close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY3182

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 3182
(13)
C1
(51)
(12)
6
C 21B 13/00,
C 22B 5/14
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
УСТРОЙСТВО ПСЕВДООЖИЖЕННОГО СЛОЯ ДЛЯ
ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЧАСТИЦ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ (ВАРИАНТЫ) И
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЧАСТИЦ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ
(ВАРИАНТЫ)
(21) Номер заявки: 960733
(22) 1996.08.21
(86) PCT/KR95/00182, 1995.12.28
(31) 1994/40302
(32) 1994.12.31
(33) KR
(46) 1999.12.30
(71) Заявители: Поханг Айрон энд Стил Ко. Лтд., Ресерч
Институт оф Индастриал Сайенс энд Технолоджи
(KR), Фест-Альпине Индустрианлагенбау ГмбХ
(AT)
(72) Авторы: Ил Ок ЛИ, Янг Ха КИМ, Бонг Джин
ЯНГ,
Ханг
Гу
КИМ
(KR),
Франц
ХАУЦЕНБЕРГЕР (AT)
(73) Патентообладатели: Поханг Айрон энд Стил Ко. Лтд.,
Ресерч Институт оф Индастриал Сайенс энд
Технолоджи
(KR),
Фест-Альпине
Индустрианлагенбау ГмбХ (AT)
(57)
1. Устройство псевдоожиженного слоя для восстановления частиц железной руды, содержащее загрузочный бункер, печь псевдоожиженного слоя для восстановления руды, выполненную в виде сочлененных между собой верхней цилиндрической секции, средней конической секции и нижней цилиндрической секции с
диаметром меньше диаметра верхней цилиндрической
секции, имеющую расположенные в разных частях печи отверстия для отвода газа, загрузки руды и пылеобразной фракции руды, для разгрузки руды и выпуска газа, последнее из которых соединено с циклоном для
BY 3182 C1
улавливания пылеобразной фракции руды, оборудованным линией очищенного газа и линией выгрузки пылеобразной фракции руды, обеспечивающей ее возврат в процесс восстановления, плавильный газификатор
с узлами загрузки восстановленной руды и выгрузки готового материала, узлом отвода получаемого в нем
восстановительного газа, а также соединительные газовые и транспортные трубопроводы, посредством которых отверстия для разгрузки руды и ввода газа печи для восстановления руды соединены с узлами для разгрузки руды и отвода газа плавильного газификатора, отличающееся тем, что оно снабжено соединенной
трубопроводом с загрузочным бункером печью псевдоожиженного слоя для сушки и предварительного нагрева частиц железной руды, имеющей конфигурацию, аналогичную конфигурации печи для восстановления
руды, выполненную с отверстиями для ввода газа, загрузки руды и ее пылеобразной фракции, отвода газа и
разгрузки руды, и оборудованной соединительными газовыми и транспортирующими трубопроводами и циклоном для улавливания пылеобразной фракции руды и линиями очищенного газа, выгрузки пылеобразной
фракции руды и возврата ее в свою печь, при этом обе печи оборудованы газовыми распределителями, размещенными в верхней части нижней цилиндрической секции, отверстия для ввода газа в печах расположены в
донных частях нижних цилиндрических секций, отверстия для загрузки руды, пылеобразной фракции руды
из циклона и выгрузки руды - с разных сторон в боковых стенках конических секций, а отверстия для отвода
газа размещены вверху верхних цилиндрических секций и каждое из них соединено трубопроводом со своим
циклоном для улавливания пылеобразной фракции руды, при этом линия очищенного газа циклона печи для
восстановления руды соединена с отверстием для ввода газа печи для сушки и предварительного нагрева руды, линия очищенного газа циклона которой в свою очередь соединена с атмосферой, а отверстие для разгрузки руды печи сушки и предварительного нагрева соединено с отверстием для разгрузки руды из печи для
восстановления руды.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что угол наклона стенок конических секций печей составляет
3-25°.
3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что трубопроводы подвода газа к печам выполнены изогнутыми и снабжены дополнительными средствами подвода газа к этим изогнутым частям.
4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что высота каждой конической секции печей в
5,0-9,0 раз больше, чем внутренний диаметр печей в нижней части этой секции, а высота каждой верхней
цилиндрической секции в 2,0-4,0 раза больше, чем внутренний диаметр соответствующей конической секции
в верхней ее части.
5. Устройство псевдоожиженного слоя для восстановления частиц железной руды, содержащее загрузочный бункер, печь псевдоожиженного слоя для восстановления руды, выполненную в виде сочлененных между собой верхней цилиндрической секции, средней конической секции и нижней цилиндрической секции с
диаметром меньше диаметра верхней цилиндрической секции, имеющую расположенные в разных частях
печи отверстия для отвода газа, загрузки руды и пылеобразной фракции руды, для разгрузки руд и выпуска
газа, последнее из которых расположено в верхней цилиндрической секции печи и соединено с циклоном
для улавливания пылеобразной фракции руды, оборудованным линией очищенного газа и линией выгрузки
пылеобразной фракции руды, обеспечивающей ее возврат в процесс восстановления, а также плавильный газификатор, оборудованный узлами загрузки восстановленной руды и выгрузки готового материала, узлом
отвода получаемого в нем восстановительного газа, соединительные газовые и транспортные трубопроводы,
отличающееся тем, что оно снабжено расположенными, соответственно, перед и после печи для предварительного восстановления печью псевдоожиженного слоя для сушки и предварительного нагрева частиц железной руды и печью псевдоожиженного слоя для окончательного восстановления, имеющими конфигурацию, аналогичную конфигурации печи для предварительного восстановления, выполненными с отверстиями
для ввода газа, загрузки частиц руды и пылеобразной фракции руды, отвода газа и разгрузки руды и оборудованными циклонами для улавливания пылеобразной фракции руды с линиями очищенного газа, выгрузки
пылеобразной фракции руды и возврата в свою печь, при этом все печи оборудованы газовыми распределителями, размещенными в верхней части нижней цилиндрической секции, отверстия для ввода газа расположены в донных частях нижних цилиндрических секций, отверстия для загрузки руды, пылеобразной фракции
руды из циклона и выгрузки руды - с разных сторон в боковых стенках конических секций, а отверстия для
отвода газа размещены вверху верхних цилиндрических секций и соединены трубопроводом каждый со своим циклоном для улавливания пылеобразной фракции руды, при этом отверстие для ввода газа печи окончательного восстановления соединено с узлом отвода восстановительного газа плавильного газификатора, линия очищенного газа циклона печи окончательного восстановления соединена с отверстием для ввода газа
печи предварительного восстановления, линия очищенного газа которой в свою очередь соединена с отверстием для ввода газа печи для сушки и предварительного нагрева, а ее линия очищенного газа соединена с
атмосферой, причем отверстие для разгрузки руды каждой предыдущей печи соединено с отверстием для загрузки руды каждой последующей печи, а отверстие для разгрузки руды печи окончательного восстановления
соединено с узлом загрузки восстановительной руды плавильного газификатора.
