Способ производства чугуна или стальных полупродуктов из железосодержащих кусковых материалов

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСтЬИЕСНИХРЕСПУБЛИК В 13/14 11/О К ПАТЕНТУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ(71) Фоест Альпине Пндустрианлагенбау ГмбХ (АТ)(72) Вернер Кепплингер, Гюнтер Кольб,Эрих Оттеншлегер, Вильхельм Шиффери Карл Фальтейсек (АТ)(56) Князев В.Ф, Бескоксовая металлургия железа - М.: Металлургия,1972, с, 64-66,Патент США Р 3615351,кл. С 21 В 13/02, 1971.Заявка ФРГ У 3432090,кл, С 21 В 13/02, 1986,(54)СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУНА ИЛИСТАЛЬНЫХ ПОЛУПРОДУКТОВ ИЗ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к бескоксовому получению железа, а именно кспособу получения чугуна или стальныхполупродуктов из железосодержащих кусковых материалов. Целью изобретенияявляется сокращение расхода энергиипри использовании сидеритсодержащихили гидратных железорудных исходныхматериалов. Для этого сидеритсодержащие и/или гидратные исходные материалы (перед восстановлением в зоне прямого восстановления) предварительноподогреваются и кальцинируются в зоненагрева. По меньшей мере одна часть.ЯО ь 1641 выходящего из зоны нагрева (выводимого) газа, и/или колошникового газа,и/или восстановительного газа дополнительно сжигается при подаче содержащего кислород газа в собственнойзоне горения, так что образовавшийсяв зоне горения горячий газ имеет содержание СО и Н, в сумме минимально10-20 .об,7. при соответствующей температуре подогрева 1000-700 ССпособосуществляется в устройстве, содержащем шахтную печь прямого восстановления для кусковой железной руды и газогенератор для расплава с трубопроводом, подающим продукт восстановленияиз шахтной печи, и трубопроводами длякислородсодержащих газов и носителейуглерода и образовавшегося восстановительного газа, В устройстве предусмотрена отделенная от шахты для подогрева камера сгорания с трубопроводами: подводящим кислородсодержащийгаз, а также подающим колошниковыйгаз из шахтной печи, и/или подающимотходящий газ из шахты подогрева,и/или подводящим восстановительныйгаз из газогенератора расплава,изкамеры сгорания выходит трубопроводдля горячего газа. Реализация изобретения позволяет рентабельно использовать сидеритсодержащие или гидратные железорудные материалы, такиекак бурый железняк или оолитовая железная руда, при сохранении кусковойструктуры и прочностных свойств исходных материалов, 5 э,п. ф-лы, 6 ил,1641194 Изобретение относится к областибескоксового получения железа, а имен"но к способу получения жидкого чугуна или стальных полупродуктов из кусковых, содержащих железную руду исходных материалов,Цель изобретения - сокращение расхода энергии при использовании сидеритсодержащих или гидратных железныхисходных материалов,На фиг. 1-6 изображены вариантыисполнения способа.Шахтная печь 1 содержит зону 2 прямого восстановления, которая сверхучерез трубопровод 3 загружается кусковыми, содержащими оксид железа исходными веществами (сырьем) 4 при известных условиях вместе с вносимымичерез трубопровод 5 необожженными 20флюсами, Еахтная печь 1 связана с газогенератором 6 расплава, в которомиз углеродных носителей и кислородсодержащего газа получается восстановительный газ, который через. трубопровод 7 подается в шахтную печь 1,в которой предусмотрены устройства 8(приспособления) для очистки и охлаждения газа.Газогенератор 6 расплава имееттрубопровод 9 для твердых кусковых носителей углерода, несколько трубопроводов 10 и 11 для кислородсодержащих газов и трубопроводы 12 и 13 дляжидких или газообразных при комнатной 35температуре носителей углерода (углеводороды), а также для обожженныхфлюсов. Отводящий трубопровод 14 соединен с устройством 8 очистки и охлаждения газа. В газогенераторе расплава 6 ниже зоны газации расплава 15 накапливается расплавленный чугун 16 ирасплавленные шлаки 17, которые сливаются раздельно, каждый через собственный слив 18 и 1945Восстановленная в шахтной печи 1в зоне 2 прямого восстановления догубчатого железа кусковая руда подается вместе с обожженными в зоне прямого восстановления флюсами через свя 50эывающие шахтную печь 1 с газогенератором 6 расплава трубопроводы 20,например, с помощью выводящих шнеков.