способ и устройство для получения губчатого железа

Формула изобретения

1. Способ получения губчатого железа из содержащего оксид железа кускового материала путем прямого восстановления в восстановительной шахте с использованием восстановительного газа, отличающийся тем, что весь восстановительный газ вводят через несколько расположенных в форме звезды или параллельно друг другу распределительных каналов восстановительного газа, предпочтительно в нижнюю четверть восстановительной шахты, с равномерным распределением по всему сечению восстановительной шахты, причем распределительные каналы восстановительного газа расположены на одном уровне или, при расположении распределительных каналов в виде звезды, соответственно более длинный распределительный канал восстановительного газа располагают рядом с более коротким распределительным каналом, причем более короткие распределительные каналы восстановительного газа располагают прямо над более длинными распределительными каналами восстановительного газа для исключения разницы в давлении при введении восстановительного газа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что загрузку восстановительной шахты под распределительными каналами восстановительного газа, которые выполнены как открытые снизу полутрубные оболочки, осуществляют с образованием несодержащего засыпки пространства, из которого восстановительный газ равномерно поступает в засыпку.

3. Устройство для получения губчатого железа из содержащего оксид железа кускового материала путем прямого восстановления с применением восстановительного газа, с восстановительной шахтой (1) и распределительными каналами (2) для подачи всего восстановительного газа в восстановительную шахту (1), отличающееся тем, что в нижней четверти восстановительной шахты (1) предусмотрены распределительные каналы (2а, 2b) восстановительного газа, расположенные в виде звезды, или распределительные каналы (2) восстановительного газа, расположенные параллельно друг другу, причем распределительные каналы (2, 2а, 2b) восстановительного газа содержат открытые снизу полутрубные оболочки с нарощенными вниз параллельными стенками и подвесные трубы (3), причем распределительные каналы (2) восстановительного газа расположены на одном уровне, или, при расположении распределительных каналов (2а, 2b) восстановительного газа в виде звезды, всегда более длинный распределительный канал (2а) восстановительного газа находится рядом с более коротким газораспределительным каналом (2b), причем более короткие распределительные каналы (2b) восстановительного газа расположены прямо над более длинными распределительными каналами (2а) восстановительного газа.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что расположенные звездой распределительные каналы (2) восстановительного газа имеют разную длину, и более короткие распределительные каналы (2b) восстановительного газа предпочтительно установлены закрепленными с одной стороны.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что более длинные распределительные каналы (2а) восстановительного газа расположены над разгрузочными воронками (6), а более короткие распределительные каналы (2b) восстановительного газа расположены над пространством между разгрузочными воронками (6).

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что по меньшей мере 2 расположенных параллельно распределительных канала (2) для восстановительного газа выполнены идущими от одной стенки восстановительной шахты до противоположной стенки шахты.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что распределительные каналы (2) восстановительного газа опираются на охлаждаемые водой упорные трубы (4).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу и устройству для получения губчатого железа из содержащего оксид железа кускового материала путем прямого восстановления в восстановительной шахте с применением восстановительного газа.

При получении губчатого железа, называемом также прямым восстановлением железа, путем прямого восстановления в восстановительную шахту сверху засыпают кусковой оксид железа, например, окатыши и/или кусковую руду, через который по принципу противотока поднимается восстановительный газ. Вводимый в восстановительную шахту восстановительный газ, нагретый предпочтительно до 750-900°C, запыленный, обогащенный моноксидом углерода и водородом, в частности, содержащий от 70 до 90% CO и H₂, создается предпочтительно в плавильном газификаторе или в другом газогенераторе. Таким путем кусковый оксид железа полностью или частично восстанавливается в губчатое железо, и можно достичь степени металлизации губчатого железа от 80 и до более 95%.

