SU1012797A3

SU1012797A3 - Способ восстановлени железосодержащего материала

Info

Publication number: SU1012797A3
Application number: SU813266145A
Authority: SU
Inventors: Линдстрем Олле
Original assignee: Олле Линдстрём (Швеци )
Priority date: 1979-03-01
Filing date: 1981-03-31
Publication date: 1983-04-15
Also published as: SE7901867L; WO1980001808A1; SE419100B; BR8008767A; US4360378A; AU5590680A

Abstract

1. СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА в мелкодй сперсном состо нии, включающий стадии предварительного нагрева, предварительного и окоМнательногр восстановлени газом, отход щим из HnatHt каждой предыдущей стадии, о т л ичгю|Дийс тем, что, р цельюповышени скорости восстановлени , . стадию окончательного восстановлени осуществл ют твердым биотопливом, подаваемым совместно с ж€$лезосодержащим материалом. . 2.Способ по п, 1, отличающийс тем, что, стадию окончательного восстановлени осуществл ют с железосодержащим материалом , измельченным в муаровой мельнице до размера частиц менее 0,П1 мм, при 00-600&deg;С. 3.Способ по п. 1, или п. 2, о т .личающийс тем, что, по ней мере, стадию окончательного вос (Л становлени провод т под давлением. ЛепезоеоВи лошии Homfpuoa totauf к со uomonnuto lomotti&amp; V Фиг Г

Description

Изобретение относитс к способу восстановлени мелкодисперсного же лезосодержаи1его материала дл получени сырого железа или металлизированной железной руды,

В насто щее врем предпринимаютс многочисленные попытки разработать способы получени сырого железа посредством восстановлени железосодержащего материала, например окислов железа. Сырое железо может далее конвертироватьс в процессе восстановлени или оставатьс в качестве исходного материала дл дальнейшей переработки в производстве стали.

-. Восстановление протекает при температуре ниже температуры плавлени железа, а железоеодеру ащий материал, и восстанавливающее вещество наход тс в мелкодисперсном состо нии. Испол

зуемое восстанавливающее вещество представл ет собой ископаемое топливо , например антрацит, уголь, лигнит нефть или естественный газ. Эти топлива коксуютс в различной степени в твердый углеродсодержащий материал который присутствует в начальной смеси нар ду с желе осодержащим материалом .

Процессы восстановлени , как правило , осуществл ютс в несколько ста дий ив различных установках, например во вра|цающихс печах или в печах с псевдоожиженным слоем, и требуют использовани высокореакционных восстановителей и больших температур Г П

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаеfMOMy результату вл етс способ, включающий стадии п зедварительного нагрева, предварительного и окончательного восстановлени газом, отход щим из предыдущей стадии восстановлени 23.

Скорость процесса восстановлени , особенно окончательного восстановлени до металлического железа, зависит от размера частиц железосодержащего материала, а также от реакционной способности восстанавливающего вещества. Наиболее предпочтительные ископаемые топлива, например уголь на пыль, требу|лт сравнительно высоких ,температур дл достижени достаточно быстрых реакций пиролиза и газификации, в результате которых образуютс восстанавливающие реагирующие с железосодержащим материалом.

Цель изобретени - повышение скорости восстановлени ,

Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу восстановлени железосодержа1цего материала в мелкодисперсном состо нии, включающему стадии.предварительного нагрева, предварительного и окончательного восстановлени газом,отход щим из предыдущей стадии восстановлени , стадию окончательного восстановлени осуществл ют твердым биотопливом, подаваемым совместно с железосодержащим материалом.

Стадию окончательного восстановлени осуществл ют с железосодержащим материалом, измельченным в шаровой мельнице до размера частиц, мег нее 0,01 мм, при ЛО-60П С; по крайстановлени провод т под давлением. В качестве биотоплива могут быть использованы растительна биомасса, получаема в качестве сырого материала с плантаций, например, быстрорастущей ивы или топол , отходы производства бумаги и пульпы .(древесина и кора) или солома, бурые водоросли , торф и .

