Способ получения губчатого железа и устройство для осуществления способа

,786918 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскик Социалистических Республик(5)М. Кл. С 21 В 13/02. Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088.8) ИностранцыПатрик Вильям Маккзй, Энрике Мартинес Вера (СИА)и Рамон Де Ла Пена (Мексика)(72) Авторы изобретения Иностранная ФирманФьерро-Эспонха, С.А." (Мексика)(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА1Изобретение относится к газовому восстановлению окисных руд в вертикальном шахтном реакторе с движущимся слоем для образования пористого металла.5Известны газовые восстанавливающие системы, которые включают печь для каталитического реФорминга, в которой генерируется восстанавливающий гаэ, в основном состоящий из 10 моноокиси углерода и водорода, и вертикальный шахтный реактор, в верхней части которого находится восстанавливающая зона, а в нижней части - охлаждающая эона. Восстанав ливаемую руду подают в верхнюючасть реактора и она опускается через него вниз, сначала через восстанавливающую зону, в которой руда приводится в контакт с нагретым восстанавли вающим газом иэ печи реФорминга, а затем через охлаждающую зону, в которой она охлаждается охлаждающим газом перед удалением иэ нижней части реактора. Поток газа, выходя щий из восстанавливающей эоны, охлаждают для удаления из него воды и, в. большинстве случаев, большую часть охлажденного газового потока повторно нагревают и рециклизуют в зону 30 восстановления. Подобным образом покрайней мере часть охлаждающего газа иэ зоны охлаждения обычно охлаждают и рециклизуют в охлаждаемую зону. В нижней части реактора имеютсянекоторые приспособления для контроля выгрузки охлажденного губчатогожелеза иэ реактора например, вращающаяся резгруэочная заслонка, спускной желоб с вибрацией, короткая конвейерная лента (,1,21. Недостатком данных решений является чрезвЫчайная трудность проведения точных измерений и контроля степени восстановления или степени металлиэации, которая происходит в таком, вертикальном шахтном реакторе, зона восстановления реактора часто является "рассчитанной с излишним запасом", чтобы обеспечить желаемую степень восстановления.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения губчатого железа, включающий загрузку руды в вертикальный реактор и обработку ее восстановительным газом, охлаждение отходящего газа и определение расхода и состава газа.Устройство для осуществления способа содержит вертикальный реактор, трубопровод для подвода восстановительного газа, трубопровод отходящего газа с холодильником, соединенные между собой трубопроводом, газоанализаторы с преобразователями сигналов,и вычислительную машину 31.Известный способ имеет ограниченное применение, поскольку при нем можно получить только инФормацию о том, восстановлен ли железосодержащий материал на 100 или несколько менее.Цель изобретения - повышение эФФективности процесса путем контролирования степени восстановления окисной руды в вертикальном шахтном восстанавливающем реакторе для поддержания ее на желаемом уровне.,1(ля этого определяют состав и асход восстановительного газа перасред вводом его в реактор,и пос ле охлаждения отходящего газа и регулируют скорость разгрузки губчатого железа по следующей зависимости;р -О,ОООЙ О Го где Р - заданная степень восстановления железной руды;постоянная величина, которая зависит от единиц, использованных для переменныхв Формуле;0 - количество удаленного из2 мруды кислорода;Р - скорость удаления кислородаиз руды,Скорость удаления кислорода из руды определяют по следующей зависимости;:1 Я(Г -ЕН 1+2 "СН Снд СО Сос а с -(Гс(- 102 М Н 2 Н 2 42("со соЛгде Р Р ,Г ,Р в .количество водоЫ Р а аН Снд СО С 02рода, м етана моноокиси и двуокиси углерода в газе, соответственно перед вводом в .реактор;Рс Р Г - то же, после охН 2 4ь СН 1 СО СО 2лаждения отходящего газа.Устройство снабжено расходомерами газа с преобразователями его сигналов и блоком для измерения скорости разгрузки губчатого железа и преобразователем его сигналов, а расходомеры газа и газоанализаторы соединены с трубопроводом для подвода восстановительного гава и с трубопроводом отхОдящего газа после холодильника.На Фиг,1 изображено предлагаемое устройство, на Фиг.2 - то же, вариант выпоЛнения,чахтннй реактор 1 имеет зону восстановления и зону охлаждения. Рудузагружают в реактор 1 через трубопро.