Способ получения жидкого чугуна и установка для его осуществления

)5 С 21 В 1314 ОПИСАН ОБР ПАТЕНТУ трианлагенб 7022,3,86.В 1314, опубл 54) СПОСОБ ПО УНА И УСТАНО ЛЕНИЯ 57) Использованпрямому получ енно из руды, угуна в плавил ксовому чугуна в ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) Заявка Японии М. 62-2кл, 6 21 В 13/14, заявл. 28М 61 - 71576, кл, С 2106.10.87,ЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО ЧУВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВе: изобретение относится нию металла непосредстчастности к получению ном газификаторе. СущИзобретение относится к беско получению железа, в частностиплавильном газификаторе,Целью изобретения является повышение эффективности процесса,На фиг.1-4 схематично показаны предпочтительные варианты выполнения установки в соответствии с изобретением,Устройство включает в себя плавильный газифиаатор 1 для взаимодействия газов с металлами, который имеет нижний участок, средний участок и расширенный верхний участок, Нижний участок предназначен для принятия расплавленной ванны. В средний участок входят сопла 2 (горелки) с подводящим трубопроводом 3 для подачи кислоро.- да. В зоне на уровне сопл расположены ность, при производстве жидкого чугуна путем восстановления расплава железных руд с различным размером частиц, фракцию частиц диаметром менее 0,2 мм путем воздушной сепарации с помощью восстановительного газа отделяют от более крупной фракции (В), и обе фракции раздельно полностью восстанавливают и подают в зону плавления плавильного газификатора. Установка для реализации способа в соответствии с изобретением состоит иэ плавильного реактора восстановительного циклона и реактора предварительного восстановления с кипящим и неподвижным слоями, распо-, ложенного между газификатором и восстановительным циклоном. Циклон и неподвижный слой со стороны выпуска с помощью транспортного устройства для восстановленной железной руды соединен с нижней частью плавильного газификатора,1 с. и 4 э,п, ф-лы, 4 ил. подводящий трубопровод 4 для содержащего углерод материала и трубопровод 5 длявосстановленной руды. Альтернативно этоттрубспровод 5 может также входить вышеуровня сопл в зоне верхней коксовой постели в плавильный газификатор, как это показано на фиг,1 пунктирной линией.В верхней расширенной зоне плавильного реактора для взаимодействия газа сметаллами 1 имеются загрузочное устройство 6 для кускового угля с диаметром кусковдо 40 мм, загрузочное устройство 7 для рудыи загрузочное устройство 8 для присадок,Кроме того, в верхнем участке предусмотрен трубопровод 9 для отвода образовавшегося в плавильном газификаторевосстановительного газа,1813099 10 15 20 30 35 40 50 В среднем участке из крупных частиц кокса образуются неподвижные слои (зоны неподвижных слоев). Собирающаяся под ними ванна расплава состоит из расплавленного металла 10 и Шлака 11, причем для обоих компонентов предусматривается соответственно выпускное отверстие. Неподвижный слой (а) не имеет подвода газа, т.е. через него не пропускается газ, Над ним образуется неподвижный слой(в), в котором частицы. кокса пронизываются поступающим иэ подводящего трубопровода 3 кислородсодеркащим газом с образованием окиси углерода, Выше неподвижного слоя(в) образуется псевдоожиженный слой (с),движение которого поддерживается образующимся в неподвижном слое 11 восстановительным газом, Небольшие частицы угля или кокса остаются в зоне псевдоожйженного слоя (с), Более крупные частицы угля или кокса, для которых скорость газового потока в пустой трубе ниже точки разрыхления для соответствующего слоя частиц,лишь затормаживаются, проваливаются через псевдоокиженный слой (с) и осаждают ся с образованием неподвикного слоя (в) или (а),Над псевдоожикенным слоем находится успокоительная зона (ф в котОрую загружается руда,Установка также содержит восстановительный циклон 12, в который входят трубопровод 9 для отвода восстановительного газа и загрузочное устройство 13 для присадок. В нижнем конце восстановительного циклона предусмотрено разгрузочное устройство 14 для окончательно восстановленной пылеватой руды, которая загружает трубопровод 5, От верхней части восстановительного циклона освобожденный от суспендированной восстановленной пылеватой руды легкий газ отводится по трубопроводу 15, охлаждается в охладителе 16, уплотняется в охлаждающей газовой воздуходувке 17 и или подается по обратному трубопроводу 18 в трубопровод 9 для отвода восстановительного газа для охлаждения выходящей иэ плавильного реактора 1 суспензии, состоящей из газа и пылеватой руды, или по трубопроводу 19 с помощью инжектора 20 подается в трубопровод 5, С помощью ответвляющегося трубопровода 15 легкий газ может отводиться из установки и подаваться для использования в других целях.