RU2285047C1 - Method of production of iron by direct reduction and device for realization of this method - Google Patents
Method of production of iron by direct reduction and device for realization of this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2285047C1 RU2285047C1 RU2005103339/02A RU2005103339A RU2285047C1 RU 2285047 C1 RU2285047 C1 RU 2285047C1 RU 2005103339/02 A RU2005103339/02 A RU 2005103339/02A RU 2005103339 A RU2005103339 A RU 2005103339A RU 2285047 C1 RU2285047 C1 RU 2285047C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- reactor
- generator
- water
- gas generator
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/02—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft furnaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/0073—Selection or treatment of the reducing gases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
- C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
- C21B2100/26—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by adding additional fuel in recirculation pipes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
- C21B2100/40—Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
- C21B2100/44—Removing particles, e.g. by scrubbing, dedusting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
- C21B2100/60—Process control or energy utilisation in the manufacture of iron or steel
- C21B2100/64—Controlling the physical properties of the gas, e.g. pressure or temperature
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
- C21B2100/60—Process control or energy utilisation in the manufacture of iron or steel
- C21B2100/66—Heat exchange
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
- Y02P10/143—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions of methane [CH4]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Manufacture Of Iron (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
Description
Взаимосвязанная группа изобретений относится к металлургической отрасли и может быть использована для переработки металлургического сырья.An interrelated group of inventions relates to the metallurgical industry and can be used for processing metallurgical raw materials.
Известен способ восстановления железорудного сырья до губчатого железа в шахтной печи, включающий противоток восстанавливаемого материала и газа в зонах восстановления, промежуточной и зоне охлаждения, охлаждение, очистку и рециркуляцию колошникового газа с разделением его на технологический и топливный потоки, дополнительную конверсию природного газа в промежуточной зоне окислительными компонентами - водяным паром и углекислым газом, отличающийся тем, что дополнительную конверсию ведут кислородом и окислительными компонентами топливного газа при температуре в зоне не ниже 760°С со следующими соотношениями компонентов 0,095≤n≤0,190; 0,61≤к≤0,84; 0,90≤р≤1,10; 0,45≤m≤0,50, где n - отношение кислорода к природному газу, к - отношение окислительных компонентов топливного и соответственно технологического газов к природному газу при добавке кислорода, а р - без добавки кислорода, m - отношение кислорода к природному газу, причем при кислородной конверсии температура в зоне не ниже 900°С (А.С. СССР №1535896, заявл. 04.11.87, опубл. Бюл. №2, 1990).A known method of reducing iron ore to sponge iron in a shaft furnace, including countercurrent of the recovered material and gas in the reduction zones, the intermediate and cooling zones, cooling, cleaning and recycling of top gas with its separation into process and fuel flows, additional conversion of natural gas in the intermediate zone oxidizing components - water vapor and carbon dioxide, characterized in that the additional conversion is carried out by oxygen and oxidizing components then Livni gas at a temperature in the region not lower than 760 ° C with the following ratios of components 0,095≤n≤0,190; 0.61≤k≤0.84; 0.90≤p≤1.10; 0.45≤m≤0.50, where n is the ratio of oxygen to natural gas, k is the ratio of the oxidizing components of the fuel and, accordingly, process gases to natural gas with oxygen, and p is without oxygen, m is the ratio of oxygen to natural gas moreover, during oxygen conversion, the temperature in the zone is not lower than 900 ° C (AS USSR No. 1535896, decl. 04.11.87, publ. Bull. No. 2, 1990).
Однако в продуктах конверсии присутствуют окислы, наличие которых отрицательно влияет на эффективность восстановления железорудного сырья, кроме этого современная технология плавки в электропечах предусматривает использование брикетов из металлизированного сырья.However, oxides are present in the conversion products, the presence of which negatively affects the efficiency of iron ore reduction; in addition, modern melting technology in electric furnaces involves the use of briquettes from metallized raw materials.