EA009505B1 - Способ и установка для прямого восстановления металлоносного материала - Google Patents

Abstract

Способ прямого восстановления металлоносного материала, включающий подачу твердого углеродсодержащего материала и кислородсодержащего газа в псевдоожиженный слой в первом сосуде и выработку тепла путем реакций между кислородсодержащим газом и твердым углеродсодержащим материалом и любыми другими окисляемыми твердыми веществами и газами в псевдоожиженном слое, и выпуск потока горячего отходящего газа, содержащего вовлеченные твердые вещества, и подачу металлоносного материала в псевдоожиженный слой во втором сосуде, и подачу потока горячего отходящего газа, содержащего вовлеченные твердые вещества, из первого сосуда в псевдоожиженный слой во втором сосуде, и, по меньшей мере, частичное восстановление металлоносного загружаемого материала в твердом состоянии в псевдоожиженном слое, и выпуск потока продукта, по меньшей мере, из частично восстановленного металлоносного материала и потока отходящего газа, содержащего вовлеченные вещества.

Description

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

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

Известной технологией прямого восстановления является так называемая технология С1К.СОЕЕК., которая способна восстанавливать железную руду в твердом состоянии до 50% или более превращения в металл (Вгскксг ^. с1 а1. С1КСОКЕО апб С1КСОЕЕК: 81а1с о£ 111с Ай Тсс11по1оду £ог Ьоте Сой Эйсс! Ксбисйоп, 1гоп апб 81сс1 Епщпссг. Аккоаайоп о£ 1гоп апб 81сс1 Епдшссга. РШзЬшд, И8, уо1. 72, по. 4, 1 Арп1 1995, рр. 81-82).

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.

Существенной проблемой, препятствующей промышленному внедрению технологии С1К.СОЕЕК, в частности, с сырьевыми материалами на основе металлических оксидов является то, что мелкие частицы оксидов металлов, присутствующие в сырье, способны образовывать отложения на открытых поверхностях установки с псевдоожиженным слоем, особенно при повышенных температурах, что приводит к вынужденной остановке процесса и чистке установки. Кроме того, может происходить деструкция смол и других продуктов выхода летучих веществ, что также приводит к образованию отложений на внутренней поверхности установки. Эти побочные явления ограничивают максимальную температуру процесса, что снижает эффективность восстановления металлоносного материала.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение эффективного способа прямого восстановления металлоносного материала, в котором преодолеваются трудности, связанные с отложением смол и мелких частиц руды на открытых поверхностях установки.

Заявитель обнаружил, что можно эффективно и рационально восстанавливать оксиды железа в твердом состоянии двухстадийным способом, в котором тепло выделяется путем реакций между твердым углеродсодержащим материалом и кислородсодержащим газом в первом псевдоожиженном слое и металлоносный загружаемый материал восстанавливают во втором псевдоожиженном слое, причем тепло подают во второй псевдоожиженный слой посредством потока горячего отходящего газа и вовлеченных твердых веществ из первого псевдоожиженного слоя.

Согласно настоящему изобретению обеспечивают способ прямого восстановления для металлоносного материала, включающий подачу твердого углеродсодержащего материала и кислородсодержащего газа в псевдоожиженный слой в первом сосуде, проведение реакций между кислородсодержащим газом, твердым углеродсодержащим материалом и другими окисляемыми твердыми веществами и газами в псевдоожиженном слое с получением тепла и выпуск горячего потока отходящего газа, содержащего вовлеченные твердые вещества, и подачу металлоносного материала в твердом состоянии в псевдоожиженный слой во втором сосуде и подачу потока горячего отходящего газа, содержащего вовлеченные твердые вещества, из первого сосуда в псевдоожиженный слой во втором сосуде, по меньшей мере, частичное восстановление металлоносного материала в псевдоожиженном слое и выпуск потока продукта из, по меньшей мере, частично восстановленного металлоносного материала и отходящих газов, содержащих вовлеченные в него твердые вещества.

В вышеописанном способе функции процесса выработки тепла и восстановления разделены на два отдельных сосуда, что делает возможным оптимизацию каждой из этих функций.

