Способ восстановления оксидсодержащего материала и устройство для его осуществления

)5 С 13 0 В В "- М 3 8 азано уст- О да, отвеча;нафиг,2 ки камеры ( ) онструкции ругой вариИзобретен материала, со например, обо концентратам грева и предв для получения ленного матер тельного восст на фиг. 1, ртах камеру новления в на ее верхаратором 3 Целью изоргозатрат ицесса. ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕК ПАТЕНТУ(54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКСИДСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Сущность: в способе получения в реакторе предварительно восстановленногопродукта для окончательного восстановления из материала, содержащего оксиды металла, материал предварительнонагревается в кипящем слое при помощигорячих газов от соответствующей стадиипредварительного восстановления. Стадию ие относится к получению держащего оксиды металла, гащенной руды или рудного етодом предварительного наарительного восстановления предварительно восстановиала, удобного для окончэановления,етения является снижени овышение зффективност предварительного восстановления осуществляют в камере сгорания с частичным оп.лавлением нагретого оксидсодержащего материала путем его тангенциального ввода и углеродсодержащего и кислородсодержащего газов. Горячий материал плавится и предварительно восстанавливается в камере сгорания, использующей горячие газообразные восстановители оФГпоследующей ступени окончательного воСастановления, Предварительно восстанговглгенный материал полностью восстанавливается нэ стадии окончательного восстановления, Газы, отходящие из камеры сгорания, подают в нижнюю часть реактора кипящего слоя, а уловленные пылевидные оксидсодержащие материалы частично подают в камеру сгорания. В устройстве для осуществления способа камера сгорания расположена на плавильном газификаторе, имеет средства тэнгенциального подвода углеродсодержащего и кислородсодержащего газов. 2 с. и 8 з,п, ф-лы, 4 ил. На фиг. 1 схематически по ройство для осуществления мет ющего настоящему изобретени - увеличенное изображение сте сгорания; на фиг, 3 - вариант к данного устройства; на фиг. 4 - д ант данного устройства,Устройство, изображенное представляет собой в общих че сгорания 1, реактор для восста кипящем слое 2, размещенный ней части и соединенной с сепчастиц, Камера сгорания смонтирована на верхней части устройства для окончательного восстановления например, конвертера 4, который с помощью отверстия 5 в его верхней части соединен с нижней частью камеры сгорания,Материал, содержащий оксид металла, например, обогащенная руда или рудный концентрат, содержащие железо через за. грузочный узел 6, загружается в нижнюю часть реактора 2, Одновременно горячие газы при температурах примерно 1400 - 18000 С вытекают из размещенной внизу камеры сгорания через отверстие 7 в реакторе, псевдоожижая подаваемый рудный концентрат, Температура в камере сгорания и, таким образом, температура отходя.щих газов меняется в зависимости от того, какие оксиды металлов подвергаются предварительному восстановлению. Оксиды никеля требуют более высоких, а медные оксиды - более низких температур по сравнению с вышеупомянутыми оксидами. Рудный концентрат нагревается горячими газами в реакторе 2 до температуры, которая является ниже температуры спекания .материала, т. е. приблизительно 600 - 950 С. Даже в этом случае температура зависит от вида оксидов металла, подвергаемых предварительному восстановлению, никелевые оксиды требуют более высокой, а медные оксиды более низкой температу- ры, чем оксиды Ге, Если температура поступающего газообразного восстановителя слишком велика, то она может быть снижена сразу же после поступления в реактор для восстановления в кипящем слое или перед поступлением, например, путем повторной циркуляции частиц очищенных и охлажденных отходящих газов Обычно обьцее количество газа, выходящего из камеры сгорания, используется для нагрева рудного концентрата, но если температура концентрата в реакторе для восстановления в кипящем слое стремится стать слишком высокой, то часть газов, выходящих из камеры сгорания, вместо этого может использоваться для и редва рите л ь н ого н агре ва воздуха, топлива или коксообразователя.