Представленный на фиг,1 вариант выполнения установки в соответствии с изобретением пригоден для переработки мелких железных руд с частицами диаметром максимум 0,5 мм, однако в особенности для переработки пылеватых руд, причем частицы руды имеют диаметр менее 0,2 мм, Подобного рода руда загружается в зону успокоения (б) плавильнбго реактора 1 для взаимодействия газов с металлами, который в верхней части успокоительной зоны, имеет температуру около 1000 С, где она предварительно восстанавливается противоточным восстановительным газом, который образуется в.нижней части реактора для взаимодействия газов с металлами.Предварительно восстановленная фракция - 0,2 мм почти полностью увлекается восстановительным газом и по трубопроводу 9 для отвода восстановительного газа подается в восстановительный циклон 12, причем состоящая из газа и пылеватой руды суспензия к этому моменту времени охлаждается до температуры около 800 С В восстановительном циклоне 12 фракция - 0,2 мм полностью восстанавливается с помощью восстановительного газа и под воздействием циклона отделяется от восстановительного газа, Впоследствии полностью восстановленная руда через выпускное устройство 14 нагружает трубопровод 5 и с помощью легкого газа вдувается непосредственно в зону плавления плавильнОго газификатора или в зону на уровне вдувания кислорода или над ней, в зону коксовой постели.Оставшаяся в успокоительной зоне плавильного газификатора 1 фракция мелкдй,руды с диаметром частиц по меньшей мере0,2 мм(и максимум 0,5 мм), хотя и восстанавливается предварительно в успокоительнойзоне, однако не выносится потоком восстановительного газа и попадает вследствиевоздействия силы тяжести через псевдоожиженный слой в неподвижный слой, приэтом полностью восстанавливается и расплавляется.Рудные фракции с диаметром частиц более 0,5 мм не могут перерабатываться с помощью представленной на фиг.1 установкЛ,так как они не могут больше удовлетворительно полностью восстанавливаться в плавильном газификаторе,Переработку подобного рода руды позволяет осуществлять представленный на фиг.2 вариант установки в соответствии с изобретением, Она отличается от варианта на фиг.1 прежде всего тем, что в трубопровод 9 для отвода восстановительного газа между плавильным газификатором и восстановительным циклоном 12 включен восстановительный реактор 21, который имеет загрузочное устройство 13 для присадок и загрузочное устройство 7 для руды и разгрузочноеустройство 22 для полностью восста- нии имеет различные скорости истечения,новленной мелкой руды. что способствует разделению обеих фракВнутри восстановительного реактора ций, Несмотря на больший диаметр частиц21 поддерживается псевдоожикенный слойфракции0,2 мм они имеют после вывода(е) из поступивших из плавильного реактора 5 из восстановительного реактора примерно1 руды и восстановительного газа, который такую же высокую степень металлиэации,вдувается на уровне сопл 23, которье за- что и полностью восстановленная в восстапитываются от трубопровода 9 для отвода новительном циклойе 12 фракция - 0,2 мм,восстановительного газа. Над псевдоожи- потому что более крупные частицы достаженным слоем (е) находится успокоитель точно долго соприкасаются в псевдоожиная зона (1), К разгрузочному устройству 22 женном слое с восстановительным газом,присоединен трубопровод 24 для .полно-Переработку руд, которые имеют ещестью восстановленной мелкой руды, кото- больший размер частиц, удается осуществрый входит в трубопровод 5, лять вустановке, которая в основноманалоОстальные части установки соответст гична представленной на фиг.2, однаковуют изображенному на фиг,1 варианту вы- имеет в восстановительном реакторе 21 до.полнения. полнительно неподвижный слой (о) из руды,Представленный на фиг,З вариант вы- который находится под псевдоожиженнымполнения установки в соответствии с изо- слоем (е), Два варианта выполнения устабретением пригоден, в частности, для 20 новки всоответствии с изобретением покапереработки мелких руд, которые имеютча- . заны на фиг,З и 4.