В частности, разделение функций выработки тепла и восстановления означает, что можно эксплуатировать первый сосуд при высокой температуре, чтобы вырабатывать тепло и обезопаситься от деструкции смолы и других продуктов выхода летучих веществ, что было бы возможным в ситуации, при которой выработка тепла и восстановление происходят в одном сосуде. В особенности в ситуации, когда выработка тепла и восстановление происходят в одном сосуде, возможность возникновения проблем образования отложений с металлоносными материалами ограничивает максимальную рабочую температуру, которую можно использовать.

Предпочтительно способ включает создание температур в первом сосуде, которые являются более высокими, чем рабочие температуры во втором сосуде.

Предпочтительно способ включает осуществление реакций в первом сосуде при температурах выше 1000°С.

- 1 009505

Предпочтительно способ включает осуществление реакций во втором сосуде при температурах ниже 1000°С.

Предпочтительно способ включает подачу кислородсодержащего газа в первый сосуд нисходящим потоком.

Предпочтительно способ включает подачу кислородсодержащего газа во второй сосуд нисходящим потоком.

Более предпочтительно введение кислородсодержащего газа во второй сосуд выполняют при таких регулируемых условиях, что происходит желаемая агломерация более мелких частиц восстановленной руды с другими частицами загружаемого материала с образованием более крупных частиц восстановленной руды.

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

Предпочтительно головка фурмы направлена вниз.

Более предпочтительно головка фурмы направлена вертикально вниз.

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

Предпочтительно способ включает водяное охлаждение головки фурмы, чтобы свести к минимуму возможность образования отложений на головке фурмы, которые могли бы блокировать вдувание кислородсодержащего газа.

Предпочтительно способ включает водяное охлаждение внешней поверхности головки фурмы.

Предпочтительно способ включает вдувание кислородсодержащего газа в сосуд со скоростью, достаточной для образования, по существу, свободной от твердых веществ зоны в области головки фурмы, чтобы уменьшить возможность образования на головке фурмы отложений, которые могут блокировать вдувание кислородсодержащего газа.

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

Предпочтительно способ включает регулирование разности температур между средней температурой в псевдоожиженном слое во втором сосуде и средней температурой обращенной внутрь поверхности боковой стенки второго сосуда, так что она составляет не более 100°С.

Термин средняя температура в псевдоожиженном слое здесь понимают как среднюю температуру по всему псевдоожиженному слою.

Более предпочтительно разность температур составляет не более 50°С.

В случае восстановления металлоносного материала, находящегося в форме железорудной мелочи, предпочтительно среднюю температуру в псевдоожиженном слое во втором сосуде поддерживают в интервале от 850 до 1000°С.

Предпочтительно среднюю температуру в псевдоожиженном слое во втором сосуде поддерживают равной по меньшей мере 900°С, более предпочтительно равной по меньшей мере 950°С.

Предпочтительно способ включает регулирование изменения температуры внутри псевдоожиженного слоя во втором сосуде, так что оно составляет не более 50°С.

Разность температур можно регулировать путем регулирования ряда факторов, включающих в качестве примера количества твердых веществ и газов, подаваемых во второй сосуд, и выбор твердых веществ и газов.

В добавление, предпочтительно способ включает регулирование давления, по меньшей мере, во втором сосуде, так что оно находится в интервале 1-10 бар (0,1-1 МПа) абсолютного давления и более предпочтительно 4-8 бар (0,4-0,8 МПа) абсолютного давления.

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

Предпочтительно железорудная мелочь имеет средний размер частиц в интервале 0,1-0,8 мм.

Одним из преимуществ способа является то, что он может допускать наличие существенного количества металлоносного загружаемого материала с размером частиц менее 100 мкм без значительного количества этого материала, выходящего из процесса, вовлекаемого в отходящий газ. Полагают, что это обусловлено механизмом агломерации, работающим внутри псевдоожиженного слоя, который способствует желаемому уровню агломерации между частицами загружаемого материала, в частности частицами размером менее 100 мкм, без проявления нерегулируемой агломерации, способной прерывать работу псевдоожиженного слоя. Аналогично, хрупкие руды, которые имеют тенденцию разрушаться во время обработки и, таким образом, увеличивать долю частиц в псевдоожиженном слое с размером менее 100 мкм, можно обрабатывать без значительной потери загружаемого материала в отходящем газе.

