RU2121003C1 - Устройство псевдоожиженного слоя для восстановления железной руды и способ восстановления железной руды с использованием этого устройства - Google Patents

Abstract

Сущность: устройство включает последовательно соединенные печь для сушки и предварительного нагрева с первым циклоном, соединенным с ней, первичную печь предварительного восстановления с вторым циклоном, соединенным с ней, вторичную восстанавливающую печь с высокой скоростью газового потока для окончательного восстановления только части предварительно восстановленной железной руды с крупными частицами в псевдоожиженном кипящем состоянии, с одновременным выносом части железной руды, с частицами среднего и мелкого размера, вторичную восстанавливающую печь с низкой скоростью газового потока для окончательного восстановления железной руды с частицами среднего и мелкого размера, с образованием из нее псевдоожиженного кипящего слоя, внутренний циклон, установленный во вторичной восстанавливающей печи с низкой скоростью газового потока и третий циклон для улавливания пылеобразной железной руды, не уловленной внутренним циклоном. Печь для сушки и предварительного нагрева и печи для предварительного и окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока выполнены в виде печей с переменным диаметром по высоте. Высота каждой нижней части этих печей в 7-12 раз больше их внутреннего диаметра, а высота каждой их верхней части в 2-4 раза больше соответствующего внутреннего диаметра. Высота печей с высокой скоростью газового потока в 20-30 раз больше их внутреннего диаметра. Трехэтапное устройство восстановления типа псевдоожиженного слоя и способ с его использованием для восстановления железной руды с мелкими частицами с широким диапазоном размеров позволяют улучшить утилизацию газа и степень восстановления, снижая время нахождения железной руды и увеличивая показатель предварительного восстановления восстановленного железа. 5 с. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Устройство псевдоожиженного слоя для восстановления железной руды и способ восстановления железной руды с использованием этого устройства
Предпосылки создания изобретения
Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству восстановления типа псевдоожиженного слоя для восстановления мелких частиц железной руды в ходе производства чугуна или технически чистого железа и способу восстановления мелких частиц железной руды с использованием такого устройства и, в частности, к устройству восстановления типа псевдоожиженного слоя, которое способно эффективно восстанавливать мелкие частицы железной руды с широким диапазоном размеров в стабильном псевдоожиженном состоянии и способу восстановления мелких частиц железной руды с использованием данного устройства.

Предшествующий уровень техники
В общем случае обычные способы производства чугуна из восстановленной железной руды включают способ, использующий доменные печи и способ, использующий шахтные печи. В последнем способе железная руда, восстановленная в шахтной печи, плавится в электрической печи.

В случае способа производства чугуна с использованием доменных печей в качестве источника тепла и восстанавливающего вещества используется большое количество кокса. В соответствии с этим способом железная руда загружается в форме спеченной руды для улучшения проникновения газа и восстановления.

В конечном счете, обычные способы, использующие доменные печи, требуют применения коксовых печей для производства коксующего угля и оборудование для производства спеченной руды. По этой причине, способы с использованием доменных печей представляют собой способ, требующий значительных инвестиций и высокого потребления энергии. Поскольку коксующий уголь высокого качества распределен в мире весьма неравномерно и количество его запасов истощается, остро ощущается его нехватка, в то время как потребность в стали повышается. С другой стороны, способ восстановления железной руды с использованием шахтных печей требует применения этапа предварительной обработки для окомковывания железной руды. Поскольку этот способ, кроме того, использует природный газ в качестве источника тепла и восстанавливающего вещества, его недостаток состоит в том, что он может иметь коммерческое применение только в регионах, где имеются легко доступные месторождения природного газа.

В последнее время стал внедряться новый замечательный способ производства железа - способ восстановления плавлением, в результате которого стало возможным получать технически чистое железо с использованием некоксующего угля вместо кокса. Такой способ восстановления плавлением обычно использует систему, в которой железная руда, предварительно восстановленная в отдельной печи, полностью восстанавливается в плавильной печи для производства горячего металла.

В восстанавливающей печи железная руда восстанавливается в твердой фазе перед тем, как она будет расплавлена. Другим словами, железная руда, загруженная в восстанавливающую печь, восстанавливается, будучи в контакте с горячим восстанавливающим газом, вырабатываемым в плавильной печи.

Процесс восстановления, используемый в этом способе, разделяется на два типа: тип с подвижным слоем и тип с псевдоожиженным слоем, в зависимости от условий, каким способом железная руда находится в контакте с восстанавливающим газом. Известно, что один из наиболее обещающих способов восстановления очищенной железной руды с мелкими частицами с широким диапазоном размеров, является процесс типа псевдоожиженного слоя, в котором руда восстанавливается в псевдоожиженном состоянии с помощью восстанавливающего газа, подаваемого через распределитель, который устанавливается в нижней части реакторной печи.

Пример восстанавливающей печи типа псевдоожиженного слоя описан в японской выложенной публикации по практической модели M Sho. 58-217615, и ее конструкция представлена на фиг. 1. Как показано на фиг. 1, эта печь включает цилиндрический корпус печи 1, в котором восстанавливаются мелкие частицы железной руды. Цилиндрический корпус 1 печи снабжен входным отверстием 2 для руды, входным отверстием 3 для восстанавливающего газа, выходным отверстием 4 для восстановленной руды и выходным отверстием 5 для выходного газа.

В этой печи типа псевдоожиженного слоя мелкие частицы железной руды сначала загружаются в цилиндрический корпус 1 печи через входное отверстие 2 для руды. Когда восстанавливающий газ подается в печь через газовый распределитель 6 при соответствующей скорости потока, железная руда формирует псевдоожиженный слой над распределителем так, что ее частицы могут смешиваться и перемешиваться с восстанавливающим газом, и в этом состоянии железная руда может восстанавливаться восстанавливающим газом. Восстанавливающий газ, подаваемый в восстанавливающую печь, формирует пузырьки в слое частиц железной руды так, как если бы это была кипящая жидкость, и затем поднимается через слой частиц, формируя псевдоожиженный кипящий слой. Восстановленная железная руда выгружается из печи через выходное отверстие 4 для руды и затем подается в плавильный газификатор.

Для этого восстанавливающего устройства типа псевдоожиженного слоя необходимо минимизировать скорость потока восстанавливающего газа, для формирования эффективно псевдоожиженного слоя, таким образом, чтобы не только уменьшить вынос частиц железной руды, но также увеличить эффективность восстанавливающего газа. В конечном счете, размер частиц железной руды должен быть строго ограничен в определенных пределах. Другими словами, скорость потока восстанавливающего газа, требуемая для формирования эффективного псевдоожиженного слоя, строго зависит от размера частиц железной руды, которую необходимо восстанавливать. В результате этого, становится невозможным обрабатывать частицы железной руды, имеющих широкий диапазон размера частиц. По этой причине, размер частиц железной руды, которая загружается в упомянутую выше печь типа псевдоожиженного слоя, ограничивается обычно величиной 1 мм и меньше. Однако по меньшей мере, 50% железной руды, поставляемой в качестве сырья в сталеплавильной промышленности, имеет размер частиц более 1 мм.

Поэтому в такой восстанавливающей печи типа псевдоожиженного слоя перед использованием железная руда подвергается процессу просеивания для сортировки размера ее частиц, и руда, имеющая частицы большего размера, загружается в восстанавливающую печь после дробления до требуемого размера частиц, либо поступает непосредственно в шахтную печь, которая имеет вышеупомянутый недостаток. В результате увеличивается стоимость оборудования из-за увеличения количества этапов обработки.

Кроме того, из патента Австрии 390 662 C 21 B 11/02, 1990, известно устройство псевдоожиженного слоя для восстановления железной руды с широким диапазоном размеров частиц, содержащее печь псевдоожиженного слоя для предварительного восстановления руды с отверстиями и трубопроводами для ввода и вывода руды, ввода и вывода соответственно реакционного и отходящего газов и циклов для улавливания выносимой из печи руды с отверстиями для ввода отходящего газа, отверстиями и трубопроводами для отвода очищенного газа и уловленной в нем руды.

Технический результат изобретения заключается в эффективном восстановлении железной руды с частицами в широком диапазоне размеров в стабильно псевдоожиженном состоянии с максимальным коэффициентом использования газа в восстанавливающих печах типа псевдоожиженного слоя, входящих в его состав, уменьшении времени нахождения в нем частиц железной руды и увеличении коэффициента полезного действия при производстве восстановленного железа.

Этот технический результат достигается за счет того, что устройство снабжено оборудованной загрузочной воронкой- печью для сушки и предварительного нагрева, установленной перед печью для предварительного восстановления, и размещенными после нее двумя печами для окончательного восстановления с высокой и низкой скоростью газового потока, причем все печи выполнены в виде печей псевдоожиженного слоя с газовыми распределителями в их нижних частях, отверстиями для ввода реакционного газа в донных частях, отверстиями и трубопроводами для ввода и вывода руды в боковых стенках и отверстиями и трубопроводами для вывода отходящего газа в верхних частях боковых стенок, причем все печи, кроме печи для окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока, оборудованы циклонами для улавливания выносимой из них руды с отверстиями для ввода отходящих из печи газов и с отверстиями и трубопроводами для вывода очищенного газа и уловленной в циклонах руды, печь для сушки и предварительного нагрева имеет два отверстия и два трубопровода для раздельного вывода крупной и средней и мелкой фракций руды, которые соединены между собой и с трубопроводом для вывода уловленной в циклоне этой печи руды с образованием общей подводящей линии, соединенной с отверстием для ввода руды печи для предварительного восстановления, которая в свою очередь также выполнена с двумя отверстиями для раздельного вывода крупной и средней и мелкой фракций руды, которые аналогично соединены между собой и с трубопроводом вывода уловленной в циклоне этой печи руды с образованием второй общей подводящей линии, соединенной с отверстием для ввода руды печи для окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока, имеющей отверстие в нижней части боковой стенки для вывода крупной фракции руды и отверстие для вывода средней и мелкой фракции руды, которое совпадает с отверстием для вывода из печи отходящего газа и соединено с отверстием для ввода руды печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока, при этом трубопровод вывода руды из печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока соединен с трубопроводом вывода уловленной в циклоне этой печи руды с образованием общей выводящей линии, причем отверстие для вывода очищенного газа от циклона печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока соединено с отверстием для ввода газа печи для предварительного восстановления, отверстие для вывода очищенного газа от циклона печи для предварительного восстановления соединено с отверстием для ввода газа печи для сушки и предварительного нагрева руды, а отверстие для вывода очищенного газа от циклона печи для сушки и предварительного нагрева соединено с атмосферой.

В соответствии с одним из аспектов изобретения указанный технический результат достигается в устройстве псевдоожиженного слоя для восстановления железной руды с широким диапазоном размеров частиц, содержащее печь псевдоожиженного слоя для предварительного восстановления руды с отверстиями и трубопроводами для ввода и вывода руды, ввода и вывода, соответственно, реакционного и отходящего газов, циклон для улавливания выносимой из печи руды с отверстиями для ввода отходящего газа и отверстиями и трубопроводами вывода очищенного газа и уловленной в нем руды, а также плавильной газификатор с отверстиями и трубопроводами для ввода восстановленной руды и отвода полученного в нем газа, отличающееся тем, что устройство снабжено оборудованной загрузочной воронкой-печью псевдоожиженного слоя для сушки и предварительного нагрева руды, установленной перед печью для предварительного восстановления, и размещенными после нее второй печью для предварительного восстановления и двумя печами для окончательного восстановления предварительно восстановленной руды, причем одна печь для предварительного восстановления и одна печь для окончательного восстановления выполнены в виде печей псевдоожиженного слоя с высокой скоростью газового потока, а две другие печи для предварительного и окончательного восстановления - в виде печей псевдоожиженного слоя с низкой скоростью газового потока, при этом все печи выполнены с отверстиями для ввода реакционного газа в донных частях, отверстиями для ввода и вывода руды в боковых стенках и отверстиями и трубопроводами для вывода отходящего газа в боковых стенках в верхних частях, при этом все печи, кроме печи для предварительного восстановления с высокой скоростью газового потока, оборудованы циклонами для улавливания выносимой из них руды с отверстиями для ввода отходящих газов и отверстиями и трубопроводами для вывода очищенного газа и уловленной в циклонах руды, при этом отверстие для вывода руды из печи для сушки и предварительного нагрева соединено с отверстием для ввода руды печи для предварительного восстановления с высокой скоростью газового потока, которая имеет отверстие для вывода руды с крупной фракцией в нижней части, соединенное с отверстием для ввода руды печи для окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока и отверстие для вывода средней и мелкой фракций руды, совпадающие с отверстием для вывода из нее отходящего газа и соединенное с отверстием для ввода руды печи для предварительного восстановления с низкой скоростью газового потока, отверстие для вывода руды которой соединено с отверстием для ввода руды печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока, при этом трубопровод для вывода руды, уловленной в циклоне печи для предварительного восстановления с низкой скоростью газового потока, соединен с отверстием для ввода руды в эту печь или с отверстием для ввода руды печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока, трубопроводы для вывода руды, уловленной в циклонах печей для окончательного восстановления с высокой и низкой скоростью газового потока соединены с отверстием для ввода руды печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока или с отверстием для ввода руды в плавильный газификатор, расположенным в его нижней части, при этом отверстие для вывода газа из плавильного газификатора соединено с отверстиями для ввода газа печей для окончательного восстановления с высокой и низкой скоростями газового потока, отверстие для вывода очищенного газа из циклона печи для окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока соединено с отверстием для ввода газа печи для предварительного восстановления с высокой скоростью газового потока, отверстие для вывода очищенного газа из циклона печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока соединено с отверстием для ввода газа печи для предварительного восстановления с низкой скоростью газового потока, отверстие для вывода очищенного газа от циклона последней печи соединено с отверстием для ввода газа печи для сушки и предварительного нагрева руды, а отверстие для вывода очищенного газа из печи для сушки и предварительного нагрева соединено с атмосферой.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения указанный технический эффект достигается в устройстве псевдоожиженного слоя для восстановления железной руды с широким диапазоном размеров частиц, содержащем печь псевдоожиженного слоя для предварительного восстановления руды с отверстиями и трубопроводами для ввода и вывода руды, ввода и вывода, соответственно, реакционного и отходящего газов, циклон для улавливания выносимой из печи руды с отверстиями для ввода отходящего газа, отверстиями и трубопроводами отвода очищенного газа и уловленной в нем руды, а также плавильной газификатор с отверстиями и трубопроводами для ввода восстановленной руды и отвода полученного в нем восстановительного газа, которое отличается тем, что устройство снабжено оборудованной загрузочной воронкой-печью для сушки и предварительного нагрева руды, установленной перед печью для предварительного восстановления, и размещенными после нее второй печью для предварительного восстановления и двумя печами для окончательного восстановления предварительно восстановленной руды, причем одна печь для предварительного восстановления и одна печь для окончательного восстановления выполнены в виде печей псевдоожиженного слоя с высокой скоростью газового потока, а две другие печи для предварительного и окончательного восстановления в виде печей псевдоожиженного слоя с низкой скоростью газового потока, все печи выполнены с газовыми распределителями в их нижних частях, с отверстиями для ввода реакционного газа в донных частях, отверстиями для ввода и вывода руды в боковых стенках и отверстиями для вывода отходящего газа в верхних боковых частях, при этом все печи, кроме печи для предварительного восстановления с высокой скоростью газового потока, оборудованы циклонами для улавливания выносимой из них руды с отверстиями для ввода отходящих газов и отверстиями и трубопроводами для вывода очищенного газа и уловленной в циклонах руды, печь для сушки предварительного нагрева руды имеет два отверстия и два трубопровода для раздельного вывода крупной и средней и мелкой фракций руды, которые соединены между собой и трубопроводом для вывода уловленной в циклоне этой печи руды с образованием общей подводящей линии, которая соединена с входным отверстием печи для предварительного восстановления с высокой скоростью газового потока, имеющей отверстие для вывода крупной фракции руды, которое расположено в нижней части печи и соединено с входным отверстием для руды печи окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока, а также отверстие для вывода средней и мелкой фракции руды, расположенное в верхней боковой части печи, совпадающее с отверстием для отвода отработанного газа и соединенное с отверстием для ввода руды печи предварительного восстановления с низкой скоростью газового потока, при этом печь для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока имеет два отверстия для ввода в нее руды, одно из которых соединено с отверстием для вывода средней и мелкой фракции печи для предварительного восстановления с низкой скоростью газового потока, а второе отверстие соединено с отверстиями для вывода руды из циклона печи для окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока и из циклона своей печи, которые одновременно соединены с отверстием для ввода руды в плавильный газификатор за счет соединения соответствующих трубопроводов между собой и расположения в месте их пересечения клапанов выгрузки в двух направлениях, при этом выходные отверстия для вывода руды из печей окончательного восстановления с высокой скоростью и низкой скоростью газового потока соединены с отверстиями для ввода руды в плавильный газификатор, причем отверстие для вывода газа, получаемого в плавильном газификаторе, соединено с отверстиями для ввода газа печей окончательного восстановления с низкой и высокой скоростями газового потока, отверстие для вывода очищенного газа из циклона печи окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока соединено с отверстием для ввода газа печи для предварительного восстановления с высокой скоростью газового потока, отверстие для вывода очищенного газа из циклона печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока соединено с отверстием для ввода газа печи для предварительного восстановления с низкой скоростью газового потока, отверстие для вывода очищенного газа из циклона последней печи соединено с отверстием для ввода газа печи для сушки и предварительного нагрева руды, отверстие для вывода очищенного газа из циклона печи для сушки и предварительного нагрева соединено с атмосферой.

