Устройство для получения губчатого железа

О П И С А Н И Е 1111639485ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советсхих Социалистических Республик(33) Швеция по делом изсбретений и открытий(43) Опубликовано 25.12.78. Бюллетень47 (45) Дата опубликования описания 04.04.79(72) Автор изобретения Иностранец Ханс Эдвард Хенрик Муррэй71) Заявитель ностранная фирСКФ Нова АБ(Швеция) 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА.1 жееннБ блеИзобретение относится к оборудованию газового восстановления окислов металлов до чистого металла при,высокой температуре, к прямому газовому восстановлению порошкообразной окиси железа с произволь ной формой частиц порошка до губчатого железа.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известное устройство для получения губчатого железа, содержащее реторту с узлами загрузки и разгрузки материалов, газонагреватель, трубопроводы для подачи и Отвода газоз и холодильник отходящих газов 1). 15Устройство содержит ооорудсвачие для обработки природного газа, четыре реторты для предварительного нагревания и восстановления руды и для охлаждения губки, оборудование для загрузки и выгрузки, 20 Природный газ превращается при обработке водяным пари.,1 в Восста 11 овительный газ, содержащий 0 - 73 й Н., приблизительно 15 С 1 о СО, б - с СН 4:1 осталь;1 ое СО 2,и Х.После охлаждения в скрубоере для удале ния избытка воляных паров и СО, газ подается в первый реактор, содержащий полностью восстановленную губку, которая пр; этом охлаждается. После этого газ подается во второй реактор, где проходит окончатель- ЗО ное восстановление, и далее в третий реактор для прелварительного нагревания и предварительного восстановления. Между операциями газ охлаждается в скруббере лля удаления водяных паров и после этого нагревается в рекуператоре. Прежде чем газ поступает во второй и третий реактор, температура его дополнительно повышается за счет частичного сгорания. В четвертом реакторе ОсущестВляется Выгрузка губки загруз:;а руды. Общая длительность процесса составляет 12 ч, что означает, что длительность операции В каждом реакторе составляет 3 ч. После выхода из третьего реактора газ содержит значительное количсстзо СО и Н и используется лля ндгосВания геИ для обработки природного газа 11 р-и 1 аоаторов Однако для нагревания указанногорудования лолкен быть дополш 1 тельнпользован и природный газ. Темперавосстановления достгает 850 - 100Степень восстановления относительно,кая,;1 риблизительно 86 - 87",. Повышстепе.1 и восстановления :1 риволит к сннию пропзводительнссти и к существсолее высокОм 1 потреблени 1 О топя:1 ва.голаря повторному охлаждению и нагнию восстановительного газа это потренис даже прц указанной степени восстановления являетс 5 г относительно высоким,Цель 11 зобрстения - уменьшение по. требленця энергии при прямом восстановлении стационарного слсгя окислов металов до губчатого металла.Для этого предлагаемое устройство снабжено газовым т цлообменнцком протизоточного типа и циркуляциоиным насосом, соединенным трубопроводом со входом и выходом тсцОобменника, при этом одна сторона тсцлообмснника размещена в кацере печи.Устацовка выполняется так, чтобы осуществить рециркуляцию через слой, по меньшей мере, большей части газа, при когорой газ, цроходящиг через слой, очисщасг"я до неооходимой степени от продуктов реакции ц после компенсации израсходовац:1 ого газа снова пропускается через слс). Влагодаря этому потребление газа существенно уменьшается.Целесообразно выполнить устройство с возможность 0 откагкгг замк)тоО контра, з кспором циркулирует газ, и регенерации газа. Если печь нагревается электрическим током, можно осуществить нагреваиие ц восстановление, а также и охлаждение без замегного расхода газа ца что-либо кроме зосстацозлеция, т. с. без каких-либо сущестзенць)х потерь газа. Реальное потребление восстановительного газа ца реакцию восстановления поси полностью соответствует теоретическсму расходу, т. е, около 27 клоль (около 600 л при 0 С и 101,3 кРа) на 1 т воссгановленнсго железа.Предлагаемое устройство выполгсно с возможцостьк) регулирования в любой момент дазлс 1 гия газа, его температуры, состава и скорости для создания оптимальных условий. Прл заданной скорости газа (л/сек) расход газа 1 кг/час), например, через,слой мои(ет быть увеличен путем сжагия газа, чтобы увеличить его плотность, з результате этого в теченис определеного временного интервала через слой пройдет большее количество активных молекул газа.