Предпочтительно твердым углеродсодержащим материалом является уголь. В такой ситуации при

- 2 009505 осуществлении способа из угля удаляются летучие вещества до превращения его в полукокс (сйаг) и по меньшей мере часть полукокса взаимодействует с кислородом и образует СО в псевдоожиженном слое в первом сосуде.

Углем может быть любой подходящий уголь. В качестве примера углем может быть уголь со средневысоким содержанием летучих веществ, размолотый до крупности минус 6 мм.

Предпочтительно псевдоожижающий газ включает неокислительный газ.

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

Предпочтительно способ включает выбор количества водорода в псевдоожижающем газе во втором сосуде, так что оно составляет по меньшей мере 10 об.% от общего объема оксида углерода и водорода в газе.

Предпочтительно способ включает отделение, по меньшей мере, частично восстановленного металлоносного материала и по меньшей мере части других твердых веществ (например, полукокса) от потока продукта из второго сосуда.

Предпочтительно способ включает возврат по меньшей мере части других твердых веществ, отделенных от потока продукта, в первый сосуд и/или во второй сосуд.

Предпочтительно способ включает возврат по меньшей мере части твердых веществ из потока отходящего из второго сосуда газа.

Предпочтительно способ включает предварительное нагревание металлоносного материала перед загрузкой при помощи отходящего из второго сосуда газа.

Предпочтительно способ включает обработку предварительно нагретого отходящего газа для получения псевдоожижающего газа и возврат по меньшей мере части обработанного отходящего газа в первый сосуд и/или во второй сосуд.

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 диоксида углерода; (д) сжатие и (е) повторное нагревание.

Предпочтительно обработка отходящего газа включает возврат по меньшей мере части отделенных твердых веществ в первый сосуд и/или во второй сосуд.

Кислородсодержащим газом может быть любой подходящий газ.

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

Восстановленный металлоносный материал после его выпуска из сосуда можно подвергать плавлению до получения расплавленного металла.

Согласно настоящему изобретению также обеспечивают установку для прямого восстановления металлоносного материала, которая включает:

(а) первый сосуд для выработки потока горячего отходящего газа, включающего вовлеченные твердые вещества; причем первый сосуд включает впускные средства для подачи в него твердого углеродсодержащего материала, псевдоожижающего газа и кислородсодержащего газа с целью поддержания псевдоожиженного слоя в этом сосуде и получения потока горячего отходящего газа, содержащего вовлеченные твердые вещества, и выпускное средство для выпуска потока отходящего газа, содержащего вовлеченные твердые вещества, из сосуда, и (б) второй сосуд для, по меньшей мере, частичного восстановления металлоносного материала в твердом состоянии в псевдоожиженном слое; причем второй сосуд включает впускные средства для подачи в него металлоносного материала, потока горячего отходящего газа, содержащего вовлеченные твердые вещества, из первого сосуда, и псевдоожижающего газа для поддержания псевдоожиженного слоя в этом сосуде, средства для выпуска из него преимущественно потока твердых веществ из, по меньшей мере, частично восстановленного металлоносного материала и для выпуска потока отходящего газа и вовлеченных твердых веществ из второго сосуда.

Предпочтительно впускное средство для подачи кислородсодержащего газа в первый сосуд включает фурму, имеющую головку с выходным отверстием, расположенную в центральной по отношению к боковой стенке области сосуда.

Предпочтительно головка фурмы направлена вниз в центральной области сосуда для вдувания кислородсодержащего газа нисходящим потоком.

Предпочтительно головка фурмы направлена вертикально вниз.

Предпочтительно второй сосуд включает впускное средство для подачи в него кислородсодержащего газа.

Предпочтительно впускное средство для подачи кислородсодержащего газа во второй сосуд включает фурму, имеющую головку с выходным отверстием, расположенную в центральной по отношению к боковой стенке области сосуда.

Предпочтительно головка фурмы направлена вниз в центральной области второго сосуда для вдувания кислородсодержащего газа нисходящим потоком.

Предпочтительно головка фурмы направлена вертикально вниз.

Предпочтительно установка включает средство для отделения вовлеченных твердых веществ от по

- 3 009505 тока отходящего из второго сосуда газа.