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип) принят способ получения железа прямым восстановлением с регулированным содержанием углерода в системе для восстановления без применения установки для реформинга природного газа, включающий введение зернистого материала, содержащего оксиды железа, в верхнюю часть зоны восстановления реактора с движущимся слоем, через зону восстановления с образованием восстановительного газа, содержащего водород и монооксид углерода, за счет превращения углеводородов окислителями, такими, как вода и кислород, восстановлением материала, содержащего оксиды железа, до железа, рафинированного от примесей, и его науглероживание этим газом, отвод из зоны восстановления отработанного восстановительного газа, удаление из него диоксида, смешивание отработанного газа с природным газом, регулирование содержания воды в смеси и его последующий нагрев и выгрузку восстановленного и науглероженного железа из реактора, отличающийся тем, что в зону восстановления подают первый поток восстановительного газа при температуре в интервале 900-1150°С, диоксид углерода удаляют, по меньшей мере, из части второго потока с образованием третьего потока, содержащего не более чем 10% диоксида углерода, смешивают третий поток с природным газом для образования четвертого потока восстановительного газа, содержание воды в восстановительном газе перед нагревом в интервале приблизительно 5-12%, нагревают четвертый поток до повышенных температур восстановления, смешивают горячий четвертый поток с кислородсодержащим газом для повышения температуры четвертого потока до значений, находящихся в интервале 900-1150°С, с целью образования первого потока, при этом железо прямого восстановления выгружают из реактора для восстановления при температуре свыше 500°С и после этого подвергают горячему брикетированию с последующим охлаждением до 100°С (Патент России №2190022, заявл. 10.10.97., опубл. Бюл. №27, 2002).The closest in technical essence and the achieved result (prototype) adopted a method of producing iron by direct reduction with a controlled carbon content in the recovery system without using a natural gas reforming unit, including the introduction of granular material containing iron oxides into the upper part of the recovery zone of a moving reactor layer, through the reduction zone with the formation of a reducing gas containing hydrogen and carbon monoxide, due to the conversion of hydrocarbons oki by reducing agents such as water and oxygen, reducing the material containing iron oxides to iron, refined from impurities, and carburizing it with this gas, removing the spent reducing gas from the recovery zone, removing dioxide from it, mixing the exhaust gas with natural gas, regulating the water content in the mixture and its subsequent heating and unloading of the reduced and carburized iron from the reactor, characterized in that the first reducing gas stream is fed into the reduction zone at a temperature round in the range of 900-1150 ° C, carbon dioxide is removed from at least a portion of the second stream to form a third stream containing not more than 10% carbon dioxide, the third stream is mixed with natural gas to form a fourth stream of reducing gas, water content in the reducing gas before heating in the range of about 5-12%, the fourth stream is heated to elevated recovery temperatures, the hot fourth stream is mixed with oxygen-containing gas to raise the temperature of the fourth stream to batch in the range of 900-1150 ° C, with the aim of forming the first stream, while direct reduction iron is discharged from the reactor to recover at temperatures above 500 ° C and then subjected to hot briquetting, followed by cooling to 100 ° C (Russian Patent No. 2190022, stated 10.10.97., Publ. Bull. No. 27, 2002).
Однако данный способ не обеспечивает качество восстановленного металлизированного сырья по причине обязательного наличия в восстановительном газе оксидов, которые связаны с технологией сжигания газов. Кроме того, известный способ оказывает существенное негативное воздействие на окружающую среду.However, this method does not ensure the quality of the reduced metallized raw materials due to the mandatory presence of oxides in the reducing gas, which are associated with the technology of burning gases. In addition, the known method has a significant negative impact on the environment.
Известно устройство для прямого восстановления железной руды, содержащее шахтную печь предварительного восстановления, плавильный газификатор, расположенный под шахтной печью и соединенный с ней посредством перегрузочного узла в виде радиально расположенных шнековых транспортеров и соединительных вертикальных трубопроводов, расположенных симметрично относительно продольной оси шахтной печи и плавильного газификатора, имеющего узлы загрузки твердого восстановителя и трубопроводы подвода и отвода газов, отличающееся тем, что соединительные вертикальные трубопроводы для разгрузки губчатого железа из шахтной печи на концах выполнены с перпендикулярными продольной оси газификатора патрубками, в которых размещены шнековые транспортеры, при этом соединительные вертикальные трубопроводы введены в донную часть шахтной печи, выполненную горизонтальной, а узел загрузки твердого восстановителя размещен на продольной оси газификатора (Патент России №1591815, заяв. 13.07.88, опубл. Бюл. №33, 1990).A device for direct reduction of iron ore containing a shaft pre-reduction furnace, a melter gasifier located under the shaft furnace and connected to it via a reloading unit in the form of radially arranged screw conveyors and connecting vertical pipelines located symmetrically with respect to the longitudinal axis of the shaft furnace and the melter gasifier, having nodes loading solid reducing agent and pipelines for supplying and discharging gases, characterized in that Amazing vertical pipelines for unloading sponge iron from a shaft furnace at the ends are made with pipes perpendicular to the longitudinal axis of the gasifier, in which screw conveyors are placed, while vertical connecting pipes are introduced into the bottom of the shaft furnace, made horizontal, and the solid reducing agent loading unit is placed on the longitudinal axis gasifier (Russian Patent No. 1591815, application. July 13, 88, publ. Bull. No. 33, 1990).