В таком устройстве можно, например, оегулирозать содержание углерода з же.1 езной губке в соответствии с потребностью г назначением ее.Теплообменник газ - газ преимущественно выполняют так, чтобы обеспечить в нем конденсацию, по меньшей мере, части водяных паров, образовавшихся при восстановлении (или водяных паров из влажных материалов)при этом входящий газ подогредаатся за счет тепла конденсации. Это еще более повышает экономические показатели способа.На чертеже изображено описываемое устройство.Оно содержит печь 1 с обогреваемой камерой 2 и средствами 3 для поддержки в камере печи стационарного слоя 4 окисла мсалла, коОрый должен быть восстановлен до губчатого металла, С печью 1 соедцсцео вспомогательное оборудование для осуществления операций нагревания, восстгНсзления ц, если необходимо, операции охлаждения, а также для пропускания через стационарный слой горячего, преимушесгВеццо цсокисля 10 щего газа, 1 Орячего Восстанови) ельного газа и холодного цеокис О ляющего газа соответственно. На чертежепоказана единственная печь, для специалиста очевидно, что часть вспомогательного оборудования может быть использована для песк)льких печей, входящих в одно устрой с 1 ВО,Вспомогательное оборудование содержитгазо-газовый теплообменник б иротивоточ о ппа, который, по,меньше мере, час)и 1- цо вмонтирован в печь 1, так что горячая 20 сОроца 6 его размещена в камере 2 це;ццли соединена с ней, На стороне 6 расцолоксц выход 7, размещсцный вверху ио потоку через стационарный слой 4, для нагретого в тецлообменникс газавход 8, размс цсццый Внизцо НОток Срез слОЙ, для Газа, коОрый должен Оыть Охлаждсн В тс:1- лообме 11;11 гке. БлаОгар 51 этом 1 имеется Возмокцость во время оиераци 1 нагревания и зс)сста);Озлеция охладить относцтел Но гс)- З 0 рячцй использован:ый газ пут м тепло)бсна, п 1) Онгскдя егО цротизотоком с Относительно холодным свежим газом, который так под)рез 1 стс 51 перел ВВсдеццем нелосрсдсВсццо н ахер 2 цси С 1)аз цос 1 с З 5 выхода цз теплооомснццка. Если получаемую металлическую губку нуж:го охладить з печи 1, вспомогательное оборудование дополнительно снабжено средствами для лроцускацця через стационарный слой во время операции охлаждения холод:гого газа и вывода цроше;шего через слой 4 нагретогоаза без теплообмена между ними.Герметичная вакуумцо-плотсцая высокогсчпературцая лечь содержит верхнюю 45 крышку 9 и днище 10, соединенные флаццем11. Печьимеет кожух из листового мсалла, который может сохраснить как высокий вакуум, так и изоыточнос давление в несколько атмосфер и снабжен футеровк)50 Гна чертеже це показана) из огнеупорногоматериала, например из огнеупорных ирСредства 3 для поддержания в камере 55 2 печи стационарного слоя 4 окисла метал,а содсркат короокм с пер(1)орированным дном 12. В описываемом варианте коробк; кольцевая, но она может быть любой подход 51 шег формы. Коробка снаожеа опора ми и стс)йками на полу, камеры 2 печи. Опоры позволяют газу проходить между перфорированным,дном 12 коробки и днищем камеры 2 печи. Опоры могут быть выполнены, например, в виде пучковой системы, снабженной,прорезями.Е,С 5 того, чтобы пропустить необходимое ),Нсство газа через стационарный слой 4, вспомогательное оборудование имеег тр богроводы, такие как цирю ляциониые т)уб),и:)оводы 13, циркуля 1,ОН 5 ьЙ насос 14 и Г;Зовый х)лолиль 51 И 15. Один 1:,О- ие 1 трубо:ровола 13 соединен с входом 16 лля холодноо газа тсилообмегиика 5, а ;1 рЕГой его 0 нец соединен с выходом 17 лля охлажденного газа тсилообменника. Указанный циркуляционный трубопровод 13 вместе с печью 1 и ее газо-газовым те 1- лообмсиииом 5 образуют замкнутый ко 1- Г. ЦирЕЛ 51 ционный насос 14 поКазан как к.:чи )сссор, ио в определенык случаях он х 05 с 1 оь 1 ть й Вентилято;)ом. Цифр ляцио:1- НЙ 2 сос 14, яВля 1 ощийс 5 педиочтительно регулируемым, врезан Б трубопровод 13 для осуществления цируляиии газа че;)сз 32 мк.1 утый контур и имеет сторону Бсасыв 1- Ия и сторону давления, Газовый холодиль. ик 15 Бмоипрован в циркуляионный т;)убопровол 13 на стороне всасызания циркуляционного насоса 14 и является прелиочтитсльно водооклаждаемым. Целесообразно использовать в качестве хололильника 15 спиральный теплообменник, в котором газ и охлажла 1 ошая вода дви)утся противотоком. Охлаждение газа регулируется краном 18 в питающем трубопроводе 19 для охлаждающей воды. Ех газовой стороне хололильника 15 подсоединен трубопровод 20 для стока конденсата в закрытую емкость 21, Б котором уровень ко:1 ленсата регулируется индикатором уровня (не показан), Вмонтированном в сливной трубопровол 22 и управл 51 оцтим клапаном 23.