30 На фиг.1 представлена схема осуществлени способа; на фиг. 2 и 3 графики, демонстрирующие свойства биотоплив, используемых при осуществлении предложенного способа; на

35 фиг. t - устройство дл осуществлени способа.

Процесс восстановлени железосодержащего материала, например концентрата железной руды, включает нес4окрлько стадий: стадию предварительного нагрева, стадию предварительного восстановлени и окончательную Стадию восстановлени , причем эти стадии могут сопрйвождатвс окончательной обработкой, кажда из стадий может включать несколько промежуточных стадий.

На окончательную стадию восстановлени добавл етс биотопливо,в

JQ. результате чего железосодержащий материал восстанавливаетс двухвалейт ное желёзо(восстанавливаетс до металлического .

В результате пиролиза образуютс

весьма реактивные восстанавливающие газы и высокореактивный остаток ,пиролиза ( превращенное в уголь вещество). Остаток пиролиза часто составл ет значительно меньней мере, стадию окончательного воеШую часть от добавл емой загрузки топлива во врем быстрого пиролиза , прот е кающего при , по сравнению с остатком при использовании извесУных ископаемых топлив (ископаемые топлива имеют значительно более высокую термическую стабиль ность, чем биотоплива). Благодар более реакцйонноспособ ному восстанавливающему газу процесс восстановлени может осуществл тьс при более низкой температуре притакой скорости, что так называема про блема плакировани устран етс . Оставшеес превращенное в уголь вещество особенно эффективно дл ингибировани образовани покрыти о Когда окончательное восстановление проводитс при температуре л/ 600 или ниже желательно,рециркулировать часть таза от окончательной стадии восстановлени (см. Лиг.1). Основную часть (а иногда и все) требующегос тепла дл предварительного восстановлени и окончательного восстановлени получают при сильном предварительном нагрева железосодержащего материала в предваритель ных стади х, что преимущественно осу ществл етс посредством сжигани остающегос восстанавливаюодего газа со стадии предварительного восстанов лени . Реакции пиролиза и газификации также требуют энергии, причем эти потребности могут быть удовлетворены подобным.образом. Основное преимущество npti использовании биотоплива состоит в том, что потребность в такой энергии чрезвычайно мала (при использовании биомассы тер мохимический процесс может быть экзо термическим) . , Часто бывает желательным использовать как можно больше энергии, qo держащейс в.восстанавливающем веществе в форме химической энергии. посредством уравновешивани различных процессов с пр мым и косвенным теплообменом. Окончательна обработка (см. фиг, 1) может содержать, например, инактивацию весьма реакционноспособного .пирофорного продукта сырого железа , получаемого во врем низкотемг пературного восстановлени мелкодисперсного концентрата железной руды, и плавление в электрической печи дл последующей очистки. В таблице приведен сравнительный . химический состав биотоплив и ископаемого топлива (угл ). Растительна биомасса имеет высокое содержание кислорода, что объ сн ет- , его высокую реакционную способ ность при низких температурах по . сравнению с ископаемыми топливами. Торф представл ет собой посто нно растущую массу, очень близок к биомассе по своему химическому строению и термодинамическим свойствам и вследствие этого в большей степени относитс к биотопливу, чем к ископает мому топливу, и поэтому может быть использован при осуществлении предложенного способа. Также возможно смешивать различные виды биотоплив, например торф и древесину. Природна биомасса имеет высокое содержание воды, которое должно быть максимально уменьшено (примерно до 30% по весу), перед исполь зойанием биомассы в качестве биотоплива. Осушка может быть легко осуществлена с помощью щелочныхсушилок или другими способами за счёт использовани избытка тепла от процесса создани «-уГуна. Пар, образованный во врем процессов восстановлени , может быть использован дл частичной газификации превращенного в уголь вещества , полученного при пиролизе. 