Другие цели и аспекты настоящего изобретения будут ясны из следующего описания вариантов осуществления с одновременным рассмотрением прилагаемых чертежей, на которых: фиг.1 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее обычную восстанавливающую печь типа псевдоожиженного слоя, для восстановления железной руды, а также фиг. 2 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее восстанавливающее устройство типа псевдоожиженного слоя, для восстановления мелких частиц железной руды с широким диапазоном размеров в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения; фиг. 3 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее восстанавливающее устройство типа псевдоожиженного слоя, для восстановления мелких частиц железной руды с широким диапазоном размеров в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения; фиг. 4 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее восстанавливающее устройство типа псевдоожиженного слоя, для восстановления мелких частиц железной руды с широким диапазоном размеров в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения; фиг.5 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость расщепления железной руды от времени восстановления в псевдоожиженном слое; фиг. 6 представляет собой график, иллюстрирующий изменение величины предельно допустимой скорости в зависимости от давления восстанавливающего газа, соответственно представленное для предварительного восстановления (Предварительное восстановление) и окончательного восстановления частиц с различным размером; а также фиг.7 представляет собой график, иллюстрирующий изменение минимальной скорости формирования псевдоожиженного слоя в зависимости от давления восстанавливающего газа, соответственно представленное для предварительного восстановления (Предварительное восстановление) и окончательного восстановления частиц с различным размером.

На фиг. 2 представлено устройство восстановления типа псевдоожиженного слоя, для восстановления мелких частиц железной руды с широким диапазоном размеров в соответствии с настоящим изобретением.

Как показано на фиг. 2, устройство восстановления типа псевдоожиженного слоя включает печь 10 для сушки и предварительного нагрева руды, поступающей из загрузочной воронки 90, первичную восстанавливающую печь 20 для предварительного восстановления высушенной и предварительно нагретой железной руды из печи 10 для сушки и предварительного нагрева, вторичную восстанавливающую печь 30 с высокой скоростью газового потока для окончательного восстановления части железной руды с частицами крупного размера, предварительно восстановленной в первичной восстанавливающей печи, с формированием из нее псевдоожиженного кипящего слоя, с выносом части железной руды с частицами среднего и мелкого размера во вторичную восстанавливающую печь с низкой скоростью газового потока и вторичную восстанавливающую печь 40 с низкой скоростью газового потока для окончательного восстановления железной руды с частицами среднего и мелкого размера, поступающей из вторичной восстанавливающей печи 30 с высокой скоростью газового потока, с формированием из нее псевдоожиженного слоя.

Печь 10 для сушки и предварительного нагрева имеет расширенный сверху и суженный снизу цилиндрический корпус, в котором диаметр его нижней части меньше, чем верхней части, т.е. корпус печи 10 для сушки и предварительного нагрева включает расширенную цилиндрическую секцию 101, среднюю коническую секцию 102, диаметр которой постепенно увеличивается от ее нижней части к ее верхней части, и суженную нижнюю цилиндрическую секцию 103. Печь 10 для сушки и предварительного нагрева имеет в своей донной части первое входное отверстие 11 подачи газа, для приема выходного газа из первичной восстанавливающей печи 20. Первый газовый распределитель 12, установлен в нижней секции 103 печи 10 для сушки и предварительного нагрева, для равномерного распределения выходного газа, поступающего через первое входное отверстие 11 подачи газа в печь 10 для сушки и предварительного нагрева.

Печь 10 для сушки и предварительного нагрева также имеет в боковой стенке ее нижней секции 103 первое входное отверстие 15 для руды для приема железной руды из загрузочной воронки 90, первое выходное отверстие 13 для крупных частиц железной руды для выгрузки части высушенной и предварительно нагретой железной руды с частицами крупного размера из печи 10 для сушки и предварительного нагрева и первое отверстие 14 для руды с частицами среднего и мелкого размера для выгрузки части высушенной и предварительно нагретой руды с частицами среднего и мелкого размера из печи 10 для сушки и предварительного нагрева. Первое отверстие 16 для выходного газа находится на боковой стенке верхней секции 101 для выпуска выходного газа из печи 10 для сушки и предварительного нагрева.

Первое входное отверстие 15 для руды соединяется с загрузочной воронкой 90 через подводящую линию 91 так, что через нее может загружаться железная руда. Первое выходное отверстие 16 для выходного газа соединяется с первым циклоном 50 через первую линию 53 для выходного газа. Выходные отверстия 13 и 14 для руды с крупными частицами и частицами среднего и мелкого размера соединяются с первичной восстанавливающей печью 20 через первую подводящую линию 17 так, что через нее может подаваться железная руда. Первый циклон 50 имеет первую линию 51 выгрузки пылеобразной руды и первую линию 52 выпуска очищенного газа. Первая линия 51 выгрузки пылеобразной руды соединяется одним своим концом с первой подводящей линией 17 так, что через нее подается железная руда.

Предпочтительно, чтобы первая линия P₁ продувочного газа, которая ответвляется от второй линии 62 выпуска очищенного газа первичной восстанавливающей печи 20, присоединялась бы к изогнутой части первой подводящей линии 17 так, чтобы через нее подавалось небольшое количество продувочного газа в первую подводящую линию 17, предохраняя, таким образом, подводящую линию 17 от закупорки железной рудой, которая подается по линии 17. С той же целью другая линия продувочного газа (не показана), соединенная со второй линией 62 выпуска очищенного газа, может быть присоединена к изогнутой части первой линии 51 выгрузки пылеобразной руды.

Аналогично печи 10 для сушки и предварительного нагрева, первичная восстанавливающая печь 20 имеет корпус с расширенной верхней и суженной нижней цилиндрическими частями, в которой диаметр ее нижней части меньше, чем диаметр верхней. Т.е. корпус первичной восстанавливающей печи 20 включает расширенную верхнюю цилиндрическую секцию 201, среднюю коническую секцию 202, диаметр которой постепенно увеличивается от ее нижней части до ее верхней части и суженную нижнюю цилиндрическую секцию 203. Первичная восстанавливающая печь 20 имеет в своей донной части второе входное отверстие 21 для газа для приема выходного газа из вторичной восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока. Второй газовый распределитель 22 установлен в нижней секции 203 первичной восстанавливающей печи 20, для равномерного распределения выходного газа, поступающего через второе входное отверстие 21 для газа в первичной восстанавливающей печи 20.

Первичная восстанавливающая печь 20 также имеет в боковой стенке своей нижней секции 203 второе входное отверстие 25 для приема железной руды из печи 10 для сушки и предварительного нагрева, второе выходное отверстие 23 для крупных частиц руды, для выгрузки части предварительно восстановленной железной руды с частицами крупного размера из первичной восстанавливающей печи 20 и второе выходное отверстие 24, для руды с частицами среднего и мелкого размера для выгрузки части предварительно восстановленной железной руды с частицами среднего и мелкого размера из первичной восстанавливающей печи 20. Второе выходное отверстие 26 для выходного газа помещено на боковой стенке верхней секции 201 для выпуска выходного газа из первичной восстанавливающей печи 20.

Второе входное отверстие 25 для руды соединяется с печью 10 для сушки и предварительного нагрева через первую линию 17 циркуляции таким образом, чтобы принимать высушенную и предварительно нагретую железную руду из печи 10 для сушки и предварительного нагрева. Второе выходное отверстие 26 для выходного газа соединяется со вторым циклоном 60 через вторую линию 63 для выходного газа так, что через нее подается выходной газ. Вторые выходные отверстия 23 и 24 железной руды с крупными частицами и с частицами среднего и мелкого размера соединяются со вторичной восстанавливающей печью 30 с высокой скоростью газового потока через вторую подводящую линию 27 таким образом, чтобы через нее поступала железная руда. Вторая линия 61 выгрузки пылеобразной руды соединена одним из своих концов с донной частью второго циклона 60. Вторая линия 62 выпуска чистого газа, от которой отводится первая линия P₁ продувочного газа, соединяется одним своим концом с верхней частью второго циклона 60. Вторая линия 61 выгрузки пылеобразной руды соединена своим вторым концом со второй подводящей линией 27. Предпочтительно, чтобы вторая линия P₂ продувочного газа, которая отводится от первой линии 31а подачи восстанавливающего газа во вторичную восстанавливающую печь 30 с высокой скоростью газового потока, соединялась бы с изогнутой частью второй линии 61 выгрузки пылеобразной руды так, чтобы подавать небольшое количество продувочного газа в линию 61, предохраняя таким образом, линию 61 от закупорки железной рудой, которая поступает по линии 61. С той же целью другая линия продувочного газа (не показана) соединена с первой линией 31а подачи восстанавливающего газа, и может соединяться с изогнутой частью второй подводящей линии 27.

Вторая линия 62 выпуска очищенного газа соединена с первым отверстием 11 для газа печи 10 для сушки и предварительного нагрева. С другой стороны, вторая подводящая линия 27 соединена одним своим концом с третьим входным отверстием 35 для руды вторичной восстанавливающей печи 30, с высокой скоростью газового потока для того, чтобы подавать предварительно восстановленную железную руду из первичной восстанавливающей печи 20. Между тем, вторичная восстанавливающая печь 30 с высокой скоростью газового потока имеет цилиндрический корпус, с постоянным диаметром по всей своей длине. Вторичная восстанавливающая печь 30 с высокой скоростью газового потока имеет в своей донной части третье входное отверстие 31 для газа, для приема восстанавливающего газа из источника восстанавливающего газа (не показан). Третий газовый распределитель 32 установлен в нижней части вторичной восстанавливающей печи 30 с высокой скоростью газового потока, для распределения восстанавливающего газа, подаваемого через третье входное отверстие 31 для газа во вторичной восстанавливающей печи 30 с высокой скоростью газового потока. С одной стороны нижней части вторичной восстанавливающей печи 30 с высокой скоростью газового потока имеется третье входное отверстие 35 для руды, для приема предварительно восстановленной железной руды из первичной восстанавливающей печи 20 вместе с пылеобразной железной рудой, уловленной с помощью первого циклона 60. Третье входное отверстие 31 для газа соединено с первой линией 31а подачи восстанавливающего газа, которая соединена с источником восстанавливающего газа (не показан).

Вторичная восстанавливающая печь 30 с высокой скоростью газового потока также имеет третье выходное отверстие 33 для крупных частиц железной руды для выгрузки наружу части окончательно восстановленной во вторичной восстанавливающей печи 30 с высокой скоростью газового потока железной руды с частицами крупного размера и третье выходное отверстие 34 для частиц руды среднего и мелкого размера для выгрузки (выноса) части окончательно восстановленной во вторичной восстанавливающей печи 30 с высокой скоростью газового потока руды со средним и мелким размером частиц, поступающей во вторичную восстанавливающую печь 40 с низкой скоростью газового потока, совместно с выходным газом из вторичной восстанавливающей печи 30 с высокой скоростью газового потока. Третья линия 33а выгрузки руды с крупным размером частиц, соединена с третьим выходным отверстием 33 для руды, с крупным размером частиц. С другой стороны, третье выходное отверстие 34 для руды, со средним и мелким размером частиц, соединено со вторичной восстанавливающей печью 40, с низкой скоростью газового потока через третью линию 34а выгрузки руды.