Недостатком конструкции устройства является низкая эффективность восстановления железной руды, так как в продуктах конверсии присутствуют окислы. Кроме того конструкция устройства не обеспечивает достаточную интенсивность тепло- и массообмена.The disadvantage of the design of the device is the low efficiency of iron ore reduction, since oxides are present in the conversion products. In addition, the design of the device does not provide sufficient intensity of heat and mass transfer.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип) принято устройство для восстановления зернистых, содержащих частицы оксидов железа, с помощью восстановительного газа для получения частиц железа прямого восстановления, имеющих регулируемое содержание углерода, включенного в них, содержащее реактор для восстановления с движущимся слоем, имеющий зону восстановления, контур для восстановительного газа, предназначенный для циркуляции большей части газа, выходящего из верхней части зоны восстановления реактора для кондиционирования и обогащения и возврата его в виде улучшенного рециркулирующего восстановительного газа в зону восстановления реактора, причем контур включает в себя зону восстановления, устройство для охлаждения и очистки газа, предназначенное для охлаждения и очистки газа, выходящего из верхней части реактора, насос для обеспечения циркуляции восстановительного газа через указанный контур и реактор, устройство для удаления диоксида углерода из рециркулирующего восстановительного газа, нагреватель газа для повышения температуры потока газа, циркулирующего через указанный контур, до температур в интервале 850-1000°С, средство для регулирования содержания воды в рециркулирующем восстановительном газе, отличающееся тем, что оно содержит средство для добавления природного газа в указанный контур для восстановительного газа и средство для смешивания рециркулирующего и природного газа и регулирования количества рециркулирующего газа перед поступлением восстановительного газа в реактор, при этом устройство дополнительно содержит теплообменник для подогрева потока газа, выходящего из верхней части реактора (Патент Росии №2190022, заявл. 10.10.97, опубл. Бюл. №27, 2002).The closest in technical essence and the achieved result (prototype) adopted a device for the restoration of granular, containing particles of iron oxides, using a reducing gas to obtain iron particles of direct reduction having an adjustable carbon content included in them, containing a reactor for recovery with a moving layer, having a recovery zone, a loop for reducing gas, designed to circulate most of the gas leaving the upper part of the recovery zone ora for conditioning and enrichment and returning it in the form of an improved recirculating reducing gas to the reactor recovery zone, the circuit including a reduction zone, a gas cooling and purification device for cooling and purifying gas leaving the upper part of the reactor, and a pump to provide circulation of the reducing gas through the specified circuit and reactor, a device for removing carbon dioxide from the recycle reducing gas, a gas heater to increase the the temperature of the gas stream circulating through the specified circuit, to temperatures in the range of 850-1000 ° C, means for regulating the water content in the recycle reducing gas, characterized in that it contains means for adding natural gas to the specified circuit for the reducing gas and means for mixing recycle and natural gas and control the amount of recycle gas before the supply of reducing gas to the reactor, while the device further comprises a heat exchanger for heating and the gas stream leaving the upper part of the reactor (Russian Patent No. 2190022, decl. 10/10/97, publ. Bull. No. 27, 2002).
Однако конструкция известного устройства не обеспечивает качество готового продукта из-за отсутствия в восстановительном газе оксидов, что снижает эффективность восстановления, кроме того, установка оказывает негативное воздействие на окружающую среду.However, the design of the known device does not ensure the quality of the finished product due to the absence of oxides in the reducing gas, which reduces the efficiency of the recovery, in addition, the installation has a negative impact on the environment.
В основу первого из группы изобретений поставлено задачу усовершенствования способа получения железа прямым восстановлением путем использования технологических возможностей плазменных технологий применительно к процессам прямого восстановления железа, за счет появления в плазме активных радикалов, например СО* и Н2 *, увеличивающих скорость реакции восстановления, и за счет этого увеличить выход и чистоту получения целевого продукта.The basis of the first of the group of inventions is the task of improving the method for producing iron by direct reduction by using the technological capabilities of plasma technologies as applied to direct iron reduction processes, due to the appearance in the plasma of active radicals, for example, СО * and Н 2 * , which increase the rate of reduction reaction, and for due to this, increase the yield and purity of obtaining the target product.
В основу второго из группы изобретений поставлено задачу усовершенствования конструкции устройства для получения железа прямым восстановлением путем совместного протекания процессов нагрева и восстановления за счет создания конструкции плазменного газогенератора и схемы подвода систем газо- и водообеспечения, и за счет этого повысить удельную производительность при обеспечении качества получения готового продукта и минимальном воздействии на окружающую среду.The second of the group of inventions is based on the task of improving the design of a device for producing iron by direct reduction by combining heating and recovery processes by creating a plasma gas generator design and a supply circuit for gas and water supply systems, and thereby increase the specific productivity while ensuring the quality of the finished product product and minimal environmental impact.
Первая поставленная задача решается тем, что в способе получения железа прямым восстановлением, включающем подвижный зернистый материал, содержащий оксиды железа и встречно циркулирующий восстановительный газ в интервале температур 850-1000°С, состоящий из водорода и монооксида углерода, за счет превращения углеводородов окислителями, восстановление материала до железа, отвод из зоны восстановления отработанного восстановительного газа, смешивание отработанного газа с природным газом и с водой, выгрузку восстановленного железа из реактора при температуре более 500°С, брикетирование полученного материала и последующее охлаждение до 100°С, согласно изобретению нагрев и превращение углеводородов окислителями производят в объеме газогенератора путем воздействия на них плазменными струями, при этом формируют основной замкнутый, циркуляционный поток отходящих газов из верхней части реактора в нижнюю через газогенератор, отбирают часть основного потока из этого контура и подвергают его очистке, поднимают давление до необходимого для работы плазмотронов, в зоне конвертирования в газогенераторе, при этом отобранную часть основного потока отходящих газов пропускают через плазменные струи, нагревают до температуры 3000°С, смешивают с основным потоком и перед входом их в реактор впрыскивают в поток природный газ и воду, снижают температуру до 900-1000°С, а давление в реакторе регулируют путем управления расходом отходящих газов посредством, например клапана.The first task is solved by the fact that in the method of producing iron by direct reduction, which includes mobile granular material containing iron oxides and counter-circulating reducing gas in the temperature range 850-1000 ° C, consisting of hydrogen and carbon monoxide, due to the conversion of hydrocarbons by oxidizing agents, reduction material to iron, removal from the recovery zone of the exhaust reducing gas, mixing the exhaust gas with natural gas and water, unloading the reduced iron from the reaction torus at a temperature of more than 500 ° C, briquetting the resulting material and subsequent cooling to 100 ° C, according to the invention, the heating and conversion of hydrocarbons by oxidizing agents is carried out in the volume of the gas generator by exposing them to plasma jets, while forming the main closed, circulating flow of exhaust gases from the upper part reactor into the lower one through a gas generator, a part of the main stream is taken from this circuit and subjected to its purification, the pressure is raised to the required for the operation of the plasma torches, in the zone of conversion in the gas generator, while the selected part of the main stream of exhaust gases is passed through plasma jets, heated to a temperature of 3000 ° C, mixed with the main stream, and before entering the reactor, natural gas and water are injected into the stream, and the temperature is reduced to 900-1000 ° C and the pressure in the reactor is controlled by controlling the flow of exhaust gases through, for example, a valve.