Рудный концентрат должен иметь размер частиц, подходящий для предварительного нагрева и восстановления. В большинстве случаев подходящими оказываются частицы диаметром менее 1 мм. Псевдоожижающие газы перемещают рудный концентрат в верхнюю часть реактора по каналу 8 из реактора в сепаратор 3. На данном рисунке изображен сепаратор частиц типа вертикального циклонного сепаратора, но могут также применяться и другие сепараторы или сепарационная система, предназначенные для данной цели, Очищенные отходящие газы выходят из сепаратора через отверстие 9. Отделенные 5 частицы возвращаются из нижней частициклонного сепаратора по обратному трубопроводу 10, в реактордля восстановления в кипящем слое 2, или по входномутрубопроводу 11 в камеру сгорания. Отношение рециркулирующего материала к материалу, который должен быть непосредственно введен в камеру сгорания, может регулироваться при помощи устройства 12, В некоторых случаях повторный возврат в реактор не 15 обязателен, но для получения равномерного и быстрого нагрева рудного концентрата в большинстве случаев выгодным является циркулирующий слой. Массивность циркулирующего слоя сама по себе оказывает ста билизирующее влияние на теплоперенос вреакторе без оказания влияния на энергетический баланс. Время выдержки частиц в циркулирующем слое увеличивается и мо жет легко регулироваться, что приводит к 25 очень гибким процессам.Восстэновитель в виде частиц, напри-.мер, в виде угля или кокса 13, и газ, поддерживающий горение, например, воздух . обогащенный кислородом, например17 б 0 30 кислорода, или газообразный кислород 14,смешивается с материалом в трубопроводе 11, В соответствии с методом, предлагаемым настоящим изобретением, могут бытьтакже использованы низкосортные углерод 35 содержащие восстановители, например,торф, бурый уголь, каменный уголь. В некоторых процессах восстановительный потенциал газообразных восстановителей вокончательной фазе восстановления доста 40 точен для предварительного восстановления концентрата железной руды. В этих.случаях подача восстановителя в камерусгорания может не проводиться. Коксообразующее вещество или флюсующая добавка45 могут также загружаться в камеру сгоранияили в реактор для восстановления в кипящем слое вместе с руднь 1 м концентратомили непосредственно, через отдельныевходные отверстия, Кроме того. уголь или50 кислород могут подаваться непосредственно в камеру. сгорания по отдельным отверстиям,Перед поступлением в камеру сгораниявходной трубопровод 11 разделяется нэ55 множество субтрубопроводов 15, которыеимеют вид круга и вводятся в камеру сгорания при помощи патрубка 16. Если реакторс кипящим слоем снабдить несколькими параллельными сепараторами частиц, то трубопровод 11 может входить в камерутеплоту из пламени. ж сгорания от каждого отдельного сепаратора по отдельным патрубкам, предназначенным для каждого сепаратора, соответственно.В показанном варианте конструкции патрубки размещены по окружности в ниж ней части камеры сгорания, Патрубки направляют материал, подаваемый в камеру сгорания наклонно вверх-внутрь по касательной к воображаемым горизонтальным окружностям внутри камеры сгорания, Диа метр 17 этих окружностей меньше поперечного сечения камеры сгорания.Горячие восстановительные продукты горения, например СО и Н 2, образующиеся на этапе окончательного восстановления, 15 перетекают через отверстие 5 в камеру сгорания, Воздух или газообразный кислород, подаваемый через патрубки 15, хорошо смешаны с горячими газами и эффективно сжигают перемещающиеся сверху газы в зоне 20 окисления в центре камеры сгорания, генерируя таким образом теплоту для плавления поступающих материалов; содержащих оксиды металла, Газ подается в камеру сгорания наклонно вверх вовнутрь по 25 касательной и при соответствующей скорости создает циклонный эффект, который приводит материал во вращательное движение внутри камеры сгорания, способствуя