Предпочтительно первый сосуд дополнительно включает впускное средство для подачи в него твердых веществ, отделенных в указанном средстве для отделения от потока газа, отходящего из второго сосуда.

Предпочтительно установка включает средство для обработки потока отходящего из второго сосуда газа и получения по меньшей мере части псевдоожижающего газа, соединенное с впускным средством для подачи этого газа в первый сосуд и/или во второй сосуд.

Настоящее изобретение далее описано со ссылкой на сопровождающие чертежи.

Фиг. 1 является схемой исполнения установки для прямого восстановления металлоносного загружаемого материала в соответствии с настоящим изобретением, и фиг. 2 является схемой другого исполнения установки для прямого восстановления металлоносного загружаемого материала в соответствии с настоящим изобретением.

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 к 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.

Со ссылкой на фиг. 1, установка включает первый сосуд 3, который содержит псевдоожиженный слой газа и вовлеченных твердых веществ, и второй сосуд 5, который содержит псевдоожиженный слой газа и вовлеченных твердых веществ.

Первый сосуд 3 работает как генератор тепла и вырабатывает поток горячего отходящего газа, включающего вовлеченные твердые вещества, преимущественно полукокс, которые переносят во второй сосуд 5 по линии 7. Назначением потока отходящего газа является обеспечить по меньшей мере часть теплоты, требуемой для реакций во втором сосуде.

Второй сосуд 5 работает как реактор прямого восстановления и восстанавливает, по меньшей мере, частично железорудную мелочь в твердом состоянии.

Второй сосуд образует два выходящих потока.

Один выходящий поток, который выпускают из второго сосуда 5 через выходное отверстие 9 в основании второго сосуда 5, включает, главным образом, поток твердых веществ из, по меньшей мере, частично восстановленной железорудной мелочи и других твердых веществ, обычно полукокса.

Поток твердых веществ можно обрабатывать путем отделения, по меньшей мере, частично восстановленной железорудной мелочи и по меньшей мере части других твердых веществ. Эти другие твердые вещества, главным образом, полукокс, отделенный от потока продукта, можно возвращать в первый сосуд и/или во второй сосуд как часть твердых веществ, загружаемых в сосуды. 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-Ьаксб кшеШид УС55С1) и осуществлять плавку до расплавленного чугуна, например, путем так называемого высокоинтенсивного плавильного процесса (НщшсЙ РГОСС88).

Другой выходящий поток из второго сосуда 5, который выпускают через выходное отверстие 61 в верхней части второго сосуда 5, включает горячий отходящий газ и вовлеченные твердые вещества.

Поток отходящего газа переносят в циклон 13 по линию 11. Циклон 13 отделяет по меньшей мере часть вовлеченных твердых веществ от потока отходящего газа. Отделенные твердые вещества протекают нисходящим потоком из циклона 13 через линию 15 в первый сосуд 3. Поток отходящего газа протекает восходящим потоком из циклона 13 в смесительную камеру 17.

Отходящий газ из циклона 13 смешивается с твердыми веществами, проходящими в смесительную камеру 17 из дополнительного циклона 21 через линию 23, и нагревает их. Основная часть твердых веществ в смесительной камере 17 вовлекается в отходящий газ и проходит к циклону 27 через линию 25.

В циклоне 27 происходит разделение твердых веществ и газа. Отделенные твердые вещества протекают нисходящим потоком из циклона 27 через линию 29 во второй сосуд 5. Отходящий газ из циклона 27 вместе с оставшимися твердыми веществами протекает восходящим потоком из циклона 27 в дополнительную смесительную камеру 31.

Поток отходящего газа из циклона 27 смешивается с железной рудой и нагревает ее в смесительной камере 31. Железную руду подают в смесительную камеру 31 через комплект 33 воронок-затворов. Основная часть материала в смесительной камере 31 уносится в циклон 21 через линию 35. Как подробно отмечено выше, основная часть материала, проходящая к циклону 21, проходит к смесительной камере 17, откуда она проходит к циклону 27 и второму сосуду 5 через линию 29.

- 4 009505

Отходящий газ из циклона 21 переносят через линию 37 в установку 39 для обработки отходящего газа и обрабатывают в установке, как описано ниже. Конкретно, отходящий газ обрабатывают посредством ряда операций, включающих: (а) удаление твердых веществ; (б) охлаждение отходящего газа; (в) удаление воды; (г) удаление диоксида углерода; (д) сжатие и (е) повторное нагревание.