Вторичная восстанавливающая печь 40 с низкой скоростью газового потока имеет расширенный вверху и суженный внизу цилиндрический корпус, в котором диаметр нижней части меньше, чем диаметр верхней части. Т.е. корпус вторичной восстанавливающей печи 40 для руды со средним и мелким размером частиц включает расширенную верхнюю цилиндрическую секцию 401, среднюю коническую секцию 402, диаметр которой постепенно увеличивается от ее нижнего края к ее верхнему краю и суженную нижнюю цилиндрическую секцию 403. Вторичная восстанавливающая печь 40 с низкой скоростью газового потока имеет в своей донной части четвертое входное отверстие 41 для газа, для приема восстанавливающего газа из источника восстанавливающего газа (не показан). Четвертый газовый распределитель 42 установлен в нижней секции 403 вторичной восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока для того, чтобы равномерно распределять восстанавливающий газ, подаваемый через четвертое входное отверстие 41 для газа во вторичной восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока. Четвертое входное отверстие 41 для газа соединяется со второй линией подачи восстанавливающего газа, соединяясь с источником восстанавливающего газа (не показан) так, что через нее может поступать восстанавливающий газ. Вторая линия 41а подачи восстанавливающего газа может быть соединена с первой линией 31а подачи восстанавливающего газа.

Вторичная восстанавливающая печь 40 с низкой скоростью газового потока также имеет в боковой стенке ее нижней секции 403 третье входное отверстие 44 для руды со средним и мелким размером частиц, для выгрузки наружу железной руды с частицами среднего и мелкого размера, окончательно восстановленной во вторичной восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока. Кроме того, вторичная восстанавливающая печь 40 с низкой скоростью газового потока имеет в боковой стенке ее верхней секции 401 третье выходное отверстие 46 для выходного газа, для выпуска выходного газа из вторичной восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока.

Предпочтительно, чтобы внутри восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока был установлен внутренний циклон 80. Вторичная восстанавливающая печь 40 с низкой скоростью газового потока восстанавливает поступающую в нее железную руду с частицами среднего и мелкого размера в псевдоожиженном кипящем состоянии с помощью восстанавливающего газа, который представляет собой смесь газа, подводимого из вторичной восстанавливающей печи 30 с высокой скоростью газового потока, и газа вторичной восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока, и газа вторичной восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока. В это же время, часть железной руды с очень мелкими частицами, а именно пылеобразная часть руды, выносится выходным газом из вторичной восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока. Внутренний циклон 80 принимает пылеобразную железную руду, которая попадает в выходной газ из вторичной восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока и отделяет ее от ее выходного газа, а затем возвращает обратно в нижнюю часть вторичной восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока, выпуская выходной газ в третий циклон 70 через третью линию 73 выходного газа.

Четвертое выходное отверстие 44 для руды с частицами среднего и мелкого размера соединено с контейнером сбора восстановительного железа (не показан) через третью подводящую линию 44а. Третья линия 73 выходного газа соединена с третьим циклоном 70 через третье выходное отверстие 46 выходного газа.

Третий циклон 70 соединен в своей донной части с одним концом третьей линии 71 выгрузки пылеобразной руды и в своей верхней части к одному концу третьей линии 72 выпуска очищенного газа. С другой стороны, третья линия 71 выгрузки пылеобразной руды соединена с третьей подводящей линией 44а. Третья линия 71 выгрузки пылеобразной руды пересекается с третьей линией 34а выгрузки руды с частицами среднего и мелкого размера. Предпочтительно, чтобы клапан 71а выгрузки в двух направлениях был установлен в точке пересечения линий 34а и 71 так, чтобы пылеобразная железная руда, уловленная в третьем циклоне 70, могла бы возвращаться в нижнюю часть вторичной восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока или подаваться на следующий этап.

Если вторичная восстанавливающая печь 40 с низкой скоростью газового потока не содержит внутренний циклон 80, третий циклон 70 прямо соединяется со вторичной восстанавливающей печью 40 с низкой скоростью газового потока через третью линию 73 выходного газа.

Для увеличения верхнего предела размеров частиц части железной руды с крупными частицами, которые восстанавливаются в устройстве восстановления типа псевдоожиженного слоя, в соответствии с настоящим изобретением, печь 10 для сушки и предварительного нагрева первичная восстанавливающая печь 20 и вторичная восстанавливающая печь 30 для руды с крупными частицами могут иметь еще в большей степени уменьшенный размер в их нижних секциях. В этой связи, на фиг. 3 представлено устройство восстановления типа псевдоожиженного слоя, сконструированное для работы с увеличенным размером частиц части железной руды с крупным размером частиц, которая восстанавливается в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения. Аналогичные элементы на фиг. 2 и 3, обозначены теми же номерами.

Как показано на фиг. 3, устройство восстановления типа псевдоожиженного слоя, которое обозначено номером 200, включает печь 10A для сушки и предварительного нагрева, имеющую форму двойного конуса и цилиндра, печь 20A первичного восстановления, имеющую форму двойного конуса и цилиндра и печь 30A вторичного восстановления с высокой скоростью газового потока, имеющую форму в виде одного конуса и цилиндра. Т.е. печь 10A для сушки, и предварительного нагрева включает верхнюю секцию 101A, первую коническую секцию 102A, среднюю секцию 104A, вторую коническую секцию 105A, и нижнюю секцию 103A. Аналогично печи 10A для сушки и предварительного нагрева, печь 20A первичного восстановления включает верхнюю секцию 201A, первую коническую секцию 202A, среднюю секцию 204A, вторую коническую секцию 205A и нижнюю секцию 203A. С другой стороны, печь 30A вторичного восстановления руды с крупным размером частиц включает верхнюю секцию 30A, коническую секцию 302A и нижнюю секцию 303A.

В соответствии с любым из вариантов осуществления настоящего изобретения, устройство восстановления типа псевдоожиженного слоя может включать плавильный газификатор 99 для плавления окончательно восстановленных крупных частиц, а также частиц среднего и мелкого размера руды для получения технически чистого железа. В этом случае выходной газ, вырабатываемый плавильным газификатором 99, может использоваться как восстанавливающий газ для вторичной восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока и вторичной восстанавливающей печи 30A с высокой скоростью газового потока, как показано на фиг. 3.

Причина, по которой печи 10 и 10A для сушки и предварительного нагрева, первичные восстанавливающие печи 20 и 20A, а также вторичная восстанавливающая печь 30 с высокой скоростью газового потока, имеют конически-цилиндрическую форму, состоит не только в необходимости активного перевода железной руды в псевдоожиженную фазу, включая ее часть с частицами среднего и мелкого размера, в нижней секции каждой печи, улучшая, тем самым, степень утилизации восстанавливающего газа и показатель потребления газа, но также для уменьшения скорости потока восстанавливающего газа в верхних секциях каждой печи, тем самым уменьшая вынос частиц железной руды.

Железная руда, обрабатываемая в печах 10 и 10A для сушки и предварительного нагрева, а также в первичных восстанавливающих печах 20 и 20A, включает часть руды с частицами крупного размера, а также часть руды с частицами среднего и мелкого размера. С другой стороны, во вторичных восстанавливающих печах 30 и 30A с высокой скоростью газового потока восстанавливаться только крупные частицы железной руды, в то время как, во вторичной восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока, должны восстанавливаться только частицы железной руды среднего и мелкого размера. По этой причине скорости газа, используемые в каждой из этих печей, различны.

Для печей 10 и 10A для сушки и предварительного нагрева, первичных восстанавливающих печей 20 и 20A и вторичной восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока, предпочтительно, чтобы скорость потока восстанавливающего газа в нижних секциях каждой печи соответственно, поддерживалась бы на уровне в 1,5 - 3,0 раза больше, чем минимальная скорость образования псевдоожиженного состояния железной руды. Скорость потока восстанавливающего газа в верхней секции каждой печи, однако, должна поддерживаться на более низком уровне, чем предельно допустимая скорость, при которой происходит вынос железной руды. Для вторичных восстанавливающих печей 30 и 30A с высокой скоростью газового потока, благодаря цилиндрической форме по всей их длине, скорость газового потока постоянна, при этом предпочтительно, чтобы скорость потока восстанавливающего газа поддерживалась на уровне в 1,5 - 3,0 раза больше минимальной скорости образования псевдоожиженного слоя для того, чтобы достичь псевдоожиженного кипящего состояния крупных частиц руды.

Для того чтобы обеспечить оптимальную скорость газа, печь 10 для сушки и предварительного нагрева, а также первичная восстанавливающая печь 20, предпочтительно, имеют внутренний диаметр нижней секции каждой из печей соответственно эквивалентный величине в 1,2 - 1,8 раз больше внутреннего диаметра вторичной восстанавливающей печи 30 с высокой скоростью газового потока.

Если внутренний диаметр каждой нижней секции печей 10 и 20 меньше, чем 1,2 раза внутреннего диаметра печи 30, скорость потока восстанавливающего газа в печах 10 и 20 становится слишком высокой, что приводит к избыточно высокой скорости мелких частиц железной руды в псевдоожиженном слое. В этом случае реакция между железной рудой и восстанавливающим газом затруднена. С другой стороны, в случае, если внутренний диаметр нижней секции каждой из печей 10 и 20 больше, чем в 1,8 раза внутреннего диаметра печи 30, скорость потока восстанавливающего газа в печах 10 и 20 становится слишком низкой, в результате чего возникает явление дефлуидизации.

Предпочтительно также, чтобы печь 10 для сушки и предварительного нагрева и первичная восстанавливающая печь 20 имели в нижних секциях каждой из них, соответственно, высоту, равную в 7,0 - 12,0 раз выше, чем внутренний диаметр их нижних секций. Предпочтительно также, чтобы вторичная восстанавливающая печь 30 с высокой скоростью газового потока имела высоту, равную в 20 - 30 раз выше, чем ее внутренний диаметр.

Предпочтительно, чтобы печь 10 для сушки и предварительного нагрева и первичная восстанавливающая печь 20 также имели в верхней секции каждой из них, соответственно, внутренний диаметр, равный 3,5 - 5,0 внутреннего диаметра вторичной восстанавливающей печи 30 с высокой скоростью газового потока. Если внутренний диаметр верхней секции каждой из печей 10 и 20 меньше, чем в 3,5 раза величины внутреннего диаметра печи 30, скорость потока восстанавливающего газа в печах 10 и 20 становится слишком высокой, в результате чего возникает избыточно высокая скорость мелких частиц железной руды в псевдоожиженном слое. С другой стороны, если внутренний диаметр каждой верхней секции печей 10 и 20 больше, чем 5,0 раза, чем внутренний диаметр печи 30, скорость потока восстанавливающего газа в печах 10 и 20 становится слишком низкой, что приводит к явлению дефлуидизации. Печь 10 для сушки и предварительного нагрева и первичная восстанавливающая печь 20, предпочтительно, имеют в верхних секциях каждой из них, соответственно, высоту, равную в 2,4 - 4,0 раза больше, чем внутренний диаметр соответствующей верхней секции.

Между тем, вторичная восстанавливающая печь 40 с низкой скоростью газового потока, предпочтительно, имеет в своей нижней секции внутренний диаметр, равный 2,0 - 3,0 внутренним диаметрам вторичной восстанавливающей печи 30 с высокой скоростью газового потока. Если внутренний диаметр нижней секции печи 40 меньше, чем 2,0 раза внутреннего диаметра печи 30, скорость потока восстанавливающего газа печи 40 становится слишком высокой и это приводит к избыточно быстрой скорости мелких частиц железной руды в псевдоожиженном слое. Если внутренний диаметр нижней секции печи 40 больше, чем в 3,0 раза внутреннего диаметра печи 30, скорость потока восстанавливающего газа печи 40 становится слишком низкой и это приводит к явлению дефлуидизации.

Предпочтительно, чтобы вторичная восстанавливающая печь 40 с низкой скоростью газового потока также имела в ее верхней секции внутренний диаметр, равный 2,8 - 4,0 внутреннего диаметра вторичной восстанавливающей печи 30 с высокой скоростью газового потока. Если внутренний диаметр верхней секции печи 40 меньше, чем в 2,8 раза внутреннего диаметра печи 30, скорость потока восстанавливающего газа печи 40 становится слишком высокой и это приводит к избыточно высокой скорости мелких частиц железной руды в псевдоожиженном слое. С другой стороны, если внутренний диаметр верхней секции печи 40 больше, чем 4,0 внутреннего диаметра печи 30, скорость потока восстанавливающего газа печи 40 становится слишком низкой и это приводит к явлению дефлуидизации.

Предпочтительно также, чтобы вторичная восстанавливающая печь 40 с низкой скоростью газового потока имела в своей нижней секции высоту, большую в 7,0 -12,0 раз внутреннего диаметра соответствующей нижней секции и чтобы верхняя ее секция имела высоту, большую в 2,0 - 4,0 раза внутреннего диаметра соответствующей верхней секции.

С другой стороны, в случае устройства восстановления типа псевдоожиженного слоя, представленного на фигуре 3, нижняя секция 303A вторичной восстанавливающей печи 30A с высокой скоростью газового потока, высота которой над распределителем 32 соответствует от 5 до 15% общей высоты печи 30A, имеет уменьшенный внутренний диаметр, равный 0,5 - 0,9 внутреннего диаметра верхней секции 301A. Нижняя секция 103A печи 10A для сушки и предварительного нагрева, высота которой над распределителем 12 соответствует высоте от 5 до 15% общей высоты печи 10A, имеет уменьшенный внутренний диаметр, равный 0,5 - 0,9 внутреннего диаметра средней секции 104A. Нижняя секция 203A в первичной восстанавливающей печи 20A, высота которой от распределителя 22 соответствует от 5 до 15% общей высоты печи 20A также имеет уменьшенный внутренний диаметр, равный 0,5 - 0,9 внутреннего диаметра средней секции 204A. При такой форме, в случае печи 10A для сушки и предварительного нагрева и первичной восстанавливающей печи 20A, скорость газа в нижней секции каждой печи становится выше, чем в соответствующей средней секции каждой печи в 1,3 - 4,0 раза. В случае вторичной восстанавливающей печи 30A с высокой скоростью газового потока, скорость газа в нижней секции печи становится более высокой, чем в верхней секции печи в 1,3 - 4,0 раза при условии вышеупомянутой модификации. Соответственно, становится возможным более активно поддерживать крупные частицы руды в псевдоожиженном состоянии, которые распределены в нижней секции каждой печи. В результате, предотвращается склеивание крупных частиц железной руды, вызванное их дефлуидизацией при высокой температуре. Более того, максимальный размер частиц железной руды, способных переходить в псевдоожиженное состояние, может быть увеличен, при этом расширяется диапазон использования сырья.