Нагрев и превращение углеводородов окислителями производят плазменными струями в объеме газогенератора, что дает возможность повысить степень использования тепла, кроме того, за счет появления в плазме активных радикалов, например СО* и Н2 *, увеличить скорость реакции восстановления.Heating and conversion of hydrocarbons by oxidizing agents is carried out by plasma jets in the volume of the gas generator, which makes it possible to increase the degree of heat use, in addition, due to the appearance in the plasma of active radicals, for example, СО * and Н 2 * , to increase the rate of the reduction reaction.
Из замкнутого основного циркуляционного потока отходящих газов отбирают часть потока и через блок подготовки отходящих газов направляют на источники образования плазмы, а основной поток направляют в зону конвертирования. Приведенные отличительные признаки позволяют исключить выбросы вредных газов в атмосферу и одновременно использовать отходящие газы для работы плазменных генераторов.Part of the flow is taken from the closed main circulating exhaust gas flow and through the waste gas preparation unit they are directed to plasma sources, and the main flow is sent to the conversion zone. The above distinguishing features make it possible to exclude emissions of harmful gases into the atmosphere and at the same time use exhaust gases for the operation of plasma generators.
Отобранную часть основного потока отходящих газов пропускают через плазменные струи, нагревают газы до температуры ~3000°С, смешивают с основным потоком и до входа их в реактор, впрыскивают в поток природный газ и воду и снижают температуру до 900-1000°С. Нагретый и конвертированный на СО и H2 плазмообразующийся газ продувает слой исходного материала и горючие газы внутри реактора поднимаются вверх. Так как технологическая система предусматривает повышение давления отходящих газов в газовых трактах, то давление в реакторе регулируют путем управления расходом отходящих газов, например клапаном.The selected part of the main exhaust gas stream is passed through plasma jets, the gases are heated to a temperature of ~ 3000 ° C, mixed with the main stream and before they enter the reactor, natural gas and water are injected into the stream and the temperature is reduced to 900-1000 ° C. Heated and converted to CO and H 2 plasma-forming gas purges the source material layer and combustible gases inside the reactor rise up. Since the technological system involves increasing the pressure of the exhaust gases in the gas paths, the pressure in the reactor is controlled by controlling the flow of exhaust gases, for example, a valve.
Приведенные признаки обеспечивают смешение отходящего отработанного газа с природным газом и водой, и тем самым обеспечивают необходимый температурный режим в зоне восстановления, регулирование тепловой мощности и химического состава тепловых струй.The above signs provide a mixture of exhaust gas with natural gas and water, and thereby provide the necessary temperature in the recovery zone, regulation of thermal power and chemical composition of heat jets.
Вторая поставленная задача решается тем, что в устройстве для получения железа прямым восстановлением, содержащем реактор со слоем зернистого материала и зоной восстановления, контур, который включает газоотвод для восстановительного газа, выходящий из верхней части реактора, и соединенный с зоной восстановления реактора, устройство для охлаждения и очистки газа, насос для обеспечения циркуляции газа через указанный контур, нагреватель газа, средство для смешивания рециркулирующих газов, средство для регулирования расхода природного газа и воды, согласно изобретению устройство снабжено плазменным восстановительным газогенератором, установленным в контуре отходящего газа и подсоединенным к зоне восстановления реактора, а также блоком подготовки отходящих газов для плазмотронов, соединенного с контуром отходящего газа, при этом блок включает последовательно связанные газоотводом циклон очистки газов, рукавный фильтр, теплообменник и компрессор, выход которого подключен к плазмотронам, установленным в восстановительном газогенераторе, в котором между плазмотронами и стенкой реактора установлена форсунка для впрыска во внутреннюю полость газогенератора, например метана и воды, а в верхней части реактора у загрузочного конуса установлен клапан расхода отходящих газов, причем устройство содержит вспомогательный плазменный газогенератор, вход которого газоотводом связан с контуром отходящего газа, а плазмотроны - с выходом компрессора очищенного газа, а в полости газогенератора установлены разнесенные по его длине форсунки, одна из которых - для подачи природного газа и воды, а другая - для подачи воды, при этом полость газогенератора между форсунками связана газоотводом для транспортирования конвертированных газов - водорода и окиси углерода с температурой 500°С, а полость газогенератора, расположенная после форсунки для подачи воды, связана газоотводом, предназначенным для транспортирования конвертируемых газов, охлажденных до 100°С.The second task is solved in that in a device for producing iron by direct reduction containing a reactor with a layer of granular material and a reduction zone, a circuit that includes a gas outlet for reducing gas leaving the upper part of the reactor and connected to the reactor reduction zone, a cooling device and gas purification, a pump for circulating gas through the specified circuit, a gas heater, means for mixing recirculating gases, means for regulating the flow of natural gas and water, according to the invention, the device is equipped with a plasma reducing gas generator installed in the exhaust gas circuit and connected to the reactor recovery zone, as well as an exhaust gas preparation unit for plasmatrons connected to the exhaust gas circuit, the unit including a gas purification cyclone connected in series to the exhaust gas, bag filter, heat exchanger and compressor, the output of which is connected to plasmatrons installed in the recovery gas generator, in which between the plasmatron A nozzle for injection into the internal cavity of a gas generator, for example, methane and water, is installed on the side of the reactor and an exhaust gas flow valve is installed in the upper part of the reactor near the loading cone, the device containing an auxiliary plasma gas generator, the inlet of which is connected to the exhaust gas circuit by a gas outlet, and plasma torches - with the outlet of the purified gas compressor, and nozzles spaced apart along its length are installed in the gas generator cavity, one of which is for supplying natural gas and water, and the other for supplying water, while the cavity of the gas generator between the nozzles is connected by a gas outlet for transporting converted gases - hydrogen and carbon monoxide with a temperature of 500 ° C, and the cavity of the gas generator located after the nozzle for supplying water is connected by a gas outlet designed to transport convertible gases cooled to 100 ° C .