Ъс;р:)сВО снаожено средства.и Лля От 2 ЧКИс 32 ИЗ 32 М 1"И) ТОГО КОНТРа, КОТОРЫЕ соединены с циркусяцио 1 ным трубопроводом 13 иа стороне давления насоса 14, средствами для регенерации откачаниого газа, соединенным со срелствами для откачки. Средства для Откачки содержат трм - бопровод 24, соединенный с циркуляционным трубопроводом 13, клапан 25, смонтированный в труоопроволе 24, и вакуумный насос 26, расположенный,после клапана 25.Выход насоса "6 соединен с окружающей атмосферой, возможно через выводную трубу (не показана). Средства лля регенерации откачаииого газа содержит вспомогательный компрессор 27, трубопровод 28 с клапаном 29, размещенные между Всасывающей стороной компрессора 27 и трубопроводом 24 лля откачки и соединенные с трубопроводом 24 в месте его сочленения с трубопроводом 13, трубопровод 30, соедиие 1 шый со стороной давления вспомогательного компрессора 27 и разветвляющийся на несколько трубопроводов 31, каждый из которых снабжен клапаном 32 и соединен с сосудом 33 давления. Первый сосуд 33 давления может содержать, например, инертную атмосферу, такую как азот, гелий или аргон, второй сосуд 33 может содержать во- .рол, 2 трст 1 й сосуд 33 -- оислительную ТМ)С 1)Е)У, ТаУ 0 КаС)ССЬ ВОЛОРОЛ 11 И МОНОО 1:си мгле)0.12. С)сЛы давлсн:1 я сосли иены со средствами лля пополнения расхо.лус.;Ой В процессе работы исчи атмосферы 1 а черте;е не иоазаны). ),ля ввслсния у 232ых Г 230 Б В замкнутый конту) ажЛый из сосудов 33 Лавлс:1 ия с.,слии . по средством ответьлсИ 1 й 34 соотвествс:1:1 о с,12:25 ами 35 соотвстстзеино с колл то,)- иым т.)убоироволом 36, вхолящи)1 в циркуля)по 1 иыи труоопрозол 3 точке между газовым холо;11 ль 1.1)л 15 и н 2 сосо)1 . ,ро; мс то"О, к Оллстономм тлмооировол):1 С:)Е. Си СОС Л 3/ ) ВЛС; И 1 ,1 И ЛГОИ иол.,)ля;ций источ1:10;асыщ. ЛИи о углов",лэ:) ла, такого ак ацетилс:11 л:1 прона:, через 0;Бстзлеи 1 с 33 с клаиано) д 9.20:1:тлть зспомо: атель.ыи омл;)сосо;) нос:)с стБО) В 1 у)1:)го насос 2 26 БОЗЛОжнс через 1;ч:1 стиос,:т: ойство лля веге;1 ерации, 2 иа:1)1 мсо, водоло 2 ли гс,1 ия. 011 истиосст)ойстВО м)жст оы Г схОнтиров 1:0 лСжл; зс:1, могатель)ым компрсссором 27 и сосудам;1 63 Лазлегия. В;1 скоторых случаях, иаир;мер, огла пропан или ацсти лси ВВОЛят В замиутый конту), Гд(.и": Бь:соой температуре раз,.:и огся, увеличиваясь за счет этого Б об)ъсмс в несколько раз, целесообразно сое 1;ить цируляционный труо 0.1:- 35 ВОЛ со срслстз 2 И лл 51 млаления ИО ъ 1 ен 1- )пей мере части ох:с:ного з тсплооб меинис 5 Газа, 01 да таос л 2,1 сиис неОО- х)димо. Т 1 средства по 232:ы;2 чср) сжс 201 Воляций тубоиовод 40. Туоои)о во40 сосл 1 пс: с и.)куляционным т)мооироволом в то с между газовым хололильнии)м 15:1 цир уляио 5 иым нас)со) 14 с.2 О:с:1 к,1 2 паом 4151 с)лу т 1)убоп 1)оводом 40 и насосом 14 с циркуляц 1 оиным т.), - 45 бопроволом 13 присосл 1 нен труооирозоллапао 43 лля пол 1 чи кисло;.)о;соле- жащего газа в замкнутый кои гу;). Кисло;)ОЛСОЛСРЖанИИ Газ В 32 ЗИСИОСТИ ОТ ИСОО- холимост 1 мо 1 ст оыть возл ком пол атмо сферным давлением, воздухом, обогащс:ным кислородом, или чистым кислородом.ЕхСлорол подается, онечно, из сосуда давления (2 ертеже не показан) или какого-либо другого кислородного источника.55 В предлагаемом устройстве кожух излистового материала днища 10 печи выполнен с направленным вниз центральным вь: - ступом, который является кожухом тсплообмениика 5. Теплообменник может бытььо полностью вмонтирован в лечь 1. Горячаясторона 6 теплообменника размещена ире имущественно в центральном отверсти 1 кольцевой коробки средства 3, а теплообменник газ - газ преимущественно содер 65 жит трубчатый пучок 44, имеющий множество относительно длинных и тонких тепло- обменных труб, но могут быть,использдваы и другие теплообменники газ - газ. Меж. ду трубным пучком 44 и кожухом имеется теплоизоляция,Из