SU1155162A3 - Способ и установка дл пр мого восстановлени железа в шахтной печи с использованием продуктов газификации каменного угл - Google Patents

Abstract

1. Способ пр мого восстановлени  железа в шахтной печи с использованием продуктов газификации каменного угл , включающий противоток гор чих восстановительных газов и загружаемой сверху шихты, рециркул цию, охлаждение и очистку колошникового газа и смешивание его с продуктами газификации, рециркул цию и очистку охлаждающего газа,, а также выгрузку продукта,.отлич ающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности процесса, от продуктов газификации твердого топлива отдел ют часть потока, охлаждают и снова смешивают с основным потоком до температуры 750-1050°С, затем очищают от взвесей и подают в шихту, содержащую кусковой окисный материал, твердое топливо и известн к. 2.Способ по Н.1, отличающийс  тем, что к смешиваемым потокам продуктов газификации добавл ют часть охлажденного очищенного колошникового газа. 3.Способ по пп.1и2, отличающийс  тем, что качество продуктов газификации имеет показатель 4-8. 4.Установка дл  пр мого восстановлени  железа в шахтной печи с использованием продуктов газификации О) каменного угл , содержаща  устройстС во загрузки и выгрузки шихты, патрубок ввода восстановительного газа, контуры рециркул ции колошникового и охлаждакнцего газов с холодильни ком-скруббером, а также газификатор твердого топлива, соединенньй с печью трубопроводом, отличающа с  тем, что, с целью повьшени  эффективности процесса, трубопровод снабжен содержащим охладитель байпасом дл  разделени  газового потока и установленным за ним циклоном , при этом байаас соединен с контуром рециркул ции колошникового газа.

Description

Изобретение относитс  к пр мому восстановлению окислов железа в виде , окатшпей или-крупнокусконой руды в рафинированное железо в твердом состо нии в шахтной печи. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  способ пр  мого восстановлени  железа в шахтной печи с использованием продуктов гази фикации каменного угл , включакхций противоток гор чих восстановительных газов и загружаемой сверху шихты, рециркул цию, охлаждение и очистку колошникового газа и смешивание его с продуктами газификации, рециркул  цию и очистку охлаждающего газа, а также выгрузку продукта. Установка дл  пр мого восстановлени  железа в шахтной печи с испол зованием продуктов газифика1ши каме ного угл  содержит устройства загрузки и выгрузки шихты, патрубок ввода восстановительного газа, контуры рециркул ции колошникового и охлаждающего газов с холодильником- скруббером и газификатор твердого топлива, соединенный с печью трубопроводом l . Недостатками известного способа  вл ютс  его сложность, а также высокий ра.сход угл . Основной проблемой , из-за которой процесс признает с  непрактичным или требует расхода угл  в больших количествах,  вл етс  то, что гор чий газ, вьщел ющийс из пр моугольного газификатора, содержит незначительное количество восстановителей (СО + Н) по отношению к окислител м ( ) дл  его непосредственного и эффективного использовани  в пр мом восстановлении железа. Цель изобретени  - повышение эф:-фективности процесса. Поставленна  цель достигаетс  тем, что при-способе пр мого восста новлени  железа в шахтной печи с ис . пользованием продуктов газификации каменного угл , включакнцем противоток гор чих восстановительных газов и загружаемой сверху шихты, рецирку л цию, охлаждение и очистку колошни кового газа и смешивание его с продуктами газификации, рециркул цию и очистку охлаждающего газа, а также выгрузку прод5кта, от продуктов га2 2 зификации твердого топлива отдел ют часть гготока, ох.иаждают и снова смешивают с основным потоком до Tot-meратуры 750-1050 С, затем очищают от взвесей и подают в шихту, содержащую кусконой окисный материал, твердое топливо и известн к. Кроме того, к смешиваемым потокам продуктов газификации добавл ют часть охлажденного очиа1енного колошникового газа. При этом качество продуктов газификации имеет показатель 4-8. В установке дл  пр мого восстановлени  железа в шахтной печи с использованием продуктов газификации каменного угл , содержаи ей устройства загрузки и выгрузки пихты, патрубок ввода восстановительного газа, контуры-рециркул ции колошникового и охлаждающего газов с холодильникомскруббером и газификатор твердого топлива, соединенный с печью трубопроводом , трубопровод снабжен содержащим охладитель байпасом дл  разделени  газового потока и установленным за ним циклоном, при этом байпас соединен с контуром рециркул ции колошникового газа. По данному способу необходимь приблизительно 6,1 Гкал угл  дл  газификации, 0,6 Гкал углерода дл  реакции в печи, 0,8 Гкал угл  с целью производства электричества дл  газифи1щрукндего кислорода дл  получени  1 метрич. т. железа пр мого восстановлени  с одновременным производством 3,6 Гкал чистого топливного газа. Следовательно, дл  производства 1 метрич, т железа пр мого восстановлени  расходуетс  приблизительно 3,9 Гкал. При этом реагирует только 80% добавленного в шихту углерода , а избыточный углерод выпускаетс  вместе с железом пр мого восстановлени  и может бьггь отделен от железа пр мого восстановлени  магнитным способом и рециркулирован дл  дальнейшего сокращени  потреблени  энергии в ходе процесса. На чертеже представлена схема осуществлени  предлагаемого способа. Футерованна  огнеупорным кирпичом противоточна  печь 1 шахтного типа с восстановительной атмосферой имеет установленную сверху загрузочную воронку 2, в которую подаетс  окись железа 3 в виде окисных окатьш1ей