Установка плазменного восстановительного газогенератора в контуре отходящего газа, и установленного в стенке реактора в зоне восстановления, позволяет осуществлять смешивание отработанного (отходящего) газа с природным газом и водой и обеспечить необходимый температурный режим в объеме зоны восстановления, регулирование тепловой мощности, химического состава тепловой струи и контроль расхода природного газа.The installation of a plasma reducing gas generator in the exhaust gas circuit and installed in the reactor wall in the recovery zone allows mixing of the exhaust (exhaust) gas with natural gas and water and ensuring the necessary temperature conditions in the volume of the recovery zone, regulation of thermal power, chemical composition of the heat stream and control of natural gas consumption.
Блок подготовки отходящих газов предназначен для обеспечения работы газогенератора в восстановительном режиме на базе отработанных газов.The flue gas preparation unit is designed to ensure the operation of the gas generator in a reducing mode based on the exhaust gases.
Устройство также содержит вспомогательный плазменный генератор, вход которого газоотводом связан с контуром отходящего газа, а плазмотроны - с выходом компрессора очищенного отходящего газа, а в полости газогенератора установлены разнесенные по его длине форсунки, одна для подачи природного газа и воды, а вторая - для подачи воды, при этом полость газогенератора между форсунками связана газоотводом для транспортирования конвертированных газов - водорода и окиси углерода с температурой 500°С, которыми продувают выгружаемое из реактора железо перед его брикетированием, а полость газогенератора, расположенная после форсунки для воды, связана газоотводом, предназначенным для транспортирования отработанных конвертированных газов с температурой 100°С для охлаждения получаемого железа, после горячего брикетирования.The device also contains an auxiliary plasma generator, the inlet of which is connected to the exhaust gas circuit by a gas outlet, and the plasmatrons are connected to the outlet of the purified exhaust gas compressor, and nozzles spaced apart along its length are installed, one for supplying natural gas and water, and the second for supplying water, while the cavity of the gas generator between the nozzles is connected by a gas outlet for transporting the converted gases - hydrogen and carbon monoxide with a temperature of 500 ° C, which blow the discharge from the reactor climbed before it was briquetted, and the cavity of the gas generator, located after the nozzle for water, is connected by a gas outlet designed to transport the exhausted converted gases with a temperature of 100 ° C to cool the resulting iron, after hot briquetting.
На чертеже представлена схема общего вида устройства для получения железа прямым восстановлением.The drawing shows a diagram of a General view of a device for producing iron by direct reduction.