6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что оно снабжено, по крайней мере, одной дополнительной
печью для восстановления руды, выполненной в виде сочлененных между собой верхней цилиндрической
2
BY 3182 C1
секции, средней конической секции и нижней цилиндрической секции с диаметром меньше диаметра верхней цилиндрической секции.
7. Устройство по п. 5 или 6, отличающееся тем, что угол наклона стенок конических линий печей составляет 3-25°.
8. Устройство по любому из пп. 5-7, отличающееся тем, что трубопроводы подвода газа к печам выполнены изогнутыми и снабжены дополнительными средствами подвода газа к этим изогнутым частям.
9. Устройство по любому из пп. 5-7, отличающееся тем, что высота каждой конической секции печей в
5,0-9,0 раз больше, чем внутренний диаметр печей в нижней части этой секции, а высота каждой верхней
цилиндрической секции в 2,0-4,0 раза больше, чем внутренний диаметр соответствующей конической секции
в верхней ее части.
10. Способ восстановления частиц железной руды, включающий их сушку и предварительный нагрев и последующее восстановление газом в псевдоожиженном слое, осуществляемые в двух печах, имеющих коническую
форму с расширением вверх, отличающийся тем, что скорость газа в зоне, удаленной от стенок печей, поддерживают равной 1,0-3,0 минимальной скорости газа, необходимой для поддержания частиц железной руды со средним
размером в псевдоожиженном состоянии, температуру и давление газа, подаваемого в печь для восстановления,
поддерживают в диапазоне от 800 до 900 °С и от 2 до 4 атм., соответственно, при этом падение температуры и давления в каждой из печей составляет от 30 до 80 °С и от 0,3 до 0,6 атм., соответственно, а время нахождения частиц
железной руды в каждой из печей поддерживают в пределах от 30 до 50 минут.
11. Способ восстановления частиц железной руды, включающий их сушку и предварительный нагрев и последующее предварительное восстановление газом в псевдоожиженном состоянии, осуществляемые в двух печах, имеющих коническую форму с расширением вверх, отличающийся тем, что осуществляют окончательное
восстановление предварительно восстановленной руды в псевдоожиженном слое в третьей печи, имеющей коническую форму с расширением вверх.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что скорость газа в зоне, удаленной от стенок печей, поддерживают равной 1,0-3,0 минимальной скорости газа, необходимой для поддержания частиц железной руды, имеющих
средний размер в псевдоожиженном состоянии в каждой из печей.
13. Способ по п. 11 или 12, отличающийся тем, что давление газа, подаваемого в печь для окончательного восстановления, поддерживают в диапазоне от 2 до 4 атм. и падение давления, происходящее в каждой
из трех печей, составляет 0,3-0,6 атм.
14. Способ по любому из пп. 11-13, отличающийся тем, что температуру газа, подаваемого в печь окончательного восстановления, поддерживают в пределах от 800 до 900 °С, а падение температуры в каждой из
печей составляет от 30 до 80 °С.
15. Способ по любому из пп. 10-13, отличающийся тем, что время нахождения частиц железной руды в
каждой из печей составляет 20-40 минут.
(56)
1. US, 5370727, 1994.
2. US, 4434001, 1984.
Данное изобретение относится к области металлургии, а именно к устройствам с псевдоожиженным слоем для восстановления пылевидных железных руд в процессе производства чугуна или технически чистого
железа и к способу восстановления частиц железной руды.
Обычно в число традиционных способов производства чугуна из восстанавливаемых железных руд входит способ, при котором используются доменные печи, и способ, при котором используются шахтные печи.
При последнем способе железные руды, восстанавливаемые в шахтной печи, плавятся в электропечи.
В случае применения способа производства чугуна, при котором используются доменные печи, требуется
большое количество кокса в качестве источника тепла и восстанавливающего агента. В соответствии с этим
способом для улучшения газопроницаемости и восстановления железные руды загружаются в печь в виде
спеченных руд. С этой целью обычные способы, при которых используются доменные печи, требуют коксовых печей для производства кокса и оборудования для производства спеченных руд. По этой причине способ, при котором используются доменные печи, требует огромных капиталовложений и большого расхода
энергии. Поскольку высококачественные коксующиеся угли мало распространены в мире и их запасы
уменьшаются, недостаток их ощущается все сильнее, в то время как потребность в стали возрастает. С другой стороны, способ восстановления железных руд, при котором используются шахтные печи, требует этапа
предварительной обработки для окомковывания железной руды. Поскольку при этом способе в качестве источника тепла и восстанавливающего агента используется природный газ, способ имеет тот недостаток, что
может быть выгодно осуществлен только в тех регионах, где гарантируется беспрепятственная подача природного газа.