эффективномусмешиванию газа и частиц, В 30 то же время расплавленный материал, содержащий оксиды металла, как это показано на фиг. 2, быстро перемещается наружу по стенкам 18 камеры сгорания, образуя тонкий слой 19 расплавленного оксида ме талла. Частицы кокса 20, которые не сгорели, смешиваются с расплавом оксида металла 19, вызывая непрерывное восстановление, благодаря тонкому слою газообразного восстановителя 21, 40 появляющемуся над расплавом и частично в нем, около стенки. Доля частиц, содержащих кокс, следует с расплавом на участок окончательного восстановления. Естественно, материал, который дол жен подаваться в камеру сгорания, может поступать через отверстия в стенках или крышке камеры сгорания без использования правильных патрубков, предварительно таким образом, чтобы материал мог быть 50 направлен в желаемом направлении, Все материалы, например, рудный концентрат и кислород, или возможно воздух, не должны смешиваться до камеры сгорания, но важно, чтобы газ, поддерживающий горение, 55 эффективно смешивался с газами в камере сгорания и чтобы материал, содержащий оксиды металла, мог эффективно поглощать Предпочтительно, чтобы стенки 22 камеры сгорания были мембранного типа, по трубкам в которых протекала бы вода или пар, Мембранная стенка охлаждает слои расплава оксида металла 23 ближайшей к стенке, который затвердевает и образует твердый слой. Этот твердый слой защищает стенку от износа. Расплавленный оксид металла непрерывно стекает вниз по стенке и в расплавленном состоянии и после предварительного восстановления попадает на участок окончательного восстановления, например в конвертер 4, который соединен с камерой сгорания,Газообразные восстановители, перемещаясь вверх по камере сгорания, будут полностью выгорать в зоне окисления камеры сгорания при помощи подаваемого кислорода и отводиться из камеры сгорания в реактор 2 через отверстие 7,На фиг, 1 показано устройство, имеющее приспособление для подачи материала в нижнюю часть камеры сгорания, В некоторых случаях предпочтительнее подавать материал в центральную или верхнюю часть камеры сгорания, Даже тогда, когда патрубки направлены таким образом, чтобы гозообразные восстановители двигались вверх и сгорали в горячем пламени, оберегая в то же время восстановительный слой стенками камеры.В варианте конструкции изобретения, показанного на фиг. 3, патрубки 16 расположены по кругу в верхней части камеры сгорания, Патрубки направляют материал наклонно вниз, внутрь и по касательной к воображаемым горизонтальным окружностям внутри камеры сгорания, Эти окружности имеют диаметр меньше диаметра камеры сгорания. Материал приводится во вращательнос движение, что заставляет расплавленный материал перемещаться по стенкам 18 камеры, Восходящие газы и патрубки могут быть направлены таким образом, цтобы расплав распределялся по стенке в желаемом направлении,Предварительно восстановленный и по крайней мере частично расплавленный материал, содержащий оксиды металла, стекает по стенкам камеры сгорания в реактор для окончательного восстановления 4, который может представлять собой, например, конвертер. В реакторе полностью восстановленный металл образует ванну расплава в нижней части конвертера и слой шлака на расплавленном металле,Патрубки 24 размещены в стенке реактора непосредственно над слоем шлака дляинжектирования кислорода или газа, содеращего кислород, для сжигания образую 1811539щегося газообразного восстановителя, Пат- передана к расплаву сама по себе при поморубки направлены покасательной к вообра- щи яркой дуги в нагреваемом плазмой газе,жаемой горизонтальной окружности Часть образующихся газов может бытьдиаметром менее половины реактора, бла- отобрана с этапа конечного восстановлениягодаря чему смесь газов внутри конвертера 5 для рекуперативного или регенеративногоприводится вциклонное движение, Газ, со- предварительного нагрева.