EA009504B1

EA009504B1 - Способ прямого восстановления металлоносного сырьевого материала

Info

Publication number: EA009504B1
Application number: EA200601980A
Authority: EA
Inventors: Андреас Орт; Хайнц Айхбергер; Доналд Кейт Филп; Род Драй
Original assignee: Ототек Оюй
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2008-02-28
Also published as: NZ551516A; ES2442222T3; UA84759C2; CN100580098C; BRPI0511701A; WO2005116274A2; TWI379909B; WO2005116274A3; EP1756322B1; TW200602498A; PL1756322T3; EP1756322A2; US20080229881A1; CA2566318C; BRPI0511701B1; ZA200609572B; CA2566318A1; EA200601980A1; JP5000487B2; CN1961082A

Abstract

Способ прямого восстановления твердого металлоносного материала с распределением частиц по размерам, которое, по меньшей мере, частично включает частицы микронных размеров, включающий подачу в сосуд металлоносного материала, твердого углеродсодержащего материала, кислородсодержащего газа и псевдоожижающего газа в псевдоожиженный слой и поддерживание псевдоожиженного слоя в сосуде, по меньшей мере, частичное восстановление металлоносного материала в сосуде и выпуск из сосуда потока продукта, который включает, по меньшей мере, частично восстановленный металлоносный материал. Способ отличается тем, что (а) образуют и поддерживают обогащенную углеродом зону внутри псевдоожиженного слоя, (б) пропускают металлоносный материал, включающий металлизованный материал (этот термин включает частично превращенный в металл материал), через обогащенную углеродом зону, и (в) вдувают кислородсодержащий газ в обогащенную углеродом зону и окисляют металлизованный материал, твердый углеродсодержащий материал и другие окисляемые твердые вещества и газы и вызывают регулируемую агломерацию частиц.

Description

Настоящее изобретение относится к способу прямого восстановления металлоносного сырьевого материала, в частности, хотя никоим образом не исключительно, к способу прямого восстановления железосодержащего сырьевого материала, такого как железная руда.

Настоящее изобретение также относится к способу восстановления металлоносного сырьевого материала, который включает способ прямого восстановления для частичного восстановления металлоносного сырьевого материала в твердом состоянии и способ плавки для плавления и последующего восстановления частично восстановленного металлоносного сырьевого материала до расплавленного металла.

Настоящее изобретение сделали в ходе осуществляемого в настоящее время научно-исследовательского проекта, выполняемого заявителем, по разработке так называемой технологии С1К.СОЕЕК. для прямого восстановления железной руды.

Технология С1К.СОЕЕК является способом прямого восстановления, который способен восстанавливать железную руду в твердом состоянии до 50% или более превращения в металл.

Технология С1К.СОЕЕК. основана на использовании псевдоожиженных слоев. Основными материалами, загружаемыми в псевдоожиженные слои, являются псевдоожижающий газ, оксиды металлов (обычно железорудная мелочь), твердый углеродсодержащий материал (обычно уголь) и кислородсодержащий газ (обычно кислород). Основными продуктами, получаемыми в псевдоожиженных слоях, являются металлизованные оксиды металла, т.е. оксиды металла, которые, по меньшей мере, частично восстановлены.

В патенте Японии ΙΡ06145749Α описан способ прямого восстановления железорудной мелочи, включающей частицы микронных размеров, в циркуляционной печи с псевдоожиженным слоем. В этом способе используют железорудную мелочь с определенным распределением частиц по размерам, и эти мелкие частицы руды смешивают в определенном соотношении с более крупными. Полученную смесь подают в псевдоожиженный слой печи, где в восходящем потоке мелкие частицы руды накладываются на крупные частицы, что позволяет продлить время пребывания в печи мелких частиц для более полного их восстановления и тем самым уменьшить их унос. Однако данный способ является трудоемким, так как требует предварительной классификации мелких частиц и не позволяет использовать сырье из железорудной мелочи в исходном виде.

Задачей изобретения является создание способа прямого восстановления твердого металлоносного материала, в котором не требуется предварительная классификация мелких частиц и можно использовать сырье из железорудной мелочи в исходном виде.

Одним из открытий заявителя в научно-исследовательском проекте является то, что можно осуществлять способ с относительно мелкодисперсными сырьевыми материалами и сводить к минимуму унос из процесса частичек железа в потоке отходящего газа, а также сводить к минимуму нежелательные отложения материалов, таких как мелкие частицы оксидов металлов, на открытых поверхностях в установке с псевдоожиженным слоем, которые способны прерывать процесс. Большой унос частичек железа в потоках отходящего газа и нежелательные отложения на открытых поверхностях установки являются существенными проблемами для коммерциализации технологии С1К.СОЕЕК, в частности с сырьевыми материалами на основе металлических оксидов, которые являются относительно хрупкими.

Заявитель обнаружил, что возможно достижение регулируемой агломерации частиц и снижение нежелательных отложений материалов, таких как оксиды металлов, путем обеспечения в псевдоожиженном слое обогащенной углеродом зоны, пропускания металлоносного материала через эту зону и вдувания кислорода в зону, и окисления более мелких частиц, включая более мелкие металлизованные частицы.

Согласно настоящему изобретению обеспечен способ прямого восстановления твердого металлоносного материала с распределением частиц по размерам, которое по меньшей мере частично включает частицы микронных размеров; этот способ включает подачу металлоносного материала, твердого углеродсодержащего материала, кислородсодержащего газа и псевдоожижающего газа в псевдоожиженный слой в сосуде и поддержание псевдоожиженного слоя в сосуде, по меньшей мере частичное восстановление металлоносного материала в сосуде и выпуск из сосуда потока продукта, который включает по меньшей мере частично восстановленный металлоносный материал, причем этот способ отличается тем, что (а) образуют и поддерживают обогащенную углеродом зону внутри псевдоожиженного слоя, (б) пропускают металлоносный материал, включающий металлизованный материал (этот термин включает частично превращенный в металл материал), через обогащенную углеродом зону, и (в) вдувают кислородсодержащий газ в обогащенную углеродом зону и окисляют металлизованный материал, твердый углеродсодержащий материал и другие окисляемые твердые вещества и газы и вызывают регулируемую агломерацию частиц.

Термин «обогащенная углеродом зона» здесь следует понимать как область в псевдоожиженном слое, в которой, по сравнению с другими областями псевдоожиженного слоя, находится относительно большое количество углеродсодержащего материала по отношению к количеству металлоносного материала.

Заявитель не имеет полного ясного понимания на этой стадии механизма или механизмов, которые дают возможность достигнуть регулируемой агломерации металлоносного материала. Тем не менее, не

- 1 009504 желая быть связанным приведенными ниже комментариями, заявитель наблюдал в научноисследовательском проекте, что образуемые агломераты включают более мелкие частицы, в частности, мелочь, прилипшие друг к другу и к частицам больших размеров. Заявитель предполагает, что условия в обогащенной углеродом зоне, и более конкретно в горячей зоне внутри обогащенной углеродом зоны, являются такими, что (а) частицы железной руды микронного размера, частично и полностью восстановленные, т.е. металлизованные, взаимодействуют с кислородом и выделяют теплоту, и получаемые в результате окисленные частицы становятся липкими, (б) мелкие частицы угля взаимодействуют с кислородом и окисляются, и получаемая в результате зола становится липкой, и (в) мелкие частицы железной руды становятся липкими вследствие нагревания. Заявитель также предполагает, что эти более мелкого размера липкие частицы прилипают к частицам большего размера, которые имеют более высокую теплопоглощающую способность; при этом общий благоприятный результат заключается в том, что в сосуде происходит уменьшение доли более мелких частиц, которые могут прилипать к поверхностям установки и уноситься из сосуда в потоке отходящего газа.