До последнего времени рассматривался как новый способ производства чугуна способ восстановления
плавлением, с помощью которого можно производить технически чистое железо из железных руд, используя
3
BY 3182 C1
вместо кокса некоксующийся уголь. При таком способе восстановления плавлением обычно применяется
схема, в которой для получения жидкого чугуна железная руда предварительно восстанавливается в отдельной печи и полностью восстанавливается в плавильной печи. В печи с восстановительной атмосферой железная руда восстанавливается в твердой фазе перед расплавлением. Другими словами, железная руда, загруженная в печь с восстановительной атмосферой, восстанавливается находясь в контакте с горячим
восстановительным газом, вырабатываемым в плавильной печи.
Процессы восстановления, применяемые в этом способе, разделяются на процессы с подвижным слоем и
процессы с псевдоожиженным слоем в соответствии с условием, что железная руда находится в контакте с
восстановительным газом. Известно, что одним из наиболее перспективных способов восстановления пылевидных железных руд широкого диапазона крупности является процесс восстановления в псевдоожиженном
слое, при котором руды восстанавливаются в псевдоожиженном состоянии с помощью восстановительного
газа, подаваемого через распределитель, который восстанавливается в нижней части реактора.
Восстановительная печь псевдоожиженного слоя состоит из цилиндрической восстановительной печи и
циклона [1]. Когда железная руда загружается через входное отверстие, а восстановительный газ подается в
восстановительную печь по трубе через распределитель с соответствующей скоростью подачи, железная руда
образует над распределителем псевдоожиженный слой, причем руда перемешивается с восстановительным газом. Восстановительный газ, подаваемый в печь, образует в слое частиц железной руды пузыри, что напоминает процесс кипения жидкости, а затем поднимается через слой частиц, вследствие чего образует псевдоожиженный слой частиц железной руды. Следовательно, этот псевдоожиженный слой является вспененным
кипящим слоем. Восстановительная железная руда выгружается из печи с восстановительной атмосферой
через выходное отверстие.
Прототипом изобретения является устройство псевдоожиженного слоя для восстановления частиц железной
руды, содержащее загрузочный бункер, печь псевдоожиженного слоя для восстановления руды, выполненную в
виде сочлененных между собой верхней цилиндрической секции, средней конической секции и нижней цилиндрической секции с диаметром меньше диаметра верхней цилиндрической секции, имеющую расположенные в разных частях печи отверстия для отвода газа, загрузки руды и пылеобразной фракции руды, для разгрузки руды и
выпуска газа, последнее из которых соединено с циклоном для улавливания пылеобразной фракции руды, оборудованным линией очищенного газа и линией выгрузки пылеобразной фракции руды, обеспечивающей ее возврат в процесс восстановления, плавильный газификатор с узлами загрузки восстановленной руды и выгрузки
готового материала, узлом отвода получаемого в нем восстановительного газа, а также соединительные газовые
и транспортные трубопроводы, посредством которых отверстия для разгрузки руды и ввода газа печи для восстановления руды соединены с узлами для разгрузки руды и отвода газа плавильного газификатора [2].
Частицы железной руды сушат и предварительно нагревают с последующим восстановлением газом в
псевдоожиженном слое.
В случае применения восстановительного устройства с псевдоожиженным слоем, описанного в вышеуказанных патентах США, необходимо свести к минимуму скорость подачи восстановительного газа во время
образования эффективного кипящего слоя с тем, чтобы не только уменьшить газовое отмучивание железной
руды, но также повысить эффективность восстановительного газа. С этой целью размеры частиц железной
руды должны быть строго ограничены до определенного предела, если скорость потока восстановительного
газа в псевдоожиженном слое постоянна вдоль продольной оси кипящего слоя, то есть скорость восстановительного газа, необходимая для образования эффективного псевдоожиженного слоя, должна регулироваться
между минимальной скоростью псевдоожижения и какой-то конечной скоростью. Для такой печи с восстановительной атмосферой и псевдоожиженным слоем, соответственно, частицы железной руды должны сортироваться по их размерам таким образом, чтобы только те частицы железной руды, размеры которых находятся в определенных пределах, могли быть загружены в восстановительную печь. Если операция
выполняется при высокой скорости газа, которая требуется для псевдоожижения крупнозернистой железной
руды, результатом будет большая степень газового отмучивания пылевидной железной руды, поскольку конечная скорость пылевидной руды ниже, чем рабочая скорость газа. В результате степень пылеулавливания
циклонов понижается, что приводит к увеличению потерь исходного материала. Кроме того, степень восстановления циркулирующей пылевидной железной руды понижается, поскольку ее средняя длительность пребывания в печи с восстановительной атмосферой меньше, чем тот же показатель для крупнозернистой железной руды.
Задачей данного изобретения является создание устройства с псевдоожиженным слоем и способа восстановления пылевидных железных руд с применением этого устройства, обеспечивающие эффективное восстановление пылевидных железных руд широкого диапазона крупности в устойчивом псевдоожиженном состоянии, вследствие чего значительно уменьшается отмучивание частиц, возрастает степень восстановления
и повышается эффективность восстановительного газа.