чертежа видно, что печь с встроен:ым теплообменннком имеет Внешнее схол;тво с грибом, Пространство лля загрузки находится в шляпке гриба, а пространство для главной части тсплообменнпка 5 - в ножке гриба, На чертеже видно также, что лля нагревания холодного газа, который подается в теплообменник 5 через трубопсоВод 13 и вход 1 б, он,пропускается через уравнительную камеру 45, расположенную на холодной стороне теплообменника, и далее вверх внутри труб трубного пучка 44, а после прохдткления через стационар:ый слой 4 идет вниз по внешней стороне труб грубного пучка 44 и после этого выхолпт через выхо;1 17 и циркуляцРОнный трубопровод 13. Прп за,мене входа 1 б и выходом 17 можно получить поток противоположного направления.Целесообразно использовать теплообменник малых размеров, чтобы конленсирсвать большую часть водяных паров, которые поступают пз стационарного слоя 4 прп нагревании влажного материала и при восста 5 новленпп водородсолержя щей атмосферой. При этом тепло конденсации водяных паров МОРкет быть использовано для предварительгОго подогрева, конденсат отводится от теплообмснника 5 по трубопроводу 4 б в за 1(рытую емкость 47 для конденсата, в котором уровень вол регулируется кон- тро 7 ЬРо-изхерительнымп приборами, управля 10 щР 1.чи сливным клапаном 48, Можно, Ркснечно, исключить емкость 47 п клапан 48 и вместо этого соединить трубопровод 4 б с емкостьо 21. Во вреМя восстановления, я в некоторых случаях и нагревания, циркулирующий газ очищается от воды в газовом холодильнике 15 и теплообменнике 5. Если :еобхолимо, циркуляционный газ может сыть пропущен также через СО, - опС 1 П- тель и/или осушитель для удаления СО и лоПолнительното удаления воды.Вышеупомянутые средства лля повторного использования газа, которые используются во время охлаждения лля пропус:(ания через стационарный слой 4 холодного газа и вывода горячего газа без теплообме:а между ними, содержат множество труб 49, выходящих из пространства между перфорированным дном 12 коробки и днищем ка меры 2 печи и соединенных с коллекторным трубопроводом 50, который через клапан 51 соединен с цпркуляционным трубопроводом 13 выше по потоку газового холодильника 15. Трубопровод 13 снабжен клапаном 52, расположенным между стыком л(оллекторного трубопровода 50 и выходом 17 теплообменника для охлажденного газа. Так как температура вначале охлаждения может быть очень высокой, целесообразно, пд меньшей мере, нижнюю часть труб 49 и коллекторпый трубопровод 50 клапан 51 и последующую часть циркуляционного тру бопровода 13 до холодильника 15 погружать в охлан(да 1 ощую водяную ванну 53.Для поддержания во Время охлаждениякак можно более высокого расхода газа трубный пучок 44 теплообменника 5 имеет О трубу 54 относительно большого диаметра,которая через клапан 55 соединена с цирку- ЛРП;ионным трубопроводом в точке по потоку нике циркуляционного насоса 14. Если нссоходимо, то между указанной точкой 15 сочленения трубы 54 и холодным входом 15теплообменнР 1 ка может быть установлеР клаПан бб.Если печь 1 нагревается электрическимтоком, то электрические нагревательные 20 элементы 57 размещают в крышке и стенках намеры 2 печи. При неокислительной атмосфере могут быть использованы молибденовые элементы, при окисл(ительной атмосфере или в случае, работы при открытой 25 печи с температурой, например, 500 Сиспользуют стойкие к окислени 1 о элементы.Если печь 1 нагревается горючим топл 1- вом, целесообразно Вводить топлпво в камеру 2 печи нспдсрелственно на горячем выхсзс ле теплообменника, Топливо, преимущественно горячий газ пли нефть, полается пз сосуда 58 давления илп другого подходящего псточппка через топливный трубопровол 59, снабженный клапаном б 0. Топлпвзз ный трубопровод 59 проходит через газогзой теплоб.;СННР 1 к 5 и може сыть заКЯ 1 О 1 ен в его трубный пучок 44. Внутри теплообменника 5 топливный трубопровсл мдРкет проходить, напрРгмер, кдакспально с 40 центральной о.