Обработанный отходящий газ из установки 39 для обработки отходящего газа становится псевдоожижающим газом для сосудов 3 и 5, и его переносят в сосуды по передаточной линии 41. Псевдоожижающий газ вдувают в основании каждого сосуда 3 и 5.

Уголь со средневысоким содержанием летучих веществ, имеющий размер частиц минус 6 мм, подают в нижнюю секцию первого сосуда 3 через устройство для подачи твердых веществ, такое как устройство шнековой подачи или фурма 43, которые проходят через боковую стенку первого сосуда 3.

В добавление, кислород подают в первый сосуд 3 через фурму 45, которая имеет вытянутую вниз головку 47 фурмы с выходным отверстием, которое направляет кислород нисходящим потоком в центральной зоне первого сосуда 3.

Как описано выше, предварительно нагретую железную руду подают во второй сосуд 5 по линии 29, а поток отходящего газа, содержащий вовлеченные твердые вещества, из первого сосуда 3 подают во второй сосуд через линию 7.

В добавление, кислород вдувают во второй сосуд 5 через фурму 49, которая имеет вытянутую вниз головку 51 фурмы с выходным отверстием, которое направляет кислород нисходящим потоком в центральной зоне второго сосуда 5.

Вышеописанная подача угля, возвращаемых твердых веществ и псевдоожижающего газа в первый сосуд 3 образует восходящий поток из псевдоожижающего газа и вовлеченного угля и других возвращаемых твердых веществ в центральной зоне первого сосуда 3. Все больше и больше, по мере того как частицы угля и других удерживаемых твердых веществ перемещаются вверх, частицы отделяются от восходящего потока псевдоожижающего газа и текут нисходящим потоком, главным образом, в кольцеобразной области между центральной областью и боковой стенкой первого сосуда 3. В конечном счете, эти удерживаемые твердые вещества снова вовлекаются в восходящий поток псевдоожижающего газа.

Восходящий поток из псевдоожижающего газа и вовлеченных твердых веществ в центральной области первого сосуда 3 направлен противотоком по отношению к нисходящему потоку газообразного кислорода. Некоторые твердые вещества вблизи потока кислородсодержащего газа могут вовлекаться в кислородсодержащий газ и становиться в результате липкими. Полагают, что взаимодействие противоточных потоков псевдоожижающего газа и кислородсодержащего газа 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.

В первом сосуде мелкодисперсный уголь выделяет летучие вещества с образованием полукокса, и эти летучие вещества из угля разлагаются до газообразных продуктов (таких, как оксид углерода и водород). По меньшей мере часть полукокса и летучих веществ взаимодействуют с кислородом и образуют оксид углерода и продукты реакции с летучими веществами. Эти реакции проходят с выделением существенной теплоты, и, как описано выше, тепло переносят во второй сосуд 5 с помощью потока горячего отходящего газа, содержащего вовлеченные твердые вещества, который протекает во второй сосуд через линию 7.

Вышеописанная подача предварительно нагретой железорудной мелочи, потока горячего отходящего газа, содержащего вовлеченные твердые вещества, из первого сосуда 3, кислородсодержащего газа и псевдоожижающего газа во второй сосуд 3 образует восходящий поток из газа и вовлеченных твердых веществ в центральной области второго сосуда 5. Все больше и больше, по мере того как твердые частицы движутся вверх, твердые частицы отделяются от восходящего потока газа и текут вниз, главным образом, в кольцеобразной области между центральной областью и боковой стенкой второго сосуда 5. Такие повторно циркулирующие твердые вещества либо вновь вовлекаются в восходящий поток псевдоожижающего газа, либо их выпускают из сосуда.

Псевдоожижающий газ и восходящий поток твердых веществ, псевдоожиженных псевдоожижающим газом во втором сосуде 5, направлены противотоком по отношению к нисходящему потоку кислородсодержащего газа. Как описано выше в отношении первого сосуда, полагают, что этот противоточный поток псевдоожижающего газа и кислородсодержащего газа способствует понижению степени, до которой твердые вещества, которые вовлекаются в поток кислорода или проходят через него, контактируют с поверхностями сосуда и образуют отложения.