311

и/или природной крупнокусковой руды, углерод (кокс) 4 и известн к 5 с поминальным размером частиц 5-30 мм. Загружаемые материалы опускаютс  в печь через подающую трубу 6 дл  образовани  внутри печи шихты 7. Восстановленные окатыши железа и/или кусковой продукт, непрореагировавший углерод, сульфид кальци  и непрореагировавший известн к HJHI известь отвод тс  из нижней части печи через спускную трубу 8 с помощью разгрузочного конвейера 9, скорость движени  которого контролирует скорость прохогодени  шихты 7 через печь 1 .

Чистьм гор чий восстановительный газ подаетс  в печь 1 через впускную трубу 10 дл  гор чего восстановительного газа, а затем через множество газовпускных отверстий 11, расположенных в стене из огнеупорного кирпича 12 в средней части печи. Гор чий восстановительный газ движетс  внутрь, а затем вверх в противоположном направлении относительно опускающейс  шихты (по стрелкам 13). Богатый СОо отработанный восстановительный газ (колошниковый газ) покидает шихту 7 около колошника на уровне засыпи 14, образуемой углом естественного откоса материалов, поступающих через подающую трубу 6 дл  окислов, через газоотводную трубу 15, охлаждаетс  и очищаетс  от пыли в холодильнике-скруббере 16 и удал етс  из; системы в.виде чистого отопительного газа через трубу 17.

Нижний участок печи 1 имеет охлаждающую рециркул ционную схему газоотвода дл  охлаждени  восстановленного железа до его выпуска, состо щую из впускного отверсти  18 . дл  охлаждакщего газа, соединенного с распределительным устройством 19 охлаждак цего газа в печи 1, уловител  20 охлаждакщего газа, расположенного над распределительным устройством внутри печи, трубы 21 дл  вьшуска газа и внутренней системы рециркул ции газа, состо щей из холодильника-скруббера 22, рециркул ционной воздуходувки 23 и примыкакщих трубопроводов .

Газообразователь 24 ископаемо-го топлива имеет соединенные с ним кислородный инжектор 25, паровой инжектор ) 26 и форсунку 27 дл  ископаемого топлива. Кислород или кислород и пар

5162Ч

пос;тупают через инжекторы ддг  газификации ископаемого топлива чипа угл , лигнина или древесного угл  в Газообразователь 24 с целью 1гплучб 5 ВИЯ гор чего угл , которьй выходит из газообразовател  через трубу 28 и далее поступает к разделителю 29,

Неорганические остатки сгорани  10 после газификации тогшива удал ютс  из газообразовател  24 через золоудалитель (не показан). Основна  часть гор чего газа из газообразовател  в трубе 28 пропускаетс  сквозь нагретое отверстие 30, которое создает сопротивление потоку и принуждает меньшую часть гор чего газа пройти через отводной трубопровод 31 и холодильник 32. Затем охлажденньш газ проходит через трубу 33 и контрольный клапан 34 до смешивани  с гор чим газом в трубе 35. Температуре смешанного газа из газообразовател  в трубе 36 измер етс  термопарой 37, котора  соединена с управл ющим устройством 38, контролирующим положение клапана 34. В отдельных случа х охлажденньй отработанный колошниковьй газ (на выходе) могут быть частично или полностью реQ циркулирован в трубопроводе 39 как отпущенный газ. Отход щий газ содержит затвердевшие частицы из газообразовател , которые удал ютс  в циклоне 40. .Обеспыленный отход щий газ отводитс  из циклона по трубе 41 через впускное отверстие дл  восстановительного газа.