Предпочтительно способ включает подачу металлоносного материала в форме мелочи.

В случае восстановления металлоносного материала в форме железорудной мелочи, предпочтительно мелочь сортируют до крупности минус 6 мм.

Предпочтительно мелочь имеет средний размер частиц в интервале от 0,1 до 0,8 мм.

Одним из преимуществ способа является то, что при его осуществлении допускается существенное количество металлоносного сырьевого материала с размером зерна менее 100 мкм без выхода из процесса существенного количества этого материала, вовлекаемого в отходящий газ. Полагают, что это обусловлено механизмом агломерации, работающим внутри псевдоожиженного слоя, который способствует желаемому уровню агломерации между частицами сырьевых материалов, в частности частицами размером менее 100 мкм, без проявления нерегулируемой агломерации, способной прерывать работу псевдоожиженного слоя. Аналогично, хрупкие руды, которые имеют тенденцию к разрушению во время обработки, и таким образом увеличению в псевдоожиженном слое доли частиц размером менее 100 мкм, можно обрабатывать без значительной потери сырьевого материала в отходящем газе способа.

Предпочтительно, способ включает подачу металлоносного материала с выбранным максимальным размером частиц и регулирование агломерации так, что 90% частиц, выпускаемых из процесса в качестве потока продукта, не превышает максимальную выбранную начальную крупность.

Предпочтительно, способ включает подачу металлоносного материала с выбранным максимальным размером частиц и регулирование агломерации так, что не более 30%, предпочтительно, не более 20%, и более предпочтительно не более 10 мас.% от общей массы частиц железа, удаляется из процесса в потоке отходящего газа.

Предпочтительно, способ включает регулирование агломерации путем корректировки скоростей подачи любого одного или более чем одного компонента, выбранного из металлоносного материала, углеродсодержащего материала, кислородсодержащего газа, и корректировки температуры реакции.

Более предпочтительно, способ включает регулирование агломерации путем корректировки скорости подачи углеродсодержащего материала.

Способ имеет значительные преимущества.

Например, до сих пор думали, что для предотвращения нерегулируемой агломерации, приводящей к нежелательным отложениям на открытых поверхностях установки с псевдоожиженным слоем, которые прерывают процесс, технология С1К.СОЕЕК требует количеств углерода, которые составляют по меньшей мере 20-30 мас.% от общей массы твердых веществ в псевдоожиженном слое.

Заявитель обнаружил, что возможно осуществление способа с минимальными нежелательными отложениями и желаемой регулируемой агломерацией при относительно низких уровнях содержания, обычно 5-30%, углеродсодержащего материала. Низкие уровни углеродсодержащего материала означают, что возможно получение потока продукта твердых веществ с низким уровнем полукокса и этот поток продукта можно подавать в плавильные печи с минимальной дальнейшей переработкой.

Кроме того, регулируемая агломерация мелочи металлоносного материала с получением более крупных частиц, которые становятся частью потока твердых продуктов вместо того, чтобы уноситься из процесса в качестве вовлеченных в поток отходящего газа твердых веществ, означает более высокий выход по способу и меньшую требуемую последовательную переработку отходящего газа. Это в частности, важное преимущество для железных руд, которые имеют тенденцию к хрупкости, и разрушались бы до частиц микронных размеров в ходе обращения с такими материалами перед их загрузкой в сосуд и в ходе их обработки в сосуде. Такие хрупкие руды включают руды, добываемые в Южной Австралии, такие как руды Вгосктап и Мага МаЬа.

По текущим определениям, обычно с помощью способа можно восстановить железорудную мелочь крупностью минус 3 мм со следующими результатами.

По меньшей мере 90 мас.% железорудной мелочи, подаваемой в способ, металлизируется до некоторой степени и выпускается в виде части твердых веществ потока продукта, причем менее 50% мелочи имеет размер частиц больше 2 мм.

Поток продукта твердых веществ включает углерод в интервале 5-30 мас.%.

- 2 009504

Менее 20 мас.% железорудной мелочи, подаваемой в способ, выпускается из процесса с отходящим газом.

Предпочтительно способ включает вдувание кислородсодержащего газа в центральную по отношению к боковой стенке область сосуда. Предпочтительно, способ включает вдувание кислородсодержащего газа с обеспечением нисходящего потока газа в сосуде.

Предпочтительно способ включает вдувание кислородсодержащего газа нисходящим потоком под углом к вертикали в интервале плюс-минус 40°.

Более предпочтительно способ включает вдувание кислородсодержащего газа нисходящим потоком под углом к вертикали в интервале плюс-минус 15°.

Предпочтительно способ включает вдувание кислородсодержащего газа через по меньшей мере одну фурму, имеющую головку фурмы с выходным отверстием, расположенную в центральной по отношению к боковой стенке области сосуда.

Предпочтительно головку фурмы направляют вниз.

Более предпочтительно головку фурмы направляют вертикально вниз.

Положение фурмы в сосуде по высоте расположения выходного отверстия ее головки определяют с учетом таких факторов как скорость вдувания кислородсодержащего газа, давление в сосуде, состав и количество других загружаемых в сосуд материалов и плотность псевдоожиженного слоя.

Предпочтительно способ включает охлаждение головки фурмы водой для сведения к минимуму возможности образования отложений на головке фурмы, которые могут блокировать вдувание кислородсодержащего газа.

Предпочтительно способ включает охлаждение водой внешней поверхности фурмы.

Предпочтительно способ включает вдувание кислородсодержащего газа со скоростью, достаточной для образования по существу свободной от твердых веществ зоны в области выходного отверстия головки фурмы, чтобы свести к минимуму образование отложений на головке фурмы, которые могут блокировать вдувание кислородсодержащего газа.

Предпочтительно кислородсодержащий газ вдувают со скоростью в интервале 50-300 м/с.

Предпочтительно способ включает вдувание в область выходного отверстия головки фурмы азота и/или пара, и/или другого подходящего защитного газа для того, чтобы свести к минимуму окисление металла, которое может привести к образованию отложений на головке фурмы, которые могут блокировать вдувание кислородсодержащего газа.

Предпочтительно способ включает вдувание защитного газа в сосуд со скоростью, которая составляет по меньшей мере 60% от скорости кислородсодержащего газа.

В одном из воплощений изобретения способ включает образование в псевдоожиженном слое реакционных зон, и такое перемещение внутри слоя твердых веществ (включающих металлсодержащий и углеродсодержащий материалы) и псевдоожижающего газа, что твердые вещества проходят через реакционные зоны.

В псевдоожиженном слое можно образовывать смежные реакционные зоны.

Одна реакционная зона представляет собой описанную выше обогащенную углеродом зону.

Другая реакционная зона представляет собой обогащенную металлом зону, в которой металлоносный материал, такой как железная руда, восстанавливают в твердом состоянии.

Здесь под термином «обогащенная металлом» зона понимают область в псевдоожиженном слое, в которой, по сравнению с другими областями псевдоожиженного слоя, присутствует относительно большое количество металлоносного материала по отношению к количеству углеродсодержащего материала.