держащий кислород, будет обтекать повер- . На фиг. 4 приведено устройство для нехность слоя шлака 25 и сжигать сколько другого варианта конструкции,газообразный восстановитель сразу же по- предлагаемой данным изобретением. Всле их образования на слое шлака, переда этом случае камера сгорания 1 имеет суживая таким образом теплоту слою шлака в вающийся нижний конец 30, ккоторомуподванне. соединен входной трубопровод 11 дляОкончательное восстановление предва- предварительного нагретото материала, сорительно восстановленного стекающего держащего оксиды металла. Целью в этомвниз расплавленного материала происхо случае является как расплавление, так и.дит в основном в шлаке в слое 26 между . предварительное восстановление предвашлаком и расплавом 27 с образованием га- рительно нагретого материала горячими газообразного восстановителя.:зообразнымивосстановителями,Предпочтительно использовать газ, со- образующймися йа конечном этапе восстадержащий 17 - 100, кислорода. Хорошее 20 новления, в основном, без сжигания. горяперемешивание вайны при помощи, напри-,чих газовили любого добавлениямер, инертного газа способствует лучшей восстановителя, В кАмересгораниядолжейпередаче теплоты от горючих газов ванне. быть обеспечен Очень хороший контактГазы, образовавшиеся" иа конечном этапе между предварительно нагретым материавосстановления, поднимаются йепосредст лом и.горячим газообразйым.восстановитевейно в камеру сгоранйя, проходя над сте- лем, поступающим иэ фазы окончательногокающимвниз предварительно восстановления 4,. В варианте конструкцйи,восстановленным материалом, В некоторых показанном.на рисунке, нижняя часть камеслучаях можетбыть вйгодйым подавать га-ры сгорания является конусообразной длязы в камерусгорания сбоку, Это может быть 30 обеспечения действенного смешения. Темосуществлено таким образом, чтобы сгора- . пературав нижней части может возрастатьние в камере сгорания, в основном, имело . до 100 - 1700 С, благодаря чему быстроместо в зоне окисления камеры сгорания, завершаются расплавление и восстановлепричем зона восстановления тоже сохраня- ние,ется в камере сгорания 35 В соответствии с настоящим способом,Окончательный восстановитель напри. - реакции"могут быть осуществлены практимер, каменный уголь или кокс могут загру- чески без газов, йоддерживающйх горение,жаться в конвертер через отверстие 28 в благодаря чему большаячасть восстанов. расплаве металла или через отверстие в ленных газов, образующихся на стадиислой шлака или над слоем шлака. Кислород 40 окончательного восстановления, можетподается через отверстие 29, быть сожжейа в конвертере в связи с ихТопливо и газ, содержащий кислород, образованием, чем это было в случае, когдамогутбыть инжектированы в слой шлака или газообразнйе восстановители были нужнырасплав для выполнения энергетических для процесса горения внутри камеры сгоратребований для окончательного восстанов ния. Сжигание газов в конвертере экономиления нерасплавленных оксидов металла в чески более выгодно, чем сжигание в камереконвертере 20 - 60 образующихся газооб- сгорания,разных восстановителей могут быть сожже- Вращательное движение материала,вны над слоем шлака в конвертере, Если камере сгорания, которое необходимо длядополнительная энергия подается в рас того, чтобы расплавленный материал переплав электродами, то только 4 - 20; обра- мещался по стенкам и не направлялся вЗовавшихся газов могут сгорать над слоем реактордля восстановления вкипящемслоешлака, Высокая температура может оказы, вызывается поступлением отходящих гавать вредное влияние на электроды, зов по трубопроводу 31 из реактора дляДля воспламенения газов,образующих восстановления в кипящем слое в камеруся надслоем шлака, может использоваться сгорания. Отходящие газы отводятся из сенагреваемый плазмой кислород или регене- паратора частиц 3 частично от процесса черативно или рекуперативно нагреваемый рез теплообменник 32 и частично - изкислород и/или воздух. Теплота может быть верхней части камеры сгорания по трубопроводу 31, образуя вихрь в материале в камере сгорания,Вращательное движение может бытьтакже получено другими методами, например подачей газа из газогенератора, находящегося рядом с камерой сгорания.