5 Графики (фиг, 2 и 3) демонстрир ют различный химизм процесса с при кением биотоплива по сравнению с и пользованием твердого ископаемого топлива, -На фиг. 2 - график, по сн ющий зультаты эксперимента дл сравнени природы определенных восстанавлива ющих веществ, когда они подвергают пиролизу со вспышкой, а именно при подъеме температуры со скоростью в минуту в а мосфере аргона, там же указан процент-оставшегос восстанавливающего вещества ( вычисл ного на базе свободной влаги и своб ной золы) в зависимости от температуры пиролиза. Как видно, из графика фиг. ., биотопливо С торф, кора, тополь и солома) показывают большие потери веса при значительно более низкой температуре по сравнению с углем. На фиг. 3 - график/ по сн ющий результаты эк ::перим }нта по сравнению скоростей газификации определен ных превращенных в уголь веществ, когда они подвергаютс увеличивающейс температуре газификации в атмосфере аргон - вод ной пар, содержащей 73 об, вод ного пара , .Как видно из этого граф-ика, превращенное в уголь вещество из биотоплива { тополь) газифицируетс при более высокой скорости и при меньшей температуре , чем уголь. Селезосодержаи1ий материал может включать мелкодисперсную железосодержащую руду, например сидерит (РеПОг), магнетит () и гематит (), Сидерит содержит железо в двухвалентном состо нии, поэтомЗ стади предварительного восстановлени , замен етс стадией .кальци« нировани дл удалени двуокиси углерода , В качестве железосодержащего материала могут быть использованы также -фиолетова руда или другие мелкодисперсные продукты, содержащие окиси железа, такие как пыль и штыб из доменных печей, стальных производств и прокатных станов. В последующих процессах очистки могут использоватьс различные догбавки , например окиси или карбонаты щелочноземельных металлов, которые также используютс дл предотвращени плакировани во врем окончател ной стадии восстановлени . 97 Размер частиц железосодержаьмпго материала должен быть меньше мм, когда способ осуществл етс в одном или более обычных псевдоожижкнных слоев, и должен быть меньше 0,5 мм, когда осуществл етс в так называемых быстрых или циркулирующих псевдоожиженных сло х. Частицы биотоплива должны быть больше частиц железосодержащего материала в 2-3 раза т.е. эти частицы имеют размер от О,5 мм до нескольких сантиметров. Таким образом, возможно использовать древесные щепки в обычных псевдоожиженных слойх, .в то врем как в циркулирующих сло х или дл восстановлени сильно размельченного железосодержащего материала, например концентрата железной руды, подвергнутого шаровому помолу, необходимо использовать мелкоразмолотый древесный порошок с размером частиц мм. Быстрыё7|роцессы восстановлени , коТОрые характерны дл изобретени , промотируютс , если железосодержащий материал, а также биотопливо присутствуют в мелкоразмолотом состо нии . Промышленно доступный концентрат железной руды, например концентрат .железной,руды из рудников в Кринуа и Малмбергета (Швеци ),. особенно пригоден дл осуществлени предложенного способа без специальной предварительной подготовки. Возможно осуществл ть окончательную стадию восстановлени при очень низком температуре в диапазоне 00-60П С за счет дальнейшего шарового помола концентрата железной руды до размера частиц 0,01 мм или меньше, так что окончательное восстановление проводитс пр МО до металлического железа без промежуточного перехода в двухвалентное состо ние. Возможность осуществлени окончательного восстановлени при такой низкой температуре определ етс только термодинамическими свойствами этих топлив, Сильно размельченный порошок сьфого железа может в определенных случа х пр мо использоватьс дл металлургических процессов, таких как получение электродов из пористого железа дл аккумул торов различного типа. Пр мое использование сырого железа возможно только в том случае, если оно имеет такой химический состав относительно других металлов и элементов , например, серы, который может быть либо допущен в окончательном продукте, либо может быть скорректи рован посредством выбора соответствующих условий реакций. Превращенное в уголь вещество, сопровождающее порошок рырбго железа, может либо быть отделено с помскцью магнитных сепараторов, которые отдел ют железо, или может быть оставлено в продукте дл различных назначений , например дл использовани материал в качестве прокладки при производстве спеченных изделий из пористого железа. Пpoctoй реактор дл осуьцествлени