Обогащенную металлом зону располагают в нижней части псевдоожиженного слоя, а углеродсодержащую зону располагают над обогащенной металлом зоной.

Зоны могут быть смежными.

Псевдоожиженный слой включает восходящее и нисходящее перемещение твердых веществ через зоны.

Предпочтительно способ включает подачу металлоносного материала, углеродсодержащего материала, кислородсодержащего газа и псевдоожижающего газа в псевдоожиженный слой и поддержание псевдоожиженного слоя в условиях (а) нисходящего потока кислородсодержащего газа, (б) восходящего потока твердых веществ и псевдоожижающего газа, противоточного нисходящему потоку кислородсодержащего газа, и (в) нисходящего потока твердых веществ, расположенного снаружи по отношению к восходящему потоку твердых веществ и псевдоожижающего газа.

В псевдоожиженном слое, описанном в предшествующем абзаце, твердые вещества в восходящем и нисходящем потоках твердых веществ нагревают теплом, выделяемым в реакциях между кислородсодержащим газом, углеродсодержащим материалом и другими окисляемыми материалами, такими как оксид углерода, летучие вещества и водород в обогащенной углеродом зоне. Твердые вещества в нисходящем потоке твердых веществ переносят тепло в обогащенную металлом зону.

Кроме того, перемещение восходящего и нисходящего потоков твердых веществ осуществляют таким образом, что они защищают боковую стенку сосуда от лучистой теплоты, выделяемой в реакциях

- 3 009504 между кислородсодержащим газом и твердым углеродсодержащим материалом и другими окисляемыми материалами и газами в псевдоожиженном слое.

Предпочтительно углеродсодержащим материалом является уголь. В такой ситуации, при способе происходит удаление летучих веществ из угля с образованием полукокса и по меньшей мере часть полукокса взаимодействует с кислородом и образует оксид углерода в псевдоожиженном слое. Летучие вещества из угля также разлагают до газов, таких как оксид углерода и водород, которые в свою очередь могут далее взаимодействовать с кислородом в псевдоожиженном слое.

Предпочтительно псевдоожижающий газ включает восстановительный газ, такой как оксид углерода и водород.

Предпочтительно способ включает выбор количества водорода в псевдоожижающем газе так, что оно составляет по меньшей мере 15 об.% от общего объема оксида углерода и водорода в газе.

Предпочтительно способ включает выпуск потока продукта, включающего, по меньшей мере, частично восстановленный металлоносный материал из нижней секции сосуда.

Предпочтительно поток продукта также включает другие твердые вещества (например, полукокс).

Предпочтительно способ включает отделение по меньшей мере части других твердых веществ от потока продукта.

Предпочтительно способ включает возврат по меньшей мере части других твердых веществ в сосуд.

Предпочтительно способ включает выпуск потока отходящего газа, содержащего вовлеченные в него твердые вещества, из верхней секции сосуда.

Предпочтительно способ включает отделение от потока отходящего газа по меньшей мере части вовлеченных в него твердых веществ.

Предпочтительно способ включает поддержание псевдоожиженного слоя в состоянии циркуляции путем отделения от потока отходящего газа вовлеченных в него твердых веществ и возврата по меньшей мере части отделенных твердых веществ в сосуд.

Предпочтительно способ включает возврат твердых веществ, отделенных от отходящего газа, в нижнюю часть псевдоожиженного слоя.

Предпочтительно способ включает предварительный нагрев металлоносного материала отходящим из сосуда газом.

Предпочтительно способ включает обработку отходящего газа после стадии предварительного нагрева и возврат по меньшей мере части обработанного отходящего газа в сосуд в качестве псевдоожижающего газа.

Предпочтительно обработка отходящего газа включает одну или более чем одну операцию, выбранную из группы включающей (а) удаление твердых веществ, (б) охлаждение, (в) удаление воды, (г) удаление СО₂, (д) сжатие и (е) повторное нагревание.

Предпочтительно обработка отходящего газа включает возврат по меньшей мере части отделенных твердых веществ в сосуд.

Способ можно эксплуатировать для получения потока продукта со степенью превращения в металл в интервале от низкой до высокой, в зависимости от требований ниже по потоку по меньшей мере к частично восстановленному металлоносному материалу. Превращение в металл может составлять в интервале от 30 до более 80%. При восстановлении металлоносного материала в режиме, требующем превращения в металл более чем 50% этого материала, предпочтительно способ осуществляют при воздействии на металлоносный материал восстановительного газа, содержащегося в псевдоожижающем газе. Одним вариантом псевдоожижающего газа в этом примере является отходящий газ из сосуда. В ситуации, когда требуется менее чем 50% превращение в металл, нет необходимости в воздействии на металлоносный материал восстановительного газа, содержащегося в псевдоожижающем газе, и достаточное количество восстановителя можно получить через твердый углеродный материал, подаваемый в процесс.

Кислородсодержащим газом может быть любой подходящий газ.

Предпочтительно кислородсодержащий газ включает по меньшей мере 90 об.% кислорода.

Далее настоящее изобретение описано со ссылкой на сопровождающий чертеж, который является схемой установки для прямого восстановления металлоносного материала путем одного исполнения способа в соответствии с настоящим изобретением, где показаны реакционные зоны, образуемые с помощью способа внутри сосуда, показанного на фиг.

Следующее описание относится к прямому восстановлению металлоносного материала в форме железной руды в твердом состоянии. Настоящее изобретение не ограничивается этим и распространяется на прямое восстановление других железосодержащих материалов, (таких как ильменит), и, в более общем смысле, других металлоносных материалов.

Следующее описание также относится прямому восстановлению железной руды углем в качестве твердого углеродсодержащего материала, кислородом в качестве кислородсодержащего газа и возвращаемым в цикл отходящим газом, содержащим смесь оксида углерода и водорода в качестве псевдоожижающего газа. Настоящее изобретение не ограничивается этим и распространяется на использование любых других подходящих твердых углеродсодержащих материалов, кислородсодержащего газа и псевдоожижающего газа.

- 4 009504

Со ссылкой на фигуру, твердые сырьевые материалы, а именно железную руду (обычно мелочь крупностью менее 6 мм) и уголь, кислород и псевдоожижающий газ подают в показанный на фигуре сосуд 3 и образуют псевдоожиженный слой в сосуде.

Твердые сырьевые материалы подают в сосуд через устройство для подачи твердых веществ, такое как устройство со шнековой подачей или фурма 5 для вдувания твердых веществ, которое проходит через боковую стенку 7 сосуда.

Кислород вдувают в сосуд через фурму 9, которая имеет головку 11 фурмы с выходным отверстием, которая направляет кислород вниз в центральную область сосуда, т.е. область, расположенную внутри по отношению к боковой стенке 7 сосуда. Головка фурмы направлена в сосуде вниз. Псевдоожижающий газ вдувают через комплект фурм или сопел (не показаны) в основании 13 сосуда.

Вышеописанная подача твердых веществ и газов образует следующие реакции в сосуде.

Удаление летучих веществ из мелкодисперсного угля с образованием газообразных продуктов, таких как оксид углерода и водород, и реакция по меньшей мере части полукокса с кислородом с образованием оксида углерода.

Прямое восстановление железной руды до, по меньшей мере, частично восстановленного железа с помощью оксида углерода, водорода, с получением в результате реакции диоксида углерода и воды.

Реакция диоксида углерода с углеродом с образованием оксида углерода (реакция Будуара).