Согласно указанной задаче, устройство с псевдоожиженным слоем для восстановления частиц железной
руды, содержащее загрузочный бункер, печь псевдоожиженного слоя для восстановления руды, выполненную в виде сочлененных между собой верхней цилиндрической секции, средней конической секции и ниж4
BY 3182 C1
ней цилиндрической секции с диаметром меньше диаметра верхней цилиндрической секции, имеющую расположенные в разных частях печи отверстия для отвода газа, загрузки руды и пылеобразной фракции руды,
для разгрузки руды и выпуска газа, последнее из которых соединено с циклоном для улавливания пылеобразной фракции руды, оборудованным линией очищенного газа и линией выгрузки пылеобразной фракции
руды, обеспечивающей ее возврат в процесс восстановления, плавильный газификатор с узлами загрузки
восстановленной руды и выгрузки готового материала, узлом отвода получаемого в нем восстановительного
газа, а также соединительные газовые и транспортирующие трубопроводы, посредством которых отверстия
для разгрузки руды и ввода газа печи для восстановления руды соединены с узлами для разгрузки руды и отвода газа плавильного газификатора, согласно изобретению, снабжено соединенной трубопроводом с загрузочным бункером печью псевдоожиженного слоя для сушки и предварительного нагрева железной руды,
имеющей конфигурацию, аналогичную конфигурации печи для восстановления руды, выполненную с отверстиями для ввода газа, загрузки руды и ее пылеобразной фракции, отвода газа и разгрузки руды, и оборудованной соединительными газовыми и транспортирующими трубопроводами и циклоном для улавливания
пылеобразной фракции руды и линиями очищенного газа, выгрузки пылеобразной фракции руды и возврата
ее в свою печь, при этом обе печи оборудованы газовыми распределителями, размещенными в верхней части
нижней цилиндрической секции, отверстия для ввода газа в печах расположены в донных частях нижних цилиндрических секций, отверстия для загрузки руды, пылеобразной фракции руды из циклона и выгрузки руды - с разных сторон в боковых стенках конических секций, а отверстия для отвода газа размещены вверху
верхних цилиндрических секций и каждое из них соединено трубопроводом со своим циклоном для улавливания пылеобразной фракции руды, при этом линия очищенного газа циклона печи для восстановления руды
соединена с отверстием для ввода газа печи для сушки и предварительного нагрева руды, линия очищенного
газа циклона которой в свою очередь соединена с атмосферой, а отверстие для разгрузки руды печи сушки и
предварительного нагрева соединено с отверстием для разгрузки руды из печи для восстановления руды.
Угол наклона стенок конических секций печей составляет 3°-25°.
Трубопроводы подвода газа к печам выполнены изогнутыми и снабжены дополнительными средствами
подвода газа к этим изогнутым частям.
Высота каждой конической секции печей в 5,0-9,0 раз больше, чем внутренний диаметр печей в нижней
части этой секции, а высота каждой верхней цилиндрической секции в 2,0-4,0 раза больше, чем внутренний
диаметр соответствующей конической секции в верхней ее части.
Устройство псевдоожиженного слоя для восстановления частиц железной руды, содержащее загрузочный
бункер, печь псевдоожиженного слоя для восстановления руды, выполненную в виде сочлененных между
собой верхней цилиндрической секции, средней конической секции и нижней цилиндрической секции с диаметром меньше диаметра верхней цилиндрической секции, имеющую расположенные в разных частях печи
отверстия для отвода газа, загрузки руды и пылеобразной фракции руды, для разгрузки руд и выпуска газа,
последнее из которых расположено в верхней цилиндрической секции печи и соединено с циклоном для
улавливания пылеобразной фракции руды, оборудованным линией очищенного газа и линией выгрузки пылеобразной фракции руды, обеспечивающей ее возврат в процесс восстановления, а также плавильный газификатор, оборудованный узлами загрузки восстановленной руды и выгрузки готового материала, узлом отвода получаемого в нем восстановительного газа, соединительные газовые и транспортные трубопроводы,
согласно изобретению, снабжено расположенными, соответственно, перед и после печи для предварительного восстановления печью псевдоожиженного слоя для сушки и предварительного нагрева частиц железной
руды и печью псевдоожиженного слоя для окончательного восстановления, имеющими конфигурацию, аналогичную конфигурации печи для предварительного восстановления, выполненными с отверстиями для ввода газа, загрузки частиц руды и пылеобразной фракции руды, отвода газа и разгрузки руды и оборудованными циклонами для улавливания пылеобразной фракции руды и возврата в свою печь, при этом все печи
оборудованы газовыми распределителями, размещенными в верхней части нижней цилиндрической секции,
отверстия для ввода газа расположены в донных частях нижних цилиндрических секций, отверстия для загрузки руды, пылеобразной фракции руды из циклона и выгрузки руды - с разных сторон в боковых стенках
конических секций, а отверстия для отвода газа размещены вверху верхних цилиндрических секций и соединены трубопроводом каждый со своим циклоном для улавливания пылеобразной фракции руды, при этом
отверстие для ввода газа печи окончательного восстановления соединено с узлом отвода восстановительного
газа плавильного газификатора, линия очищенного газа циклона печи окончательного восстановления соединена с отверстием для ввода газа печи предварительного восстановления, линия очищенного газа соединена
с атмосферой, причем отверстие для разгрузки руды каждой предыдущей печи соединено с отверстием для загрузки руды каждой последующей печи, а отверстие для разгрузки руды печи окончательного восстановления
соединено с узлом загрузки восстановительной руды плавильного газификатора.
Устройство снабжено, по крайней мере, одной дополнительной печью для восстановления руды, выполненной в виде сочлененных между собой верхней цилиндрической секции, средней конической секции и
нижней цилиндрической секции с диаметром меньше диаметра верхней цилиндрической секции.
Угол наклона стенок конических линий печей составляет 3°-25°.
5
BY 3182 C1
Трубопроводы подвода газа к печам выполнены изогнутыми и снабжены дополнительными средствами
подвода газа к этим изогнутым частям.
Высота каждой конической секции печей в 5,0-9,0 раз больше, чем внутренний диаметр печей в нижней
части этой секции, а высота каждой верхней цилиндрической секции в 2,0-4,0 раза больше, чем внутренний
диаметр соответствующей конической секции в верхней ее части.
Способ восстановления частиц железной руды, включающий их сушку и предварительный нагрев и последующее восстановление газом в псевдоожиженном слое, осуществляемые в двух печах, имеющих коническую
форму с расширением вверх, согласно изобретению, скорость газа в зоне, удаленной от стенок печей, поддерживают равной 1,0-3,0 минимальной скорости газа, необходимой для поддержания частиц железной руды со
средним размером в псевдоожиженном состоянии, температуру и давление газа, подаваемого в печь для восстановления, поддерживают в диапазоне от 800 до 900 °С и от 2 до 4 атм., соответственно, при этом падение
температуры и давления в каждой из печей составляет от 30 °С до 80 °С и от 0,3 до 0,6 атм., соответственно,
а время нахождения частиц железной руды в каждой из печей поддерживают в пределах от 30 до 50 мин.