Противоточна  шахтна  печь признана самым эффективнь1м срёд;ством дл  производства железа пр могр восстановлени . В таких печах гор чий восстановительный газ служит дл  нагрева поступакщей холодной окиси железа до восстановительной температуры, а также дл  получени  восстановителей (СО+11), необходимых дл  химического восстановлени  окиси железа в рафинированное железо. Опыт про1 «ышленной эксплуатации работающих на природном газе установок показал, что дл  пол ного использовани  химической эффективности противоточной шахтной печи с восстановительной атмосферой восстановительный потенциал гор чего газа, т.е. его качество, которое определ -; етс  соотношением восстановителей (СО+П) и окислителей (С02+Н20), должно быть не менее 8. 511 При газификации пьшсвидиого твердого ископаемого топлива типа угл  Или лигнина в таком газообразователе с неполным окислением, как газообразователь 2Д, которьш производит гор  чий 1аз, соларжащий, в основном, СО, Hj, С02 и ИуО наилучший показатель полученного промьштениым способом гор чего газа равен 3-4. Изобретение предусматривает новышение качества газа в той же шахте печи, в которой происходит пр мое во становление, и, таким образом, отпадает необходимость в дополнительном дорогосто щем и сло5кном оборудовании До насто щего времени сч 1талось непрактичным осутцествл т.ь реакцию окислени  углерода (кокса) пои темпе 950 ратурах ниже поскольку при ОС лее низких температурах снижаетс  скорость реакции. По зтой причине реакции по обогащению необходимо 6ы-ло осуществл ть при температурах от 1350 С (температура потока газа, вь;-текающего из газообразовател ) до 950°С. а затем охлаждать обогащенный газ до 815 С и ниже дл  его нсполь зовани  Е печи пр мого восстановлени В ходе лабораторных исследований устаиовленОэ что углерод гфакти- ески реагирует с {.О и С02таже при такой низкой температуре, как , еслг--: реакци  молсет проходить в речение относительно длительного , вре мени. Кроме того, гор чий газ из газообразовател  может быть введен в шахту печи пр мого восстановлени  при те тературе, превьшлагащей 950 С. но до 1050 С это не приве.ает к склеиванию мета.плизиров нньх частиц в шихте при условии 5. что в нкхте гЕрисутствует углерод д,л  зпдотермическо го реагировани  г По сушествуз углерод реагирует с охлалсдением ггечпой шихты„ Правильно сконструированна  шахтна  печь пр мого восстаповлетг   предусматривает минимум 6 ч кахолчдени  в шахте твердого материала и соответ ственно длительное врем  нахожцени ; В ней газ.а дл  осуществлени  реакид-ш пр мого восстановлени . Путем увеличени  объема печи можно без труда без -особых затрат предусмотреть даже более длительный период нахо;-кдени  материалов в печи. Данные длительные периоды позвол ют практически осуществить реакг.щю углерода при пормапьГ1О1 экс.ггуатациок ои температуре в ходе процесса пр мого восстановлени  в шахтной печи ( 750 -900с) . И 3 обре т е J-I и е , т а ки ixi о б р а з ом, о б ее - тгечивает значительное снижение издержек произ:в(;д,ства по сравнению с известной тех к о л о и е и, Описание изобретени  в действии основано на газифихаци г полубитуминозного угл  с использованием кислорода , НоО и .|1евид.чого в га- зообразователе с взвешенным слоем частиц, который производит гор чий газ, содержащий, в ос.чоаном С0 И, (Ю у. i-yO, Т;::г-;пс;р;-пу а газификации в таком г  зообагзоват:;гтг; 400- с; При этой темпер- гура у-го,:п,на  зола переходит в жидкое cocTOfrt f-re;, вода охлалэдаетс  к ;,да шечс:т -;з нижней части газообразооател  г 1чиде шлака. П р и м :: о, Яр peartipi:o-r и 2 неполного ;.);:: при 1380 С л : 4 j i . Из-за пзллгчи  серы и одержит И S и СОЙ J  еко1 ::;о непрореагирозавшсго г: jc , in и у КС се н д;аетс  до г члсги горл™ ьник 32 нод чего газа но г о охл :г7 :с г, из пропускае- МО г о газа ко;, руетс , что улуччастм га.за до 7,1, ijjciGT качсс-гъо до ; 5 , Любые жида , о т водимо го га г1зс 113 1 азообра Ki-ic Kari:e.fT hjo-: С 1;о;;.,исируютс  , Отводимый J5 .: ;лоне 40 пе- пить в печь 1 , ГолЫ-ГЬЕ; газ распреиг-гхггс 7 и затем стт;-; СП-ускакщейс  с   из снеси лселезрлродной крупно .-р оде од е ржаще г о штepкaлa июрме 1астиц типа, кокса и л  обеспечени  частиц кзвест хорошей лронл и размеры частиц AOJ&KHiji Зьггь 5 1а;хтсвал смбсь у 2 шахтной печи загру кае: с  7 1 и самотелом ечс  Б печь В ходе )г ;;агреваетс  гор чим газельи жг.пеза восстанавливаетсл а же. ;;згсст1шк калЬцицируетс  3 мзвесть;, л о -гор а  р е г гир уi .r с серой в :3occTasfoBWTejibHOM газе с обрйзо)ап1-;ем суггьф:- д кальци  5 а 7.П углерод реагирует с COj и в восстановительном газе с образовар01ем СО и Hj,. Гор ча  шихта охлаждаетс  в зоне вторичного ох.паждени  печи и выпускаетс  через, выпускную трубу 8 печи на разгрузочный коргвейер 9. Полученный из печи продукт состоит из железа пр мого восстановлени , непро реагировавшего углерода, непрореагировавшей извести или известн ка и сульфида кальци . Железо пр мого вос становлени  может быть подвергнуто магнитной сепарации дл  использовани  в дуговьо электропечах или просто грохочению дл  использовани  в до мениых печах. Гор чий газ, содержащий С02 и пары НоО, подаетс  в ишхту через впуск ные отверсти  11 при температуре око ло с качеством 4,8, и СОг и П2 реагируют с углеродом. Ввиду длительности нахождени  ком понентов в шахтной, печи эти эндотермические реакцш продолжаютс  и охлаждают газ до почти 750 С с одновре менным обогащением газа в шихте до показател  качества 8, что пригодно дл  эффективной эксплуатации печи пр мото восстановлени . - В поступающем при 950° С в шихту ор чем газе концентраци  серы составл ет пор дка 4100 ч. на №шлион в конкретной указанной разнов Ц1,ности угл . Сера находитс  в виде. и COS, оба этих компонента реагируют с известью.

