RU2021130757A - Способ и устройство получения прямовосстановленного металла - Google Patents

Claims (35)

1. Способ получения прямовосстановленного металлического материала, включающий в себя этапы, на которых

a) загружают подлежащий восстановлению металлический материал в пространство (120) печи;

b) откачивают имеющуюся атмосферу из пространства (120) печи для создания разрежения внутри пространства (120) печи;

c) подводят, на этапе основного нагрева, тепло и газообразный водород в пространство (120) печи для нагрева нагретым газообразным водородом загруженного металлического материала до температуры, достаточно высокой для восстановления присутствующих в металлическом материале оксидов металлов, что, в свою очередь, приводит к образованию водяного пара; и

d) осуществляют конденсацию и сбор образовавшегося на этапе с) водяного пара в конденсаторе (160) под загруженным металлическим материалом;

отличающийся тем, что этапы с) и d) выполняют по меньшей мере до тех пор, пока внутри пространства (120) печи не будет достигнуто избыточное давление водородной атмосферы, причем из пространства (120) печи не откачивают газообразный водород до тех пор, пока не будет достигнуто указанное избыточное давление.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап с) дополнительно содержит, на этапе предварительного нагрева, подвод тепла и газообразного водорода в пространство (120) печи для нагрева нагретым газообразным водородом загруженного металлического материала до температуры выше температуры кипения содержащейся в металлическом материале воды, в результате чего происходит испарение указанной содержащейся воды.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что подвод газообразного водорода в пространство (120) печи на указанном этапе предварительного нагрева регулируют таким образом, чтобы он был достаточно медленным для поддержания по существу равновесия давлений от начала до конца выполнения указанного этапа предварительного нагрева.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что откачку на этапе b) осуществляют таким образом, чтобы внутри пространства (120) печи было достигнуто давление не выше 0,5 бар.

5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что подвод тепла на этапе с) осуществляют непосредственно в газообразный водород, также подводимый на этапе с).

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что тепло в подводимый газообразный водород подводят посредством нагревательных элементов (121), расположенных в верхней части пространства (120) печи.

7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что газообразный водород для подвода на этапе с) предварительно нагревают в теплообменнике (160), причем теплообменник (160) выполнен с возможностью передачи тепловой энергии от водяного пара газообразному водороду, предназначенному для подвода на этапе с).

8. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что этап основного нагрева на этапе с) и конденсацию на этапе d) осуществляют до тех пор, пока не будет достигнуто предварительно заданное давление.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что предварительно заданное давление составляет по меньшей мере 4 бар, предпочтительно по меньшей мере 8 бар.

10. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что этап основного нагрева на этапе с) и конденсацию на этапе d) осуществляют до тех пор, пока не будет достигнуто стационарное состояние с точки зрения отсутствия дальнейшей необходимости подвода дополнительного газообразного водорода для поддержания достигнутого стационарного давления газа внутри пространства (120) печи.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что стационарное давление газа составляет по меньшей мере 4 бар, предпочтительно по меньшей мере 8 бар.

12. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что этап основного нагрева на этапе с) и конденсацию на этапе d) осуществляют до тех пор, пока не будет достигнута предварительно заданная температура загруженного подлежащего восстановлению металлического материала.

13. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что во время выполнения этапа с) имеет место нисходящий чистый поток водяного пара через загруженный металлический материал.

14. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя этапы, на которых:

e) после завершения этапов с) и d), охлаждают водородную атмосферу до температуры не выше 100°С;

f) после завершения этапа е), откачивают водородную атмосферу из пространства (120) печи и собирают газообразный водород откачанной водородной атмосферы.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что охлаждение на этапе е) осуществляют за счет теплообмена с газообразным водородом, предназначенным для подачи в пространство другой печи для выполнения этапов а) - с) применительно к указанному пространству другой печи.

16. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя этап, на котором:

g) хранят и/или транспортируют восстановленный металлический материал в инертной атмосфере.

17. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что этапы с) и d) выполняют в течение по меньшей мере 0,25 ч.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что этап основного нагрева на этапе с) выполняют циклически, при этом в каждом цикле ждут, пока не будет достигнуто стационарное давление внутри пространства (120) печи перед тем, как осуществить подачу дополнительного количества тепла и газообразного водорода.

19. Система (100; 200) получения прямовосстановленного металлического материала, содержащая

закрытое пространство (120) печи, выполненное с возможностью вмещения загружаемого подлежащего восстановлению металлического материала;

средство (260) откачки атмосферы, выполненное с возможностью откачки имеющейся атмосферы из пространства (120) печи для создания разрежения внутри пространства (120) печи;

средство подвода тепла и водорода (121; 280, 290), выполненное с возможностью подвода тепла и газообразного водорода в пространство (120) печи;

управляющее устройство (201), выполненное с возможностью управления, на этапе основного нагрева, средством (121; 280, 290) подвода тепла и водорода для нагрева нагретым газообразным водородом загруженного металлического материала до температуры, достаточно высокой для восстановления присутствующих в металлическом материале оксидов металлов, что, в свою очередь, приводит к образованию водяного пара;

средство (160, 161) охлаждения и сбора, расположенное под загруженным металлическим материалом, выполненное с возможностью конденсации и сбора водяного пара,

отличающаяся тем, что управляющее устройство (201) выполнено с возможностью управления средством (121; 280, 290) подвода тепла и водорода для подвода тепла и газообразного водорода по меньшей мере до тех пор, пока внутри пространства (120) печи не будет достигнуто избыточное давление водородной атмосферы, причем система (100; 200) выполнена таким образом, чтобы не откачивать газообразный водород из пространства (120) печи до тех пор, пока не будет достигнуто указанное избыточное давление.

20. Система (100; 200) по п. 19, отличающаяся тем, что управляющее устройство (201) выполнено с возможностью управления средством (121; 280, 290) подвода тепла и водорода на этапе предварительного нагрева для нагрева нагретым газообразным водородом загруженного металлического материала до температуры выше температуры кипения содержащейся в металлическом материале воды, что приводит к испарению указанной содержащейся воды.

21. Система (100; 200) по п. 19 или 20, отличающаяся тем, что дополнительно содержит датчик (123, 124) давления, выполненный с возможностью измерения давления внутри пространства (120) печи, причем управляющее устройство (201) выполнено с возможностью управления средством (121; 280, 290) подвода тепла и водорода для подвода газообразного водорода до тех пор, пока не будет достигнуто стационарное давление.