Предпочтительно, чтобы вторичная восстанавливающая печь 30A с высокой скоростью газового потока имела в своей нижней секции высоту, большую в 2,0 - 3,0 раза внутреннего диаметра этой нижней секции, а также, чтобы в ее верхней секции высота равнялась 15 - 20 раз внутреннего диаметра этой верхней секции.

Основываясь на теориях и экспериментах, изобретатели определили, что расщепление железной руды, практически полностью, завершается на ранних этапах восстановления в псевдоожиженном состоянии при высокой температуре, а также, что коэффициент потребления газа может быть улучшен при восстановлении в псевдоожиженном состоянии отдельно частей железной руды с различными размерами зерен, а именно для частей с зернами крупного размера и среднего и мелкого размера. Изобретатели также обнаружили, что скорости газа, требуемые для образования псевдоожиженного слоя мелких частиц железной руды, одинаковы на этапах предварительного восстановления и окончательного восстановления, поскольку плотность железной руды уменьшается в процессе восстановления, в то время как плотность восстанавливающего газа увеличивается. С учетом этого, настоящее изобретение предлагает другое восстанавливающее устройство типа псевдоожиженного слоя, которое представлено на фигуре 4.

Как показано на фигуре 4, это устройство, которое обозначено номером 300, включает печь 10B для сушки и предварительного нагрева для сушки и предварительного нагрева железной руды, подаваемой из загрузочной воронки 90B, формируя при этом из нее псевдоожиженный кипящий слой. Ниже печи 10B для сушки и предварительного нагрева установлена первичная восстанавливающая печь 20C с высокой скоростью газового потока для выноса части высушенной и предварительно нагретой железной руды с частицами среднего и мелкого размера, с потоком выходного газа в печи 20C, таким образом, отделяя ее от части железной руды, имеющей крупные частицы. В первичной восстанавливающей печи 20C с высокой скоростью газового потока производится первичное восстановление только части высушенной и предварительно нагретой железной руды с крупными размером частиц, которая остается в печи 20C с формированием из нее псевдоожиженного кипящего слоя. Это устройство также включает первичную восстанавливающую печь 20B с низкой скоростью газового потока для первичного восстановления вынесенной из печи 20C железной руды с частицами среднего и мелкого размера с формированием из нее псевдоожиженного кипящего слоя, вторичную восстанавливающую печь 30B с высокой скоростью газового потока для окончательного восстановления предварительно восстановленной железной руды с частицами крупного размера, с формированием из нее псевдоожиженного кипящего слоя, а также вторичную восстанавливающую печь 40B с низкой скоростью газового потока для окончательного восстановления предварительной железной руды с частицами среднего и мелкого размера, с формированием из нее псевдоожиженного кипящего слоя.

Печь 10B для сушки и предварительного нагрева имеет в донной части первое входное отверстие 11B подачи газа для приема выходного газа из второго циклона 60B. Первый газовый распределитель 12B устанавливается в нижней секции печи 10B для сушки и предварительного нагрева. Печь 10B для сушки и предварительного нагрева также имеет на одной стороне первое входное отверстие 15B, для руды, для приема железной руды из загрузочной воронки 90B и на другой стороне первое выходное отверстие 13B для крупных частиц руды и первое выходное отверстие 14В для руды с частицами среднего и мелкого размера. Эти выходные отверстия 13B и 14B соединяются с первичной восстанавливающей печью 20C с высвокой скоростью газового потока через первую подводящую линию 17B так, как через нее может поступать железная руда.

На стороне верхней секции 101, противоположной первому входному отверстию 15B для руды имеется первое выходное отверстие 16B выходного газа для выпуска выходного газа из печи 10B для сушки и предварительного нагрева. Это первое выходное отверстия 16B выходного газа соединяется с первым циклоном 50B через первую линию 53B выходного газа. Первый циклон 50B приспособлен для улавливания пылеобразной железной руды, содержащейся в выходном газе, поступающем из печи 10B для сушки и предварительного нагрева. Первый циклон 50B соединен в своей донной части с первой линией 51B выгрузки пылеобразной руды и в своей верхней части с первой линией 52B очищенного выходного газа. Эта первая линия 51B выгрузки пылеобразной руды соединена одним своим концом с первой подводящей линией 17B так, что железная руда может поступать через нее.

Первичная восстанавливающая печь 20B с низкой скоростью газового потока имеет в своей донной части второе входное отверстие 21B подачи газа для приема выходного газа из третьего циклона 70B. Второй газовый распределитель 22B установлен в нижней секции первичной восстанавливающей печи 20B с низкой скоростью газового потока. Первичная восстанавливающая печь 20B с низкой скоростью газового потока также имеет на одной стороне ее нижней секции второе выходное отверстие 24B для руды с частицами среднего и мелкого размера и на другой стороне нижней секции второе входное отверстие 25B для руды с частицами среднего и мелкого размера. Первичная восстанавливающая печь 20B с низкой скоростью газового потока также имеет второе выходное отверстие 26B выходного газа на стороне ее верхней секции, противоположной второму выходному отверстию 24B для руды с частицами среднего и мелкого размера для того, чтобы выпускать выходной газ из первичной восстанавливающей печи 20B с низкой скоростью газового потока. Второй циклон 60B служит для улавливания пылеобразной железной руды, содержащейся в выходном газе, выходящем из первичной восстанавливающей печи 20B с низкой скоростью газового потока. Второй циклон 60B соединен в своей донной части со второй линией 61B выгрузки пылеобразной руды и в его верхней части со второй линией 62B очищенного выходного газа. Второе выходное отверстие 26B выходного газа соединено со вторым циклоном 60B через вторую линию 63B выходного газа так, что этот газ может подаваться через нее.

Первичная восстанавливающая печь 20C с высокой скоростью газового потока имеет в своей донной части третьей входное отверстие 21C подачи газа для получения выходного газа из четвертого циклона 70C. Третий газовый распределитель 22C установлен в нижней секции первичной восстанавливающей печи 20C с высокой скоростью газового потока. Первичная восстанавливающая печь 20C с высокой скоростью газового потока имеет также на одной стороне своей нижней секции второе выходное отверстие 23C для руды с крупными частицами и на одной стороне верхней секции третье выходное отверстие 24C для руды с частицами среднего и мелкого размера. Это выходное отверстие 24C может также быть выходным отверстием для выходного газа из печи 20C. Первичная восстанавливающая печь 20C с высокой скоростью газового потока также имеет третье входное отверстие 25C для руды на другой стороне ее нижней секции.

Третье выходное отверстие 24C для руды с частицами среднего и мелкого размера соединено со вторым входным отверстием 25B, для руды первичной восстанавливающей печи 20B, с низкой скоростью газового потока через первую линию 24aC выгрузки руды с частицами среднего и мелкого размера таким образом, что через нее может подаваться руда. Вторая подводящая линия 61B выгрузки пылеобразной руды пересекается с первой линией 24aC выгрузки руды с частицами среднего и мелкого размера. Предпочтительно, чтобы в точке пересечения линий 24aC и 61B был установлен клапан 64B выгрузки в двух направлениях так, чтобы пылеобразные частицы железной руды, улавливаемые во втором цикле 60B, могли бы возвращаться в первичную восстанавливающую печь 20B с низкой скоростью газового потока или непосредственно возвращаться в нижнюю секцию вторичной восстанавливающей печи 40B с низкой скоростью газового потока.

В донной части вторичной восстанавливающей печи 30B с высокой скоростью газового потока расположено четвертое входное отверстие 31B для приема газа, для приема выпускного газа из плавильного газификатора 99 через пятую линию 99b выпускного газа. Четвертый газовый распределитель 32B установлен в нижней секции вторичной восстанавливающей печи 30B с высокой скоростью газового потока. На одной стороне нижней секции вторичной восстанавливающей печи 30B с высокой скоростью газового потока имеется также четвертое входное отверстие 35B для железной руды, а на другой стороне этой нижней секции расположено третье выходное отверстие 33B для руды с крупными частицами. В боковой стенке верхней секции, противоположной четвертому входному отверстию 35B для железной руды, вторичной восстанавливающей печи 30B с высокой скоростью газового потока, имеется также третье выходное отверстие 36B для выпускного газа, для того, чтобы выпускать выпускной газ из вторичной восстанавливающей печи 30B с высокой скоростью газового потока.

Четвертый циклон 70C служит для улавливания пылеобразных частиц железной руды, содержащихся в выпускном газе, выходящем из вторичной восстанавливающей печи 30B с высокой скоростью газового потока. Четвертый циклон 70C соединен в своей донной части с четвертой линией 71C для выпуска пылеобразной руды и в своей верхней части с четвертой линией 72C для очищенного выпускного газа, соединенное одним своим концом с третьим входным отверстием 21C для газа. Третье выходное отверстие 36B для выпускного газа соединено с четвертым циклоном 70C через четвертую линию 73C для выпуска выходного газа так, что поток газа проходит через нее по направлению вверх.

Вторичная восстанавливающая печь 30B c высокой скоростью газового потока соединена с первичной восстанавливающей печью 20C с высокой скоростью газового потока, через первую линию 35aB, для выгрузки руды с крупными частицами и с плавильным газификатором 99 через вторую линию 33aB для выгрузки руды с крупными частицами так, что руда может подаваться через нее по направлению вниз.

В донной части вторичной восстанавливающей печи 40B с низкой скоростью газового потока расположено пятое входное отверстие 41B для газа, для приема выпускного газа из плавильного газификатора 9 через шестую линию 99C выхода выпускного газа. Пятый газовый распределитель 42B установлен в нижней секции вторичной восстанавливающей печи 40B с низкой скоростью газового потока. На одной стороне нижней секции вторичной восстанавливающей печи 40B с низкой скоростью газового потока также расположено пятое входное отверстие 43B, для руды и третье выходное отверстие 44B для руды с частицами среднего и мелкого размера. С другой стороны нижней секции расположено шестое входное отверстие 45B, для руды. На одной из сторон верхней секции вторичной восстанавливающей печи 40B с низкой скоростью газового потока расположено также четвертое выходное отверстие 46B для выпускного газа.

Предпочтительно, чтобы внутренний циклон 80B был установлен внутри вторичной восстанавливающей печи 40B с низкой скоростью газового потока. Внутренний циклон 80B отделяет пылеобразную руду, которая выносится соединенным потоком восстанавливающего газа во вторичной восстанавливающей печи 40B с низкой скоростью газового потока от выпускного газа, вырабатываемого вторичной восстанавливающей печью 40B с низкой скоростью газового потока. Внутренний циклон 80B возвращает отделенную пылеобразную руду в нижнюю секцию вторичной восстанавливающей печи 40B с низкой скоростью газового потока, выпуская очищенный выпускной газ в третий циклон 70B, через третью линию 73B выпускного газа. Шестое входное отверстие 45B для руды соединено со вторым выходным отверстием 24B, для руды с частицами среднего и мелкого размера через вторую линию 45aB для выгрузки руды с частицами среднего и мелкого размера. Вторая линия 61B выгрузки пылеобразной руды соединена одним концом со второй линией 45aB выгрузки руды, с частицами среднего и мелкого размера.

Третье выходное отверстие 44B для руды с частицами среднего и мелкого размера соединено с нижней частью плавильного газификатора 99, через третью линию 43aB для выгрузки руды с частицами среднего и мелкого размера. Пятое входное отверстие 43B для руды соединено с четвертым циклоном 70C через четвертую линию 71C для выгрузки пылеобразной руды.

Третья линия 43aB для выгрузки руды с частицами среднего и мелкого размера соединена с четвертой линией 71C, для выгрузки пылеобразной руды через вторую подводящую линию 47B.

Третий циклон 70B соединен в своей донной части с третьей линией 71B выгрузки пылеобразной руды и в своей верхней части с третьей линией 72B для очищенного выпускного газа, соединяясь одним своим концом со второй линией 47B циркуляции. В случае, когда вторичная восстанавливающая печь 40B для железной руды с частицами среднего и мелкого размера не содержит внутренний циклон 80B, третий циклон 70B непосредственно соединяется с вторичной восстанавливающей печью 40B с низкой скоростью газового потока третью линию 73B выхода выпускного газа. Третья линия 71B для выгрузки пылеобразной руды пересекается с четвертой линией 71С для выгрузки пылеобразной руды. Предпочтительно, чтобы клапан 74B выгрузки в двух направлениях был установлен в месте пересечения между линиями 71B и 71C. Предпочтительно также установить другой клапан 74C выгрузки в двух направлениях в месте соединения между четвертой линией 71C для выгрузки пылеобразной руды и второй линией 47B циркуляции.

Предпочтительно, чтобы в каждой изогнутой части первой линии 17B циркуляции, первой линии 35aB выгрузки руды с крупными частицами и второй линии 45 aB выгрузки руды со средними и мелкими частицами были подсоединены линии P для продувочного газа так, чтобы подавать через них небольшое количество продувочного газа в эти линии, предохраняя эти линии от закупорки железной рудой, которая поступает через эти линии.

Печь 10B для сушки и предварительного нагрева, первичная восстанавливающая печь 20B с низкой скоростью газового потока и вторичная восстанавливающая печь 40B с низкой скоростью газового потока имеют корпус, с расширенной верхней и суженной нижней цилиндрическими секциями, причем диаметр их нижних частей меньше, чем диаметр их верхних частей. Т.е. каждый корпус этих печей включает расширенную верхнюю цилиндрическую секцию, среднюю конусообразную секцию, диаметр которой увеличивается от ее нижнего края до ее верхнего края, и суженную нижнюю цилиндрическую секцию. С другой стороны, первичная и вторичная восстанавливающие печи 20C и 30B с высокой скоростью газового потока имеют цилиндрический корпус печи с одинаковым диаметром по всей длине. Предпочтительно, чтобы печь 10B для сушки и предварительного нагрева, первичная восстанавливающая печь 20B с низкой скоростью газового потока и вторичная восстанавливающая печь 40B с низкой скоростью газового потока имели в каждой своей соответствующей нижней секции высоту, равную в 7,0-12,0 раз больше, чем внутренний диаметр соответствующей нижней секции. Предпочтительно также, чтобы первичная и вторичная восстанавливающие печи 20C и 30B с высокой скоростью газового потока имели высоту, равную в 20-30 раз больше внутреннего диаметра каждой из них.