Окисление твердых веществ и газов, таких как частично восстановленные частицы железной руды, полукокс, летучие вещества из угля, оксид углерода и водород (вдуваемые как часть псевдоожижающего газа или получаемые при разложении летучих веществ из угля) кислородом, в результате чего вырабатывается тепло, способствующее поддержанию реакций, описываемых в предшествующих абзацах, а также вносящее вклад в желаемую регулируемую агломерацию более мелких частиц железной руды с образованием более крупных частиц железной руды.

Относительные плотности твердых веществ и вышеописанное вдувание твердых веществ и газов, включая местоположения точек вдувания твердых частиц/газов, приводят к образованию реакционных зон в сосуде. Зоны могут быть смежными.

Одна реакционная зона представляет собой обогащенную углеродом зону 17 в области головки 11 фурмы 9, т.е. в средней секции сосуда исходя из высоты. В этой зоне преобладающими реакциями являются окислительные реакции, включающие окисление металлизованного материала, полукокса, летучих веществ из угля, оксида углерода и водорода кислородом, которое выделяет тепло, в частности в горячей зоне 51 в непосредственной близости от головки 11 фурмы.

Другая зона является обогащенной металлом зоной 19 в нижней секции сосуда, в которой (а) уголь выделяет летучие вещества и образует полукокс и (б) железорудная мелочь, по меньшей мере, частично восстанавливается и, таким образом, превращается в металл с помощью оксида углерода и водорода.

Вышеописанная подача твердых веществ и газов образует восходящий поток псевдоожижающего газа и вовлеченных твердых веществ в центральной области сосуда. Все больше и больше, по мере того как твердые вещества перемещаются вверх, твердые вещества отделяются от восходящего потока псевдоожижающего газа и текут вниз по кольцеобразной области между центральной областью и боковой стенкой сосуда. Повторно циркулирующие твердые вещества либо вновь вовлекаются в восходящий поток псевдоожижающего газа, либо их выпускают из сосуда. Твердые вещества перемещаются с восходящим потоком псевдоожижающего газа через горячую зону 51 и более мелкие частицы, в частности металлизованные частицы микронных размеров, становятся липкими и прилипают к другим частицам, в частности к более крупным частицам. Как указано выше, эта агломерация более мелких частиц обеспечивает существенное преимущество.

Восходящий поток псевдоожижающего газа и вовлеченных твердых веществ в центральной области сосуда 3 является противоточным нисходящему потоку газообразного кислорода, и полагают, что это приводит к вовлечению некоторого количества твердых веществ в газообразный кислород. Предполагают, что взаимодействие противоточных потоков псевдоожижающего газа и кислорода ограничивает степень, до которой твердые вещества, которые вовлекаются в поток кислорода или проходят через него, могут контактировать с поверхностями сосуда и вызывать образование отложений. Полагают, что образование отложений дополнительно ограничивается благодаря центральному расположению потока газообразного кислорода внутри сосуда.

Вышеописанный нисходящий поток твердых веществ в кольцеобразной области между центральной областью и боковой стенкой способствует переносу тепла из обогащенной углеродом зоны в обогащенную металлом зону.

В добавление, нисходящий поток твердых веществ частично защищает боковую стенку от прямого воздействия лучистой теплоты из центральной области сосуда.

Вышеописанный способ также производит поток отходящего газа и вовлеченных в него твердых веществ, который выпускают из сосуда через выходное отверстие 27 в верхней секции сосуда.

Поток отходящего газа обрабатывают путем отделения твердых веществ от отходящего газа и возвращают отделенные твердые вещества в сосуд через колено 29 возврата твердых веществ. После этого, отходящий газ обрабатывают посредством ряда операций, включающих (а) удаление твердых веществ,

- 5 009504 (б) охлаждение отходящего газа, (в) удаление Н₂О, (г) удаление СО₂, (д) сжатие и (е) повторное нагревание.

Обработанный отходящий газ затем возвращают в сосуд в качестве псевдоожижающего газа.

Вышеописанный способ производит поток твердых веществ, включающий, по меньшей мере, частично восстановленную железную руду и полукокс, которые выпускают из сосуда через выходное отверстие 25 в основании сосуда.

Поток твердых веществ можно обрабатывать путем отделения, по меньшей мере, частично восстановленной железной руды и по меньшей мере части других твердых веществ. Другие твердые вещества, преимущественно полукокс, можно возвращать в сосуд как часть твердых веществ, загружаемых в способ. По меньшей мере, частично восстановленную железную руду дополнительно обрабатывают, если требуется. В качестве примера, по меньшей мере, частично восстановленную железную руду можно подавать в плавильный сосуд на основе плавильной ванны (шоИси ЬаШ-Ьакеб кшеШид УС55С1) и осуществлять плавку до расплавленного чугуна, например путем так называемого «высокоинтенсивного плавильного процесса» (НБшеИ ргосекк).

Как указано выше, настоящее изобретение создали в ходе осуществляемого в настоящее время научно-исследовательского проекта, выполняемого заявителем, по разработке так называемой технологии С1К.СОРЕК для прямого восстановления железной руды. Научно-исследовательский проект включал ряд запусков опытных установок на системах опытных установок заявителя диаметром 350 и 700 мм.

Следующее обсуждение сосредоточено на исследовательской работе на опытной установке с диаметром сосуда 700 мм.

Опытная установка включает установку типа, показанного на фиг. 1. Опытную установку эксплуатировали в условиях циркуляции псевдоожиженного слоя при атмосферном давлении. Сосуд имеет высоту 10,7 м. Верхняя секция сосуда имеет высоту приблизительно 8,9 м и внутренний диаметр составляет 700 мм. Нижняя секция сосуда имеет высоту приблизительно 1,8 м и внутренний диаметр составляет 500 мм. Высота 1,8 м включает высоту псевдоожижающего слоя и промежуточную секцию между секциями диаметром 500 и 700 мм. Сосуд имеет огнеупорную футеровку.

Отходящий газ из сосуда обрабатывали, чтобы удалить вовлеченные твердые вещества путем последовательного пропускания отходящего газа через 3 циклона, соединенные последовательно. Первый циклон (циклон 1) получал отходящий газ непосредственно из сосуда. Твердые вещества, отделяемые в циклоне, возвращали в сосуд через герметичный контейнер, который предусматривал герметизацию по давлению. Второй циклон (циклон 2) получал отходящий газ из циклона 1. Твердые вещества, отделяемые в циклоне, возвращали в сосуд путем прямого оборота твердых веществ (т. е. без герметичного контейнера). Третий циклон (циклон 3) получал отходящий газ из циклона 2. Твердые вещества, отделяемые циклоном 3, не возвращали в сосуд.

После отделения твердых веществ с помощью трех циклонов, отходящий газ дополнительно обрабатывали с помощью центробежного скруббера, который дополнительно удалял твердые вещества из отходящего газа. Эти твердые вещества концентрировали с помощью концентратора и затем пропускали через барабанный фильтр, чтобы получить суспензию из концентратора.

Отходящий газ, покидающий центробежный скруббер, затем обрабатывали с помощью трубчатого холодильника, который эксплуатировали, чтобы удалить воду из отходящего газа охлаждением его до температуры в интервале 10-30°С. После обработки в трубчатом холодильнике отходящий газ сжигали.