Из верхней части шахтной печи 1 выходит трубопровод 21 для образующегося5в зоне 2 прямого восстановления колошникового газа.Этот колошниковый газ через отводящий трубопровод (фиг, 1) после 4прохождения через предусмотренное вотводящем трубопроводе 21 приспособление 22 (устройство) для очистки газа вводится в камеру 23 сгорания.В эту камеру сгорания по трубопроводу 24 подается кислородсодержащийгаз.Образовавшийся в зоне 25 горениякамеры 23 сгорания при сжигании нижестехиометрических количеств горячийгаз через трубопровод 26 для горячего газа подается в расположенную выше шахтной печи 1 шахту 27 для подогрева, а именно в ее нижний конец 28,Эта шахта 27 подогрева имеет выводноедля исходного вещества отверстие 29,которое впадает в ведущий исходныйматериал 4 в шахтную печь 1 трубопровод 3. В шахту для подогрева сверхуподается через шлюзы 30 сырье. Черезотводящий трубопровод 31 выводится образовавшийся в шахте из горячего газаэкспортный газ для подогрева,Согласно представленному на фиг,2варианту осуществления только частьколошникового газа идет в зону 25сгорания и сжигается. Остальная частьколошникового газа через трубопроводподается в ведущий горячий газ из камеры сгорания к шахте подогрева трубопровод 26 и подводится вместе сосмешанным с ним горячим газом в зону32 подогрева через трубоп 1 овод 33Преимущество этого варианта посравнению с устройством согласно фиг, 1 состоит в том, что благодаря меньшему газовому потоку в зоне 25сгорания можно выполнять камеру 23сгорания меньшего размера и дешевле,Кроме того, регулируемость процесса сгорания более легка, так как череззону 25 горения проходят меньшие количества газа, а также можно точнееустанавливать температуру горячегогаза.Согласно варианту устройства нафиг, 3 часть выходящего из зоны 32подогрева экспортного газа после охлаждения в холодильнике 34 и послесжатия с помощью компрессора 35 подается в камеру 23 сгорания через ответвляющийся трубопровод 36 вместе сколошниковым газом для частичногосожжения. Этот вариант оказываетсяпредпочтительным, .когда при меньшемрасходе угля, т,е, при использованииболее высокоценного угля, образуетсяменьше восстановительного газа и вме40 5 16411сте с этим меньшее количество колошникового газа или когда колошниковыйгаз отводится в виде экспортного газа (фиг. 3, заштрихованная линия). Вэтих условиях было бы недостаточноэнергии кальцинирования, происходящей только от колошникового газа,соответственно от неотведенной частиколошникового газа. 10Флюсы в этом случае в принципеодинаковы, как и в печи по фиг, 1,за исключением того, что при применении более высокоценного угля получается меньший расход, например только 750 кг/т чугуна,Согласно представленному на фиг,4варианту часть охлажденного восста -новительного газа через ответвляющийся трубопровод 37 в качестве горючегогаза направляется в камеру сГоранияи выходящий из шахтной печи 1 колошниковый газ целиком подается для дальнейшего использования, Выходящий вэтом случае из шахты 27 подогрева газобладает значительно меньшим содержанием СО, чек образовавшийся в печахсогласно фиг. 1 и 2 экспортный газ.Однако он может найти применение вкачестве примесного газа на электростанциях,Выходящий из шахты подогрева экспортный газ (фиг, 1-3), соответственно отводимый из шахтной печи колошниковый газ (фиг, 4) можно применятьдалее различным образом. Так, можно,как представлено штрихами на фиг. 1,экспортный газ, после пропусканиячерез газоочиститель 38, подавать втурбинное устройство 39 и получатьс его помощью электроэнергию,Согласно представленным на фиг,5и 6 вариантам осуществления образовавшийся в зоне 2 прямого восстановления колошниковый газ целиком попадает в расположенную выше шахтнойпечи 1 и интегрально связанную с шахтной печью 1 шахту 27 для подогрева,камера которой плавно и без суженияпереходит в камеру шахтной печи 1, 50т,е. шахтная печь 1 и шахта 27 дляподогрева имеют примерно одинаковыйвнутренний диаметр,Остальные части устройства и газотрубопроводы выполнены аналогичнопредставленным на фиг, 3 и 4 вариантам осуществления.