предложенного способа имеет единственнп гй классический псевдоожиженный слой, в котором восстановление осуществл етс периодическим способом. Реактор включает сосуд 1 с газораспределительной плитой 2 в его нижней части, газоподащую трубу 3, выпускную трубу 4 дл газа, подак%(ие средства 5 дл биотоплива и загЬузоч ные средства 6 и выгрузочные средств г7 дл железосодержащего материала. Псевдоожиженный слой R псевдоожижаетс посредством газа, подаваемого через трубу 3 и/или газа, который возникает из биотоплива во врем око . чательного восстановлени . Действие псевдоожиженного сло зависит от бол шого числа дополнительных устройств, таких как клапаны, св зывающие трубы сепараторы пыли, индикаторы регулиро вани процесса, теплообменники, средства загрузки дл топлива, . средства дл добавлени воздуха и/или кислорода нё показаны). На первой стадии осуществлени способа производитс загрузка зелезосодержащего порошка в реактор, нагреваемый до 1000-120Р С гор чими газами, которые возникают при сжигании восстанавливающего газа, выводимого из второго подобного реактора , где предварительно нагретый железосодержащий поршок подвергаетс стадии предварительного восстановлени . Этот второй реактор, в сво очередь, получает свой восстанавливающий газ из третьего под OIHO г о реактора , в котором предварительно вое становленный железосодержащий порошок подвергаетс стадии окончательного восстановлени . Предваритель ное восстановление во втором реакторе начинаетс при температуре пред 10 97 верительного нагрева 1000-120П С, а затем температура уменыиаетс до /v-SOO C, и в это врем начинаетс , стади окончательного восстановлени в этом реакторе посредством; загрузки биотоплива, что приводит в результате к дальнейшему уменьшениьЗ температуры до- бОО С. Соответствупщие услови дл псевдоожижени поддерживаютс посредством рециркулировани восстанавливающего газа и регулировани загрузки биотоплива. Дополнительное тепло дл регулировани темп«эратуры обеспечиваетс подачей воздуха и/или кислоро- да. Двуокись углерода и воду удал ют известным способом перед рециркулированием восстанавливающего газа. Большим преимуществом вл етс проведение процесса с более чем трем реакторами и в более чем три стадии процесса. Использование, например, трех реакторов , соединенных в серию на ста дию предварительного нагрева, делает возможным проведение процесса в трех различных температурных диапазонах в трех реакторах, причем последний реактор серии нагреваетс газом , выход щим из предшествующего реактора, который сам, в свою очередь, нагреваетс выход щим газом из начального реактора серии. Таким образом, возможно уменьшить температуру выход щепокидающего систему, до Средго газа, (. . него уровн Кроме того, предложенный способ может быть осуществлен в двух псевдоожиженных сло х, соединенных в серию непрерывно. . В этом случае один псевдоожиженный слой выполн ет гьункцию предваритепвмого нагрева и действует посто нно при 1100-120П С за счет сжигани выход щего газа. Предварительно нагретый материал , содержащий окись железа, непрерывно покидает предварительно нагретый слой, в котором одновременно происходит предварительное и окончательное восстановление. Восстанавливающий слой действует при . Биотопливо подаетс непосредственно в слой вместе с рециркулируюсчим газом и, возможно, воздухом и/или кислородокГ. Выгруженный восстановленный материал может направл тьс непосредственно дл очистки или прессовани изделий из сырого железа. Энерги гор чего газа выход щего, из предварительно нагре того сло , может использоватьс известным способом в бойлере дл полу чени электрической энергии, пара и гор чей воды. -Врем реакции может быть значительно уменьшено, если стадии предварительного и окончательного восстановлени осуществл ютс под давлением , например 0,5 - 2МРА, Принцип периодического реактора особенно пригоден дл . восстановлени под давлением. Прессование также обеспечивает более быструю загрузку био топлива. Скорость загрузки часто ог . раничена при атмосферном давлении необходимостью ограничить скорость газа дл оптимального псевдоожижени Врем реакции, а также размер сло завис т от большого числа факт торов, в частности от размера частиц до авлени и температуры про;цесса . Как показали лабораторные экс