(лаждающей трубой 54 большого лиаметра. Если;1 з-за температуры нРл 1 замедленной сксрос 71 топлива 11 м:ется Опасность Выпялсння сажп В тдплиВном трубопроводе 59 или лругих нарушений, 45 тогда часть топливного трубопровода, расположенна 51 В теплосбъеннике, мОРкет сыть выполнена с теплоизоляцпей или с водяным охлаждением. В некоторых случаях целесообразно вместо нефтп или природного газа 50 использовать в качестве топлива ненасыщенные низшие углеводороды, солержащнеся в сосуде 37 давления. С этой целью трубопровод 61 снабжен клапаном 39 с топливным труоопроводсм 59. В описанном выше 55 устройстве теплообменник 5 работает какгорелка и в этом случае целесообразно на крышке печи установить пламенный рассекатсль и рскуператсс. Однако можно разместить эту горелику в отдельной камере пли 60 прпменить одну или более горелок, разме,щенных в камере печи или в отдельных камерах.Для подробной илл 1 острации Возможностей настоящего изобретения будет опи сан сначала вариант получення губчатогожелеза в электронагревательной печи согласно настоящему изобретению, после этого - различные, варианты, находящиеся в объеме, предмета, изобретения.Вариант 1 (основной).Кольцевую коробку (средство) 3 заполняют с яр еделенным количеством,кусков произвольной форумы, приготовленных из порошкообразной окиси железа путем таблетизации или тому подобного. Коробку 3 после этого опускают в открытую печь 1. Далее осуществляют следующие операции:а) Крышку 9 опускают на днище 10 печи и герметизируют печь, так чтобы она сохраняла как вакуум, так и давление.б) Герметичный замкнутый контур откачивают вакуумным насосом 26. Все газовые клапаны, за исключением клапанов 52, бб и 25, закрыты. Когда достигнут необходимый вакуум, например, около 3 кРа (3 кН(м), клапан 25 закрывают и выключают насос 26.в) Открытием первого клапана 32 из первого сосуда 33 давления в герметичный контур подают инертную атмосферу, например азотгелий или аргон. Из этаких газов предпочтительным с точки зрения теплопередачи является гелий, а с точкицены - азот. Наиболее подходящий газ выбирают в каждом конкретном случае в зависимос 1 и от условий. Когда треоуемое давление, например 0,1 - 0,2 яРа (0,1 - 0,2,яН/л) достигнуто, клапан 35 закрывают. Одновременно с закрытием клапана, или после этого включают электрические элементы 57 и циркуляционный насос 14.г) Нагревание продолжается до тех пор, псовка слой 4 не достигнет необходимой температуры, обычно эта температура лежит,между 1000 С и температурой плавления губчатого железа, Во время нагревания газ циркулирует от насоса 14 через циркуляционный трубопровод 13 и клапан 56, через топлообменник б в камеру 2 печи, околоэлементов 57 и вниз через слой 4 и теплообменяик 5, далее через клапан б 2, циркуляционный трубопровод 13 и газовый холодильник 15 обратно к насосу 14. Если загрукенный материал был влажным, он быстровысохнет, а пары воды конденсируются в теплообменнике 5 и вода стекает в емкость 47 или 21 для конденсата. Нагревание иожно проводить либо с постоянным расходом газа прои постеленном увеличении давления, либо при постоянном давлении с постепенным уменьшением расхода, Это уменьшение достигается проще всего открытием клапанов 29 и 32, включением вспомогательного компрессора 27, так чтоинертная атмосфера возвращается в сосуд ЗЗ давления для повторного использования. Желательно при нагревании установить минимально возможную скорость циркуляции инертной атмосферы для получения допустимого,времеви нагревания.) 1(огда достигюта требемая темпераза, элементы 57 выключают, емкости 21 и 47 опорожняют, а циркуляционный насос 14 выключают или снижают число его оборотов. После этого открывают клапан 29, включают вспомогательный компрессор 27 и первый клапан 32 открывают для возврата инертного газа в сосуд 33. Когда давление в замкнутом контуре уменьшается приблизительно до 0,1 иРа (0,1,иН,.н), т, е, до атмосферного давления, клапаны 29 и 32 закрываются, выключаются вспомогательный компрессор 27 и вакуумный насос 26, а клапан 25 открывается. При выключении циркуляционного насоса 14 целесообразно закрыть клапан бб, чтобы предотвратить выход горючего газа пз печи назад и направить его в вспомогательный компрессор и вакуумный насос без заметного охлаждения. Когда достигается требуемый вакуум, например, 3 йРа 16. (3 кН/л), сбросной клапан 25 закрывается, а вакуумный насос 26 выключается.