П р и м е р 1, В шахтную печь 1(фиг. 1) на 1 т изготовляемого чугуна 94 6вносят 2400 кг частицеобразной железной руды, которая состоит из 29% Ре,32% СО остальное - жильная порода,Дпя восстановления этого количества руды вводят 900 кг угля и 560 м(нормальные условия) техническогогазообразного кислорода в газогенератор расплава, Из 2400 кг железной руды в шахтной печи образуются 1500 кгчастиц губчатого железа со степенью металлизации примерно 90%, которые попадают в газогенератор 6 расплава. Из последнего при прошедшем восстановлении и при расплавлении указанно"го количества губчатого железа отводятся 1800 мз (нормальные условия)восстановительного газа с теплотойсгорания 11600 кДж/м (нормальные условия), который имеет следующий состав, об,% (в дальнейшем все данные погазам даны также в об.%): СО 69, СО 22; Н, 25; СН 4 1,1; И, 0,8, Этот газ подается в шахтную печь 1 и покидает ее в виде колошникового газа следующего состава: СО 43,4; СО 22,6; Н14; Н,О 10,5; СН 0,8; И 2 8,7.В камере сгорания он сжигается с помощью кислородсодержащего газа визбытке и соответствующий горячий газ следующего состава подается в шахту для подогрева: СО+Н, 54; СО 39; СО24; Н 15; Н 0 11; СН 0,8; И 2 9,5.В шахте подогрева из руды удаляется СО, в зоне подогрева и получается экспортный газ следующего анализа: СО 36; СО, 29; Н, 14; Н 0 11; СН 0 71 И 2 9Содержание сжигаемых газов составляет 50,7 об,%, Чугун получается с температурой 1450-1500 С и содержит, мас,%: С 4, Мп 3; Б 0,5; Б 0,04, остальное - железо, и обусловленные расплавлением примеси.П р и м е р 2, Подогрев исходных веществ поясняется подробнее согласно представленному на фиг 2 варианту осуществленияВ шахтную печь 1 устройства на 1 т получаемого чугуна вводят 2400 кг частицеобразной железной руды указанного в примере 1 состава. Для восстановления этого количества руды в газогенератор б Расплава вводят 900 кг угля и 560 мэ (нормальные условия) технического газообразного кислорода. Из 2400 кг железной руды образуются в шахтной печи 1500 кг частиц губчатого железа со степенью30 металлизации примерно 90%, которыепопадают в газогенератор 6 расплава,Из последнего при прошедшем восстановлении и при расплавлении указанногоколичества губчатого железа выводятся1800 мз (нормальные условия) восстановительного газа с теплотой сгорания 11600 кДж/м (нормальные условия),который имеет следующий состав: СО69 СО 2; Н 25 СН 4 1,1 И 2 08,Этот газ разделяют на два парциальных потока, причем одна часть подается в камеру 23 сгорания и сжигаетсяс помощью кислородсодержащего газав избытке. После сжигания горячийгаз смешивается с оставшимся парциальным потоком колошникового газа,так что достигается температура смеси 700-1000 С. 20Этот смешанный горячий газ теперь подводится к шахте 27 подогрева. Здесь из железной руды удаляется,СО, и получается экспортный газ следующего анализа: СО 36; СО 29; Н. 14; Н,О 11; СН 4 0,7; И, 9.Содержание сжигаемых газов составляет 50,7%. Полученный чугун .имееттот же состав, что и описанный впримере 1.П р и м е р 3. В шахтную печь 1предлагаемого в изобретении устройства на 1 т получаемого чугуна вводят2400 кг частицеобразной железной рудыуказанного в примере 1 состава. Длявосстановления этого количества рудывводят 900 кг угля и 560 м (нормальные условия) технического газообразного кислорода в газогенератор б расплава. Из 2400 кг железной руды в 40шахтной печи получаются 1500 кг частиц губчатого железа со степенью металлизации примерно 90%, которые попадают в газогенератор б расплава.Из последнего при прошедшем восстановлении и при расплавлении указанного количества губчатого железа отводятся 1800 м (нормальные условия)восстановительного газа с теплотойсгорания 11600 кДж/мэ (нормальныеусловия), который имеет следующийсостав: СО 69; СО, 2; Н 25; СН 4, 1,1;Р ОЧасть этого газа подается прямов камеру 23 сгорания и здесь сжигается вместе с кислородсодержащим газомв избытке. При этом получается следующий анализ отходящего газа: СО 10;СО 2 33 ю Н 2 2 ф Н 20 9 М 2 45,Покидающий шахтную печь 1 колошниковый газ используется для других,например энергетических, целей и имеет следующий состай: СО 34,3; СО,30,4; Н, 18,5; Н 20 7,5; СН 0,8;И 8,4. Сумма сжигаемых газов в этомслучае 57,8 об.