Способ восстановления частиц железной руды, включающий их сушку и предварительный нагрев и последующее предварительное восстановление газом в псевдоожиженном состоянии, осуществляемые в двух печах,
имеющих коническую форму с расширением вверх, согласно изобретению, осуществляют окончательное восстановление предварительно восстановленной руды в псевдоожиженном слое в третьей печи, имеющей коническую форму с расширением вверх.
Скорость газа в зоне, удаленной от стенок печей, поддерживают равной 1,0-3,0 минимальной скорости
газа, необходимой для поддержания частиц железной руды, имеющих средний размер в псевдоожиженном
состоянии в каждой из печей.
Давление газа, подаваемого в печь для окончательного восстановления, поддерживают в диапазоне от 2
до 4 атм. И падение давления, происходящее в каждой из трех печей, составляет 0,3-0,6 атм.
Температуру газа, подаваемого в печь окончательного восстановления, поддерживают в пределах от 800
до 900 °С, а падение температуры в каждой из печей составляет от 30 до 80 °С.
Время нахождения частиц железной руды в каждой из печей составляет 20-40 мин.
Каждой печи придается коническая форма, то есть диаметр печи возрастает в верхнем направлении для
устойчивого сжижения частиц железной руды широкого диапазона крупности. При такой форме можно не
только обеспечить псевдоожижение крупных частиц железной руды, но также достичь более устойчивого
псевдоожижения частиц пылевидной фракции железной руды, вследствие чего происходит эффективное
восстановление пылевидной фракции железной руды. В соответствии с данным изобретением восстановление
железной руды достигается в несколько этапов, например в три этапа, включая этап сушки и предварительного
нагрева, первый этап восстановления и второй этап восстановления. В соответствии с данным изобретением
отработанные газы, вырабатываемые в каждой печи, эффективно используются, благодаря чему уменьшается расход топлива. Поскольку площадь поперечного сечения печи, предлагаемой в данном изобретении, постепенно увеличивается в направлении верхнего конца печи, скорость газа в печи постепенно падает в направлении верхнего конца печи. Соответственно, крупные частицы железной руды, расположенные,
главным образом, поблизости от распределителя, установленного в нижней части печи, могут хорошо псевдоожижаться при высокой скорости газа. С другой стороны, мелкие частицы железной руды, расположенные, главным образом, в верхней части печи, могут, соответственно, псевдоожижаться при средней и низкой
скорости газа, в то же время не подвергаясь опасности отмучивания. Соответственно, время пребывания
частиц железной руды в печи может поддерживаться постоянным вне зависимости от крупности. Следовательно, можно эффективно восстанавливать железную руду широкого диапазона крупности, сохраняя в то
же время устойчивое состояние псевдоожижения. Устройство, предлагаемое в данном изобретении, содержит последовательно расположенные печи псевдоожиженного слоя, а именно печь для сушки и предварительного нагрева пылевидной железной руды, первую восстановительную печь для предварительного восстановления просушенной и предварительно нагретой пылевидной руды и вторую восстановительную печь
для окончательного восстановления предварительно восстановленных частиц железной руды. В этом устройстве отработанный газ, вырабатываемый в каждой печи, используется в качестве восстановительного газа
в предшествующем этапе восстановления, вследствие чего повышается степень утилизации восстановительного газа. Следовательно, устройство и способ, предлагаемые в данном изобретении, обеспечивают экономическую эффективность с большой выгодой.
На чертеже схематично изображено устройство с псевдоожиженным слоем для восстановления частиц
железной руды.
Трехступенчатое устройство с псевдоожиженным слоем содержит печь 1 псевдоожиженного слоя для
сушки и предварительного нагрева частиц железной руды, к которой подается руда в качестве исходного материала из бункера 2. К вышеупомянутой печи 1 псевдоожиженного слоя для сушки и предварительного нагрева присоединен первый циклон 3, который служит для улавливания пылеобразной фракции руды, содержащейся в отработанном газе, выходящем из печи 1. Ниже печи 1 для сушки и предварительного нагрева
располагается первая печь 4 псевдоожиженного слоя для восстановления руды, получающая высушенную и
6
BY 3182 C1
предварительно нагретую руду, выгружаемую из печи 1. К первой восстановительной печи 4 псевдоожиженного слоя присоединен второй циклон 5 для улавливания пылеобразной фракции руды, содержащейся в отработанном газе, выходящем из печи 4. Ниже первой восстановительной печи 4 располагается вторая восстановительная печь 6 псевдоожиженного слоя. Вторая восстановительная печь 6 псевдоожиженного слоя
получает предварительно восстановленную железную руду из первой восстановительной печи 4 псевдоожиженного слоя и окончательно восстанавливает предварительно нагретую железную руду во вспененном
псевдоожиженном состоянии. К второй восстановительной печи 6 подсоединен третий циклон 7 для улавливания пылеобразной фракции руды, содержащейся в отработанном газе, выходящем из второй восстановительной печи 6.
Печь 1 псевдоожиженного слоя для сушки и предварительного нагрева выполнена в виде сочлененных
между собой верхней цилиндрической секции 8, средней конической секции 9 и нижней цилиндрической
секции 10 с диаметром меньше диаметра верхней цилиндрической секции. Печь 1 псевдоожиженного слоя
для сушки и предварительного нагрева снабжена в нижней части первым впускным отверстием 11 для ввода
отработанного газа из первой восстановительной печи 4. Между конической секцией 9 и цилиндрической
секцией 10 установлен первый распределитель для равномерного распределения отработанного газа, подаваемого через первое отверстие 11 для впуска газа.
Часть боковой стенки конической секции 9 снабжена первым отверстием 12 для подачи руды, через которое из бункера 2 по трубопроводам 13 загрузки руды в печь выгружается железная руда. На другом участке боковой стенки конической секции 9, противоположном части, снабженной первым отверстием 12 для загрузки руды, печь 1 для сушки и предварительного нагрева имеет первое выходное отверстие 14 для
выгрузки высушенной и предварительно нагретой железной руды из печи 1 и первое входное отверстие 15
для загрузки пылеобразной фракции железной руды, уловленной первым циклоном 3.