На фигуре 4 со ссылкой с номером 99a обозначено выходное отверстие расплавленного железа.

Теперь будет описан способ производства восстановленного железа или расплавленного чугуна, использующий устройство восстановления типа псевдоожиженного слоя, имеющего конструкцию, представленную на фигуре 2, в соответствии с настоящим изобретением.

Как показано на фигуре 2, мелкие частицы железной руды, находящиеся в загрузочной воронке 90, подаются в печь 10 для сушки и предварительного нагрева через линию 91 подачи руды и первое входное отверстие 15 для руды. В печь 10 для сушки и предварительного нагрева подается также выпускной газ из первичной восстанавливающей печи 20 через второй циклон 60, вторую линию 62 очищенного выпускного газа и первое входное отверстие 11 подачи газа. Этот выпускной газ равномерно распределяется в печи 10 для сушки и предварительного нагрева с помощью первого газового распределителя 12. С помощью равномерно распределенного газа железная руда высушивается и предварительно нагревается в псевдоожиженном кипящем состоянии. Высушенная и предварительно нагретая железная руда подается затем в первичную восстанавливающую печь 20, через выходное отверстие 13 руды с крупными частицами, выходное отверстие 14 руды с частицами среднего и мелкого размера, первую подводящую линию 17 и второе входное отверстие 25 для руды.

Выпускной газ входит наружу из печи 10 для сушки и предварительного нагрева, в которой железная руда подвергается сушке и предварительному нагреву с помощью выпускного газа перед тем, как он выходит через первое выходное отверстие 16 для выпускного газа, первую линию 53 выпускного газа, первый циклон 50 и первую линию 52 выхода очищенного газа в указанной последовательности. Пылеобразная железная руда, содержащаяся в выпускном газе, улавливается в первом циклоне 50 и затем возвращается в первичную восстанавливающую печь 20 через первую линию 51 выгрузки пылеобразной руды и второе входное отверстие 25 для руды.

Высушенные и предварительно нагретые частицы железной руды подаются в первичную восстанавливающую печь 20 и затем подвергаются предварительному восстановлению в псевдоожиженном кипящем состоянии с помощью выпускного газа, который подается в первичную восстанавливающую печь 20 через третий циклон 70, третью линию 72 очищенного выпускного газа, второе входное отверстие 21 подачи газа и второй газовый распределитель 22. Предварительно восстановленная железная руда выгружается через выходное отверстие 23 для руды с крупными частицами или через выходное отверстие 24 для руды с частицами среднего и мелкого размера, а затем подается во вторичную восстанавливающую печь 30 с высокой скоростью газового потока через вторую подводящую линию 27 и третье входное отверстие 35 для руды.

В первичной восстанавливающей печи 20 также вырабатывается выпускной газ в процессе первичного восстановления железной руды. Этот выпускной газ выходит из первичной восстанавливающей печи 10 через второе выходное отверстие 26 выпускного газа, вторую линию 63 выпускного газа, второй циклон 60 и вторую линию 22 для очищенного выпускного газа в указанной последовательности и затем вводится в печь 10 для сушки и предварительного нагрева. Пылеобразная железная руда, содержащаяся в выходном газе, улавливается во втором циклоне 60 и затем возвращается во вторичную восстанавливающую печь 30 с высокой скоростью газового потока через вторую линию 61 выгрузки руды, вторую линию 27 циркуляции и третье входное отверстие 35 для руды.

Вторичная восстанавливающая печь 30 с высокой скоростью газового потока окончательно восстанавливает поступающую в нее часть руды с крупными частицами, в псевдоожиженном кипящем состоянии, с помощью восстанавливающего газа, подаваемого в печь 30 через первую линию 31a подачи восстанавливающего газа, третье входное отверстие подачи газа 31 и третий газовый распределитель 32. В это время часть железной руды с частицами среднего и мелкого размера выносится выпускным газом, вырабатываемым во вторичной восстанавливающей печи 30 с высокой скоростью газового потока. Скорость потока восстанавливающего газа, подаваемого во вторичную восстанавливающую печь 30 для руды с крупными частицами, всегда должна быть выше, чем предельная скорость для руды с частицами среднего и мелкого размера.

Частицы железной руды среднего и мелкого размера, выносимые выпускным газом, переносятся затем во вторичную восстанавливающую печь 40 с низкой скорость газового потока через третье выходное отверстие 34 для руды с частицами среднего и мелкого размера, третью линию 34a выгрузки руды с частицами среднего и мелкого размера и четвертое входное отверстие 45 для руды. С другой стороны, окончательно восстановленная железная руда с частицами крупного размера подается в контейнер сбора восстановленного железа или в плавильный газификатор 99 (как в случае, представленном на фигуре 3) через второе выходное отверстие 33 для руды с частицами крупного размера и третью линию 33a выгрузки руды с частицами крупного размера.

В то же время, железная руда с частицами среднего и мелкого размера, подаваемая во вторичную восстанавливающую печь 40 с низкой скоростью газового потока, окончательно восстанавливается, находясь в псевдоожиженном кипящем состоянии, создаваемом с помощью восстанавливающего газа, подаваемого в печь 40 через вторую линию 41a подачи восстанавливающего газа, четвертое отверстие 41 подачи газа и четвертый газовый распределитель 42. Окончательно восстановленная железная руда с частицами среднего и мелкого размера подается в контейнер сбора восстановленного железа или в плавильный газификатор 99 (как в случае, представленном на фигуре 3) через второе выходное отверстие 44 для руды с частицами среднего и мелкого размера и третью линию 44a выгрузки руды с частицами среднего и мелкого размера. Скорость потока восстанавливающего газа, подаваемого во вторичную восстанавливающую печь 40 для руды с частицами среднего и мелкого размера, всегда должна быть выше, чем средняя минимальная скорость образования псевдоожиженного состояния для руды с частицами среднего и мелкого размера.

Выпускной газ, вырабатываемый во время окончательного восстановления железной руды с частицами среднего и мелкого размера во вторичной восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока, подводится в первичную восстанавливающую печь 20 после его прохода через внутренний циклон 80, третье выходное отверстие 73 для выпускного газа, третий циклон 70 и третью линию 72 выпуска очищенного газа в казанном порядке. Пылеобразная железная руда, содержащаяся в выпускном газе, отделяется от выпускного газа во внутреннем циклоне 80 и затем возвращается в третью подводящую линию 44a через третью линию 71 выгрузки пылеобразной руды.

Когда восстановленная железная руда загружается в плавильный газификатор 99, она там плавится, в результате чего получается расплавленный чугун. С другой стороны, восстановленное железо, собираемое в контейнере сбора восстановленного железа, будет, в последствии, транспортироваться на следующий этап для различных потребностей.

С другой стороны, было бы предпочтительно, чтобы скорость газового потока в каждой нижней секции печей 10 и 10A для сушки и предварительного нагрева, первичных восстанавливающих печей 20 и 20A и вторичной восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока поддерживалась на уровне, эквивалентом в 1,5-3,0 раза больше минимальной скорости образования псевдоожиженного состояния для железной руды, находящейся в каждом соответственном псевдоожиженном слое. Для этих печей предпочтительно также, чтобы скорость газового потока в верхней секции каждой из них поддерживалась на уровне ниже, чем предельно допустимая скорость для железной руды, выносимой газовым потоком. Для вторичных восстанавливающих печей 30 и 30A с высокой скоростью газового потока, скорость потока, предпочтительно, должна поддерживаться на уровне, эквивалентном в 1,5-3,0 раза выше, чем минимальная скорость образования псевдоожиженного состояния для железной руды с крупными частицами. Предпочтительно также, чтобы давление и температура газа, подаваемого в каждую вторичную восстанавливающую печь 40 с низкой скоростью газового потока и вторичных восстанавливающих печей 30 и 30A с высокой скоростью газового потока, находились в диапазоне от 2 до 4 атм и от 800 до 900^oC соответственно. Для печей 10 и 10A для сушки и предварительного нагрева, первичных восстанавливающих печей 20 и 20A и вторичной восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока падения давления, происходящее в каждой из печей, предпочтительно, должно находиться в пределах 0,3-0,6 атм и падание температуры в каждой из печей, предпочтительно, должно быть в пределах от 30 до 80^oC. Предпочтительно, чтобы время нахождения железной руды в каждой печи составляло от 20 до 40 минут.

Теперь будет описан другой способ производства восстановленного железа или расплавленного чугуна, с использованием устройства восстановления типа псевдоожиженного слоя, имеющего конструкцию, представленную на фигуре 4, в соответствии с настоящим изобретением.

Как показано на фигуре 4, железная руда с частицами мелкого размера, содержащаяся в загрузочной воронке 90B, подается в печь 10B для сушки и предварительного нагрева и затем подвергается сушке и предварительному нагреву в печи 10B для сушки и предварительного нагрева с помощью выпускного газа, подаваемого из второго циклона 60B. Эта высушенная и предварительно нагревая железная руда подается затем в нижнюю часть первичной восстанавливающей печи 20C с высокой скоростью газового потока, которая принимает выпускной газ из четвертого циклона 70C, который служит восстанавливающим газом. Скорость потока восстанавливающего газа в первичной восстанавливающей печи 20C с высокой скоростью газового потока регулируется таким образом, чтобы она была выше, чем предельная скорость для руды с частицами среднего и мелкого размера, что приводит к выносу части железной руды с частицами среднего и мелкого размера с помощью выпускного газа. В результате, эта часть железной руды с частицами среднего и мелкого размера отделяется от части железной руды с частицами крупного размера. Эти крупные частицы железной руды остаются в первичной восстанавливающей печи 20C для руды с крупными частицами, где они подвергаются предварительному восстановлению с формированием псевдоожиженного кипящего слоя. Эти крупные частицы руды затем подаются во вторичную восстанавливающую печь 30B с высокой скоростью газового потока через выходное отверстие 23C для руды с крупными частицами. С другой стороны, руда с частицами среднего и мелкого размера, выносимая выпускным газом в первичной восстанавливающей печи 20C с высокой скоростью газового потока, переносится в нижнюю секцию первичной восстанавливающей печи 20B для руды с частицами среднего и мелкого размера через первую линию 24aC выгрузки руды с частицами среднего и мелкого размера. В первичной восстанавливающей печи 20B с низкой скоростью газового потока руды с частицами среднего и мелкого размера подвергается первичному восстановлению в псевдоожиженном кипящем состоянии с помощью выпускного газа, подаваемого из третьего циклона 70B со скоростью, величина которой выше, чем средняя минимальная скорость образования псевдоожиженного состояния для руды с частицами среднего и мелкого размера. После восстановления руды с частицами среднего и мелкого размера подается во вторичную восстанавливающую печь 40B с низкой скоростью газового потока.

В первичной восстанавливающей печи 20B с низкой скоростью газового потока пылеобразные частицы руды выносятся восстанавливающим газом, который подается в первичную восстанавливающую печь 20B с низкой скоростью газового потока через первую линию 24aC выгрузки руды с частицами среднего и мелкого размера или через второе входное отверстие 21B подачи газа. Затем эта пылеобразная руда подается вместе с выпускным газом из первичной восстанавливающей печи 20B с низкой скоростью газового потока во второй циклон 60B, в котором улавливаются пылеобразные частицы руды. С помощью клапана 64B выгрузки в двух направлениях уловленные пылеобразные частицы руды возвращаются в первичную восстанавливающую печь 20B с низкой скоростью газового потока или во вторичную восстанавливающую печь 40B с низкой скоростью газового потока так, что они будут подвергаться первичному или окончательному восстановлению. Восстановленная руда с частицами среднего и мелкого размера и пылеобразная руда выгружаются через второе выходное отверстие 24B для руды с частицами среднего и мелкого размера и вторую линию 61B выгрузки пылеобразной руды соответственно. Крупные частицы железной руды, подаваемые во вторичную восстанавливающую печь 30B с высокой скоростью газового потока, подвергаются окончательному восстановлению, формируя, при этом, псевдоожиженный кипящий слой в печи 30B с помощью выпускного газа, подаваемого от плавильного газификатора 99. После восстановления крупные частицы железной руды загружаются в плавильный газификатор 99 через третье выходное отверстие 33B для руды с крупными частицами и вторую линию 33aB выгрузки руды с крупными частицами. Плавильный газификатор 99 плавит подаваемую руду, производя, таким образом, чугун.

Скорость потока восстанавливающего газа, подаваемого во вторичную восстанавливающую печь 30B с высокой скоростью газового потока, равна скорости в первичной восстанавливающей печи 20C с высокой скоростью газового потока. Пылеобразная железная руда, выносимая из вторичной восстанавливающей печи 30B с высокой скоростью газового потока, улавливается в четвертом циклоне 70C и затем возвращается во вторичную восстанавливающую печь 40B с низкой скоростью газового потока или непосредственно загружается в плавильный газификатор 99, с использованием клапана 74C выгрузки в двух направлениях. Железная руда с частицами среднего и мелкого размера, подаваемая во вторичную восстанавливающую печь 40B с низкой скоростью газового потока окончательно восстанавливается в псевдоожиженном кипящем слое в печи 40B с помощью выпускного газа, подаваемого из плавильного газификатора 99. Скорость потока восстанавливающего газа, подаваемого во вторичную восстанавливающую печь 40B с низкой скоростью газового потока, равна скорости в первичной восстанавливающей печи 20B для восстановления руды с низкой скоростью газового потока. Пылеобразные частицы железной руды, выносимые во вторичной восстанавливающей печи 40B с низкой скоростью газового потока, улавливаются внутренним циклоном 80B и третьим циклоном 70B, а затем возвращаются во вторичную восстанавливающую печь 40B с низкой скоростью газового потока, в которой они могут быть окончательно восстановлены. Пылеобразные частицы железной руды, улавливаемые в третьем циклоне 70B, могут также непосредственно загружаться в плавильный газификатор 99, с использованием клапана 74B выгрузки в двух направлениях. Окончательно восстановленная железная руда с частицами среднего и мелкого размера и пылеобразная руда выгружаются через третье выходное отверстие 44B для руды с частицами среднего и мелкого размера и третью линию 71B выгрузки пылеобразной руды, соответственно. Затем руда загружается в плавильный газификатор 99 через третье выходное отверстие 43aB для руды с частицами среднего и мелкого размера. В плавильном газификаторе 99 поступившая руда расплавляется и при этом производится чугун.