Вводят зернистый материал, содержащий оксиды железа, в верхнюю часть зоны восстановления реактора и пропускают через движущийся слой встречный горячий восстановительный газ, содержащий водород и монооксид углерода. Горячий газ через столб материала поднимается вверх и через внешний контур принудительно направляется в плазменный восстановительный газогенератор. Из внешнего контура отбирают часть основного потока отработанного газа, очищают его, поднимают давление и направляют в плазмотроны. В плазменном восстановительном газогенераторе отобранную часть основного потока отходящих газов пропускают через плазменные струи, нагревают до 3000°С, смешивают с основным потоком и, перед входом их в реактор впрыскивают в поток природный газ и воду, снижают температуру до 900-1000°С в соответствии с технологическими параметрами процесса. Конвертируемый в газогенераторе на СО и Н2 плазмообразующий газ в виде восстановительных плазменных струй продувает зернистый материал в реакторе. Полученная газовая смесь внутри реактора, поднимаясь вверх, непрерывно проходит через слой материала. Материал прогревается и восстанавливается. Температура газовой смеси в верхней части реактора составляет 200-300°С. Металлизированное железорудное сырье выгружают из реактора при температуре свыше 500°С и перед брикетированием, железорудное сырье продувают конвертированными отработанными газами с температурой, соответствующей температуре выгруженного сырья. Затем материал подают на систему горячего брикетирования. Металлизированные брикеты охлаждают конвертированными отработанными газами с температурой 100°С.Granular material containing iron oxides is introduced into the upper part of the reactor reduction zone and an oncoming hot reducing gas containing hydrogen and carbon monoxide is passed through the moving layer. Hot gas rises up through the column of material and is forcibly directed through the external circuit to the plasma recovery gas generator. Part of the main flow of the exhaust gas is taken from the external circuit, it is cleaned, pressure is increased and sent to the plasma torches. In a plasma reducing gas generator, a selected part of the main exhaust gas stream is passed through plasma jets, heated to 3000 ° C, mixed with the main stream and, before they enter the reactor, natural gas and water are injected into the stream, and the temperature is reduced to 900-1000 ° C in accordance with technological parameters of the process. Convertible in a gas generator on CO and H 2, a plasma-forming gas in the form of reducing plasma jets purges the granular material in the reactor. The resulting gas mixture inside the reactor, rising upward, continuously passes through a layer of material. The material warms up and is restored. The temperature of the gas mixture in the upper part of the reactor is 200-300 ° C. Metallized iron ore is discharged from the reactor at temperatures above 500 ° C and before briquetting, iron ore is blown with converted exhaust gases at a temperature corresponding to the temperature of the unloaded raw materials. Then the material is fed to the hot briquetting system. Metallized briquettes are cooled with converted exhaust gases with a temperature of 100 ° C.
Устройство включает в себя реактор, корпус 1 которого выполнен из листовой стали и футерован огнеупорным материалом 2. В верхней части реактора размещается система загрузки 3 оксидных материалов, которая включает конусный засыпной аппарат 4 с системой шлюзования. В нижней части реактора размещено наклонное дно и выпускное отверстие 5 с шиберным затвором 6. В придонной части реактора, в боковой стенке, перпендикулярно его вертикальной оси, установлен плазменный восстановительный газогенератор 7. Под засыпным аппаратом 4 реактора размещен трубопровод 8 отходящих газов, который соединен с восстановительным газогенератором 7. Трубопровод 8 снабжен насосом 9 для обеспечения циркуляции газа через контур и реактор. Восстановительный газогенератор 7 включает соосно расположенные плазмотроны 10, установленные перпендикулярно продольной оси газогенератора 7, а также форсунку 11 для впрыска во внутреннюю полость газогенератора метана и воды, размещенную между стенкой реактора и плазмотронами. Трубопровод 8 отходящих из реактора газов подключен к газогенератору 7 соосно продольной оси газогенератора.The device includes a reactor, the housing 1 of which is made of sheet steel and lined with refractory material 2. In the upper part of the reactor is a loading system 3 of oxide materials, which includes a conical filling apparatus 4 with a locking system. In the lower part of the reactor there is a sloping bottom and an outlet 5 with a slide gate 6. In the bottom part of the reactor, in the side wall, perpendicular to its vertical axis, is installed a plasma reducing gas generator 7. Under the filling apparatus 4 of the reactor, an exhaust gas pipe 8 is placed, which is connected to reducing gas generator 7. The pipeline 8 is equipped with a pump 9 to ensure gas circulation through the circuit and the reactor. The recovery gas generator 7 includes coaxially arranged plasmatrons 10 mounted perpendicular to the longitudinal axis of the gas generator 7, as well as a nozzle 11 for injection of methane and water into the internal cavity of the gas generator, located between the reactor wall and the plasma torches. The pipeline 8 of exhaust gases from the reactor is connected to the gas generator 7 coaxially with the longitudinal axis of the gas generator.
Устройство включает также блок подготовки 12 отходящих газов для плазмотронов, который соединен с одной стороны с трубопроводом 8, а с другой - с плазмотронами 10. Блок подготовки 12 состоит из последовательно связанных между собой циклоном 13 очистки газов, рукавного фильтра 14, теплообменника 15 и компрессора 16. Внутри реактора находится столб железорудного сырья 17, а в верхней части реактора у засыпного аппарата 4 установлен клапан 18 расхода отходящих газов.The device also includes a flue gas preparation unit 12 for plasmatrons, which is connected on one side to a pipeline 8 and, on the other, to plasma torches 10. The preparation unit 12 consists of gas purification cyclone 13, a bag filter 14, a heat exchanger 15, and a compressor connected in series 16. Inside the reactor there is a column of iron ore raw materials 17, and in the upper part of the reactor at the filling apparatus 4 there is a valve 18 for the discharge of exhaust gases.
