Устройство для восстановления металлической руды до металла в шахтной печи

союз советскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ое ии. 4 С 21 В 13 3 мСОЩ 1 ЦЯ тг.. ,",3ЧЙг 1щ дБРЕТЕНИЯ(72). Хуан Луис Сан Хосе-Алькальде (МХ)(56) Патент СССР Мф 1128842,кл. С 21 В 13/00, 1980,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ РУДЫ ДО, МЕТАЛЛА В ШАХТНОЙ ПЕЧИ(57) Изобретение относится к газообразному восстановлению частиц руддо металлов в движущемся слое вертикального шахтного реактора. Целью изобретения является повышениестепени металлизации продукта приобеспечении эФФективного контролянауглероживания губчатого железа.Промежуточная зона 4 выполнена с отношением эквивалентной высоты Ь к эквивалентному диаметру О, равным 0,52,0, а эквивалентный диаметр равеннаименьшему расстоянию между стенками промежуточной зоны 4. При этомэквивалентная высота Ь равна расстоянию по вертикали между узлом вводавосстановительного газа в зоне восстановления и узлом вывода газа иззоны охлаждения. 1 з.п. ф-лы. 4 ил. НИЯ фиг. 2 госудАРственный комитет сссРпо делАм изОБРетений и ОткРытий ОПИ САНИК ПАТЕНТУ 89684 А 3Изобретение относится к газообразному восстановлению частиц руд до металлов в двигающемся слое вертикального шахтного реактора, улучшает способ управления восстановлением рудыи охлаждения полученных металлических частиц в оптимально сконструированном вертикальном шахтном реакторе. ОЦель изобретения - повышение степени металлизации продукта при обеспечении эффективного контроля науглероживания губчатого железа.На Фиг. 1 представлена схема получения губчатого железа; на Фиг. 2 -промежуточная зона; на Фиг. 3 - перемешивание восстанавливающих газов иохлаждающих газов внутри реактора;на Фиг. 4 - кривая количества перемешивающегося газа в процентах от общейподачи газа как в зону вЬсстановле- "ния, так и в зону охлаждения в видефункции от отношения эквивалентнойвысоты к эквивалентному диаметру промежуточной зоны.На фиг. 1 обозначен вертикальныйшахтный с движущимся слоем реактор 1,имеющий в своей верхней части зону 2восстановления, в нижней части зону 3 301охлаждения и промежуточную зону 4расположенную между зонами восстановления и охлаждения. Реактор подходящим образом теплоизолирован и приспособлен для нанесения внутреннейфутеровки из огнеупорного материалаизвестным в технике способом.Подлежащая обработке раздробленная руда вводится в реактор 1 череззагрузочную трубу 5. Загружаемая вреактор 1 руда может быть в виде кусков или предварительно отформованныхгранул или их смеси. Рядом с нижнимконцом зоны 2 восстановления реактора 1 предусмотрена кольцевая нагиетательная камера 6, которая располо-жена по периферии реактора 1 и обеспечивает устройство, посредствомкоторого восстанавливающий газ можетбыть введен в реактор 1. Предусмотрен также вертикальный экран 7,который вместе со стенкой реактора 1определяет кольцевую нагнетательнуюкамеру 6. Руда двигается вниз череззону 2 восстановления, где восстанав-.ливается до губчатого железа проте"кающим вверх восстанавливающим газом.Восстановленная железная, руда, по"кидающая зону 2 восстановления и поступающая в промежуточную зону 4, представляет собой элементарное железо, карбид железа и остаточные количества оксида железа, Внутренние стенки, определяющие промежуточную зону 4, должны обеспечить однородный поток двигающейся вниз руды.Восстановленная железная руда, двигающаяся вниз через промежуточную зону 4, входит в зону 3 охлаждения и имеет высокую степень металлизации и низкое содержание углерода. Рядом с нижней частью зоны 3 охлаждения имеется другая кольцевая нагнетательная камера 8, подобная нагнетательной камере 6, через которую в реактор 1 может быть подан охлаждающий газ. Предусмотрен также усеченный конический экран 9, который вместе со стенкой реактора 1 определяет кольцевое пространство 8. Губчатое железо проходит вниз через зону 3 охлаждения, где оно охлаждается охлаждающим газом, протекающим через него, и.покидает реактор 1 через выпуск 10.Восстанавливающий газ, в большей степени состоящий из монооксида углерода и водорода, входит в систему через трубу 11 с контролируемой скоростью при помощи регулятора 12 потока.Восстанавливающий газ, поступающий в систему восстановления черезтрубу 11, втекает через трубу 13 и затем через змеевик 14 нагревателя 15, где он нагревается до 750 - 1100 С, предпочтительно 800 - 1000 С. Нагретый газ покидает нагреватель 15 по трубе 16 и поступает в нагнетательную камеру 6. Восстанавливающий газ протекает через нагнетательную камеру 6 и в реактор 1 рядом с нижнейчастью.зоны 2 восстановления. После входа в реактор 1 восстанавливающий газ. протекает вверх через зону 2 восстановления, восстанавливая, тем самым, металлическую руду, и удаляется рядом с верхней частью реактора 1 через выпускное соединение 17 и трубу 18.