В известных из уровня техники устройствах и способах восстановительный газ вводят по периметру восстановительной шахты, например, через кольцевой канал, образованный из огнеупорных камней, называемый кольцевым воздухопроводом. Однако при введении восстановительного газа через такой кольцевой воздухопровод до центра восстановительной шахты доходит меньше восстановительного газа, так что степень металлизации в краевой области выше, чем в центре восстановительной шахты. Так как засыпка с пониженной степенью металлизации имеет больший насыпной вес, чем с более высокой степенью металлизации, и также сильнее разваливается, пропуск засыпки на середину восстановительной шахты более концентрирован. Благодаря этому осевому ходу неоднородность распределения заданного количества восстановительного газа еще больше усиливается. Распределение восстановительного газа тем более неоднородно, чем больше диаметр восстановительной шахты и чем больше запылен восстановительный газ. Кроме того, кольцевой воздухопровод, сделанный из огнеупорных камней, требует футеровки, которая стоит дорого, подвержена износу и поэтому все время должна обновляться.

В документе DE2628447A1 описано дополнительное к кольцевому воздухопроводу центральное устройство питания ниже уровня кольцевого воздухопровода. Также ниже уровня кольцевого воздухопровода находится, согласно EP0904415A1, дополнительный впуск восстановительного газа в форме открытых снизу каналов или направленных по диагонали вниз труб с открытым внутренним концом.

Хотя эти устройства и обеспечивают лучшее снабжение восстановительным газом центра, восстановительная шахта с кольцевым воздухопроводом и газораспределительными каналами в центре является затратной и к тому же имеет тот недостаток, что восстановительный газ вводится при одинаковом давлении на два разных уровня, вследствие чего через верхний вход вводится удельно больше восстановительного газа на м², так как там путь газа вверх короче. Но меньшее удельное количество восстановительного газа означает более низкую степень металлизации засыпки в центре восстановительной шахты.

Поэтому задачей настоящего изобретения является найти простой способ и простое устройство, с которыми без применения кольцевого воздухопровода и связанной с ним дорогостоящей и подверженной износу футеровки восстановительной шахты осуществляется однородное распределение восстановительного газа и тем самым однородная металлизация.

В соответствии с этим объектом изобретения является способ получения губчатого железа из содержащего оксид железа кускового материала путем прямого восстановления в восстановительной шахте с применением восстановительного газа, отличающийся тем, что весь восстановительный газ вводится через несколько расположенных в форме звезды или параллельно друг другу распределительных каналов восстановительного газа, предпочтительно в нижнюю четверть восстановительной шахты.

Для осуществления способа содержащий оксид железа кусковой материал, такой как окатыши и/или кусковая руда, вводится в восстановительную шахту сверху. Кроме того, газ, нагретый предпочтительно до 750-900°C, полученный, в частности, в плавильном газификаторе, запыленный, обогащенный моноксидом углерода и водородом, в частности, содержащим от 70 до 90% CO и H ₂, называемый восстановительным газом, вводится предпочтительно в нижней четверти восстановительной шахты через распределительные каналы восстановительного газа. Введенный восстановительный газ поднимается вверх и восстанавливает при этом оксид железа в губчатое железо. Введение всего восстановительного газа исключительно через расположенные в форме звезды или параллельно распределительные каналы восстановительного газа приводит при этом к однородному распределению восстановительного газа и содержащейся в нем пыли по всему сечению восстановительной шахты.

Из документа DE 2810657 известна восстановительная шахта, которая помимо кольцевого трубопровода имеет дополнительные приспособления для ввода технологических газов, как, например, природный газ. При этом недостатком является неоднородное введение восстановительного газа через кольцевой трубопровод и высокая стоимость расходов на подготовительные работы.

Документ WO 00/36159 описывает восстановительную шахту, в которой восстановительный газ вводится в двух уровнях или зонах. Недостатками являются, прежде всего, высокие аппаратурно-технологические затраты и высокие требования к регулированию введения восстановительного газа.

Распределительные каналы восстановительного газа представляют собой закрепленные на подвесных трубах, открытые снизу полутрубные оболочки с нарощенными вниз параллельными стенками. При верхней загрузке восстановительной шахты засыпкой оксида железа под полутрубными оболочками образуется не содержащее засыпки пространство, откуда восстановительный газ однородно поступает в засыпку.