Устройство может быть оснащено системой 19 горячего брикетирования с плазменным вспомогательным газогенератором 20, вход которого газопроводом 21 связан с трубопроводом 8 отходящих газов, а плазмотроны 22 - с выходом компрессора 16 очищенных газов. В полости вспомогательного газогенератора 20 установлены разнесенные по его длине форсунки 23 и 24, одна из которых - для подачи метана и воды, а другая форсунка 24 - для воды. Полость газогенератора 20 в промежутке между форсунками соединена газоотводом 25 для транспортирования конвертированных газов - водорода и оксида углерода с температурой 500°С, а полость, расположенная после форсунки 24, связана газоотводом, предназначенным для транспортирования конвертируемых газов с температурой 100°С.The device can be equipped with a hot briquetting system 19 with a plasma auxiliary gas generator 20, the input of which is connected by a gas line 21 to the exhaust gas pipeline 8, and the plasma torches 22 are connected to the outlet of the purified gas compressor 16. In the cavity of the auxiliary gas generator 20, nozzles 23 and 24 spaced apart along its length are installed, one of which is for supplying methane and water, and the other nozzle 24 is for water. The cavity of the gas generator 20 in the interval between the nozzles is connected by a gas outlet 25 for transporting converted gases — hydrogen and carbon monoxide with a temperature of 500 ° C, and the cavity located after the nozzle 24 is connected by a gas outlet designed to transport convertible gases with a temperature of 100 ° C.
Плазмотроны восстановительного газогенератора 7 снабжены дополнительно трубопроводом 26 подачи сжатого воздуха и трубопроводом 27 - природного газа, необходимыми для запуска газогенератора в момент начала работы реактора. Устройство содержит средства 28 и 29 для регулирования расхода природного газа и воды.The plasma torches of the reducing gas generator 7 are additionally equipped with a compressed air supply pipe 26 and a natural gas pipe 27, which are necessary to start the gas generator at the time the reactor starts operation. The device contains means 28 and 29 for regulating the flow of natural gas and water.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Перед запуском реактора загружают в его полость заданную массу исходного материала, содержащего оксиды железа. По трубопроводам 26 и 27 подают на плазмотроны 10 восстановительного генератора 7 сжатый воздух и плазмообразующий газ, запускают плазмотроны 10 и одновременно, через форсунку 11 впрыскивают во внутреннюю полость газогенератора 7 метан и воду с расходами, которые регулируют средствами 28 и 29, в соответствии с технологическими параметрами восстановления. Конвертируемый в газогенераторе на СО и H2 плазмообразующий газ, в виде восстановительных плазменных струй, продувает зернистый материал с температурой на входе в реактор 850-1000°С. Материал прогревается и восстанавливается, горячий газ через столб материала 17 поднимается вверх и через внешний контур 8 попадает в газогенератор 7. Исходя из экспериментальных данных, удельный расход синтез-газа на единицу восстановленного исходного материала находится в пределах 150-350 кг/час на тонну материала. Контролируя расход газа и температуру нагрева материала, определяют продолжительность процесса его восстановления в реакторе. Открывают шибер 6, и металлизированное железорудное сырье после восстановления самопроизвольно разгружается, при этом из конусного засыпного аппарата 4 в реактор поступает новая порция материала. Сечением выходного отверстия шибера регулируют скорость истечения восстановленного материала. Слой исходного материала, который находился ниже зоны восстановления, до выхода реактора на режим, выпускают и возвращают в засыпной аппарат. После окончания периода запуска реактора и вывода его на режим, трубопровод 26 подачи сжатого воздуха отключают, уменьшают расход природного газа на трубопроводе 27, в связи с тем, что плазмотроны переключаются на работу очищенных отработанных, отделенных от основного контура 8 газов, с необходимым для работы плазмотронов давлением, создаваемым компрессором 16. В дальнейшем процесс восстановления и разгрузки материала протекает непрерывно, а загрузку в реактор исходного сырья производят циклически.Before starting the reactor, a predetermined mass of the starting material containing iron oxides is loaded into its cavity. Pipelines 26 and 27 supply compressed air and plasma-forming gas to the plasmatrons 10 of the recovery generator 7, start the plasma torches 10 and simultaneously, through the nozzle 11, methane and water are injected into the internal cavity of the gas generator 7 with flow rates that are regulated by means 28 and 29, in accordance with the technological recovery options. Convertible in a gas generator on CO and H 2 plasma-forming gas, in the form of reducing plasma jets, blows granular material with a temperature at the inlet of the reactor 850-1000 ° C. The material is heated and restored, hot gas rises up through the material column 17 and enters the gas generator 7 through the external circuit 8. Based on experimental data, the specific consumption of synthesis gas per unit of recovered feed material is in the range of 150-350 kg / h per ton of material . Controlling the gas flow rate and the heating temperature of the material, determine the duration of the process of its recovery in the reactor. The gate 6 is opened, and the metallized iron ore raw material after recovery is spontaneously unloaded, while a new portion of the material enters the reactor from the conical filling apparatus 4. The outlet cross section of the gate regulates the flow rate of the reduced material. A layer of the source material, which was below the recovery zone, before the reactor reaches the regime, is released and returned to the filling apparatus. After the end of the start-up period of the reactor and putting it into operation, the compressed air supply pipe 26 is turned off, the natural gas consumption on the pipe 27 is reduced, due to the fact that the plasma torches switch to the operation of the cleaned exhaust gases, separated from the main circuit 8, with the necessary plasmatrons by the pressure created by the compressor 16. In the future, the process of recovery and unloading of the material proceeds continuously, and the feedstock is loaded into the reactor cyclically.
Для обеспечения процесса брикетирования восстановленного материала дополнительно устанавливают вспомогательный газогенератор 20, с помощью которого продувают восстановленный материал перед брикетированием восстановительными газами с температурой 500°С, а после брикетирования - охлажденным до 100°С восстановительным газом.To ensure the briquetting process of the reduced material, an auxiliary gas generator 20 is additionally installed, with which the reduced material is purged before briquetting with reducing gases at a temperature of 500 ° C, and after briquetting with a reducing gas cooled to 100 ° C.