Псевдоожиженный слой псевдоожижали с помощью воздуха во время начальной стадии испытаний и затем псевдоожижали смесью газообразных азота и водорода. Поскольку не обеспечивали условий для обработки и повторного использования обработанного газа, например удаления СО2, и сжатия, не было возможности возвращать его в сосуд в качестве псевдоожижающего газа. В этом отношении, газообразный водород использовали, чтобы имитировать эффект использования обработанного отходящего газа в качестве псевдоожижающего газа.

Таким образом, исследовательская работа продемонстрировала следующее.

Концепцию способа восстановления с псевдоожиженным слоем на основе угля с вдуванием кислорода, производящего восстановленный продукт с уровнями превращения в металл до 78%.

Показано, что вдувание кислорода в псевдоожиженный слой или вблизи этого слоя с содержанием в слое до 42% металлического железа является осуществимым без образования отложений.

Показано, что концепция одновременного восстановления железной руды и частичного сжигания угля для энергии в одном слое сосуда является осуществимой при загрузках металлического железа до 48 % в продукте.

Положение кислородной фурмы в сосуде является важным из-за целесообразности переноса теплоты окисления назад в слой при одновременном сведении к минимуму уровня повторного окисления железа. Положение фурмы на 4 м выше распределительной пластины является приблизительно правильным для испытываемых условий.

Железную руду Вгосктап с высоким содержанием фосфора благополучно псевдоожижали и восстанавливали без избыточного образования пыли. (Руда Вгосктап является хрупкой железной рудой из Западной Австралии, поставляемой Натегйеу 1гоп Р1у Ыб, Перт, Западная Австралия).

- 6 009504

Цели экспериментальной программы

Главной целью было достигнуть стабильной работы в течение значительно количества времени с рудой Вгосктап с высоким содержанием фосфора (-3мм) и углем В1а1т Λΐΐιοί.

План состоял в работе с низкой загрузкой железной руды (до 20% в разгрузке продукта) в течение двух дней с кислородной фурмой в низком положении (на 1,9 м выше распределительной пластины (не показано на фиг. ) сосуда). Затем целью являлось работать в течение трех дней с высокой загрузкой руды (до 70% в продукте) с кислородной фурмой в верхнем положении (на 3,8 м выше распределительной пластины).

Запуск.

Кампанию начали 9 декабря 2003 г. в 06:00 с постепенным нагреванием сосуда диаметром 700 мм (в дальнейшем также на него ссылаются как на «РПС»), используя оксид алюминия в качестве материала подложки (Ьеб та1епа1). Как только достигали целевой температуры, уголь и кислород вводили в сосуд в 15:50. Скорость подачи кислорода увеличивали до 105 нормальных м³/ч, в то время как скорость подачи угля была в интервале 300-450 кг/ч.

Даты работы с углем и кислородом: 10.12.03 - 11.12.03.

Работу с углем, воздухом и кислородом проводили 10.12.03. Эксплуатация была очень ровной, при довольно быстрой стабилизации системы, и сосуд поддерживал температуру 900-930°С без всяких проблем.

Стандартные рабочие условия в этот период были следующими.

Температура РПС: 930°С в нижней части и 900°С в верхней части

Скорость потока псевдоожижающего газа: 140 нормальных м³/ч (Ν₂) и 300 нормальных м³/ч (воздух)

Перепад давлений в РПС: (8000-14000 Па) 80-140 мбар

Скорость потока кислорода: до 100 нормальных м³/ч

Скорость потока защитного газа Ν₂: 30 нормальных м³/ч

Скорость подачи угля: 340-450 кг/ч

Краткое изложение результатов представлено ниже.

Скорость разгрузки слоя: 100-160кг/ч

Разгрузка циклона 3: 10-14 кг/ч

Анализ отходящего газа

со/со₃	12,8/8,7=1,47
%н₂	7,6
%сн₄	0,7

Выпускаемый продукт был чистым, только с некоторым количеством мелких +2мм кусочков, которые были похожи на остаток огнеупорного материала. Образование пыли было достаточно низким и составляло <10% разгрузки по протоколу разгрузки конечного циклона.

Даты работы с железной рудой (10-140 кг), углем и кислородом (фурма 2-м высоты) 10.12.0312.12.03.

10.12.03 2200 - 11.12.03 0600: Железная руда при загрузке 10кг/ч.

Железную руду (<3 мм) вводили в систему подачи в 22:00 10.12.03 со скоростью 10 кг/ч. Водород также вводили в псевдоожижающий газ со скоростью 20 нормальных м³/ч, чтобы имитировать использование обработанного отходящего газа в качестве псевдоожижающего газа. Эксплуатация была спокойной, с поддержанием ДР слоя приблизительно 1000-12000 Па (100-120 мбар), и профиль температур составлял 10°С между нижней и верхней частью слоя.

Продукт выглядел прекрасно, без всяких признаков отложений и агломератов. Однако, при просеивании продукта (при 2 мм) было обнаружено некоторое количество материала большего размера, но это было лишь очень малой частью всего продукта. По-видимому, частицы большего размера получаются из золы/полукокса, и возможно формируются на стенках сосуда или на распределительной пластине в сосуде.

Скорость потока псевдоожижающего газа: 350 нормальных м³/ч (Ν2) и 20 нормальных м³/ч (Н2).

Перепад давлений в РПС: (10000-13000 Па) 100-130 мбар.

Скорость потока кислорода: 100-115 нормальных м³/ч.

Скорость потока защитного газа Ν₂: 30 нормальных м³/ч.

Скорость подачи угля: 280-360 кг/ч.

Скорость подачи железной руды: 10 кг/ч.

Скорость разгрузки слоя: 125 кг/ч

Разгрузка циклона : 15 кг/ч.

- 7 009504

Анализ отходящего газа

СО/СОг	10,3/9,7=1,06
%Н₂	9,2
%сн₄	2,0

11.12.03 0600 - 11.12.03 1200: Железная руда при загрузке 20кг/ч.

Скорость подачи железной руды увеличивали до 20 кг/ч в 06:00 11.12.03 до 12:00 11.12.03 и скорость подачи водорода также увеличивали до 40 нормальных м³/ч. Продолжалась спокойная работа без каких-либо нарушений. Давление слоя в сосуде поддерживали в интервале приблизительно 8000-100000 Па (80-100 мбар) и при температурном профиле, имеющем интервал только 10°С между нижней и верхней частью слоя.

Внешний вид продукта оставался хорошим без всяких признаков отложений и агломератов. Как и ранее, единственным исключением было наличие случайных кусков материала типа нагара, который, повидимому, образовывался из золы/полукокса.

Стандартные рабочие условия и результаты в этот период были следующими.

Температура РПС: 952°С в нижней части и 940°С в верхней части.

Скорость потока псевдоожижающего газа: 350 нормальных м³/ч (Ν2) и 40 нормальных м³/ч (Н2).

Перепад давлений в РПС: (8000-10000 Па) 80-100 мбар.

Скорость потока кислорода: 112 нормальных м³/ч.

Скорость подачи угля: 430 кг/ч.

Скорость подачи железной руды: 20 кг/ч.

Скорость разгрузки слоя: 125 кг/ч.

Разгрузка циклона : 15 кг/ч.

Анализ отходящего газа

со/со₂	11,5/9,6=1,2
%Н₂	14,1
%СН₄	2,6

Анализ продукта: (09-00 11.12.03)

	% масс.	\|Не(Т)	Ре*	Ре^и	% мет.
Магнитный	9	I 58,2	15,5	42,35	72,8
Немагнитный	91	I 1.74

11.12.03 12-00 - 12.12.03 06-00: Железная руда при загрузке 40кг/ч.