стицы диаметром до 1 мм. Эта руда с по- Установка в соответствии с фиг,З примощью загрузочного устройства 7 годна для переработкйруд, диаметр частицзагружается в успокоительную зону (О) вос- которых может составлять до 5 мм, Эта усстановительного реактора 21 и частично 25 тановка эксплуатируется в основном так же;предварительно восстанавливается проти- как и представленная на фиг,2. Руда такжевоточным восстановительным газом, кото- спомощьюзагрузочногоустройства 7 загрурый вырабатывается в плавильномжается в успокоительную зону (1) восстаногазификаторе 1 и вдувается потрубопрово- вительного реактора 21, после чегоду 9 для отвода восстановительного газа в 30 предварительное восстановление, выделенижнюю часть восстановительного реакто- ние фракции - 0,2 мм и ее окончательноера 21 и при этом поддерживает псевдоожи- - восстановление в восстановительном цикженный слой (е), По аналогии с процессами: лоне 12 осуществляются также, как описанов успокоительной зоне (б) плавильного ре- выше, Фракция, которая в данйом случае. актора 1 восстановительный газ по трубоп имеет частицы диаметром от 0,2 до 5 мм,роводу 9, который отходит от верхней части проходит через псевдоожиженный слой (е),восстановительного реактора 21, направля- причем частицы руды диаметром менее 2 ммется в восстановительный циклон, причем в основном полностью восстанавливаются ион увлекает предварительно восстанов- поэтому с помощью разгрузочного устройленную фракцию - 0,2 мм. Эта 4 ракция 40 ства 25 взымаются из нижней части псевдоокончательно восстанавливается в восста- ожиженного слоя (е), по трубопроводуновительном циклоне 12 и подается в пла- подаются втрубопровод 5 и вместе с полновильный газификатор. стью восстановленной фракцией - 0,2 мм,Остающаяся е успокоительйой зоне (т) как описано выше, могут подаваться в плапредварительно восстановленная фрак вильный реактор 1 для взаимодействия гация мелкой руды с частицами диаметром зов с металлами,от 0,2 мм до 1 мм не мокет выноситься, Остающаяся в псевдоожиженном слоевосстановительным газом и попадает подчастично восстановленная часть руды, часвоздействием силы тяжести через псевдо- тицы которой имеют диаметр от 2 до 5 мм,ожиженный слой(е), причем она полностью 50 проходят под воздействием силы тяжестивосстанавливается, к нижнему концу вос- до неподвижного слоя (о) и далее сквозьстановительного реактора и выпускается, него, причем руда прдоолжаетвосстанавлинагрукаеттрубопровод 5 и вместе с полно- ваться, Наконец, она с помощью разгрузочстью восстановленной фракцией - 0,2 мм ного устройства 22 нагружает трубопроводподается в плавильный реактор для взаимо 24 и с помощью легкого газа, которые отбидействия газов с металлами, раются из трубопровода 19, через инжекторВоЧстановительный реактор 21 по 20 вдувается в граничную зону междуменьшей мере в нижней части предпочти- псевдоожиженным слоем(с) и верхним нетельно выполнен коническим, вследствие подвижным слоем (Ь) плавильного газифичего восстановительный газ при прохожде- катара (восстановительная зона) иполностью восстанавливается или переплавляется в чугун.При переработке руд с частицами1 мм реактор 21 выполняют коничевским и предусматривают два уровня 23 вдувания восстановительного газа, Для оптимального разделения. граница между неподвижным и псевдоожиженными слоями должна располагаться в конической зоне междууровнями вдувания газа. При помощи газа, подаваемого в верхний уровень, достигается псев-. доожижение, фракциони рова ние и восстановление мелких частиц руды, в. то время как газ, .подаваемый через нижний уровень, восстанавливает крупную фракцию руды.В устройстве по фиг,4 перерабатываются руды крупностью до 20 мм. В даннбм случае грубая фракция руды ( 2 мм) загрузочным устройством 26 загружается в успокоительную зону плавильного газификатора,В трубопровод включен циклон 27 для осаждения возможно увлеченной угольной пыли, которая через разгрузочное устройство 28 нагружает трубопровод 29 и с помощью охлаждающего газа вдувается в верхнюю зону псевдоожиженного слоя (с) или в успокоительную зону (б) плавильного газификатора. Сопла 30 имеют еще один подвод 31 для подачи кислорода. Охлаждающий газ является освобожденным от угольной пыли восстановительным газом из плавильного гаэификатора, который заимствован из трубопровода 9 для отвода восстановительного газа, охлажден в охладителе 32, подан по трубопроводу 33 к газодувке для подачи охлаждающего газа 34, уплотнен и наконец подан по трубопроводу 29.