%, таким образом, на15 об,% выше, чем в случае примера 1.Чугун имеет указанный в примере 1состав,П р и м е р 4. В шахтную печь 1(фиг. 5) на 1 т получаемого чугуначерез дшюзы 30 и шахту 27 подогревавносят 2400 кг частицеобразной желез"ной руды, которая состоит из 29% Ре,32% СО остальное жильная порода.Для восстановления этого количестваруды вводят 900 кг угля и 560 м (нормальные условия) кислорода в газогенератор б расплава. Из железной рудыв шахтной печи образуются 1500 кг,частиц губчатого железа со степеньюметаллизации 90%, которые попадаютв газогенератор 6 расплава, Из последнего при указанном количествегубчатого железа отводят 1800 м(нормальные условия) восстановительного газа с теплотой сгорания11600 кДж/м (нормальные условия),который имеет следующий анализ, об.%СО 69; СО 2; Н 2 25; СН 4 1,0; И 0,8Этот газ подается в шахтную печь 1 ипокидает ее (после прохождения череззону 32 нагрева) в виде экспортногогаза следующего анализа; СО 36, С 0229; Н 14; Н 20 11 СН 0,7; И 9,После промывки газа в холодильнике 34 часть экспортного газа подается в камеру 23 сгорания и сжигаетсяниже, чем при стехиометрических количествах, так что остающееся содержание СО+Н, больше, чем 20 об.%. Такимобразом, полученный горячий газ стемпературой 600-900 С подается в собственный фурменный пояс шахты 27 нагрева в ее нижний конец 28, Зона 32нагрева при этом функционирует какзона кальцинирования, в которой происходит выделение большей части свя-.занного с рудой и возможными флюсамиСО . Содержание сжигаемых газов(СО+Н+СН 4) в экспортном газе составляет 50,7%,Согласно представленному на фиг,бварианту часть охлажденного восстановительного газа через трубопровод37 в качестве горячего газа вводитсяв камеру 23 сгорания и выходящий из72826 23- .-=-с. 2.292521 Г 18 9 16411 зоны нагрева экспортный газ целиком подается для дальнейшего использования. Формула и з о б р е т е н и я 1.Способ производства чугуна или стальных полупродуктов из железосодержащих кусковых материалов, включающий предварительный подогрев исходных материалов до температуры ниже температуры их размягчения отходящими из процесса газами, последующее восстановление до губчатого железа с образованием колошниковых газов и расплавление в плавильном газификаторе за счет подвода твердого углеродсодержащего материала и кислородсодержащего газа с образованием 20 СО и Н -содержащего восстановительно 2го газа, используемого для восстановления подогретого исходного материала до губчатого железа, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью сокра щения расхода энергии при использовании сидеритсодержащих или гидратных железорудных исходных материалов,94 10отходящие из процесса газы перед подачей их на подогрев дожигают до суммарного содержания СО+Н, равного10-20 об.7, температуре подогрева1000-700 С соответственно,2. Способ по п, 1, о т л и ч аю щ и й с я тем; что на дожиганиеподают колошниковый газ, а газ, отходящий из зоны подогрева, выводятв электроприемник.3. Способ по пп, 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что на дожигание подают часть колошникового газа,после чего его смешивают с второйчастью колошникового газа4. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что на дожигание подают часть восстановительного газа.5. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что на дожиганиеподают часть отходящего из зоны подогрева газа.6. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что предварительныйподогрев осуществляют колошниковымгазом и газом, подвергнутым дожиганию.11641194 Составитель Л,Панниковадактор Е,Папп Техред Л.Олийнык Корректор С.черни 023 39 Заказ СССР Госуд венног 113035 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарин омитета по изоб осква, Ж, Ра Подписноетениям и открытиям при Гская наб., д. 4/5