Распределительные каналы восстановительного газа могут быть расположены в форме звезды и быть одинаковой или разной длины. Предпочтительно они имеют разную длину, причем более короткие распределительные каналы восстановительного газа предпочтительно закреплены односторонне, а более длинные распределительные каналы восстановительного газа предпочтительно опираются на охлаждаемые водой упорные трубы. Звездообразное расположение означает, что несколько, предпочтительно от 4 до 12, в частности 8, распределительных каналов восстановительного газа выступают от стенки восстановительной шахты внутрь шахты, причем все распределительные каналы восстановительного газа направлены к центру восстановительной шахты. В таком случае предпочтительно, чтобы более длинный распределительный канал восстановительного газа находился рядом с более коротким, причем более длинные распределительные каналы восстановительного газа установлены предпочтительно над разгрузочными воронками для губчатого железа. На нижнем конце разгрузочной воронки расположены разгрузочные шнеки, предпочтительно охлаждаемые водой, или другие разгрузочные устройства.

Предпочтительно, распределительные каналы восстановительного газа находятся на одном уровне.

Предпочтительно, в конфигурации, когда каждый более длинный распределительный канал восстановительного газа находится рядом с более коротким, можно также более короткие, закрепленные с одной стороны распределительные каналы восстановительного газа разместить прямо над более длинными, подпираемыми распределительными каналами восстановительного газа. В известных случаях это может быть выгодным при применении руд, склонных к разваливанию и зависанию в результате образования сводов. При этом важно, чтобы на разной высоте распределительные каналы восстановительного газа лежали настолько близко друг над другом, чтобы при введении восстановительного газа не возникало практически никакой разницы давлений.

Распределительные каналы для восстановительного газа могут также быть расположены параллельно и иметь одинаковую или разную длину. При этом распределительные каналы восстановительного газа предпочтительно находятся на одном уровне. При малых диаметрах восстановительной шахты весь восстановительный газ предпочтительно вводится через несколько, предпочтительно 2-8, в частности 4, расположенных параллельно распределительных каналов восстановительного газа, идущих от одной стенки восстановительной шахты к противолежащей стенке шахты. В восстановительных шахтах среднего размера дополнительно располагают два распределительных канала восстановительного газа, которые лежат против друг друга, направлены по диаметру шахты к центру и параллельны другим распределительным каналам восстановительного газа, идущим от одной стенки восстановительной шахты к противоположной стенке шахты. Эти дополнительные более короткие распределительные каналы восстановительного газа предпочтительно опираются на водоохлаждаемые упорные трубы.

Следующим объектом изобретения является устройство для получения губчатого железа из содержащего оксид железа кускового материала путем прямого восстановления в восстановительной шахте (1) с применением восстановительного газа, отличающееся тем, что подача всего восстановительного газа происходит предпочтительно в нижнюю четверть восстановительной шахты (1) через несколько расположенных в виде звезды распределительных каналов восстановительного газа (2a, 2b) или предпочтительно в нижнюю четверть восстановительной шахты (1) через расположенные параллельно друг другу распределительные каналы (2) восстановительного газа.

Далее изобретение подробнее поясняется на показанных на фигурах примерах осуществления. Показано:

фиг.1 - вертикальный разрез восстановительной шахты (1), в которой образован распределительный канал (2a, 2d) восстановительного газа и распределительный канал (2b) восстановительного газа,

фиг.2 - вертикальный разрез распределительного канала (2) восстановительного газа с подвесными трубами (3) для введения восстановительного газа в засыпку,

фиг.3 - горизонтальный разрез восстановительной шахты (1) с фиг.1 выше расположенных в виде звезды распределительных каналов (2a) и (2b) восстановительного газа,

фиг.4 - горизонтальный разрез восстановительной шахты (1) с фиг.1 выше расположенных параллельно распределительных каналов (2c) восстановительного газа и

фиг.5 - горизонтальный разрез восстановительной шахты (1) с фиг.1 выше расположенных параллельно распределительных каналов (2c) и (2d) восстановительного газа.