вод 2 в верхнюю часть реактора иудаляют из донной части реактора потрубопроводу 3, снабженному вращающейся разгрузочной заслонкой 4 Заслонка приводится во вращение электрическим мотором 5 через преобразователь б скорости, Число оборотов вминуту вращающейся заслонки 4 восф принимается сенсором 7 числа оборотов, который генерирует сигнал,передающийся в регулятор 8. Регулятор, в свою очередь, генерирует сигнал, который передается в преобра 13 зователь б скорости, чтобы такимобразом регулировать изменение скорости для вращения заслонки с постоянной скоростью, Скорость вращениязаслонки может меняться при желанииЯ ручной или автоматической регулировкой. Восстанавливающий газ для восстановления руды в губчатое железогенерируется в печи реФорминга.Природный газ подают в выводящуютрубчатую часть 9 печи реФорминга10 по трубопроводу 11, он протекаетчерез предварительно нагретый змеевик внутри выводящей трубы, оттудачерез наружную трубу 12 в печь реФорминга 10. Пар подают через патрубок 13 в трубу 12 и смешивают тамс природным газом. Смесь природногогаза и пара проходит через катализатор, находящийся в трубках печи ипревращается каталитически в моноЗ 5 окись углерода и водород,Газ реФооминга по тоубопроводу14 попадает в холодильник 15 тушения,в котором он охлаждается и обезвоживается, а затем по трубопроводам40 1 б и 17 в ,в нагреватель 18, в котором он нагревается до температурыпорядка 800-1100 С. Затем нагретыйвосстанавливающий газ проходит потрубопроводу 19 и поступает в реак 45 тор вблизи днища восстановительнойзоны, откуда он поступает вверх,контактируя с движущейся вниз рудойи в значительной мере восстанавливает руду в губчатое железо.Отработанный восстанавливающийгаз из верхней части зоны восстановления по трубопроводу 20 проходитчерез холодильник 21 тушения, вкотором он охлаждается и обезвоживается, Поток газа, выходящий из холо 55 дильника 21, проходит по трубопроводу 22 на всасывающую сторону насоса23, разгрузочная сторона которогосвязана с трубопроводом 17 таким образом, что охлажденный восстанавлищ вающий газ рециклизуют в реактордля образования закрытого контура.Некоторое количество рециркулирующего газа удаляют из контура по трубопроводу 24 и используют в качествегазового топлива или направляют вподходящее место для хранения. Охлаждаюцгий газ, которым может быть восстанавливающий газ, закачивают насосом 25, он проходит вверх через слойгубчатого железа, охлаждая его.Из верхней части зоны охлаждения охлаждающийгаэ поступает в холодильник тушения26,проходит через него, охлаждаясь иобеэвоживаясь, а потом на всасывающую сторону насоса 25 и, таким образом, рециклизуется в замкнутыйконтур охлаждающей эоны. Свежий газвводят в контур охлаждающего газапо патрубку 27 и непрерывно удаляютиз замкнутого контура по трубопроводу 28,Степень восстановления руды внижней части зоны восстановленияэффективно измеряют и записывают,это измерение используется оператором для проведения ручной регулирбвки регулятора, чтобы таким образом контролировать скорость вращения заслонки 4 разгрузки губчатогожелеза, а также поддерживать постоянной степень восстановления нажелаемом уровне. Хотя происходит некоторое восстановление, пока губчатое железо проходит через зону охлаждения, было найдено, что путем регулирования степени восстановленияв нижней части зоны восстановлениянеизменное состояние может быть поддержано полностью, приводя в результате к продукту губчатого железа,.имеющего заранее определенную посуществу степень восстановления,На участке трубопровода 17 подсоединен измерительный прибор 29,измеряющий и коррелирующий давление,температуру и удельную плотностьгаза, протекающего через трубопровод17. Поток устанавливают путем корреляции перепада давления с давлением,температурой и удельной плотностьюгаза в соответствии со скоростью молярного потока; где и - перепад давления при прохогде через отверстие;Р - статическое абсолютноедавление в отверстии;С - удельная плотность газаотносительно воздуха;Т ; абсолютная температурагаза в отверстии;К . - постоянная отверстия, скорректированная на скоростьпотока сухого газа.Состав сухого газа в трубопроводе 17 также определялся с помощью ряда газоанализаторов аналитических устройств 30-33, Каждый из газоанализаторов производит сигнал, который является функцией пропорции конкретного компонента в газовом потоке, считая на сухой, и этот;сигнал передается в вычислительнуюмашину 34.Аналогично измеряют состав газаи расход сухого газа в трубопроводе 22 при помощи газоанализаторов35-38 и прибора 39.Сигналы, соответствующие расходуи составу газа в трубопроводах 17и 22, сопоставляют с содержаниемподдающегося восстановления руды, иэтот сигнал передают на самописец,40. Проведенная таким образом записьможет быть использована операторомкак основание для регулировки выбранной точки регулятора 8 для поддержа ния степени восстановления продуктав виде губчатого железа практическипостоянным на желаемом уровне.