Вышеописанная подача предварительно нагретой железорудной мелочи, потока горячего отходящего газа, содержащего вовлеченные твердые вещества, из первого сосуда 3, кислородсодержащего газа и псевдоожижающего газа во второй сосуд 5 вызывает следующие реакции во втором сосуде:

реакция по меньшей мере части диоксида углерода (образовавшегося во время восстановления железной руды) с углеродом с образованием оксида углерода (реакция Будуара);

прямое восстановление железорудной мелочи до, по меньшей мере, частично восстановленного же

- 5 009505 леза с помощью оксида углерода и водорода, причем эти реакции образуют диоксид углерода и воду;

окисление твердых веществ и газов, таких как полукокс и частицы частично восстановленного металлоносного загружаемого материала, летучие вещества из угля, уносимые из первого сосуда 3, водорода и оксида углерода в верхней секции второго сосуда 5, которое вырабатывает теплоту и способствует регулируемой агломерации более мелких частиц частично восстановленной руды с другими частицами внутри псевдоожиженного слоя с образованием более крупных частиц восстановленной руды.

Заявитель не имеет полностью ясного понимания на этой стадии механизма или механизмов, которые позволяют достичь регулируемой агломерации металлоносного материала, которая отмечена в предшествующем абзаце. Несмотря на это, не желая быть связанным приведенными ниже комментариями, в научно-исследовательском проекте заявитель наблюдал, что образовавшиеся агломераты включают частицы более мелкого размера, в частности мелочи, которые слипаются друг с другом и с частицами большего размера. Заявитель предполагает, что условия в верхней секции сосуда являются такими, что:

(а) частицы железной руды микронных размеров, частично или полностью восстановленные, т.е. металлизованные, взаимодействуют с кислородом и образуют теплоту и получающиеся окисленные частицы становятся липкими; (б) мелкие частицы угля взаимодействуют с кислородом и окисляются и получаемая 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.

Установка, показанная на фиг. 2, по существу, идентична установке, показанной на фиг. 1, и использованы те же цифры ссылок для описаниях тех же особенностей.

Основным различием между двумя компоновками является то, что установка, показанная на фиг. 2, не имеет фурмы для вдувания кислорода во втором сосуде 5.

Причинами устранения кислородной фурмы во втором сосуде 5 может быть следующее: (а) можно достичь достаточной регулируемой агломерации путем вдувания кислорода только в первый сосуд 3, или (б) загружаемая железная руда не содержит большого количества ультрадисперсных частиц.

Исполнения настоящего изобретения, показанные на фиг. 1 и 2, могут иметь много модификаций без отступления от сущности и объема изобретения.

В качестве примера, хотя первый сосуд 3 каждого из исполнений включает фурму 45, которая имеет вытянутую вниз головку 47 фурмы, которая вдувает кислород нисходящим потоком, противоточным восходящему потоку твердых веществ и псевдоожижающего газа, настоящее изобретение не ограниченно только таким исполнением и распространяется на другие компоновки. Конкретно, настоящее изобретение не ограничивается вдуванием кислорода вниз через одну или более чем одну фурму 45, которая имеет вытянутую вниз головку 47 фурмы.

В добавление, настоящее изобретение не ограничивается противоточными потоками кислородсодержащего газа и твердых веществ и псевдоожижающего газа.

Claims (44)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ прямого восстановления металлоносного материала, характеризующийся тем, что включает подачу твердого углеродсодержащего материала и кислородсодержащего газа в псевдоожиженный слой в первом сосуде, проведение реакций между кислородсодержащим газом, твердым углеродсодержащим материалом и другими окисляемыми твердыми веществами и газами в псевдоожиженном слое с получением тепла и выпуск потока горячего отходящего газа, содержащего вовлеченные твердые вещества, и подачу металлоносного материала в твердом состоянии в псевдоожиженный слой во втором сосуде и подачу потока горячего отходящего газа, содержащего вовлеченные твердые вещества, из первого сосуда в псевдоожиженный слой во втором сосуде, по меньшей мере, частичное восстановление металлоносного материала в псевдоожиженном слое и выпуск потока продукта из, по меньшей мере, частично восстановленного металлоносного материала и потока отходящего газа, содержащего вовлеченные в него твердые вещества.
2. 2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в первом сосуде создают температуры, которые выше, чем рабочие температуры во втором сосуде.
3. 3. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что реакции в первом сосуде осуществляют при температурах выше 1000°С.
4. 4. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что реакции во втором сосуде осуществляют при температурах ниже 1000°С.
5. 5. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что кислородсодержащий газ подают в первый сосуд нисходящим потоком.