Т а б

лица 28 Сочетание относительно низкой температуры (950(.) с o6orar;ieii ii:;;-i до низших окислителей (СО. + ) г.оПствуе.т удалению ILS COS из пстью . Компоненты серы, содкржшни.с  в гпзе, 1Гредпоч.тителыгее рсгш рукт с известью в шихте, содержащей известь и железо пр мого восстаноплсни . В итоге получают низкосернистое железо пр мого восста ;о1 лени . Требуемое количество известн ка зависит от содержани  серы в угле. Количество , образующеес  в ходе указанных реакций обессеривани , составл ет лишь небольшую часть от общего газа и оказывает незначительное воздействие на качество участвовавшего в реакцзп-: газа С02, выслобот-кд.е.чигьв) i хо.де кальг111нировани  nsBecrsir,};.-) в негашенную известь, также ока.п. лишь незначитепзлюе ВОЗДСПСТРИО нл качество газа (оба этих пе иачигслъ Ш.1Х включени  COj+H О - учтены при составлении приводим1 1х таблиц) , Все сведенные в таблицы даншле основаны на получен4 и () метрич.т железа пр мого восстановлени  со степенью металлизаци  92% и сод ;ржа-нием углерода 1,5%. В табл.1 представлены данные о расходе газа и качестве газа (отношение восстановител  к окислителю) на участках, соответствуюш гх ссылкам на чертеже.

От газообразовател 28

На отводе31

Восстановительньй10

Обогащенньй13

Отработанный восстановительньй

Охлалщенный колошниковый топливный на выходе

В ставдартных кубических метрах.

В табл.2 представлены данные о потребности в исходных материалах дл  угольного газообразовател  24.