Краткое изложение

Скорость подачи железной руды увеличивали до 40 кг/ч в 12:00 11.12.03 и работали с этой скоростью до 06:00 12.12.03, в то время как скорость газообразного водорода поддерживали 40 нормальных м³/ч, и скорость подачи угля была около 360-420 кг/ч. Продолжалась спокойная работа без всяких нарушений, и выпускаемый железный продукт был высоко металлизованным. Образование пыли было также низким, менее 10% от общей разгрузки, поступающей из конечного циклона (т.е. циклона 3). АР слоя в сосуде поддерживали около 9000-13500 Па (90-135 мбар), и температурный профиль имел интервал менее 10°С между нижней и верхней частью слоя.

Результаты

Внешний вид продукта продолжал оставаться хорошим без всяких признаков отложений или агломератов.

Температура РПС: 953°С в нижней части и 941°С в верхней части.

Скорость потока псевдоожижающего газа: 370 нормальных м³/ч (Ν2) и 40 нормальных м³/ч (Н2).

Перепад давлений в РПС: 9800-13000 Па (98-130 мбар).

Скорость потока кислорода: 113 нормальных м³/ч.

Скорость подачи угля: 426 кг/ч.

Скорость подачи железной руды: 40 кг/ч.

Скорость разгрузки слоя: 190-210 кг/ч.

Разгрузка циклона: 15 -20кг/ч.

Анализ отходящего газа

СО/СОг	9,9/11,4=0,87
% Н₂	12,9
%СН<	2,9

Анализ продукта: (11.12.03)

- 8 009504

		% масс.	Ее(Т)	Ее⁷^	Р?	% мет.	% Ее⁰ в продукте
15:00 11.12.03	Магнитный	30	74,38	14,59	57,44	77,2	25,8
Не магнитный	70	4,95
19:00 11.12.03	Магнитный	34,8	71,56	19,33	50,75	70,9	26,8
Не магнитный	65,2	2,98
23:00 11.12.03	Магнитный	27,4	66,4	20,22	45,66	68,8	21,1
Не магнитный	72,6	4,03
02:00 12.12.03	Магнитный	24,6	67,1	22,1	42,53	63,4	19,7
Не магнитный	75,4	4,3
06:00 12.12.03	Магнитный	19,6	68,86	22,55	43,48	61,8	15,7
Не магнитный	80,4	2,73

Достигаемое высокое превращение в металл (70-77%) указывает, что кислородная фурма (даже в ее положении 1,9-м) не проникает слишком далеко в нижнюю часть слоя и существует хорошая сегрегация внутри слоя. Нижняя часть слоя является обогащенной железом. Верхняя часть слоя обогащена углеродом, и он взаимодействует с кислородной фурмой с выделением тепла, и это тепло затем переносят обратно в слой путем повторной циркуляции твердых веществ в нижние части слоя. Низкое соотношение СО/СО₂ в отходящем газе показывает достижение высокого более позднего окисления, причем энергия переносится назад в слой, в то время как поддерживают высокие уровни превращения в металл в выпускаемом продукте.

Уровни железа в продукте и степень превращения в металл указывает, что сосуд с диаметром 700 мм можно эксплуатировать в режиме газификации с содержанием металлического железа до 20-25 % без всяких проблем с отложениями. Это существенное достижение.

Осмотр кислородной фурмы (12.12.03).

Фурму вынимали из сосуда диаметром 700 мм и осматривали 12.12.03. В общих словах, фурма была чистой. Труба водяного охлаждения, так же как и головка сопла, не имели никаких признаков наращивания материала.

Фурму переустановили в сосуде в более высоком положении, т. е. на 3,8 м выше распределительной пластины. Сосуд повторно запускали с углем и кислородом, и затем один раз стабилизировали железную руду и водород.

Работа с железной рудой (110-200 кг/ч), углем и кислородом (фурма высота 4 м) 13.12.03 - 16.12.03 13.12.03 06:00 - 13.12.03 12:00: Железная руда при загрузке 110 кг/ч.

Краткое изложение

Скорость подачи железной руды постепенно увеличивали до 110 кг/ч в 06:25 13.12.03 и работали с этой скоростью до 12:00 13.12.03, в то время как скорость газообразного водорода также постепенно увеличивали до 110 нормальных м³/ч в течение 2 ч. Скорость подачи угля была около 360-400 кг/ч. Работа продолжала быть спокойной, без всяких нарушений, и превращение в металл выпускаемого железного продукта из сосуда было до 78 %. Пылеобразование было также низким, <10% от всей разгрузки, поступающей из конечного циклона, (т. е. циклона 3). АР слоя сосуда поддерживали в интервале около 9000 13500 Па (90-135 мбар) и профиль температур имел интервал менее 5°С между нижней и верхней частью слоя.

Увеличение высоты фурмы с 1,9 м до 3,8 м, видимо, не повлияло на профиль температур слоя. Фактически, разброс температур был менее 5°С от верхней части к нижней части.

Результаты

Температура РПС: 953°С в нижней части и 951°С в верхней части

Скорость потока псевдоожижающего газа РПС: 10 нормальных м³/ч (Ν2) при 860°С, 110 нормальных м³/ч (N2) при 740°С, 180 нормальных м³/ч (N2) при 680°С, и 110 нормальных м³/ч (Н2) при 860°С.

Перепад давлений в РПС: 8000-10000 Па ( 80-100 мбар).

Скорость потока кислорода: 110 нормальных м³/ч.

Скорость потока защитного газа N2: 30-40 нормальных м³/ч.

Скорость подачи угля: 360-400 кг/ч.

Скорость подачи железной руды: 110 кг/ч.

Скорость разгрузки слоя: 162 кг/ч.

Разгрузка циклона 3:16 кг/ч.

Анализ отходящего газа

СО/СО₂	10,9/9,6=1,14
% Н₂	19,6
%СН₄	2,3

- 9 009504

Анализ продукта: (13.12.03)

		% масс.	Ге(Т)		7?	% мет.
12:00 13.12.03	Магнитный	37,8	76,42	14,98	59,33	77,6
Не магнитный	62,6	2,66

При более высоком расположении кислородной фурмы поддерживали равномерный профиль температур слоя, как и для более низкого расположения фурмы. Это указывает, что даже при положении на 3,8 м кислородной фурмы профиль повторной циркуляции твердых веществ был таким, что достаточно тепла переносилось назад в нижнюю часть слоя.

Профиль температур в сосуде и циклонах указывал, что, возможно, не происходило увеличения пылеобразования при скорости подачи руды до 110 кг/ч. Разгрузка из конечного циклона по отношению к сосуду также значительно не изменялась. Это предполагает, что либо железная руда не разрушается так сильно, как предсказывали, либо любые образующиеся мелкие частицы повторно агломерируют в высокотемпературной области кислородной фурмы.

13.12.03 12:00-16.12.03 05:00: Железная руда при загрузке 120-230кг/ч

Краткое изложение

В первый период этой работы с 17:00 13.12.03 до 12:00 15.12.03 скорость подачи железной руды составляла приблизительно 120 кг/ч. Это включало период перерыва, когда не было подачи. На конечном периоде работали при подаче железной руды приблизительно 230 кг/ч.