е) Открытием второго клапана 35 и соединением сосуда 33 и циркуляционного трубопровода 13 замкнутый контур заполняют восстановительным газом, предпочтительно водородом, до определенного давления, например около 0,5,иРа (0,5 лН/,11), Одновременно с заполнением включается циркуляцио;-ный насос 14 для циркуляции водорода с относительно низкой скоростью, но с большим расходом. При высокой температуре эндотермическая реакция между водородом и окисью железа проходит очень быстро, при этом происходит снижение температуры и образование металлического железа и водяных паров. Следовательно, водород в замкнутый контур должен подаваться непрерывно, чтобы поддерживать заранее определенное давление, и, в результате, большой расход газа. Основная часть водяных паров конденсируется в теплообменнике 5, а остальная - в газовом холодильнике 15. Конденсат стекает в емкости 47 и 21. На поверхности каждой таблетки образуется тонкая оболочка мслкодисперсного металлического железа.ж) После прохождения описанной выше начальной фазы операции восстаковлсния второй клапан 35 закрывают, а третий клапан 35 открывают, чтобы заменить израсходованный при восстановлении водород иа смесь водорода и моноокиси углерода, поступающую из третьего сосуда 33 давлеиия. При высоких температурах такая смесь восстанавливает более интенсивно, чем каждый из газов в отдельности. Восстановление моноокисью углерода экзотермично. Содержание моноокиси углерода оптимально между 50 и 70%, т. к. при содержании моноокиси углерода 60 - 65% температура реакции восстановления не изменяется. Однако когда губчатое железо должно отвечать специальным требованиям поотношению к содержанию углерода, содержание моноокиси углерода в смеси должно соответственно регулироваться.При восстановлении водород окисляется до водяных паров, а моноокись углерода до двуоииси, но эти газы находятся в равновесии в соответствии с реакцией вода-газ:СО+НО -Н+ СО,Реакция вода-,газ катализируется поверхностным железом, так что реакция над поверхностью железа происходит в два раза быстрее, чем над поверхностью окислов, и поэтому использовьние чистого водорода в начальной фазе восстановления, как описано в операции е, дает мелкодисперсное железо на поверхности, которое может быть использовано как катализатор, Так как пары воды непрерывно конденсируются в теплоооменнике 5 и газовом холодильнике 15 равновесие нарушается и двуокись угле,рода реагирует с водородам до нового равновесия путем образования моноокиси углерода и водиных паров. Углеродный потенциал восстановительной атмосферы определяется так:СО -Р:Опри высоком потенциале имеет место карбидизация железной губки. Если необходимо, углеродный потенциал можно снизить подачей водорода из второго сосуда 33 давления, Углеродный,потвнциал может также регулироваться описанным ниже в операции и способом. Далее целесообразно увеличить расход газа через слой путем увеличения давления и в то же время регулировать скорость циркуляции газа с тем, чтобы избежать ненужных потерь энерпии, и поддерживать степень использования восстановительного газа на уровне, .например, 75 О 10 от теоретически возможной при даиной температуре. Теоретически возможная степень использования зависит, как извест. но, от газа и температуры.з) Для того чтобы предотвратить неопределенность газообразных продуктов восстановления, окружающих полученную железную губку, восстановление можно проводить при пульсациях давления от максимальной величины до атмосферного давления и даже вакуума. Уменьшение давления при пульсациях воздействует так же, как в вышеописанной операции д, но третий клапан 32 используется для возврата смеси водорода и моноокиси углерода в сосуд третий 33 давления. Когда необходимое низкое давление достигнуто в замкнутом герметичном контуре, третий клапан 35 снова открывается, чтобы заполнить герметичный контур смесью водорода и моно- окиси углерода под заданным давлением.Если температура при отсосе достаточно высока, то достнгается некоторое снижение в слое содержания углерода и кислорода.и) Если основная часть восстановления 5 проводится неправильно, то окончательноевосстановление начинается при температуре выше ранее указаиной начальной температуры около 900 С. В этом случае смесь водорода и моноокиси углерода перекачивают 10 в третий сосуд 33 давления описанным выше образом, а замкнутый герметичный контур заполняют чистым водородом из второго сосуда 33, Однако при высокой температуре восстановления, например 1000 - 15 1100 С, относительно црудно удалить остатки кислорода чистым водородом, При 1100 С это происходит с такой же скоростью, как и при 550 С. Кроме того, восстановление чистым водородом дает водя ные пары, а влажный водород обезуглероживает загруженный слой, при этом образуется двуокись углерода. Для поддержания возможного большей активности водорода в водород можно ввести низшие нена сыщенные углеводороды, например пропанили ацетилен, путем открытия клапана 39 для соединения сосуда 37 давления с циркуляционным трубопроводом 13. В цирку.