Возможность реализации заявленного способа проверена на опытном образце устройства для получения железа прямым восстановлением. Положительные результаты подтверждают возможность получения технического результата в границах представленной формулы изобретения и применения изобретений в промышленных условиях для переработки металлургического сырья.The possibility of implementing the inventive method is tested on a prototype device for producing iron by direct reduction. Positive results confirm the possibility of obtaining a technical result within the boundaries of the presented claims and the use of inventions in industrial conditions for the processing of metallurgical raw materials.
Claims (3)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2004021296 | 2004-02-23 | ||
| UA2004021296 | 2004-02-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005103339A RU2005103339A (en) | 2006-07-20 |
| RU2285047C1 true RU2285047C1 (en) | 2006-10-10 |
Family
ID=34884913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005103339/02A RU2285047C1 (en) | 2004-02-23 | 2005-02-09 | Method of production of iron by direct reduction and device for realization of this method |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2285047C1 (en) |
| WO (1) | WO2005080609A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022243725A1 (en) * | 2021-05-18 | 2022-11-24 | Arcelormittal | Method for manufacturing direct reduced iron and dri manufacturing equipment |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE8004313L (en) * | 1980-06-10 | 1981-12-11 | Skf Steel Eng Ab | SET OF MATERIAL METAL OXIDE-CONTAINING MATERIALS RECOVERED SOLAR METALS |
| CA1154268A (en) * | 1980-11-10 | 1983-09-27 | Institute Of Nuclear Energy Research | Separation process for the recovery of uranium from wet-process phosphoric acid |
| GB2092617B (en) * | 1981-02-11 | 1984-11-07 | Skf Steel Eng Ab | Manufacturing sponge iron |
| RU2190022C2 (en) * | 1997-10-10 | 2002-09-27 | Ильса, С.А. Де К.В. | Method and device for production of iron by direct reduction |
-
2004
- 2004-06-01 WO PCT/UA2004/000034 patent/WO2005080609A1/en active Application Filing
-
2005
- 2005-02-09 RU RU2005103339/02A patent/RU2285047C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022243725A1 (en) * | 2021-05-18 | 2022-11-24 | Arcelormittal | Method for manufacturing direct reduced iron and dri manufacturing equipment |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005103339A (en) | 2006-07-20 |
| WO2005080609A1 (en) | 2005-09-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101677719B1 (en) | Method and apparatus for producing direct reduced iron utilizing a source of reducing gas comprising hydrogen and carbon monoxide | |
| SU978735A3 (en) | Process for direct reduction of iron with use of high concentration gaseous sulphur dioxide | |
| JP2011514443A (en) | Process for melting pig iron with recirculation of blast furnace gas and addition of hydrocarbons | |
| RU2304620C2 (en) | Method of the direct reduction of the ferric oxides and production of the iron melt and the installation for the method realization | |
| RU2600290C2 (en) | Direct smelting process for high sulphur feed | |
| JP6538636B2 (en) | Blast furnace operation method and blast furnace equipment | |
| RU2009140757A (en) | METHOD AND DEVICE FOR PREPARING A REDUCER FOR APPLICATION IN THE PROCESS OF PRODUCING METAL, THE PROCESS OF PRODUCING METAL AND THE APPARATUS FOR PRODUCING METAL USING THE MENTIONED DEVICE | |
| CA3129493A1 (en) | Direct reduction system and related process | |
| WO2005116275A2 (en) | A direct reduction apparatus and process | |
| RU2285047C1 (en) | Method of production of iron by direct reduction and device for realization of this method | |
| KR20240041974A (en) | How to make iron melt | |
| KR20010072376A (en) | Process for thermal treatment of residual materials containing heavy metal and iron oxide | |
| WO2021221529A1 (en) | Method for directly reducing iron ore concentrate and producing a melt of soft magnetic iron (armco) and apparatus for the implementation thereof | |
| KR20190071371A (en) | Method and apparatus for refining reducing gas and apparatus for manufacturing molten iron comprising the same | |
| RU2323260C2 (en) | Metals with low evaporation temperature production method | |
| CN103937922A (en) | Mixing reduction iron-making equipment and iron-making method | |
| RU2325423C2 (en) | Energy process plant for solid fuel thermal processing | |
| KR20140108256A (en) | Starting a smelting process | |
| RU2361927C1 (en) | Device for receiving of iron from steel made of ironoxide materials | |
| KR102091122B1 (en) | Apparatus for manufacturing molten irons and method for manufacturing the same | |
| RU2319749C2 (en) | Method of the direct production of iron, in particular steels, and installation for its implementation | |
| US3689251A (en) | Reduction of solid iron ore to hot metallic iron in a rotary kiln-flash heater-rotary reactor complex | |
| EP4394295A1 (en) | Process for calcining carbonated mineral stones in an annular vertical kiln and implemented kiln | |
| RU2237079C1 (en) | Hydrocarbon-containing feedstock gasifier | |
| EP4394299A1 (en) | Process for calcining carbonated mineral stones in an annular vertical kiln and implemented kiln |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100210 |