Покидающий реактор 1 через трубу 18 газ поступает в быстрый охлади- тель 19, в который вода вводится через трубу.20 для охлаждения и осуществления удаления воды из вытекающего газа. Газ выходит из охладителя 191389684 через трубу 21 и втекает в трубу 22,которая соединена со всасывающей стороной насоса 23. Газовая смесь,протекающая через насос 23, выпускается через трубу 24 и соединяется со5свежим восстанавливающим газом, протекающим через трубу 11, и затем повторно направляется в реактор 1 черезтрубу 13, нагреватель 15 и нагнетательную камеру 6. Часть газового потока, протекающего через трубу 21,может быть направлена через трубу 25в место использования. Труба 25 снаб -жена также регулятором 26 обратногодавления, имеющего регулировочноеустройство для поддержания необходимого положительного и постоянного давления в системе для повьшения общей эффективности реактора.20Полученный охлаждающий газ можетподаваться из источника через трубу27 с. контролируемой скоростью при помощи регулятора 28 потока. Полученный охлаждающий газ протекает через 25трубу 29 к охлаждающему контуру и проходит от трубы 29 к трубе 30 и затемк всасывающей стороне насоса 31.Охлаждающий газ выпускается из насоса31 через трубу 32 и входит в зону 3охлаждения реактора через нагнетательную камеру. Охлаждающий газ протекает вверх через зону 3 охлаждения,охлаждая тем самым губчатое железо,двигающееся вниз через реактор 1.35Охлаждающий газ удаляется из реактора через нагнетательную камеру 33,подобную нагнетательным камерам 6 и 8,и входит в трубу 34, Затем охлаждающий газ поступает в быстрый охладитель 35, в который вводится вода черезтрубу 36 для охлаждения выходящего1газового потока. Затем газовыйпоток выходит из быстрого охладителя 35 через трубу 37Часть газа после смешивания с полученным газомиз трубы 29 повторно возвращаетсячерез трубу 30, насос 31, трубу 32и нагнетательную камеру 8 в нижнюючасть зоны 3 охлаждения реактора 1.КошЬигурацпя промежуточной зоны 4,показанной на Миг. 1, имеет эквивалентную высоту 1., равную наиболеекороткому расстоянияю вдоль вертикальной осц реактора между точкойвведения эйфективного восстанавливающего газа надрез нагнетательнуюкамеру 6 и точкой удаления охлаждающего газа нз нагнетательной камеры 33. Эквивалентный диаметр Р равен наиболее короткому аксиальному расстоянию между эААективными стенками промежуточной зоны 4. При оптимизации промежуточной эоны 4 количество газа, перемешивающегося между восстанавливающим и охлаждающим газами, ничтожнофиг, 2 иллюстрирует предпочтительный вариант изобретения, где промежуточная зона 4 сконструирована с наличием постоянного круглого поперечного сечения, расположенного от верхней части зоны охлаждения до нижней насти зоны 2 восстановления. Эквивалентная высота Е равна вертикальному расстоянию между эКзективной точкой введения восстанавливающего газа в слой руды через нагнетательную камеру 6 до эффективной точки удаления охлаждающего газа из слоя руды через нагнетательную камеру 1 О рядом с верхней частью зоны 3 охлаждения. Эквивалентный диаметр Р равен диаметру круглого поперечного сечения промежуточной зоны 4.На Лиг. 3 дано схематичное представление конструкции предпочтительного реактора, иллюстрирующего изобретение.Схематичное представление реактора, показанного на Лиг. 3, иллюстрирует схему газового потока только для половины поперечного сечения реактора, а газовые потоки через поперечное сечение другой половины реактора идентичны показанным.Зона 2 восстановления, зона 3 охлаждения и промежуточная зона 4 подобны показанным на Лиг, 2, имеют постоянное круглое сечение, поперечное, где восстанавливающий газ вводится рядом с нижней частью зоны 2 восстановления, а охлаждающий газ выводится из реактора 1 рядом с верхней частью зоны 3 охлаждения. 11 оток впуска восстанавливающего газа показан как А, поток выпуска охлаждающего газа показан как В. Линии потока или траектории течения восстанавливающего газа, введенного в реактор, показанные на Аиг, 3, иллюстрируюткак часть восстанавливающего потокагаза С протекает внутрь и вниз через промежуточную зону 4 тогда, какбольшая часть потока К протекаетвнутрь и вверх через зону 2 восстановления, Подобным образом часть вы 1389684пуска охлаждающего потока газа протекает вверх внутрь и через промежуточную зону 4 и показана как К.Изобарная зона, на протяжении которой давление постоянно, может быть5 создана путем контролирования скоростей потока и давлений в контурах охлаждающего и восстанавливающего газов, Когда имеется нулевой суммарный поток через промежуточную зону 4, то количество восстанавливающего потока С газа, протекающего вниз через промежуточную зону 4, равно количеству охлаждающего потока Е газа, проте" 15 кающего вверх через промежуточную зону 4, Поэтому в устойчивых стационарных условиях нулевого суммарного потока общая скорость потока восстанавливающего газа, протекающего через зону 2 восстановления К, равна входному потоку А восстанавливающего газа.