В соответствии с настоящим вариантом осуществления изобретения, для уменьшения показателя потребления газа, в наиболее возможной степени, применяются две печи с псевдоожиженным слоем двойного типа (первичная восстанавливающая печь 20B с низкой скоростью газового потока, первичная восстанавливающая печь 20C с высокой скоростью газового потока, вторичная восстанавливающая печь 40B с низкой скоростью газового потока и вторичная восстанавливающая печь 30B с высокой скоростью газового потока). На этапе предварительного восстановления железная руда разделяется на часть с крупными частицами и на часть с частицами среднего и мелкого размера так, что эти части могут раздельно подвергаться предварительному восстановлению в псевдоожиженном состоянии. На этапе окончательного восстановления эти части руды также раздельно подвергаются окончательному восстановлению. Устройство этого варианта осуществления использует преимущества обычных псевдоожиженных слоев двойного типа 20B и 20C, верхняя часть которых соединяется с нижней частью через подводящую линию 24aC. Соответственно, железная руда может быть, требуемым образом, разделена на часть руды, с крупными частицами и часть руды с частицами среднего и мелкого размера на этапе предварительного восстановления. Поскольку расщепление железной руды практически полностью выполняется на этапах предварительного нагрева и предварительного восстановления, разделенные крупные частицы руды и частицы среднего и мелкого размера подвергаются предварительному восстановлению и окончательному восстановлению независимо. Однако на этапе окончательного восстановления применяются двойные псевдоожиженные слои, но без соединения между восстанавливающими печами с низкой скоростью газового потока и высокой скоростью газового потока. При такой структуре настоящее изобретение решает проблемы, присущие обычным схемам двойного типа, вызываемые смещением газов. Поскольку первичная и вторичная восстанавливающие печи 20C и 30B с высокой скоростью газового потока или первичная и вторичная восстанавливающие печи 20B и 40B с низкой скоростью газового потока имеют одинаковую форму и размеры, они могут соединяться по потоку газа. В этом случае работа псевдоожиженного слоя в этих двух реакторах может одновременно регулироваться с помощью скорости газа. Соответственно, становится возможным упростить всю работу устройства. В соответствии с настоящим изобретением, печь 10B для сушки и предварительного нагрева одиночного типа, первичная восстанавливающая печь 20B с низкой скоростью газового потока двойного типа и вторичная восстанавливающая печь 40B с низкой скоростью газового потока двойного типа имеют цилиндрический корпус с расширенной верхней и суженной нижней частями, в которых диаметр их нижних частей меньше, чем диаметр их верхних частей для того, чтобы не только достигалось активное кипение псевдоожиженного слоя железной руды в каждой нижней части их, увеличивая, тем самым, степень утилизации газа, но также уменьшалась бы скорость газового потока в их расширенной верхней части, подавляя, тем самым, вынос пылеобразной железной руды, одновременно понижая показатель потребления газа. Для этих печей скорость потока восстанавливающего газа в нижней секции каждой из них должна быть равна 1,5-3,0 минимальной скорости образования псевдоожиженного потока частиц железной руды, которую необходимо загружать в псевдоожиженный слой каждой соответствующей печи. Скорость потока восстанавливающего газа в верхней секции каждой, из них, однако, должна быть ниже, чем предельно допустимая скорость для частиц железной руды, подвергаемых выносу. Для первичной и вторичной восстанавливающих печей 20C и 30B с высокой скоростью газового потока, каждая из которых имеет равномерную цилиндрическую форму, в результате чего получается постоянная скорость газа по всей ее длине, скорость потока восстанавливающего газа должна быть равна 1,5-3,0 минимальной скорости образования псевдоожиженного слоя для железной руды с частицами крупного размера.

Предпочтительно также, чтобы давление и температура газа, подаваемого в каждую вторичную восстанавливающую печь 30B с высокой скоростью газового потока и вторичную восстанавливающую печь 40B с низкой скоростью газового потока, находились в пределах от 2 до 4 атм, и от 800 до 900^oC, соответственно. Для печи 10B для сушки и предварительного нагрева первичная и вторичная восстанавливающие печи 20B и 40B с низкой скоростью газового потока и первичная и вторичная восстанавливающие печи 20C и 30B с высокой скоростью газового потока, падение давления, происходящее в каждой печи, предпочтительно, должно находиться в пределах от 0,3-0,6 атм и падение температуры в каждой из печей, предпочтительно, должно находиться в пределах от 30 до 80^oC. Предпочтительно, чтобы время нахождения железной руды в каждой печи составляло от 20 до 40 минут.

Настоящее изобретение будет более понятным при ссылке на нижеследующие примеры; однако эти примеры предназначены только для иллюстрации и не ограничивают рассмотрение настоящего изобретения.

Пример 1. Было собрано устройство восстановления типа псевдоожиженного слоя, по схеме, представленной на фигуре 2. Это устройство восстановления типа псевдоожиженного слоя, имело следующие размеры:
1. Внутренний диаметр и высота каждой печи типа псевдоожиженного слоя
- Печь для сушки и предварительного нагрева
Внутренний диаметр нижней секции: - 0,3 м;
Высота нижней секции - 4,0 м;
Внутренний диаметр верхней секции - 0,90 м;
Высота верхней секции - 2,50 м;
- Первичная восстанавливающая печь
Внутренний диаметр нижней секции: - 0,3 м;
Высота нижней секции: - 4,0 м;
Внутренний диаметр верхней секции: - 0,90 м;
Высота верхней секции: - 2,50 м;
- Вторичная восстанавливающая печь с высокой скоростью газового потока
Внутренний диаметр: - 0,2 м;
Высота: - 5,20 м;
- Вторичная восстанавливающая печь с низкой скорость газового потока
Внутренний диаметр нижней секции: - 0,50 м;
Высота нижней секции: - 2,70 м;
Внутренний диаметр верхней секции: - 0,90 м;
Высота верхней секции: - 2,30 м;
С использованием устройства восстановления типа псевдоожиженного слоя, упомянутого выше, выполнялся процесс производства восстановленного железа и расплавленного чугуна при следующих условиях:
2) Загрузка и выгрузка железной руды
- Состав железной руды с мелкими частицами
T.Fe: 62,36%, SiO₂: 5,65%, Al₂O₃: 2,91%, S: 0,007%, и P: 0,065;
- Распределение размеров частиц
< 0,25 мм = 22%, 0,25 мм - 1,0 мм = 28%, и 1,0 мм - 5,0 мм = 50%;
- Скорость загрузки: 6 кг/мин
- Скорость выгрузки из третьего выходного отверстия для железной руды с крупными частицами: 3,0 кг/мин
- Скорость выгрузки из третьего выходного отверстия для руды с частицами среднего и мелкого размера: 1,2 кг/мин
Скорость выгрузки из третьего выходного отверстия для пылеобразной руды: 3,0 кг/мин
3) Восстанавливающий газ
- Состав: CO: 65%, H₂: 25%, и
CO₂ + H₂O : 10%;
- Температура: около 850^oC; а также
- Давление : 2,3 кгс/см²
4) Поверхностная скорость газа в каждой печи
Печь для сушки и предварительного нагрева
- Поверхностная скорость газа в нижней секции: 2,22 м/с;
- Поверхностная скорость газа в верхней секции: 0,25 м/с;
Первичная восстанавливающая печь
- Поверхностная скорость газа в нижней секции: 2,22 м/с;
- Поверхностная скорость газа в верхней секции: 0,25 м/с;
Вторичная восстанавливающая печь с высокой скоростью газового потока: 3,0 м/с;
Вторичная восстанавливающая печь с низкой скоростью газового потока:
- Поверхностная скорость газа в нижней секции: 0,32 м/с;
- Поверхностная скорость газа в верхней секции: 0,25 м/с;
При приведенных выше условиях было возможным поддерживать частицы железной руды в псевдоожиженном кипящем состоянии, в каждой из печей 10 для сушки и предварительного нагрева, первичной восстанавливающей печи 20, вторичной восстанавливающей печи 30 с высокой скоростью газового потока и вторичной восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока. Средняя степень утилизации газа составила около 29% и показатель потребления газа был около 1,290 нормальных кубических метров на тонну руды.

Средняя степень восстановления железной руды соответственно выгружаемой через третье выходное отверстие 33, для железной руды с крупными частицами вторичной восстанавливающей печи 30A с высокой скоростью газового потока, третьего выходного отверстия 43 для руды с частицами мелкого и среднего размера вторичной восстанавливающей печи с низкой скоростью газового потока и третьей линии 71 выгрузки пылеобразной руды составили 87%, 89% и 84%. Через 60 минут с начала процесса восстановления было выгружено восстановленное железо.

Восстановленное железо, выгруженное из третьего выходного отверстия 33, для руды с крупными частицами вторичной восстанавливающей печи 30, с высокой скоростью газового потока, имеет следующее распределение размеров крупинок: < 0,2 мм: 8%, 0,2 мм - 0,5 мм: 11%, 0,5 мм - 1,0 мм: 14%, 1,0 мм - 3,0 мм: 57% и 3,0 мм - 5,0 мм: 10%. С другой стороны, восстановленное железо, выгруженное из третьего выходного отверстия 43 для руды с частицами среднего и мелкого размера вторичной восстанавливающей печи 40 с низкой скоростью газового потока, имело следующее распределение размера крупинок: < 0,05 мм: 1,0%, 0,05 мм - 0,1 мм: 17%, 0,1 мм - 0,2 мм: 72%, и 0,2 мм - 0,5 мм: 10%.

Количество и размер крупинок восстановленного железа, выгружаемого из каждого выходного отверстия, можно было регулировать с помощью скорости подаваемого восстанавливающего газа. Можно было также обнаружить изменения в степени восстановления, в зависимости от времени нахождения железной руды в каждой из печей.

Пример 2. Было собрано устройство восстановления типа псевдоожиженного слоя, имеющее конструкцию, показанную на фигуре 3. Это устройство восстановления типа псевдоожиженного слоя имело следующие размеры:
1) Внутренний диаметр и высота каждой печи типа псевдоожиженного слоя
- Печь для сушки и предварительного нагрева
Внутренний диаметр нижней секции возле распределителя: - 0,22 м;
Высота в нижней секции возле распределителя: - 0,70 м;
Внутренний диаметр средней секции: - 0,30 м;
Высота средней секции: - 3,50 м;
Внутренний диаметр в верхней секции: - 0,90 м;
Высота верхней секции: - 2,50 м;
- Первичная восстанавливающая печь
Внутренний диаметр нижней секции возле распределителя: - 0,22 м;
Высота нижней секции возле распределителя: - 0,70 м;
Внутренний диаметр средней секции: - 0,30 м;
Высота средней секции: - 3,50 м;
Внутренний диаметр верхней секции: - 0,90 м;
Высота верхней секции: - 2,50 м;
- Вторичная восстанавливающая печь с высокой скоростью газового потока
Внутренний диаметр нижней секции возле распределителя: - 0,26 м;
Высота нижней секции возле распределителя : - 0,50 м;
Внутренний диаметр верхней секции: - 0,30 м;
Высота верхней секции: - 4,70 м;
- Вторичная восстанавливающая печь с низкой скоростью газового потока
Внутренний диаметр нижней секции: - 0,50 м;
Высота нижней секции: - 2,70 м;
Внутренний диаметр верхней секции: - 0,90 м;
Высота верхней секции: - 2,30 м.

Используя устройство восстановления типа псевдоожиженного слоя, приведенного выше, было выполнено производство восстановленного железа и расплавленного чугуна при следующих условиях:
2) Загрузка и выгрузка железной руды
- Состав железной руды с мелкими частицами T.Fe: 62,36%, SiO₂: 5,65%, Al₂O₃: 2,91%, S: 0,007%, и P: 0,065%;
- Распределение размеров частиц < 0,25 мм - 20%, 0,25 мм - 1 мм = 23%, 1,0 - 5,0 мм = 45%, и 5,0 мм - 8,0 мм = 12%;
- Скорость загрузки: 6 кг/мин
- Скорость выгрузки из третьего выходного отверстия для руды с крупными частицами: 3,0 кг/мин
- Скорость выгрузки из третьего выходного отверстия для руды с частицами среднего и мелкого размера: 1,2 кг/мин
- Скорость выгрузки из третьего выходного отверстия пылеобразной руды: 0,06 кг/мин
3) Восстанавливающий газ
- Состав: CO: 65%, H₂: 25%, и
CO₂ + H₂O : 10%
- Температура: около 850^oC; и
- Давление: 2,3 кгс/см²
4) Поверхностная скорость газа в каждой печи
Печь для сушки и предварительного нагрева
- Поверхностная скорость газа в нижней секции возле распределителя: 4,12 м/с;
- Поверхностная скорость газа в средней секции: 2,22 м/с;
- Поверхностная скорость газа в верхней секции: 0,25 м/с;
Первичная восстанавливающая печь
- Поверхностная скорость газа в нижней секции возле распределителя: 4,12 м/с;
- Поверхностная скорость газа в средней секции: 2,22 м/с;
- Поверхностная скорость газа в верхней секции: 0,25 м/с;
Вторичная восстанавливающая печь с высокой скоростью газового потока
- Поверхностная скорость газа в нижней секции возле распределителя: 4,0 м/с;
- Поверхностная скорость газа в верхней секции: 3,0 м/с;
Вторичная восстанавливающая печь с низкой скоростью газового потока
- Поверхностная скорость газа в нижней секции: 0,32 м/с;
- Поверхностная скорость газа в верхней секции: 0,25 м/с;
Процесс восстановления в псевдоожиженном слое выполнялся для железной руды с широким диапазоном размеров частиц, а именно: железной руды, имеющей размер частиц менее 8 мм с достижением состояния активного псевдоожиженного кипения крупных частиц железной руды (в противном случае они были бы в основном распределены в нижней секции каждой печи) при вышеприведенных условиях. В этом примере была достигнута средняя степень восстановления 89%, при таком же показателе потребления и степени утилизации газа, как в примере 1, по отношению к восстановлению в псевдоожиженном состоянии для железной руды с размером частиц менее 5 мм.

Пример 3. 0,4 кг железной руды с размером крупинок в диапазоне от 1 мм до 5 мм было восстановлено с помощью восстанавливающего газа, в восстанавливающей печи типа псевдоожиженного слоя лабораторных размеров при температуре около 850^oC. Поверхностная скорость потока восстанавливающего газа составляла около 4 м/с. Восстанавливающий газ имел состав: CO: 65%, CO₂: 0,5%, H₂: 25% и Ar: 5%. Проверялась степень разложения железной руды. Результаты показаны на фиг. 5.