В верхней части цилиндрической секции 8 имеется первое выходное отверстие 16 для выпуска отработанного газа. Это первое выходное отверстие 16 для выпуска отработанного газа соединено с первым циклоном 3 первым трубопроводом 17 для отработанного газа.
Верхняя часть первого циклона 3 снабжена первым выпускным патрубком 18 очищенного газа для выпуска
наружу очищенного отработанного газа из первого циклона 3. К донной части первого циклона 3 подсоединен
один конец первой линии 19 выгрузки пылеобразной фракции руды. Другой конец первой линии 19 выгрузки
пылеобразной фракции руды подсоединен к первому входному отверстию 15 для подачи пылеобразной фракции руды в конической секции 9 печи 1 для сушки и предварительного нагрева, так что пылеобразные фракции
руды, уловленные первым циклоном 3, рециркулируют в печь 1 для сушки и предварительного нагрева.
Так же, как и печь 1 псевдоожиженного слоя для сушки и предварительного нагрева, первая восстановительная печь 4 псевдоожиженного слоя имеет коническую форму с равномерным расширением кверху. То
есть, первая восстановительная печь 4 состоит из верхней цилиндрической секции 20, средней конической
секции 21 и нижней цилиндрической секции 22 с диаметром, меньшим диаметра верхней цилиндрической
секции. Первая восстановительная печь 4 также снабжена вторым впускным отверстием 23 в донной части
для ввода отработанного газа из второй восстановительной печи 6 псевдоожиженного слоя. Между конической секцией 21 и цилиндрической секцией 22 установлен второй распределитель 24 для равномерного распределения отработанного газа, вводимого через второе впускное отверстие 23.
На одной из частей боковой стенки конической секции 21 первая восстановительная печь 4 имеет второе
разгрузочное отверстие 25 для выгрузки железной руды, предварительно восстановленной в первой восстановительной печи 4, и второе впускное отверстие 26 для загрузки высушенных и предварительно нагретых
частиц железной руды из печи 1 для сушки и предварительного нагрева. На другой части боковой стенки конической секции 21 первая восстановительная печь 4 имеет впускное отверстие 27 для приема пылеобразной
фракции руды, уловленной вторым циклоном 5.
В верхней части цилиндрической секции 20 имеется второе выпускное отверстие 28 для отработанного
газа. Это второе выпускное отверстие 28 для отработанного газа соединено со вторым циклоном 5 вторым
трубопроводом 29 для отработанного газа.
Верхняя часть второго циклона 5 соединена с одним из концов второго трубопровода 30 для очищенного
отработанного газа. К донной части второго циклона 5 подсоединена вторая разгрузочная линия 31 для наиболее мелких частиц руды.
Другой конец второго трубопровода 30 для очищенного отработанного газа подсоединен к первому отверстию 11 для впуска газа в донной части печи 1 сушки и предварительного нагрева, чтобы подавать отработанный газ, освобожденный от железной руды во втором циклоне 5, в печь 1 сушки и предварительного
нагрева. Другой конец второй разгрузочной линии 31 для пылеобразной фракции руды подсоединен ко второму впускному отверстию 27 в конической секции 21 первой восстановительной печи 4, так что пылеобразная фракция руды, уловленная вторым циклоном 5, рециркулируется в первую восстановительную печь 4.
Второе отверстие 26 для загрузки руды первой восстановительной печи 4 соединено с первым выходным
отверстием 14 для руды печи 1 сушки и предварительного нагрева первой линией подачи 32.
7
BY 3182 C1
Подобно первой восстановительной печи 4 вторая восстановительная печь 6 также имеет коническую секцию, равномерно расширяясь кверху. То есть вторая восстановительная печь 6 состоит из верхней цилиндрической секции 33, промежуточной конической секции 34 и нижней цилиндрической секции 35 с диаметром,
меньшим диаметра верхней цилиндрической секции. Вторая восстановительная печь 6 также снабжена третьим
отверстием 36 для ввода газа в донной части для приема отработанного газа из плавильного газификатора 37.
Между конической секцией 34 и цилиндрической секцией 35 установлен третий распределитель 38 для равномерного распределения отработанного газа, подаваемого через третье отверстие 36 для ввода газа.
На одной из частей боковой стенки конической секции 34 вторая восстановительная печь 6 имеет третье
входное отверстие 39 для загрузки предварительно восстановленной железной руды из первой восстановительной печи 4. На другой части боковой стенки конической секции 34 вторая восстановительная печь 6 имеет
третье впускное отверстие 40 для приема пылеобразной фракции руды, уловленной третьим циклоном 7, и
третье разгрузочное отверстие 41 для выгрузки железной руды, окончательно восстановленной во второй восстановительной печи 6.
В верхней части цилиндрической секции 38 вторая восстановительная печь 6 имеет третье выпускное отверстие 42 для отработанного газа, которое соединено с третьим циклоном 7 посредством третьего трубопровода 43 для отработанного газа.
К верхней части третьего циклона 7 подсоединен один из концов третьего трубопровода 44 для очищенного отработанного газа. К нижней части третьего циклона 7 подсоединен один из концов третьей разгрузочной линии 45 для пылеобразной фракции руды.
Другой конец третьего трубопровода 44 для очищенного отработанного газа подсоединен к второму отверстию 23 для впуска газа на нижней части первой восстановительной печи 4, чтобы подавать в эту первую
восстановительную печь 4 отработанный газ, освобожденный от железной руды в третьем циклоне 7. Другой
конец третьей разгрузочной линии 45 для мелких частиц руды подсоединен к третьему впускному отверстию
40 в конической секции 34 второй восстановительной печи 6, так что пылеобразные фракции руды, уловленные третьим циклоном 7, рециркулируют во вторую восстановительную печь 6.