Цилиндрическая восстановительная шахта (1), заполняемая сверху через распределительную трубу (5) содержащим оксид железа кусковым материалом, в нижней четверти снабжена несколькими распределительными каналами (2) восстановительного газа, через которые восстановительный газ вводится в восстановительную шахту (1). У нижнего конца восстановительной шахты (1) материал, восстановленный в губчатое железо, выводится через разгрузочную воронку (6). На нижнем конце разгрузочной воронки (6) расположены охлаждаемые водой разгрузочные шнеки или другие разгрузочные устройства, которые на фигурах не показаны.

Распределительные каналы (2) для восстановительного газа представляют собой открытые снизу полутрубные оболочки с нарощенными вниз параллельными стенками, которые, как видно из фиг.4, крепятся на подвесных трубах (3), изнутри предпочтительно охлаждаемых водой.

Распределительные каналы (2) для восстановительного газа могут располагаться в форме звезды.

Расположенные в виде звезды распределительные каналы (2a, 2b) восстановительного газа могут быть одинаковой или разной длины. Предпочтительно они имеют разную длину, особенно предпочтительно, как показано на фиг.3, более длинные распределительные каналы (2a) восстановительного газа чередуются с более короткими распределительными каналами (2b) восстановительного газа. В таком случае через более длинные распределительные каналы (2a) восстановительного газа предпочтительно снабжается средняя область и часть, в частности около 50%, внешней области восстановительной шахты (1), а через более короткие газораспределительные каналы (2b) восстановительным газом снабжается остальная часть внешней зоны. Более длинные подвесные трубы (3), которые нужны для более длинных распределительных каналов (2a) восстановительного газа, дополнительно опираются в основном на упорные трубы (4) с водяным охлаждением, как показано на фиг.4, которые закреплены внизу восстановительной шахты (1), а подвесные трубы (3) более коротких распределительных каналов (2b) восстановительного газа предпочтительно закреплены односторонне.

В восстановительных шахтах (1) со звездообразной конфигурацией распределительных каналов (2a, 2b) восстановительного газа, с относительно небольшим числом разгрузочных воронок (6), предпочтительно менее 8, в частности с 4, более длинные распределительные каналы (2a) восстановительного газа расположены предпочтительно над разгрузочными воронками (6), а более короткие (2b) - над пространством между разгрузочными воронками (6).

Предпочтительно, распределительные каналы для восстановительного газа (2a, 2b) находятся на одном уровне.

Предпочтительно, в конфигурации, когда каждый более длинный распределительный канал (2a) восстановительного газа находится рядом с более коротким (2b) газораспределительным каналом, можно также более короткие, закрепленные с одной стороны распределительные каналы (2b) восстановительного газа разместить прямо над более длинными, закрепленными распределительными каналами (2a) восстановительного газа. В известных случаях это может быть выгодным при применении руд, склонных к развалу и зависанию в результате образования сводов. При этом важно, чтобы на разной высоте распределительные каналы (2a, 2b) восстановительного газа лежали настолько близко друг над другом, чтобы при введении восстановительного газа не возникало практически никакой разницы давлений.

Распределительные каналы (2) для восстановительного газа могут также размещаться параллельно друг другу.

Расположенные параллельно друг другу распределительные каналы (2c, 2d) восстановительного газа могут иметь одинаковую или разную длину и лежат предпочтительно на одном уровне. Если распределительные каналы (2) для восстановительного газа расположены параллельно, то, в частности, в малых восстановительных шахтах достаточно двух или более расположенных параллельно друг другу распределительных каналов (2c) восстановительного газа, которые, как на фиг.5, выполнены идущими от одной стенки восстановительной шахты до противоположной стенки шахты.

В восстановительных шахтах среднего размера, например, в шахтах диаметром от 6 до 8 метров, выгодно разместить еще два дополнительных распределительных канала (2d) восстановительного газа по диаметру восстановительной шахты (1), расположенных напротив друг друга, а остальные распределительные каналы (2c) восстановительного газа параллельно им и предпочтительно идущими от одной стенки восстановительной шахты к противоположной стенке шахты, как показано на фиг.5. При этом распределительные каналы (2d) восстановительного газа предпочтительно опираются на охлаждаемые водой упорные трубы (4) аналогично опоре расположенных звездой распределительных каналов (2a) восстановительного газа.