Таблица 2

В табл.3 приведены потребности в исходных материалах и продукций, полученной в шахтной печи 1 пр мого восстановлени , в табл.4 - расход энергии.

Т а б л и ц а 3

54,0

69,3 . 15,1

19,4

Продолжение табл.1

1996

1577

1,5

1,А

1827

1453

1,9

1,7

Продолжение табл.3 25,0

19,5 72,9

54,0 43,2 58,3 14,6

10,8

Таблица 4 6,1

5,1 0,6

0,4 0,8

0,6

111155162

ПродолжеНИР, табл.4

. 2,8

3,6 3,3

3,9

Приблизительно 230 кВт.ч при -30%ной эффективности преобразовани .

На табл.5 представлена температура га а на отдельных участках процесса .

Таблица На выходе из газообразоваНа выходе из холодил ь н ик а на отводной Газ образовател  27 50,07,8 Выход из холодильника на отводной трубе33 54,68.5 К шахте41 51,58,0 После реакции с углеродом13 34,47,4

2

Продо.чжениг. табл. 5 3

восстановле41

950 ни 

После реакции

13 730 с углеродом ( в шахте)

15

660

После реакции с угле17 родом

40 2Q

Таблица 6 В табл.6 и 7 показаны результаты анализа газа в указанных местах процесса дл  газа газификатора с качеством 4,1 (низкий показатель) и качеством 8,0 (высокий показатель) соответственно . 29,211,70,10,84000 31,93,60,10,94400 30,19,00,10,8. 4100 33,73,70,10,8 На выходе из шахты пр мого восстановлени 14 32,8 28,4 Топливный газ на выходе 17 35,8 31,0

Теплотворность несущего топлива 1959 Ккал/Нм (ННУ). Газ газообразо2757 ,44,6 вател  Вькод из холодильника на отводной 3359,14,7 трубе 4157,94,6 К шахте После реакции с 1361,13,4 углеродом Выход из шахты пр мого восста1433 ,530,1 новлени  Топливный газ на выходе 1736,432,7

Теплотворность несущего топлива 1904 Ккал/Нм (ННУ).

Продолжение табл.6

Таблица 7 26,1 11,2 0,11,4 28,5 3,0 0,11,6 30,36,30,10,940t)0 31,23,60,10,94100 30,65,40,10,94000 33,11,40,10,9 23,910,60,11,7 26,03,00,11,8О

15115516

ПредлагаемьпЧ способ получени  железа пр мого восстановлени  с использованием вырабатываемого угольным газообразователем газа в качестве источника восстановител  с одновремен- 5 IF&IM получением чистого топливного га .за дл  дальнейшего использовани  после его отвода с установки  вл етс 

энергетически иыгпдпым, ) также кр фектив1,1м как c ioco6 пр мого . зовани  гор чего газн от уг(1.пьнот о газификатора пУтем увеличени  восстановительного потергциллл газа от газообразовател  посредством реакции с углеродом в той же шахте печи,в которой происходит пр мое восстановление железа.

Claims (4)

1. Способ прямого восстановления железа в шахтной печи с использованием продуктов газификации каменного угля, включающий противоток горячих восстановительных газов и загружаемой сверху шихты, рециркуляцию, охлаждение и очистку колошникового газа и смешивание его с продуктами газификации, рециркуляцию и очистку охлаждающего газа,, а также выгрузку продукта, отлич ающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, от продуктов газификации твердого Топлива отделяют часть потока, охлаждают и снова смешивают с основным потоком до температуры 750-1050 С, затем очищают от взвесей и подают в шихту, содержащую кусковой окисный материал, твердое топливо и известняк.

2. Способ по и.1, отличающийся тем, что к смешиваемым потокам продуктов газификации добавляют часть охлажденного очищенного колошникового газа.

3. Способ попп.1 и2, о т л и ч а ющий с я тем, что качество продуктов газификации имеет показатель 4-8.

4. Установка для прямого восстановления железа в шахтной печи с использованием продуктов газификации каменного угля, содержащая устройство загрузки и выгрузки шихты, патрубок ввода восстанонительного газа, контуры рециркуляции колошникового и охлаждающего газов с холодильником-скруббером, а также газификатор твердого топлива, соединенный с печью трубопроводом, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, трубопровод снабжен содержащим охладитель байпасом для разделения газового потока и установленным за ним циклоном, при этом байпас соединен с контуром рециркуляции колошникового газа.