Третье входное отверстие 39 для загрузки руды второй восстановительной печи 6 соединено с вторым
разгрузочным отверстием 25 для выгрузки руды первой восстановительной печи 4 с помощью второй линии
подачи 46.
Третье разгрузочное отверстие 41 для выгрузки руды соединено с плавильным газификатором 37 посредством третьей линии подачи 47, а третье отверстие 36 для впуска газа соединено с плавильным газификатором 37 посредством трубопровода 48 для отработанного газа.
Донная часть плавильного газификатора 37 снабжена выпускным патрубком 49 для выпуска чугуна, произведенного в плавильном газификаторе 37 в процессе восстановления плавлением.
В искривленной части первой линии подачи 32 расположено окно Р для подачи небольшого количества
газа в первую линию подачи 32, чтобы предотвратить ее забивание частицами железной руды, подаваемыми
в линию 32. С той же целью другое окно Р для подачи газа расположено в искривленной части второй линии
подачи 46.
Двухступенчатое восстановительное устройство с псевдоожиженным слоем имеет, по существу, ту же
самую конструкцию, что и трехступенчатое устройство с псевдоожиженным слоем, за исключением того,
что оно содержит только одну восстановительную печь, которая может быть либо первой, либо второй восстановительной печью 4 и 6. В этом случае частицы железной руды, высушенные в печи сушки и предварительного нагрева, почти полностью восстанавливаются в одиночной печи.
Предпочтительно, чтобы конические секции 9, 21 и 34 печи 1 для сушки и предварительного нагрева,
первой восстановительной печи 4 и второй восстановительной печи 6 имели угол наклона стенок конических
линий печей в диапазоне от 3° до 25°.
Предпочтительно также, чтобы высоты конических секций 9, 21 и 34 печи 1 для сушки и предварительного нагрева, первой восстановительной печи 4 и второй восстановительной печи 6 составляли в 5,0-9,0 раз
больше, чем внутренний диаметр печей в нижней части этой секции, а высота каждой верхней цилиндрической секции в 2,0-4,0 раза больше, чем внутренний диаметр соответствующей конической секции в верхней
ее части.
Железная руда, содержащаяся в бункере 2, загружается в печь 1 псевдоожиженного слоя для сушки и
предварительного нагрева по линии 13 подачи руды и через первое входное отверстие 12. В печь 1 псевдоожиженного слоя для сушки и предварительного нагрева также подается отработанный газ из первой восстановительной печи 4 последовательно через второй циклон 5, по второму трубопроводу 30 для очищенного
отработанного газа и через первое отверстие 11 для впуска газа. Этот отработанный газ равномерно рассеивается в печи 1 псевдоожиженного слоя для сушки и предварительного нагрева посредством первого распределителя 50. С помощью равномерно рассеянного газа частицы железной руды, подаваемые в печь 1
сушки и предварительного нагрева, образуют псевдоожиженный слой, просушиваются и предварительно нагреваются в этом слое. Просушенная и предварительно нагретая железная руда затем подается в первую восстановительную печь 4 через первое выходное отверстие 14 для руды и по первой линии подачи 32.
8
BY 3182 C1
Отработанный газ выпускается наружу из печи 1 сушки и предварительного нагрева, в которой железная
руда высушивается и предварительно нагревается газом перед выпуском последовательно через первое выходное отверстие 16 для выпуска отработанного газа, по первому трубопроводу 17 для отработанного газа,
через первый циклон 3 и первый выпускной патрубок 18 для очищенного отработанного газа. Пылеобразная
фракция руды, содержащаяся в отработанном газе, улавливается циклоном 3, а затем рециркулируется в печь
1 псевдоожиженного слоя для сушки и предварительного нагрева по первой разгрузочной линии 19 и через
первое входное отверстие 15 для пылеобразной фракции руды.
Высушенная и предварительно нагретая железная руда, подаваемая в первую восстановительную печь 4,
подвергается предварительному восстановлению, в то же время образуя псевдоожиженный слой с помощью
отработанного газа, который подается в первую восстановительную печь 4 последовательно через третий циклон 7, третий трубопровод 44 для очищенного отработанного газа, второе впускное отверстие 23 для подачи
газа и второй распределитель 24. Предварительно восстановленная железная руда подается во вторую восстановительную печь 6 через второе разгрузочное отверстие 25 по второй линии подачи 46.
В первой восстановительной печи 4 псевдоожиженного слоя отработанный газ из второй восстановительной печи 6 псевдоожиженного слоя используется для предварительного восстановления железной руды,
а затем выпускается из первой восстановительной печи 4 через, последовательно, второе выпускное отверстие 28 для отработанного газа и второй трубопровод 29 для отработанного газа, второй циклон 5 и второй
трубопровод 30 для очищенного отработанного газа и вводится в печь 1 псевдоожиженного слоя для сушки
и предварительного нагрева. Пылеобразная фракция руды, содержащаяся в отработанном газе, улавливается
вторым циклоном 5 и затем рециркулируется в первую восстановительную печь 4 по второй разгрузочной
линии 31 для мелких частиц руды и через второе впускное отверстие 27.
Тем временем предварительно восстановленная железная руда, подаваемая во вторую восстановительную печь 6, окончательно восстанавливается, в то же время образуя псевдоожиженный слой с помощью отработанного газа, который производится в плавильном газификаторе 37, и поступает во вторую восстановительную печь 6 по трубопроводу 48, через третье отверстие 36 для впуска газа и третий распределитель 38.
Окончательно восстановленная железная руда поступает в плавильный газификатор через третье разгрузочное отверстие 41 по линии подачи 47.
Отработанный газ, вырабатываемый в плавильном газификаторе 37, сначала используется для окончательного восстановления железной руды во второй восстановительной печи, а затем вводится в первую восстановительную печь 4, пройдя через третье выпускное отверстие 42 для отработанного газа, третий трубопровод 43, третий циклон 7 и третий трубопровод 44 для очищенного отработанного газа. Пылеобразная
фракция руды, содержащаяся в отработанном газе, улавливается третьим циклоном 7 и затем рециркулируется во вторую восстановительную печь 6 по третьей разгрузочной линии 45 для мелких частиц руды и через
третье впускное отверстие 40.