Работа со скоростью подачи железной руды 230 кг/ч была спокойной, без всяких нарушений, и выпускаемый железного продукта из РПС был превращен в металл в интервале от 48 до 78%. Пылеобразование было также низким, <10% от всей разгрузки, поступающей из циклона 3. ЛР слоя сосуда поддерживали в интервале около 8000 - 10000 Па (80-100 мбар) и профиль температур теперь увеличивался до приблизительно 20°С между нижней и верхней частью слоя.

Эксплуатация сосуда при более высокой скорости подачи железной руды 200 кг/ч увеличивала интервал профиля температур ПС, так что нижняя часть слоя теперь была до 20°С холоднее, чем середина слоя. Уровни металлизации также были ниже при более высоких скоростях подачи железной руды, но они все еще находились в интервале 60-80% превращения в металл.

Результаты

Температура РПС: 947°С в нижней части и 960°С в верхней части.

Температура подогревателя газа ПС: 740°С и 615°С для главного подогревателя.

Скорость потока псевдоожижающего газа РПС: 20 нормальных м³/ч (Ν₂) при 840°С,

100 20 нормальных м³/ч (N2) при 740°С,

185 20 нормальных м³/ч (N2) при 615°С и

140 нормальных м³/ч (Н₂) при 840°С.

Перепад давления в РПС: 8300-9600 Па ( 83-96 мбар).

Скорость подачи угля: 380 кг/ч.

Скорость подачи железной руды: 200 кг/ч.

Скорость разгрузки слоя: 227-286 кг/ч.

Разгрузка циклона 3: 18-24кг/ч.

Анализ отходящего газа (04:00 ч 15.12.03) __________________________

со/со₂	11/10,4=1,06
% н₂	16,5
%сн₄	1,4

Анализ продукта: (13-15.12.03)

- 10 009504

		% масс.	С(Т)	Ге(Т)	Ре'⁺		% мет.
17:00 13.12.03	Магнитный	40,2	-	75,55	22,1	51,37	68,0
Не магнитный	59,8	-	8,11
20:00 13.12.03	Магнитный	54,2	1,8	78,35	15,33	61,18	78,1
Не магнитный	45,8	80,3	5,03
17:00 13.12.03	Разгрузка циклона 3			12,89	2,73	2,47	19,2
20:00 13.12.03	Разгрузка циклона 3			15,74	3,12	6,67	42,4
02:00 15.12.03	Магнитный	51,3	-	78,85	19,6	58,87	74,7
Не магнитный	48,7	-	7,29
05:00 15.12.03	Магнитный	57,2	-	77,44	17,27	57,65	74,4
Не магнитный	42,8	-	4,55
07:00 15.12.03	Магнитный	62,8	0,9	76,93	17,38	58,43	75,9
Не магнитный	37,2	72,5	11,25
02:00 15.12.03	Разгрузка циклона 3			20,29	7,77	5,38	26,5
05:00 15.12.03	Разгрузка циклона 3			21,73	7,69	6,28	28,9
12 00 15.12.03	Магнитный	59,2	-	76,9	18,1	56,6	73,6
Не магнитный	40,8	-	31,0	4,7	22,0	70,9
16:00 15.12.03	Магнитный	62,7	1,9	73,6	32,5	36,0	48,9
Не магнитный	37,3	53,6	27,6	8,4	13,2	48,0
22:00 15.12.03	Магнитный	59,6	-	71,5	28,0	39,0	54,5
Не магнитный	40,4	-	20,4	3,9	11,0	54,0
02:00 16.12.03	Магнитный	53,3	-	74,1	26,8	43,5	58,7
Не магнитный	46,7	-	13,7	3,7	2,8	20,1
04:00 16.12.03	Магнитный	62,7	1,6	74,4	29,5	40,0	53,8
Не магнитный	37,3	63,8	16,8	5,7	5,4	32,2

При высоких скоростях подачи железной руды (200 кг/ч) разгрузка из сосуда значительно увеличивалась, в то время как разгрузка из конечного циклона только слегка увеличивалась. Однако, разгрузка из конечного циклона по отношению к сосуду, по-видимому, не изменялась. Далее наблюдали, что количество мелких частиц <0,1 мм в разгрузке было ниже, чем количество мелких частиц <0,1 мм в сырье. Это предполагает, что либо железная руда не разрушается так сильно, как предсказывали, либо любые образующиеся мелкие частицы повторно агломерируют в высокотемпературной области кислородной фурмы. Температурный профиль по циклонам также подтверждает это, поскольку не существовало значительных увеличений температур по системе циклонов при более высоких скоростях подачи железной руды. Уровни образования металла в продукте поддерживались в интервале 68-78% при высоких скоростях подачи железной руды, в то время как выпускаемый продукт содержал до 48% металлического железа.

Осмотр кислородной фурмы и сосуда (16.12.03 и 19.12.03)

Фурму вынимали из сосуда диаметром 700 мм и осматривали 16.12.03. В общих словах, фурма была довольно чистой. Водоохлаждаемая труба имела тонкое покрытие из материала, в то время как головка сопла была относительно чистой. Природа нароста (хлопьевидного и тонкого) предполагает, что это не приводило бы к каким-либо проблемам эксплуатации.

Распределение железа и агломерация

Анализ образца руды Вгосктап, используемого в качестве загрузки в псевдоожижающий слой, указывает, что мелочь содержит приблизительно 10,6% частиц меньше 45 мкм. Полагают, что эти частицы появляются в качестве выходного продукта из циклона 3 или в качестве суспензии концентратора. Предполагали, что из-за хрупкой природы руды Вгосктап во время обработки будет образовываться дополнительная мелочь. Следовательно, предполагали, что процентное содержание частиц руды, выходящих из системы через циклон 3, будет превышать 10,6%.

Наблюдали, что приблизительно 7% частиц железа, введенных в псевдоожиженный слой, выпускали через циклон 3, либо в качестве прямого выходного продукта из циклона 3 (приблизительно 4%), либо в качестве выходного продукта из центробежного скруббера (приблизительно 3%). Анализ выхода главного продукта из псевдоожиженного слоя показал, что в способе присутствовал механизм агломерации. Видимо, этот механизм представляет собой агломерацию друг с другом и с большими частицами первоначально меньших частиц, обычно меньше 100 мкм.