ляционном компрессоре эти газы эффек тивно перемешиваются и прои высокой температуре входят в камеру 2 печи и проходят через слой, реагируя,при этом следующим абразивом; СзН 6 + ЗСОг - э бСО + ЗНСзН, + ЗНО - ЗСО + 6 НСгН + 2 НО -+ 2 СО + ЗНСН + 2 СО + 4 СО + Н 35 Как видно из формул, результатом ре акций является увеличение давления, еслиобъем сохраняется постоянным. Если давление увеличивается слишком сильно, открывается сбросной клапан 41 и часть циркули,рующих газов отводится через сбросной 45 трубопровод 40. Так достигается высокаястепень восстановления.Из уравнений также видно, что при проведении охлаждения сухим водородом для избежания раиска окисления при повышен ной температуре целесообразно осушить,водород наибольшими добавками низших ненасыщенных углеводородов непосредственно перед началом охлаждения.к) Когда необходимая степень восста новления достигнута, атмосфера перекачивается в третий сосуд 33 давления описанным выше способом. В этот период температура может достигать 500 - 700 С или несколько выше.60 л) Герметичный контур снова заполняют водородом из второго сосуда 33 давления вышеописанным способом, но давление теперь увеличивают до 0,5 - 0,6 мРа (0,5 - 0,6 яН/лР) или более, если установка 55 рассчитана на такое давление. Клапая 521 З 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 50 65 закрываетсяклапаны 51 и 55 открываются, а клапан 5 б может быть закрыт или оставаться открытым по необходимости. При этом холодный охлаждающий газ не нагревается прошедшим через слой горячим газом. При уменьшении температуры подачу водорода увеличивают, если давление его остается постоянным. Чтобы достигнуть хорошего охлаждения, давление должно постоянно поддерживаться выше 0,2 яРа (0,2 яБ/я). Охлаэкдение проходит быстро и заканчивается, когда железная губка достигает темдературы, при которой она может быть выгружена на воздух без какого- либо заметного окисления, например при 50 С. После этого водород перекачцвается обратно во второй сосуд 33 давления описанным выше опособом,м) .Открытием клапана 43 в герметичный замкнутый контур подают воздух, после чего печь открывают и выгружают охлажденное губчатое железо.Вариант 2,Нагревание проводят в окислительной атмосфере, например в воздухе, вместо инертной атмосферы. Это требует стойких к окислению нагревательных элементов 57, а в некоторых случаях могут возникать проблемы, связанные с теплообменнцком. Во время получения губчатого железа из рудного концентрата магнетит ЕеО, окцсляется до гсматита РеОз, который легче восстанавливается. Кроме того, эта реакция является экзотермической (с выделением тепла), что обеспечивает меньшее потребление энергии,Вариант 3.Нагревание проводят в водороде. При этом достигается хорошая теплопередача к слою, но уже при умеренны.; температурах становятся затомными восстановительные свойства водорода, т. е. происходит образование водяных паров в процессе эндотермической реакции, Далее, во время восстановления водородом скорость восстановления имеет пик при 500 в б С. Следователь;ю, когда слой прогревается до 550 С, основная часть его уже восстановлена. Губчатое железо, полученное при такой низкой температуре, настолько тонкодисперсно, что является пирофорным. Нагревание, следовательно, необходимо проводить до температуры приблизительно 750 С, для того, чтобы железо рекристаллизовалось, с тем, чтобы оно получалось более грубым и не пирофорным. Таким образом, если необходимо, нагревание, восстановление и охлаждение мокно провести в одной атмосфере, нааример, в водороде.Однако нагревание целесообразно пооводить в неокислительной атмосфере, т. к. при этом мояно выбрать требуемую температуру восстановления, Это имеет преимущества, потому что, например, степень восстановления водородом при 1100 С такая же, кдк и при 550 С.