Альтернативно охлаждающий гаэ может также подаваться по обратному трубопроводу 35 в трубопровод 9 для отвода восстановительного газа, Для вдувания угольной пыли вместо охлаждающего газа может использоваться также азот, который может в каком-либо месте подводиться к трубопроводу 29,После того как восстановительный газ прошел охладитель 32, он может также подаваться по трубопроводу 36 в трубопровод 37 для отвода легкого газа,В примере обобщены некоторые типичные параметры способа в соответствии с изобретением, которые достигаются при эксплуатации представленной на фиг.4 установки в соответствии с изобретением. П р и м е р. Содержание компонентовиспользованного угля, % (величины отно 10 15 сятся к безводному анализируемому материалу):С 81,4Н 4,8й 1,4О 5,8Я 0,5шлак 62Ре 30,9 (зол ы)Сфикс 62,9Содержание компонентов в переработанной железной руде, %Ее 66,9 А 20 э 1,31 РеО 0,58 МпО О 38 Ее 20 з 95,0 потери припрокалива- нии 1,6 СаО 0,025МдО 0,1320 %0206Гранулометрический состав переработанной железной руды (ситовой анализ):5% 10,мм10% 6,3 - 10 мм25 18% 3,15 - 6,3 мм42.% 1,0-3,15 мм25% менее 1 ммДля производства восстановителногогаза в установке в соответствии с фиг,4 было30 газифицировано 7 т/ч угля упомянутого состава, для этого было израсходовано 580 мкислорода на тонну чугуна, Чистота кислорода составляла от 95 до 98%. В 1 ч бьвополучено около 14000 м восстановительз35 ного газа, который имеет следующий состав, %.СО 66,2 Н 2 28,ЬСО 2 45 СН 4 03И 2 . 0,540 Скорости в пустой трубе в плавильнбмреакторе 1 для взаимодействия газов с металлами и в восстановительном реакторе 21колебались от 0,3 до 0,5 м/с, вследствиечего скорость между обоими уровнями сопл45. восстановительйого реактора составила от1,5 до 3 м/с,, плавления составила 8,1 т чугуна в час. Пол 50 ученный чугун наряду с железом имел следующие составные части, %:С.4Р 0,6фосфор 0,0155 марганец 0,1сера . 0,04Формула изобретения1. Способ получения жидкого чугуна,включающий предварительное восстановление полидисперсной руды в кипящемслое, отделение мелкой фракции руды воздушной сепарацией посредством восстановительного газа и обработку ее в высокотемпературном циклоне, раздельную подачу предварительно восстановленных фракций и остальных фракций руды в различные зоны плавильного газификатора, расплавление с получением жидкого чугуна и восстановительного газа, используемого в стадии предварительного восстановления, путем подачи угля и кислородсодержащего газа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса, отделению и обработке в циклоне подвергают фракцию менее 0,2 мм, при этом мелкую и остальные фракции перед подачей в зону расплавления гаэификатора восстанавливают полностью.2. Способ поп.1,отличающийся тем, что фракцию руды 0,2 - 2 мм восстанавливают полностью в кипящем слое,3. Способ по пп,1 - 2, о т л и ч а ю щ и й. с я тем, что полностью восстановленную фракцию менее 2 мм вдувают в плавильный газификатор на уровне вдувания кислород- содержащего газа или в зоне коксовой постели.4. Способ по пп,1-3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что фракцию руды 2 - 20 мм дополнительно восстанавливают в неподвикном слое. 5, Способ по пп.1-4, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что предварительно восстановленную руду фракции 2 - 20 мм подают в успокоительную зону плавильного гаэификато 5 ра,6. Установка для получения жидкого чугуна, содержащая реактор для предварительного восстановления, имеющий зоныкипящего и неподвижного слоя и соединен 10 ный с циклоном для обработки отделенноймелкой фракции руды, плавильный газификатор, имеющий узлы ввода угля, кислородсодержащего газа, флюса и предварительно вооатановленной руды, трубопровод вос 15 становительного газа, соединяющий плавильный газификатор с реакторомпредварительного восстановления и узлы. транспортирования предварительно вос. становленной руды от циклона и реактора,20 соединенные с плавйльным газификатором.на разных уровнях; отл и ча ю ща я с ятем,что, с целью повышения эффективностипроцесса, реактор предварительного восстановления выйолнен с отдельными узла 25 ми транспортирования предварительновосстановленной руды от зон кипящего инеподвижного слоев, при этом узлы транспортирования от циклона и от зонь кипящето,слоя реактора предварительного30 восстановления руды соединены с нижнейчастью плавильного газификатора.1813099 72 Составитель Г.ШевченкоРедактор Техред М.Моргентал Корректор М.Петров изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгоро гарина, 10 Заказ 1590, Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по и 113035, Москва, ЖПодп бретениям ц о аушская наб:, 4 ое ытиям при ГКНТ СС