   - 6 009505
6. 6. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что введение кислородсодержащего газа во второй сосуд выполняют при таких регулируемых условиях, что происходит желаемая агломерация более мелких частиц восстановленной руды с другими частицами загружаемого материала с образованием более крупных частиц восстановленной руды.
7. 7. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что кислородсодержащий газ подают во второй сосуд предпочтительно нисходящим потоком.
8. 8. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что кислородсодержащий газ вдувают в первый сосуд и/или во второй сосуд по меньшей мере через одну фурму, имеющую головку фурмы с выходным отверстием, расположенную в центральной по отношению к боковой стенке области сосуда.
9. 9. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что головку фурмы направляют вниз, предпочтительно вертикально вниз.
10. 10. Способ по п.8 или 9, характеризующийся тем, что положение фурмы в сосуде по высоте 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.
11. 11. Способ по любому из пп.8-10, характеризующийся тем, что головку фурмы охлаждают водой.
12. 12. Способ по любому из пп.8-11, характеризующийся тем, что внешнюю поверхность головки фурмы охлаждают водой.
13. 13. Способ по любому из пп.8-12, характеризующийся тем, что кислородсодержащий газ вдувают в сосуд со скоростью, достаточной для образования, по существу, свободной от твердых веществ зоны в области головки фурмы, чтобы уменьшить возможность образования отложений на головке фурмы, которые могут блокировать вдувание кислородсодержащего газа.
14. 14. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что в сосуд вдувают азот, и/или пар, и/или другой подходящий защитный газ и защищают область выходного отверстия головки фурмы, чтобы уменьшить возможность образования отложений на головке фурмы, которые могут блокировать вдувание кислородсодержащего газа.
15. 15. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что металлоносный материал и горячий поток отходящего газа, содержащего вовлеченные твердые вещества, из первого сосуда подают в псевдоожиженный слой во втором сосуде.
16. 16. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что регулируют разность температур между средней температурой в псевдоожиженном слое во втором сосуде и средней температурой обращенной внутрь поверхности боковой стенки второго сосуда так, что она составляет не более 100°С, предпочтительно не более 50°С.
17. 17. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что при восстановлении металлоносного материала, находящегося в форме железорудной мелочи, среднюю температуру в псевдоожиженном слое во втором сосуде поддерживают в интервале от 850 до 1000°С, предпочтительно равной по меньшей мере 900°С и более предпочтительно равной по меньшей мере 950°С.
18. 18. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что регулируют изменение температуры внутри псевдоожиженного слоя во втором сосуде так, что оно составляет менее 50°С.
19. 19. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что регулируют давление, по меньшей мере, во втором сосуде так, что оно находится в интервале от 0,1 до 1 МПа (от 1 до 10 бар) абсолютного давления и более предпочтительно 0,1-1 МПа (1-10 бар) абсолютного давления.
20. 20. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что в металлоносном материале, находящемся в форме железорудной мелочи, мелочь сортируют до крупности минус 6 мм.
21. 21. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что мелочь имеет средний размер частиц в интервале 0,1-0,8 мм.
22. 22. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что углеродсодержащим материалом является уголь, предпочтительно уголь со средневысоким содержанием летучих веществ, размолотый до минус 6 мм.
23. 23. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что псевдоожижающий газ включает неокислительный газ.
24. 24. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что псевдоожижающий газ во втором сосуде включает восстановительный газ, такой как оксид углерода и водород.
25. 25. Способ по п.24, характеризующийся тем, что количество водорода в псевдоожижающем газе во втором сосуде выбирают так, что оно составляет по меньшей мере 10 об.% от общего объема оксида углерода и водорода в газе.
26. 26. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что, по меньшей мере, частично восстановленный металлоносный материал и по меньшей мере часть других твердых веществ отделяют от потока продукта из второго сосуда.
27. 27. Способ по п.26, характеризующийся тем, что по меньшей мере часть других твердых веществ,