Соответствующие предельно допустимые скорости для значений давления в 1, 2, 3 и 4 атм вычислялись для случая образования псевдоожиженного состояния железной руды при 850^oC с использованием восстанавливающего газа, который имел состав: CO: 46%, CO₂: 15%, H₂, H₂O: 8% и N₂: 11% при первичном восстановлении и состав: CO: 59%, CO₂: 3%, H₂: 25%, H₂O: 2% и N₂: 11% при окончательном восстановлении. Результаты представлены на фигуре 6.

Соответствующие предельно минимальной скорости образования псевдоожиженного слоя при значениях давления 1, 2, 3 и 4 атм, при которой происходило образование псевдоожиженного состояния для различного размера крупинок, вычислялись по формуле Уэна и Йю (Wen, Yu) для случая образования псевдоожиженного состояния железной руды при температуре 850^oC с использованием восстанавливающего газа следующего состава: CO: 46%, CO₂: 15%, H₂: 20%, H₂O: 8% и N₂: 11% при первичном восстановлении и состав: CO: 59%, CO₂: 3%, H₂: 25%, H₂O: 2% и N₂: 11% при окончательном восстановлении. Результаты показаны на фиг. 7.

Рассматривая фиг. 5, можно обнаружить, что разложение железной руды, практически, полностью завершается на ранней стадии (примерно через 15 минут) горячего псевдоожиженного восстановления.

Анализ фиг. 6 показывает, что значение предельно допустимой скорости при первичной реакции, практически, равно значению при окончательной реакции. Фиг. 7 показывает что, минимальная скорость образования псевдоожиженного слоя, требуемая при первичной реакции, практически, равна требуемой при окончательной реакции.

Устройство, имеющее конструкцию, представленную на фиг. 4, представляет собой восстанавливающую печь типа псевдоожиженного слоя, построенную на основе приведенных фактов в соответствии с настоящим изобретением.

Пример 4. Восстанавливающая печь типа псевдоожиженного слоя, используемая в этом примере, имела конструкцию, представленную на фиг. 4, которая включала печь 10 для сушки и предварительного нагрева для сушки и предварительного нагрева железной руды, первичную восстанавливающую печь 20В с низкой скорость газового потока для предварительного восстановления части высушенной и предварительно нагретой железной руды с частицами среднего и мелкого размера и вторичную восстанавливающую печь 40В с низкой скоростью газового потока для окончательного восстановления предварительно восстановленной руды с частицами среднего и мелкого размера. Эти печи 10B, 20B и 40B имели расширенную верхнюю и суженную нижнюю цилиндрическую форму корпуса, в котором диаметр их нижней части меньше, чем диаметр верхней части так, что не только обеспечивалось активное образование псевдоожиженного кипящего состояния железной руды в каждой суженной нижней части печей, увеличивая, тем самым, степень утилизации газа, но также уменьшалась скорость газа в их расширенной верхней части, предотвращая вынос пылеобразной руды. Конструкция, также, включала первичную восстанавливающую печь 20C с высокой скоростью газового потока для предварительного восстановления только части высушенной и предварительно нагретой железной руды с крупными частицами, с одновременным выносом руды с частицами среднего и мелкого размера и вторичная восстанавливающая печь 30B с высокой скоростью газового потока для окончательного восстановления предварительно восстановленной железной руды с частицами крупного размера. Эти печи 20C и 30B имели цилиндрический корпус печи с постоянным диаметром по всей длине.

Восстанавливающий газ при температуре около 850^oC подавался во вторичную восстанавливающую печь 30B с высокой скоростью газового потока и во вторичную восстанавливающую печь 40B с низкой скоростью газового потока, соответственно, через входные отверстия 31B и 41B подачи восстанавливающего газа и их газовые распределители 32B и 42B, при одновременной загрузке железной руды с широким диапазонам размеров частиц в печь 10B для сушки и предварительного нагрева. Железная руда высушивалась и предварительно нагревалась с формированием псевдоожиженного кипящего слоя в печи 10B. Высушенная и предварительно нагретая железная руда затем подавалась в первичную восстанавливающую печь 20C с высокой скоростью газового потока. В первичной восстанавливающей печи 20C с высокой скоростью газового потока крупные частицы железной руды подвергались предварительному восстановлению в псевдоожиженном кипящем слое, с одновременным выносом части высушенной и предварительно нагретой руды с частицами среднего и мелкого размера. Предварительно восстановленная железная руда с частицами крупного размера подавалась во вторичную восстанавливающую печь 30B с высокой скоростью газового потока, в которой она затем окончательно восстанавливалась. После окончательного восстановления крупные частицы железной руды выгружались через третье выходное отверстие 33B для крупных частиц железной руды. С другой стороны, частицы железной руды среднего и мелкого размера, вынесенные из первичной восстанавливающей печи 20C с высокой скоростью газового потока, предварительно восстанавливались в первичной восстанавливающей печи 20B с низкой скоростью газового потока, с одновременным формированием псевдоожиженного кипящего слоя. После предварительного восстановления железная руда с частицами среднего и мелкого размера подавалась во вторичную печь 40B с низкой скоростью газового потока, в которой она затем окончательно восстанавливалась. Затем железная руда с частицами среднего и мелкого размера выгружалась через третье выходное отверстие 44B для железной руды с частицами среднего и мелкого размера.

Устройство восстановления типа псевдоожиженного слоя, которое использовалось в этом примере, имело следующие размеры:
1) Внутренний диаметр и высота каждой печи типа псевдоожиженного слоя
- Печь для сушки и предварительного нагрева
Внутренний диаметр нижней секции: - 0,3 м;
Высота нижней секции: - 4,0 м;
Внутренний диаметр верхней секции: - 0,9 м;
Высота верхней секции: - 2,5 м;
- Первичная восстанавливающая печь с высокой скоростью газового потока
Внутренний диаметр - 0,2 м;
Высота - 5,2 м;
- Первичная восстанавливающая печь с низкой скоростью газового потока
Внутренний диаметр нижней секции: - 0,5 м;
Высота нижней секции: - 2,7 м;
Внутренний диаметр верхней секции: - 0,9 м;
Высота верхней секции: - 2,3 м;
- Вторичная восстанавливающая печь с высокой скоростью газового потока
Внутренний диаметр: - 0,2 м;
Высота - 5,2 м;
- Вторичная восстанавливающая печь с низкой скоростью газового потока
Внутренний диаметр нижней секции: - 0,5 м;
Высота нижней секции: - 2,7 м;
Внутренний диаметр верхней секции: 0,9 м;
Высота верхней секции: 2,3 м.

При использовании устройства восстановления типа псевдоожиженного слоя, описанного выше, производство восстановленного железа и расплавленного чугуна выполнялось при следующих условиях:
2) Загрузка и выгрузка железной руды
- Состав железной руды с мелким размером частиц
Т.Fe: 62,36%, SiO₂: 5,65%, Al₂O₃: 2,91%,
S: 0,007% и P: 0,065%;
- Распределение размеров частиц
< 0,25 мм = 22%, 0,25 мм - 1,0 мм = 28%,
и 1,0 мм - 5,0 мм = 50%;
- Скорость загрузки: 5 кг/мин
- Скорость выгрузки из третьего выходного отверстия для руды с крупным размером частиц: 1,7 кг/мин
- Скорость выгрузки из третьего выходного отверстия для руды с частицами среднего и мелкого размера: 2,2 кг/мин
3) Восстанавливающий газ
- Состав: CO: 65%, H₂: 25% и
CO₂ + H₂O: 10%;
- Температура: около 850^oC; и
- Давление: 2,3 кгс/см²
4) Поверхностная скорость газа в каждой печи
Печь для сушки и предварительного нагрева
- Поверхностная скорость газа в нижней секции: 2,22 м/с;
- Поверхностная скорость газа в верхней секции: 0,25 м/с;
Первичная восстанавливающая печь с высокой скоростью газового потока: 3,0 м/с;
Первичная восстанавливающая печь с высокой скоростью газового потока
- Поверхностная скорость газа в нижней секции: 0,32 м/с;
- Поверхностная скорость газа в верхней секции: 0,25 м/с;
Вторичная восстанавливающая печь с высокой скоростью газового потока: 3,0 м/с;
Вторичная восстанавливающая печь с низкой скоростью газового потока
- Поверхностная скорость газа в нижней секции: 0,32 м/с;
- Поверхностная скорость газа в верхней секции: 0,25 м/с.

При указанных выше условиях было возможным поддерживать железную руду в состоянии псевдоожиженного кипения в каждой из печей 10B для сушки и предварительного нагрева, первичной восстанавливающей печи 20B для руды с крупными частицами, первичной восстанавливающей печи 20B для руды с частицами среднего и мелкого размера, вторичной восстанавливающей печи 30B с высокой скоростью газового потока и вторичной восстанавливающей печи 40B с низкой скоростью газового потока. На этапе первичного восстановления железная руда разделяется на часть с крупными частицами и на часть с частицами среднего и мелкого размера. Эти части руды раздельно подвергались предварительному восстановлению и окончательному восстановлению. В этом примере средняя степень утилизации газа составляла около 30% и показатель потребления газа был около 1,270 нормальных кубических метров на тонну руды. Через 60 минут после начала восстановления восстановленное железо со средней степенью восстановления около 90% можно было выгружать через третьи выходные отверстия 33B и 44B для железной руды с крупным, а также средним и мелким размером частиц.

Как ясно из вышеприведенного описания, в соответствии с настоящим изобретением, железная руда разделялась по размеру частиц после сушки и предварительного нагрева в печи 10B для сушки и предварительного нагрева. Крупные частицы железной руды подвергались предварительному восстановлению в первичной восстанавливающей печи 20B с высокой скоростью газового потока, а затем окончательно восстанавливались во вторичной восстанавливающей печи 30B с высокой скоростью газового потока. С другой стороны, железная руда с частицами среднего и мелкого размера предварительно восстанавливалась в первичной восстанавливающей печи 20B с низкой скоростью газового потока, а затем окончательно восстанавливалась во вторичной восстанавливающей печи 40B с низкой скоростью газового потока. Соответственно, оказалось возможным получать восстановленное железо с относительно равномерной степенью восстановления независимо от размера частиц железной руды, с достижением отличной степени разделения между железной рудой с крупным, а также средним и мелким размером частиц. Становится возможным также подавать в плавильный газификатор восстановленное железо с соответствующим размером частиц, в зависимости от агрегата подачи и позиции подачи. Количество и размер частиц восстановленного железа, выгружаемого через третье выходное отверстие 33B для крупных частиц руды или третье выходное отверстие 44B для частиц руды среднего и мелкого размера, может регулироваться изменением скорости потока восстанавливающего газа. Степень восстановления железной руды может также регулироваться изменением времени нахождения железной руды в каждой печи. Поскольку все три этапа восстановления в слое псевдоожиженного типа выполняются с использованием псевдоожиженного кипящего состояния, в соответствии с настоящим изобретением, степень утилизации газа и показатель потребления газа могут быть улучшены. Устройство восстановления типа псевдоожиженного слоя также имеет конструкцию, которая способствует предохранению от закупорки линий и благоприятствует образованию псевдоожиженного состояния даже после работы в течение длительного времени.

Хотя данный предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения был описан с целью иллюстрации, специалистам в данной области будут ясны возможности выполнения различных модификаций, дополнений и упрощений, без отхода от объема и основной идеи настоящего изобретения, как описывается в прилагаемой формуле изобретения.

Claims (22)

1. Устройство псевдоожиженного слоя для восстановления железной руды с широким диапазоном размеров частиц, содержащее печь псевдоожиженного слоя для предварительного восстановления руды с отверстиями и трубопроводами для ввода и вывода руды, ввода и вывода соответственно реакционного и отходящего газов и циклон для улавливания выносимой из печи руды с отверстиями для ввода отходящего газа, отверстиями и трубопроводами для отвода очищенного газа и уловленной в нем руды, отличающееся тем, что устройство снабжено оборудованной загрузочной воронкой печью для сушки и предварительного нагрева, установленной перед печью для предварительного восстановления, и размещенными после нее двумя печами для окончательного восстановления с высокой и низкой скоростью газового потока, причем все печи выполнены в виде печей псевдоожиженного слоя с газовыми распределителями в их нижних частях, отверстиями для ввода реакционного газа в донных частях, отверстиями и трубопроводами для ввода и вывода руды в боковых стенках и отверстиями и трубопроводами для вывода отходящего газа в верхний частях боковых стенок, причем все печи, кроме печи для окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока, оборудованы циклонами для улавливания выносимой из них руды с отверстиями для ввода отходящих из печи газов и с отверстиями и трубопроводами для вывода очищенного газа и уловленной в циклонах руды, печь для сушки и предварительного нагрева имеет два отверстия и два трубопровода для раздельного вывода крупной и средней и мелкой фракций руды, которые соединены между собой и с трубопроводом для вывода уловленной в циклоне этой печи руды с образованием общей подводящей линии, соединенной с отверстием для ввода руды печи, для предварительного восстановления, которая, в свою очередь, также выполнена с двумя отверстиями для раздельного вывода крупной и средней и мелкой фракций руды, которые аналогично соединены между собой и с трубопроводом вывода уловленной в циклоне этой печи руды с образованием второй общей подводящей линии, соединенной с отверстием для ввода руды печи для окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока, имеющей отверстие в нижней части боковой стенки для вывода крупной фракции руды и отверстие для вывода средней и мелкой фракции руды, которое совпадает с отверстием для вывода из печи отходящего газа и соединено с отверстием для ввода руды печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока, при этом трубопровод вывода руды из печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока соединен с трубопроводом вывода уловленной в циклоне этой печи руды с образованием общей выводящей линии, причем отверстие для вывода очищенного газа от циклона печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока соединено с отверстием для ввода газа печи для предварительного восстановления, отверстие для вывода очищенного газа от циклона печи для предварительного восстановления соединено с отверстием для ввода газа печи для сушки и предварительного нагрева руды, а отверстие для вывода очищенного газа от циклона печи для сушки и предварительного нагрева соединено с атмосферой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что печи для сушки и предварительного нагрева для предварительного восстановления и для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока выполнены с переменным радиусом по высоте, при этом внутренний диаметр нижней и верхней частей печи для сушки и предварительного нагрева и печи для предварительного восстановления в 1,2-1,8 и 3,0-5,0 раза больше внутреннего диаметра печи окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока соответственно, а внутренний диаметр нижней и верхней частей печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока в 2,0-3,0 и 2,8-4,0 раза больше внутреннего диаметра печи для окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока, соответственно.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что высота нижней части печи для сушки и предварительного нагрева, печи для предварительного восстановления и печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока в 7,0-12,0 раз больше ее внутреннего диаметра, а высота их верхних частей в 2,0-4,0 раза больше их внутренних диаметров, при этом высота печи для окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока в 20-30 раз больше ее внутреннего диаметра.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что печь для сушки и предварительного нагрева и печи для предварительного восстановления имеют корпус, выполненный из трех цилиндрических секций различного диаметра, расположенных с его увеличением от низа к верху и двух промежуточных конических секций, а печь для окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока выполнена в виде двух цилиндрических секций различного диаметра, расположенных с его увеличением от низа к верху и промежуточной конической секции.

