголь, который подают в, емкость для расплавления и рафинирования выше расплава.1304749 Составитель А.АшихиТехред В.Кадар орректор Н.Король дактор М,Цитки Заказ 1325/58 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,Тираж 550 ВНИИПИ Государственно по делам изобретен 035, Москва, Ж, РаПодписноео комитета СССРй и открытийушская наб., д 4/5