    - 7 009505 отделенных от потока продукта, возвращают в первый сосуд и/или во второй сосуд.
28. 28. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что по меньшей мере часть твердых веществ отделяют от потока отходящего из второго сосуда газа.
29. 29. Способ по п.28, характеризующийся тем, что твердые вещества, отделенные от выпускаемого потока отходящего газа, подают в первый сосуд.
30. 30. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что металлоносный материал перед загрузкой предварительно нагревают отходящим из второго сосуда газом.
31. 31. Способ по п.30, характеризующийся тем, что предварительно нагретый отходящий газ обрабатывают для получения псевдоожижающего газа, по меньшей мере часть которого возвращают в первый сосуд и/или во второй сосуд.
32. 32. Способ по п.31, характеризующийся тем, что 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 диоксида углерода, (д) сжатие и (е) повторное нагревание.
33. 33. Способ по п.31 или 32, характеризующийся тем, что обработка отходящего газа включает возврат по меньшей мере части отделенных твердых веществ в первый сосуд или во второй сосуд.
34. 34. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что кислородсодержащий газ включает по меньшей мере 90 об.% кислорода.
35. 35. Способ по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что восстановленный металлоносный материал после его выпуска из сосуда подвергают плавлению до получения расплавленного металла.
36. 36. Установка прямого восстановления металлоносного материала, характеризующаяся тем, что включает:

    (а) первый сосуд для выработки потока горячего отходящего газа, включающего вовлеченные твердые вещества, причем первый сосуд включает впускные средства для подачи в него твердого углеродсодержащего материала, псевдоожижающего газа и кислородсодержащего газа с целью поддержания псевдоожиженного слоя в этом сосуде и получения потока горячего отходящего газа, содержащего вовлеченные твердые вещества, и выпускное средство для выпуска из сосуда потока отходящего газа, содержащего вовлеченные твердые вещества, и (б) второй сосуд для, по меньшей мере, частичного восстановления металлоносного материала в твердом состоянии в псевдоожиженном слое, причем второй сосуд включает впускные средства для подачи в него металлоносного материала, потока горячего отходящего газа, содержащего вовлеченные твердые вещества, из первого сосуда и псевдоожижающего газа для поддержания псевдоожиженного слоя в этом сосуде, средства для выпуска из него преимущественно потока твердых веществ из, по меньшей мере, частично восстановленного металлоносного материала и для выпуска потока отходящего газа и вовлеченных твердых веществ из второго сосуда.
37. 37. Установка по п.36, характеризующаяся тем, что впускное средство для подачи кислородсодержащего газа в первый сосуд включает фурму, имеющую головку с выходным отверстием, расположенную в центральной по отношению к боковой стенке области сосуда.
38. 38. Установка по п.37, характеризующаяся тем, что головка фурмы направлена вниз в центральной области сосуда для вдувания кислородсодержащего газа нисходящим потоком.
39. 39. Установка согласно любому из пп.36-38, характеризующаяся тем, что второй сосуд включает впускное средство для подачи в него кислородсодержащего газа.
40. 40. Установка по п.39, характеризующаяся тем, что впускное средство для подачи кислородсодержащего газа во второй сосуд включает фурму, имеющую головку с выходным отверстием, расположенную в центральной по отношению к боковой стенке области сосуда.
41. 41. Установка по п.40, характеризующаяся тем, что головка фурмы направлена вниз в центральной области сосуда для вдувания кислородсодержащего газа нисходящим потоком.
42. 42. Установка по любому из пп.36-41, характеризующаяся тем, что она имеет средство для отделения вовлеченных твердых веществ от потока отходящего из второго сосуда газа.
43. 43. Установка по п.42, характеризующаяся тем, что первый сосуд дополнительно включает впускное средство для подачи в него твердых веществ, отделенных в указанном средстве для отделения, от потока газа, отходящего из второго сосуда.
44. 44. Установка по п.42 или 43, характеризующаяся тем, что она имеет средство для обработки потока отходящего из второго сосуда газа и получения по меньшей мере части псевдоожижающего газа, соединенное с впускным средством для подачи этого газа в первый сосуд и/или второй сосуд.