Чистый водород, однако, при 1100 С может быть использован теоретически на 40 й, а при 550 С - только на 205 о, Это означает, что скорость газа или его давление должно быть в два раза выше, если восстановление длится одинаково в обои.; случаях.Вариант 4.Для экономии газа можно лцквипдировать вакуумный насос 2 б и при замене атмосфер,ным промывать герметичный контур окислцтельным или инертным газом.Вариант 5.Для большей экономии газа можно расширить возможности повторного использования газа путем ликвидации вспомогательного компрессора 27 и связанных с цим трубопроводов и клапдцов.Варна,нт 6.Вместо компенсации во время восстановления израсходованного водорода подачей чистого водорода, а израсходованной смеси водорода и моноокиси углерода подачей шстой смеси водорода и моноокиси углерода, атмосфера может быть компенсцро. вана подачей, например, метана или прц. родного газа, которые будут разлагаться при высокой температуре в печи. Реакция разложения, однако, является высоко эндотерми гной ц требует, следоватсльно, дополнительной подачи энергии.Вариант 7.Если полученное губчатое железо выгружают из печи в горячем состоянии, т. с. пои температуре около 500 С, предпочтительнее при 700 С, для того чтобы сразу же загрузить его в находящуюся рядом сталеплдвильную печь, целесообразно сначала откачать герметичный контур вышеописанным образом и после этого заполнить герметичный контур азотом до атмосферного давления из первого сосуда 33 давления. Азот будет защищать губчатое железо от окисления при работа.; с открытой печью, Вместо азота можно использовать любую другую неокислительную атмосферу.Вариант 8.В газоотаплцваемой печи, которая не имеет элементов 57, нагревание отличается от описанного в основном спосоос следующими аспектами.Перед опусканием крышки 9 ца днище 10 открывают воздушный 43 и спускной 11 клапаны. После этого включают цирк.ляционный насос 14 и открывают клапан 60 илп 39 для подачи топлива через топливный трубопровод 59 к горячей стороне б теплсобменника 5, После начала поступлец; я топлива крышку9 устаназливают нд место.Количество воздуха и топлива регулируют, чтсбы обеспечить полное сгорание. При избытке воздуха атмосфера становится окпслцтельной, при стехпометричсском же соотношении образуется инертная дтмссфсра. Благодаря предварительному подогреву воздука достигается высокая температура пламени, обеспечивая тем самым более быстрое нагревание пли пониженное потребление топлива, Если необкодимо, воздук может быть обогащен кислородом илп использован чистый кислород. 1 огда слой нагрег до требуемой температуры, процесс продолжают в соответствии с вариантом 8 или открывают топливный класная 60 или 39, а 1 О также спускной клапан 41, а воздушный клапан Й закрывают, после чего процесс осуществляют согласно операции 5 основного способа плп в соответствии с вариантами 3 - б. 15 Вариант 9,Когда в газоотапливаемой печи достигнута требуемая температура, подача возду.а мояет оыть уменьшена, с тем, чтобы за счет неполного сгорания получать восстановительную атмосферу. После завершения восстановления топливный клапан, спускной клапан и воздушный клапан закрывают и процесс продолжают в соответствии с 25 вариантом 1 к и 1 л., модифицируя при необкодпмости согласно вариантам три, четыре и шесть. Вполне очевидно, что возможны другие варианты способа в соответствиями с настоящим изобретением, вкодящие в его объем.Таким образом, устройство согласно нзобретсьнпо позволяет существенно снизить приведенные энергозатраты на получение г бчатого железа.Формула пзооретенияУстройство для получения губчатого железа, содержащее реторту с узлами загрузки и разгрузки материалов, газонагревагель, труоопроводы для подачи и отвода газов и .олодильник откодящик газов, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения энергозатрат, оно снабжено газовым тсплообмепнпком протпвоточного типа и циркуляционным насосом, соединенным трубопроводом со вкодом и выкодом теплооомепнпка, при этом одна сторона теплообмснника разме,цена в камере печи.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Похвиснев А. Н. и др. Внедоменное получение железа за рубежом, М Металлургия, 1964, с, 7 б - 81.639485 Панниковапенко Ре В. Днбобес рректоры И по дел ушская откры Тип. Харьк. фил. прел, Патент оставитель Лхред С. Ант аказ 1120/38 Изд,352 НПО Государственного комитета СССР 113035, Москва, Ж, Р