5. Устройство по любому из пп.1, 2 и 4, отличающееся тем, что оно снабжено плавильным газификатором, имеющим отверстия для ввода восстановленной руды и вывода полученного в нем восстановительного газа, при этом отверстия для ввода восстановленной руды соединены с отверстием для вывода крупной фракции руды из печи для окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока и с общей выводящей линией от печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока, а отверстие для вывода полученного в плавильном газификаторе газа соединено трубопроводами с отверстиями для ввода газа печей для окончательного восстановления с высокой и низкой скоростями газового потока.

6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными внутренним циклоном, расположенным в верхней части печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока, при этом внутренний циклон соединен трубопроводом с циклоном, расположенным за этой печью.

7. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что оно снабжено линиями подвода продувочного газа, подсоединенными к трубопроводам, которые соединяют отверстия для ввода руды в печь для предварительного восстановления с отверстиями для вывода руды из печи для сушки и предварительного нагрева и отверстия для вывода руды печи предварительного восстановления с отверстиями для ввода руды печи для окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока, и которые выполнены изогнутыми.

8. Устройство псевдоожиженного слоя для восстановления железной руды с широким диапазоном размеров частиц, содержащее печь псевдоожиженного слоя для предварительного восстановления руды с отверстиями и трубопроводами для ввода и вывода руды, ввода и вывода соответственно реакционного и отходящего газов, циклов для улавливания выносимой из печи руды с отверстиями для ввода отходящего газа и отверстиями и трубопроводами вывода очищенного газа и уловленной в нем руды, а также плавильный газификатор с отверстиями и трубопроводами для ввода восстановленной руды и отвода полученного в нем газа, отличающееся тем, что устройство снабжено оборудованной загрузочной воронкой печью псевдоожиженного слоя для сушки и предварительного нагрева руды, установленной перед печью для предварительного восстановления, и размещенными после нее второй печью для предварительного восстановления и двумя печами для окончательного восстановления предварительно восстановленной руды, причем одна печь для предварительного восстановления и одна печь для окончательного восстановления выполнены в виде печей псевдоожиженного слоя с высокой скоростью газового потока, а две другие печи для предварительного и окончательного восстановления - в виде печей псевдоожиженного слоя с низкой скоростью газового потока, при этом все печи выполнены с отверстиями для ввода реакционного газа в донных частях, отверстиями для ввода и вывода руды в боковых стенках и отверстиями и трубопроводами для вывода отходящего газа в боковых стенках в верхних частях, при этом все печи, кроме печи для предварительного восстановления с высокой скоростью газового потока, оборудованы циклонами для улавливания выносимой из них руды с отверстиями для ввода отходящих газов и отверстиями и трубопроводами для вывода очищенного газа и уловленной в циклонах руды, при этом отверстие для вывода руды из печи для сушки и предварительного нагрева соединено с отверстием для ввода руды печи для предварительного восстановления с высокой скоростью газового потока, которая имеет отверстие для вывода руды с крупной фракцией в нижней части, соединенное с отверстием для ввода руды печи для окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока и отверстие для вывода средней и мелкой фракций руды, совпадающее с отверстием для вывода из нее отходящего газа и соединенное с отверстием для ввода руды печи для предварительного восстановления с низкой скоростью газового потока, отверстие для вывода руды которой соединено с отверстием для ввода руды печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока, при этом трубопровод для вывода руды, уловленной в циклоне печи для предварительного восстановления с низкой скоростью газового потока, соединен с отверстием для ввода руды в эту печь или с отверстием для ввода руды печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока, трубопроводы для вывода руды, уловленной в циклонах печей для окончательного восстановления с высокой и низкой скоростью газового потока, соединены с отверстием для ввода руды печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока или с отверстием для ввода руды в плавильный газификатор, расположенными в его нижней части, при этом отверстие для вывода газа из плавильного газификатора соединено с отверстиями для ввода газа печей для окончательного восстановления с высокой и низкой скоростями газового потока, отверстие для вывода очищенного газа из циклона печи для окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока соединено с отверстием для ввода газа печи для предварительного восстановления с высокой скоростью газового потока, отверстие для вывода очищенного газа из циклона печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока соединено с отверстием для ввода газа печи для предварительного восстановления с низкой скоростью газового потока, отверстие для вывода очищенного газа от циклона последней печи соединено с отверстием для ввода газа печи для сушки и предварительного нагрева руды, а отверстие для вывода очищенного газа из печи для сушки и предварительного нагрева соединено с атмосферой.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что печь для предварительного восстановления с высокой скоростью газового потока и печь для окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока имеют одинаковую форму и размеры, а также печь для предварительного восстановления с низкой скоростью газового потока и печь для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока имеют одинаковую форму и размеры.

10. Устройство по п. 8 или 9, отличающееся тем, что печь для сушки и предварительного нагрева и печи для предварительного и окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока выполнены с переменным диаметром по высоте, при этом высота каждой нижней части этих печей в 7-12 раз больше их внутреннего диаметра, а высота каждой из верхней части в 2-4 раза больше соответствующего внутреннего диаметра, при этом высота печей для предварительного и окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока в 20-30 раз больше их внутреннего диаметра.

11. Устройство по любому из пп.8-10, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным циклоном, установленным в верхней части печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока и соединенным посредством трубопровода отходящего газа с основным циклоном, установленным за этой печью.

12. Устройство псевдоожиженного слоя для восстановления железной руды с широким диапазоном размеров частиц, содержащее печь псевдоожиженного слоя для предварительного восстановления руды с отверстиями и трубопроводами для ввода и вывода руды, ввода и вывода соответственно реакционного и отходящего газов, циклон для улавливания выносимой из печи руды с отверстиями для ввода отходящего газа, отверстиями и трубопроводами отвода очищенного газа и уловленной в нем руды, а также плавильный газификатор с отверстиями и трубопроводами для ввода восстановленной руды и отвода полученного в нем восстановительного газа, отличающееся тем, что устройство снабжено оборудованной загрузочной воронкой печью для сушки предварительного нагрева руды, установленной перед печью для предварительного восстановления, и размещенными после нее второй печью для предварительного восстановления и двумя печами для окончательного восстановления предварительно восстановленной руды, причем одна печь для предварительного восстановления и одна печь для окончательного восстановления выполнены в виде печей псевдоожиженного слоя с высокой скоростью газового потока, и две другие печи для предварительного и окончательного восстановления - в виде печей псевдоожиженного слоя с низкой скоростью газового потока, все печи выполнены с газовыми распределителями в их нижних частях, с отверстиями для ввода реакционного газа в донных частях, отверстиями для ввода и вывода руды в боковых стенках и отверстиями для вывода отходящего газа в верхних боковых частях, при этом все печи, кроме печи для предварительного восстановления с высокой скоростью газового потока, оборудованы циклонами для улавливания выносимой из них руды с отверстиями для ввода отходящих газов и отверстиями и трубопроводами для вывода очищенного газа и уловленной в циклонах руды, печь для сушки и предварительного нагрева руды имеет два отверстия и два трубопровода для раздельного вывода крупной и средней и мелкой фракций руды, которые соединены между собой и трубопроводом для вывода уловленной в циклоне этой печи руды с образованием общей подводящей линии, которая соединена с входным отверстием печи для предварительного восстановления с высокой скоростью газового потока, имеющей отверстие для вывода крупной фракции руды, которое расположено в нижней части печи и соединено с входным отверстием для руды печи окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока, а также отверстие для вывода средней и мелкой фракции руды, расположенное в верхней боковой части печи, совпадающее с отверстием для отвода отработанного газа и соединенное с отверстием для ввода руды печи для предварительного восстановления с низкой скоростью газового потока, при этом печь для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока имеет два отверстия для ввода в нее руды, одно из которых соединено с отверстием для вывода средней и мелкой фракции печи для предварительного восстановления с низкой скоростью газового потока, а второе отверстие соединено с отверстиями для вывода руды из циклона печи для окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока и из циклона своей печи, которые одновременно соединены с отверстием для ввода руды в плавильной газификатор за счет соединения соответствующих трубопроводов между собой и расположения в месте их пересечения клапанов выгрузки в двух направлениях, при этом выходные отверстия для вывода руды из печей окончательного восстановления с высокой и низкой скоростью газового потока соединены с отверстиями для ввода руды в плавильной газификатор, причем отверстие для вывода газа, получаемого в плавильном газификаторе, соединено с отверстиями для ввода газа печей окончательного восстановления с низкой и высокой скоростями газового потока отверстие для вывода очищенного газа из циклона печи окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока соединено с отверстием для ввода газа печи для предварительного восстановления с высокой скоростью газового потока, отверстие для вывода очищенного газа из циклона печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока соединено с отверстием для ввода газа печи для предварительного восстановления с низкой скоростью газового потока, отверстие для вывода очищенного газа из циклона последней печи соединено с отверстием для ввода газа печи для сушки и предварительного нагрева руды, отверстие для вывода очищенного газа из циклона печи для сушки и предварительного нагрева соединено с атмосферой.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что дополнительно снабжено линиями подвода продувочного газа, подсоединенными к трубопроводам, которые соединяют отверстия для ввода руды в печь для предварительного восстановления с высокой скоростью газового потока с отверстиями для вывода руды из печи для сушки и предварительного нагрева и которые выполнены изогнутыми.

14. Устройство по пп.12 и 13, отличающееся тем, что печь для предварительного восстановления с высокой скоростью газового потока и печь окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока имеют одинаковые форму и размеры, а также печь для предварительного восстановления с низкой скоростью газового потока и печь для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока имеют одинаковые форму и размеры.

15. Устройство по любому из пп.12-14, отличающееся тем, что печь для сушки и предварительного нагрева, и печи для предварительного и окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока выполнены с переменным диаметром по высоте, при этом высота каждой нижней части этих печей в 7-12 раз больше их внутреннего диаметра, а высота каждой из верхней части в 2-4 раза больше соответствующего внутреннего диаметра, при этом высота печей для предварительного и окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока в 20 - 30 раз больше их внутреннего диаметра.

16. Устройство по любому из пп.12-15, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным циклоном, установленным в верхней части печи для окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока и соединенным посредством трубопровода отходящего газа с основным циклоном, установленным за этой печью.

17. Способ восстановления железной руды с широким диапазоном размеров частиц, включающий ее предварительное восстановление в печи псевдоожиженного слоя, отличающийся тем, что руду предварительно подвергают сушке и предварительному нагреву в печи с псевдоожиженным слоем, а после предварительного восстановления руду подвергают раздельному окончательному восстановлению в печах с псевдоожиженным слоем, при этом крупную фракцию руды восстанавливают в печи с псевдоожиженным слоем с высокой скоростью газового потока, а среднюю и мелкую фракции руды - в печи с псевдоожиженным слоем с низкой скоростью газового потока.

18. Способ по п.17, отличающееся тем, что скорость газа в каждой нижней части печи для сушки и предварительного нагрева, печи предварительного восстановления и печи окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока поддерживают равной 1,5-3,0 минимальной скорости образования псевдоожиженного состояния железной руды, загружаемой в соответствующую печь, в каждой верхней части печей скорость газа поддерживают ниже предельно допустимой скорости, при которой происходит вынос железной руды, при этом скорость газа в печи окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока поддерживают равной 1,5-3,0 минимальной скорости образования псевдоожиженного состояния руды с крупными частицами.

19. Способ по п.17 или 18, отличающийся тем, что давление и температуру газа, подаваемого в печь окончательного восстановления с низкой или высокой скоростью газового потока, поддерживают равными от 2 до 4 атм и от 800 до 900^oC соответственно, причем падение давления и температуры в каждой из печей для сушки и предварительного нагрева, для окончательного восстановления с низкой и высокой скоростями газового потока составляют от 0,3 до 0,6 атм и от 30 до 80^oC соответственно, а время нахождения железной руды в каждой печи равно от 20 до 40 мин.

20. Способ восстановления железной руды с широким диапазоном размеров частиц, включающий ее предварительное восстановление в печи псевдоожиженного слоя, отличающийся тем, что руду предварительно подвергают сушке и предварительному нагреву в печи с псевдоожиженным слоем, после предварительного восстановления осуществляют окончательное восстановление в псевдоожиженном слое, осуществляя предварительное и окончательное восстановление раздельно по фракциям, при этом предварительное и окончательное восстановление крупной фракции проводят в двух печах с высокой скоростью газового потока, а предварительное и окончательное восстановление средней и мелкой фракций - в двух печах с низкой скоростью газового потока.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что скорость газа в каждой нижней части печи для сушки и предварительного нагрева и печах предварительного и окончательного восстановления с низкой скоростью газового потока поддерживают равной 1,5-2,0 минимальной скорости образования псевдоожиженного состояния железной руды, загружаемой в соответствующую печь, а в каждой верхней части печей скорость газа поддерживают ниже предельно допустимой скорости, при которой происходит вынос железной руды, при этом скорость газа в печах предварительного или окончательного восстановления с высокой скоростью газового потока равна 1,5-3,0 минимальной скорости образования псевдоожиженного состояния руды с крупными частицами.

22. Способ по п. 20 или 21, отличающийся тем, что давление и температуру газа, подаваемого в печь окончательно восстановления с высокой или низкой скоростью восстановления, поддерживают равными от 2 до 4 атм и от 800 до 900^oC соответственно, причем падение давления и температуры во всех печах составляют от 0,3 до 0,6 атм и от 30 до 80^oC соответственно, а время нахождения железной руды в каждой печи равно от 20 до 40 мин.

Приоритет по пунктам:
29.12.94 - по пп. 1-7;
30.12.94 - по пп. 8-16 и 20-22.

Images