UiF 6ОВ 900 TtHntpoffypo ffuftMuyo С

06o3He«ffvt

iftffjf

... торф

Jмора

/ptfteaHa м

..« СОЛОНА фи«.2 9710 процесс может длитьс приперименты , ч или меньше при л800 С дл мерно 1 окончательного восстановлени . Сжигание биотоплива зависит от схемы процесса. Проведение процесса с одним псевдоожиженным слоем при 300 с одновременной подачей тепла Xза счет частичного окислени ) Tpe6yet дл стадии предварительного и окойчательного восстановлени 2 т биотоплива на 1 т продукта (восстановление 90%). Больша часть энергии битоплива, подаваемого таким образом, заключена в выход щем газе, который покидает систему и может быть использован, например , дл получени энергии. Процессы , предназначенные дл максимального использовани энергии битоплива . в системе, могут требовать;до 0,5 т битоплива на 1 продукта. Способ может также осусцествл тьс в других типах реакторов.

06озна /е и :

--i- ffrof7o/ 6ffrt/p0jfi/3 CO fcfnnu/w)

fftO/fOMf0f6/VHHt/ /rVpff/Jt/j)

уг&ль

3(.

fr

гоГ

- w700

TfM/tfpo/nyfta fosutpuHotfui/ C

HS

т

JOOO ( pus.d

%.CV:Y ,:/.

V . . , / , «,

.--... /

.

фиеЛ

Claims

1. СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА в мелкодисперсном состоянии, включающий стадии предварительного нагрева, предварительного и окончательного восстановления газом, отходящим из “каждой предыдущей стадии, отличающийся тем, что, ,с цельюповышения скорости восстановления, . стадию окончательного восстановления осуществляют твердым биотопливом, подаваемым совместно с железосодержащим материалом.

2. Способ по п, 1, отличающийся тем, что, стадию 'окончательного восстановления осуществляют с железосодержащим материалом, измельченным в шаровой мельнице до размера частиц менее 0,01 мм, при 400-600°С.

3. Способ по п. 1, или п. 2, отличающийся тем, что, по крайтв ней мере, стадию окончательного вое- ® становления проводят под давлением. / нотяриоя

Φν». f

Цель изобретения - повышение скорости восстановления.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу восстановления железосодержащего материала в мелкодисперсном состоянии, включающему стадии·предварительного нагрева, предварительного и окончательного восстановления газом,отходящим из предыду¹ щей стадий восстановления, стадию окончательного восстановления осуществляют твердым биотопливом, подаваемым совместно с железосодержащим материалом.

Стадию окончательного восстановления осуществляют с железосодержащим вой нее ней становления проводят под давлением.

В качестве биотоплива могут быть использованы растительная биомасса, получаемая в качестве сырого материала с плантаций, например, быстрорастущей ивы или тополя, отходы производства бумаги и пульпы ( древесина и кора) или солома, бурые водоросли, торф и т.п.

На фиг......1 представлена схема осуществления способа,* на фиг. 2 и 3 “ графики, демонстрирующие свойства биотоплив, используемых при осуществлении предложенного способа; на 35 фиг.

4 - устройство для осуществления способа.

Процесс восстановления железосодержащего материала, например концентрата железной руды, включает нес40Сколько стадий: стадию предварительного нагрева, стадию предваритель^:ного восстановления и окончательную 'стадию восстановления, причем эти стадии могут сопровождаться окончательной обработкой, каждая из стадий может включать несколько промежуточных стадий.

На окончательную стадию восстановления добавляется биотопливо,в ₅₀. результате чего железосодержащий материал восстанавливается двухвалентное железо(восстанавливается до металлического) .

В результате пиролиза образуются 55 весьма реактивные восстанавливающие газы и высокореактивный оста'ток пиролиза ( превращенное' в уголь 'вещество). Остаток пиролиза часто составляет значительно мень10