Данный газ может сжигаться в камере сгорания, увеличивая таким образом содержание теплоты внутри камеры сгорания.Формула изобретения 101, Способ восстановления оксидсодержащего материала, включающий его предварительный нагрев в реакторе кипящегослоя, предварительное восстановление иокончательное восстановление в плавильном газификаторе.с одновременным получением восстановительного газа путемподачи в расплав угля и кислородсодержащего газа, использование полученного восстановительного газа на стадии 20предварительного восстановления, улавливание, возврат в реактор кипящего слоя пы.левидных оксидных материалов, выпуск:.жидкого металла и шлака, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения энергозатрат 25и повышения эффективности, стадию предварительного восстановления осуществляют в камере сгорания с частичнымоплавлением нагретого оксидсодержащегоматериала путем тангенциального ввода в 30камеру сгорания оксидсодержащего материала, углеродсодержащего и кислородсодержащего газов, причем горячие газы,отходящие от камеры сгорания, подают внижнюю часть реактора.кипящего слоя, а 35уловленные, пылевидные оксидсодержащиематериалы частично подают в камеру сгорания.2. Способ поп.1,отличающийсятем, что в качестве кислородсодержащегогаза, подаваемого в камеру сгорания, используют воздух.3. Способ по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с я. тем, что в качестве кислородсодержащегогаза, подаваемого в камеру сгорания, используют газообразный кислород, 454, Способ по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что предварительно нагретый оксидсодержащий материал загружают в нижнюючасть камеры сгорания рядом с вводом восстановительного газа со стадии окончательного восстановления.5, Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что газы, выходящие из реактора кипящего слоя, подают в камеру сгорания.55 6. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что углеродсодержащий материал подвергают газификации до ввода в камеру сгорания,7, Способ поп,1,отличающийсятем, что нагретый оксидсодержащий материал в реакторе кипящего слоя осуществляют предпочтительно при 600 - 950 С,8, Способ по п.1, отличаю щи й сятем, что предварительное восстановление счастичным оплавлением в камере сгоранияосуществляют предпочтительно при1400-1800 С..9, Способ по п, 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что газы, образующиеся на этапе окончательного восстановлениячастично дожигают кисл ородсодержэщим газом,подаваемым над поверхностью шлака,10, Устройство для восстановления оксидсодержащего материала, содержащеереактор кипящего слоя для предварительного нагрева, соединенный трубопроводами с камерой предварительноговосстановления материала, имеющей узлыввода предварительного нагретого материала, плавильный газификатор со средствами выпуска расплавленного металла ишлака, подачи угля и кислородсодержащегогаза в его нижнюю часть и соединенныйсредствами ввода получаемого восстановительного газа с камерой предварительноговосстановления, циклонный сепаратор дляотделения от отходящего газа пылевиднойфракции материала, соединенный с верхнейи нижней частями реактора кипящего слоя,о т л и ч а ю щ Е Я с я тем, что, с цельюснижЕния энергозатрат и повышения эффективности процесса, камера предварительного восстановления расположенанепосредственно на плавильном газификаторе и снабжена средствами тангенциального подвода углерод- икислородсодержащего газов, при этом узелввода предварительно нагретого материалавыполнен в виде тангенциального расположенных трубопроводов, э циклонный сепаратор дополнительно соединен с камеройпредварительного восстановления, нижняяразгрузочная часть которого непосредственно соединена со средствами ввода восстановительного газа,Приоритет по пунктам;30.03.88 по пп. 1, 2, 3, 4, 7, 8, 10;22 06 88 по пп. 5, 6, 9.1811539 Редактор . Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытия 113035, Москва, Ж. Раущская наб 4/5 НТ роизводственно-издательский г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 инат "Пат Заказ 1463ВНИИП Составит Техред М 2 В 29 фиг,М ь Л.ПанниковаМоргентал Корректор Е.П