Можно создать много модификаций исполнений настоящего изобретения, показанных на фигуре, без отступления от сущности и объема изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ прямого восстановления твердого металлоносного материала с распределением частиц по размерам, которое, по меньшей мере, частично включает частицы микронных размеров, включающий подачу металлоносного материала, твердого углеродсодержащего материала, кислородсодержащего газа и псевдоожижающего газа в псевдоожиженный слой в сосуде и поддержание псевдоожиженного слоя в сосуде, по меньшей мере частичное восстановление металлоносного материала в сосуде и выпуск из сосуда потока продукта, который включает, по меньшей мере, частично восстановленный металлоносный материал, и отличающийся тем, что (а) образуют и поддерживают обогащенную углеродом зону внутри псевдоожиженного слоя, (б) пропускают металлоносный материал, включающий металлизованный материал, через обогащенную углеродом зону и (в) вдувают кислородсодержащий газ в обогащенную углеродом зону и окисляют металлизованный материал, твердый углеродсодержащий материал и другие окисляемые твердые вещества и газы и вызывают регулируемую агломерацию частиц.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что металлоносный материал подают в форме мелочи.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что мелочь в металлоносном материале, находящемся в форме железорудной мелочи, сортируют до крупности минус 6 мм.
4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что мелочь имеет средний размер частиц в интервале от 0,1 до 0,8 мм.
5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что металлоносный материал подают с выбранным максимальным размером частиц и регулируют агломерацию так, что 90% частиц, выпускаемых из процесса в качестве потока продукта, не превышает максимальную выбранную начальную крупность.
6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что металлоносный материал подают с выбранным максимальным размером частиц и регулируют агломерацию так, что не более 30% частиц, предпочтительно не более 20% и более предпочтительно не более 10 мас.% от общей массы частиц железа, удаляется из процесса в потоке отходящего газа.
7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что агломерацию регулируют путем корректировки скоростей подачи любого одного или более чем одного компонента, выбранного из металлоносного материала, углеродсодержащего материала, кислородсодержащего газа, и корректировки температуры реакции.
8. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что кислородсодержащий газ вдувают в центральную по отношению к боковой стенке область сосуда.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что кислородсодержащий газ вдувают с обеспечением нисходящего потока газа в сосуде.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что кислородсодержащий газ вдувают нисходящим потоком под углом к вертикали в интервале плюс-минус 40°, предпочтительно в интервале плюс-минус 15° к вертикали.
11. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что кислородсодержащий газ вдувают через по меньшей мере одну фурму, имеющую головку фурмы с выходным отверстием, расположенную в центральной по отношению к боковой стенке области сосуда.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что головку фурмы направляют вниз, более предпочтительно вертикально вниз.
13. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что положение фурмы в сосуде по высоте расположения выходного отверстия ее головки определяют с учетом таких факторов, как скорость вдувания кислородсодержащего газа, давление в сосуде, состав и количество других загружаемых в сосуд материалов, плотность псевдоожиженного слоя.
14. Способ по любому из пп.11-13, отличающийся тем, что головку фурмы охлаждают водой для сведения к минимуму возможности образования на головке фурмы отложений, которые могут блокировать вдувание кислородсодержащего газа.
15. Способ по любому из пп.11-14, отличающийся тем, что внешнюю поверхность фурмы охлаждают водой.
16. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что кислородсодержащий газ вдувают со скоростью, достаточной для образования, по существу, свободной от твердых веществ зоны в области выходного отверстия головки фурмы, чтобы свести к минимуму образование отложений, которые могут блокировать вдувание кислородсодержащего газа.
17. Способ по п.16, отличающийся тем, что кислородсодержащий газ вдувают со скоростью в интервале 50-300 м/с.
18. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в область выходного отверстия головки фурмы вдувают азот, и/или пар, и/или другой подходящий защитный газ для того, чтобы свести к минимуму образование отложений, которые могут блокировать вдувание кислородсо

- 12 009504 держащего газа.
19. Способ по п.18, отличающийся тем, что защитный газ вдувают в сосуд со скоростью, которая составляет по меньшей мере 60% от скорости кислородсодержащего газа.
20. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в псевдоожиженном слое образуют реакционные зоны, и внутри слоя перемещают твердые вещества и псевдоожижающий газ так, что твердые вещества проходят через реакционные зоны.
21. Способ по п.20, отличающийся тем, что в псевдоожиженном слое образуют смежные реакционные зоны.
22. Способ по п.19 или 20, отличающийся тем, что одна реакционная зона представляет собой обогащенную углеродом зону, а другая реакционная зона представляет собой обогащенную металлом зону, в которой металлоносный материал, такой как железная руда, восстанавливают в твердом состоянии.
23. Способ по п.22, отличающийся тем, что обогащенную металлом зону располагают в нижней части псевдоожиженного слоя, а обогащенную углеродом зону располагают над обогащенной металлом зоной.
24. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что псевдоожиженный слой включает восходящее и нисходящее перемещение твердых веществ через зоны.
25. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что металлоносный материал, углеродсодержащий материал, кислородсодержащий газ и псевдоожижающий газ подают в псевдоожиженный слой и поддерживают псевдоожиженный слой в условиях (а) нисходящего потока кислородсодержащего газа, (б) восходящего потока твердых веществ и псевдоожижающего газа, противоточного нисходящему потоку кислородсодержащего газа, и (в) нисходящего потока твердых веществ, расположенного снаружи по отношению к восходящему потоку твердых веществ и псевдоожижающего газа.
26. Способ по п.25, отличающийся тем, что твердые вещества в восходящем и нисходящем потоках твердых веществ нагревают теплом, выделяемым в реакциях между кислородсодержащим газом, углеродсодержащим материалом и другими окисляемыми материалами, такими как оксид углерода, летучие вещества и водород, в обогащенной углеродом зоне, так что твердые вещества в нисходящем потоке твердых веществ переносят тепло в обогащенную металлом зону.
27. Способ по п.25 или 26, отличающийся тем, что перемещение восходящего и нисходящего потоков твердых веществ осуществляют таким образом, что они защищают боковую стенку сосуда от лучистой теплоты, выделяемой в реакциях между кислородсодержащим газом и твердым углеродсодержащим материалом и другими окисляемыми твердыми веществами и газами в псевдоожиженном слое.
28. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что углеродсодержащим материалом является уголь.
29. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что псевдоожижающий газ включает восстановительный газ, такой как оксид углерода и водород.
30. Способ по п.29, отличающийся тем, что количество водорода в псевдоожижающем газе выбирают так, что оно составляет по меньшей мере 15 об.% от общего объема оксида углерода и водорода в газе.
31. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что поток продукта, включающего, по меньшей мере, частично восстановленный металлоносный материал, выпускают из нижней секции сосуда.
32. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что от потока продукта, включающего, по меньшей мере, частично восстановленный металлоносный материал, отделяют по меньшей мере часть других твердых веществ.
33. Способ по п.32, отличающийся тем, что по меньшей мере часть других твердых веществ возвращают в сосуд.
34. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что поток отходящего газа, содержащего вовлеченные в него твердые вещества, выпускают из верхней секции сосуда.
35. Способ по п.34, отличающийся тем, что от потока отходящего газа отделяют по меньшей мере часть вовлеченных в него твердых веществ.
36. Способ по п.34 или 35, отличающийся тем, что псевдоожиженный слой поддерживают в состоянии циркуляции путем отделения от потока отходящего газа вовлеченных в него твердых веществ и возврата по меньшей мере части отделенных твердых веществ в сосуд.
37. Способ по любому из пп.34-36, отличающийся тем, что отделенные от отходящего газа твердые вещества возвращают в нижнюю часть псевдоожиженного слоя.
38. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что металлоносный материал предварительно нагревают отходящим из сосуда газом.
39. Способ по п.38, отличающийся тем, что отходящий газ после стадии предварительного нагрева обрабатывают и возвращают по меньшей мере часть обработанного отходящего газа в сосуд в качестве псевдоожижающего газа.
40. Способ по п.39, отличающийся тем, что обработка отходящего газа включает одну или более

- 13 009504 чем одну операцию, выбранную из группы, включающей (а) удаление твердых веществ, (б) охлаждение, (в) удаление воды; (г) удаление диоксида углерода, (д) сжатие и (е) повторное нагревание.
41. Способ по п.39 или 40, отличающийся тем, что обработка отходящего газа включает возврат твердых веществ в сосуд.
42. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что восстановление металлоносного материала в режиме, требующем превращения в металл более чем 50% этого материала, осуществляют при воздействии на него восстановительного газа, содержащегося в псевдоожижающем газе.
43. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что кислородсодержащий газ включает по меньшей мере 90 об.% кислорода.