Как показано на фиг. 3, восстанавливающий газ имеет тенденцию протекать вниз вдоль стенок реактора к месту удаления охлаждающего газа, тогда как охлаждающий газ имеет тенденцию протекать вверх через среднюю часть реактора и в зону 2 восстановления.На фиг. 4 представлена кривая пере" мешивания газа в процентах от общей подачи газа как в восстанавливающий, так и в охлаждающий газовые контуры в виде функции отношения эквивалентной высоты к эквивалентному диаметрупромежуточной зоны.Данные, представленные на фиг.4, иллюстрируют схему потока, показанного на фиг. 1, где Ь - расстояние, разделяющее вход восстанавливающего газа и выход охлаждающего газа;Р - эквивалентный диаметр, равный диаметру площади поперечного сечения в месте выхода охлаждающего газа. 45 В промежуточной зоне создано. условие нулевого суммарного потока.Из анализа результатов видно, что отношение Ь/П больше чем 0,5 показывает незначительную величину переме 50 шивания между двумя газовыми контурами Р, т.е. меньше чем 5 Е от всего газа, поданного в реактор. Эмпирически было установлено, что при перемешивании меньше чем 57. газовой подачи в реактор не наблюдается заметной потери в восстановлении или науглероживании губчатого железа, Кривая также показывает, что при низких значениях Ь/Р степень перемешивания увеличивается экспотенциально с уменьшением Ь/Р. Однако при увеличении Ь/О степень перемешивания асимптотично приближается к нулю, Дополнительно было обнаружено, что хотя величина перемешивания чрезвычайно низка при значениях ИЭ больших, чем 2,0, когда соотношение ИЭ становится больше 2,0, капитальная стоимость самого реактора повышается значительно до недопустимой степени.Верхний допустимый предел перемешивания газов определяется возможностью контролирования металлизации и науглероживания получаемого губчатого железа. Соответственно было найдено, что конструкция экономичногореактора, обеспечивающего удовлетворительный независимый контроль металлиэации и науглероживания губчатогожелеза, легко достигается при отношениях Ь/Р от, по крайней мере, 0,5 до,примерно, 2,0. Интервал 0,6 - 1,6 былнайден предпочтительным при наиболеепредположительном рабочем интервале0,7 - 1,2.Вышеприведенное описание предназначено только для иллюстрации, чтоописанные варианты могут быть изменены различными способами, не выходяиз объема изобретения, Например, вварианте, показанном на фиг. 1 и 2,в котором внутренние стенки промежуточной зоны 4 по существу гладкиеи непрерывные, могут иметь другуюконфигурацию, обеспечивающую соответственно отрегулированное отношение эквивалентной высоты к эквивалентному диаметру. Подобным образомизобретение также полезно, когдаохлаждающий газ подается в верхнюючасть зоны 3 охлаждения, тогда каквосстанавливающий газ удаляется рядом с нижней частью зоны 2 восстановления, т.е, потоки восстанавливающего и охлаждающего газов через реактор могут быть фактически направленыв противоположную сторону по сравнению с показанными на фиг. 1, 2 и 3.Кроме того, изобретение можетиспользоваться для восстановлениядругих руд, кроме железной руды, например руд таких металлов, как никель, медь и олово,Формула изобретения1. Устройство для восстановленияметаллической руды до металла в шахт 1389684ной печи, содержащее цилиндрическийкорпус, сужающийся к выпускному отверстию имеющий зону восстановления,зону охлаждения и расположенную между 5ими промежуточную зону, суженную книзу, загрузочный и разгрузочныйузлы, трубопроводы подачи и отводавосстановительного газа, соединенныесоответственно с нижней и верхней 10частями зоны восстановления, узлыввода и вывода газов в виде открытыхснизу кольцевых каналов, и узлы вывода газов из верхней части печи,причем узел ввода газа расположенв нижней части зоны восстановления,а узел отвода газа расположен в верхней части зоны охлаждения, регуляторы расхода подвода и отвода газов,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения эффективности процесса, промежуточная зона выполненас отношением эквивалентной высотык эквивалентному диаметру 0,5-2,0,причем эквивалентная высота Ь равнарасстоянию по вертикали между узломввода восстановительного газа в зоневосстановления и узлом вывода газаиэ зоны охлаждения, а эффективныйдиаметр равен наименьшему расстояниюмежду стенками промежуточной зоны.1 2." Устройство по п, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что отношение эквивалентной высоты к эквивалентному диаметру предпочтительно равно 0,7-1,2.1389684 УФ Фф Ф,Ф р гФее, Ф ставитель А.Ашихред М.Ходанич орректцр В.Гирня Редактор Н.Киштули каз 1587/58 Тираж 545 дписн ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж, Рауаская наб., д.