Когда температура газа, выходящего иэ нагревателя 18, недостаточно 2 О высока, может быть предусмотреназона сжигания вблизи реактора. Небольшое количество воздуха или кислорода смешивают с нагретым восстанавливающим газом в камере для сжигания части восстанавливающего газаи повышения в результате этого температуры .смеси до желаемой температуры восстановления (см.фиг.2). Восстанавливающий газ иэ нагревателя18 поступает по трубопроводу 19в камеру 41 сгорания, которая связана с донной частью эоны восстановления шахтного реактора.Воздух поступает в систему потрубопроводу 42 и проходит через 35 нагреватель 43, в котором он нагревается до температуры порядка 500900 С, затем по боковому трубопроводу 44, содержащему клапан 45, ипо трубопроводу 46 в камеру сгора ния. Внутри трубопровода 42 расходвоздуха измеряют с помощью насадки47 и связанным с ней прибором расходомером 48. Перепад давления через насадку и абсолютное давлениеизмеряют и коррелируют в приборе 48для получения сигнала, который является функцией расхода воздуха, иэтот сигнал передают в машину 34.Внутри камеры сгорания нагретыйвоздух и нагретый восстанавливающийгаз смешивают для сжигания частивосстанавливающего газа, чтобы повысить температуру смеси известнымобразом.Если вместо воздуха использовать 55 кислород, то его вводят в системупо трубопроводу 49, содержащемуклапан 50. Трубопровод 49 содержитнасадку 51 и связанный с ней расходомер 52. Перепад давления черезнасадку 51 и абсолютное давлениекислорода в трубопроводе 49 измеряют и коррелируют расходомером 52для получения сигнала, который является функцией расхода кислорода,а этот сигнал передают в машину 34.При использовании кислорода необходимо, чтобы кислород был предварительно подогрет перед смешиванием свосстановительным газом, Так каквоздух и кислород имеют точно опреде. ленный состав, не требуется никакиханалитических определений для воздуха или кислорода, не являетсч такженеобходимым измерение удельной плотности и температуры этих газов, таккак эти факторы имеют практическификсированные значения,Скорость удаления кислорода иэруды определяют следующим образом;"огм + н )ф 2(сн "сн ) со Есо)(со Есо)о 21где Го - молярный расход кислорода.Это выражение может быть использовано в случае, когда к восстанавливающему газу прибавляют кислород.Когда в камеру сгорания к восста-навливающему газу прибавляют воздух,тогде Г - число молей элементарногокислорода в моле.Количество азота не изменяется приего прохождении через реактор.Таким образом, предлагаемый способ позволяет гибко регулироватьпроцессы при достижении различныхстепеней восстановления руды,Формула изобретения1. Способ получения губчатого железа, включающий загрузку руды ввертикальный реактор и обработку ее восстановительным газом, охлаждение отходящего газа и определение расхода и состава газа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса, определяют еостав и расход восстановительного газаперед вводом его в реактор и после охлаждения отходящего газа и регулируют скорость разгрузки губчатого железа по следующейзависимости:Рм,0001% 02 мГО 2 мЕгде В 20 45 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США М 3765872,кл.266-29, опублик.1972.50 2. Патент США Р 3770421,кл. 75-91, опублик.1972.3. Патент США Р 3601381,кл.266-29, опублик.1971 (прототип) заданная степень восстановления железной руды;0 - постоянная величина, которая зависит от единиц,использованных для переменных в Формуле;0 - количество удаленного из2 мруды кислорода;Г - скорость удаления кислоро02 Мда из руды,2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что скорость удаления кислорода из руды определяют последующей зависимости:где Нт снсо со количество водорос а ас2да, метана, моноокиси и двуокисиуглерода в газесоответственно перед вводом в реакСтор;р с,рс - то же, после охлажН 1 Сн 1254 со С 02 дения отходящегогаза.3. Устройство для осуществленияспособа по пп,1 и 2, соДержащее вертикальный реактор, трубопровод дляподвода восстановительного газа,трубопровод отходящего газа с холодильником, соединенные между собойтрубопроводом, газоанализаторы с пре.образователями сигналов и вычислительную машину, о т л и ч а ю щ е е35 с я тем, что оно снабежно расходомерами газа с преобразователями сигналов и блоком для измерения скорости разгрузки губчатого железа спреобразователем его сигналов, при40 этом расходомеры газа и газоанализаторы соединены с трубопроводомдля подвода восстановительного газаи с трубопроводом отходящего газапосле холодильника.786913 Составитель Л.Панниковаедактор С.Титова Техред Н,Ковалева Корректор И.МУ 891/бб Ти ВНИИПИ Госудапо делам и 13035, Москва,дписноеР Зака ент", г,ужгород, ул.Проектна гилиал ППП Ъяъ аж 608ственного комитета Собретений и открытий5-35, Раушская наб.,