Частицы железной руды, загруженные в плавильный газификатор 37, плавятся, вследствие чего производится жидкий чугун.
С другой стороны, предпочтительно, чтобы скорость газа в зоне, удаленной от стенок печей, поддерживалась равной 1,0-3,0 минимальной скорости газа, необходимой для поддержания частиц железной руды со средним размером в псевдоожиженном состоянии, температуру и давление газа, подаваемого в печь для восстановления, поддерживают в диапазоне от 800 °С до 900 °С и от 2 атм. до 4 атм., соответственно, при этом падение
температуры и давления в каждой из печей составляет от 30 °С до 80 °С и от 0,3 атм. до 0,6 атм., соответственно, а время нахождения частиц железной руды в каждой из печей поддерживают в пределах от 30 до 50 мин.
Хотя способ, предлагаемый в данном изобретении, описан для восстановления пылевидных железных
руд путем использования трехступенчатого восстановительного устройства с псевдоожиженным слоем, в
этом способе для восстановления пылевидных руд можно также использовать двухступенчатое восстановительное устройство с псевдоожиженным слоем. Как указывалось выше, двухступенчатое восстановительное
устройство с псевдоожиженным слоем имеет, по существу, ту же самую конструкцию, что и трехступенчатое, за исключением того, что оно содержит только одну восстановительную печь. В случае использования
двухступенчатого восстановительного устройства с псевдоожиженным слоем железная руда, высушенная и
предварительно нагретая в печи для сушки и предварительного нагрева, почти полностью восстанавливается
в одиночной печи.
В этом случае предпочтительно, чтобы скорость газа в свободной подовой зоне печи для сушки и предварительного нагрева и одиночной восстановительной печи поддерживалась в пределах от 1,0 до 3,0 минимальных скоростей газа, необходимых для псевдоожижения частиц железной руды средней крупности в соответствующей печи.
Для печи сушки и предварительного нагрева или одиночной восстановительной печи падение давления в печи
предпочтительно должно находиться в пределах 0,3-0,6 атм., а падение температуры в печи - в пределах 30 °С-80 °С.
Предпочтительно также, чтобы давление и температура газа, подаваемого в восстановительную печь, находилось в
пределах 2-4 атм. и 800 °С – 900 °С, соответственно.
9
BY 3182 C1
Предпочтительно также, чтобы время нахождения частиц железной руды в каждой печи составляло 20-40
мин.
Пример.
Устройство псевдоожиженного слоя для восстановления частиц железной руды имеет следующие размеры:
1) Внутренний диаметр и высота каждой печи псевдоожиженного слоя (печи для сушки и предварительного нагрева, первой восстановительной печи и второй восстановительной печи):
Внутренний диаметр нижнего конца конической секции
0,3 м
Высота конической секции
1,9 м
Внутренний диаметр верхнего конца конической секции
0,7 м
Высота каждой цилиндрической секции
2,0 м
Угол конусности конической секции
6°.
Пылевидная фракция руды загружалась в печь 1 для сушки и предварительного нагрева устройства с
псевдоожиженным слоем, сделанного как описано выше, и в то же самое время во вторую восстановительную печь 6 через третье впускное отверстие 36 и третий распределитель 38 этой печи подавался восстановительный газ.
Пылевидная фракция руды высушивалась и предварительно нагревалась, образуя в то же самое время с
помощью восстановительного газа вспененный псевдоожиженный слой. После просушивания и предварительного нагрева железная руда подавалась в первую восстановительную печь 4, в которой она предварительно восстанавливалась. После предварительного восстановления железная руда подавалась во вторую
восстановительную печь 6 и здесь окончательно восстанавливалась. После этого железная руда из второй
восстановительной печи 6 поступала в плавильный газификатор 37. В плавильном газификаторе железная
руда плавилась. Вышеописанный процесс проходил при следующих условиях:
1). Загрузка и разгрузка частиц железной руды.
Состав пылевидной фракции руды:
техническое железо - 62,36 %, SiO2 - 5,65 %, Al2O3 - 2,91 %, S - 0,007 %, F - 0,065 %.
Диапазон крупности частиц:
менее 0,25 мм = 22 %, 0,25-1 мм =28 %, 1,0-5,0 мм =50 %.
Скорость подачи: 20 кг/мин.
Скорость выгрузки из третьего разгрузочного отверстия для руды: 14,3 кг/мин.
2). Восстановительный газ.
Состав: СО - 65 %, Н2 - 25 %, СО2+H2O - 10 %.
Температура: около 850 °С.
Давление: 3,3 кгс/см2.
4). Скорость газа в каждой печи (печь для сушки и предварительного нагрева, первая восстановительная
печь и вторая восстановительная печь).
Скорость газа в нижнем конце конической секции
1,5 м/с
Скорость газа в верхнем конце конической секции
0,27 м/с.
По истечении 60 мин от начала восстановления начиналась выгрузка восстановленного железа. В этом
испытании средняя степень утилизации газа составляла около 25 %, а средняя степень восстановления - 87
%. Потери железной руды, вызванные отмучиванием наиболее мелких частиц, составили 0,5 %. Из этого результата можно сделать вывод, что данное изобретение значительно уменьшает потери железной руды по
сравнению с обычным цилиндрическим кипящим слоем, при котором потери руды составляют от 8 % до 10
%,
Как явствует из приведенного описания, данное изобретение - устройство с псевдоожиженным слоем и способ восстановления частиц железной руды с использованием этого устройства - способно подавить отмучивание мелкой железной руды в восстановительных печах, вследствие чего уменьшаются потери железной руды и
возрастает степень восстановления. В соответствии с данным изобретением восстановительное устройство содержит три печи псевдоожиженного слоя, благодаря чему возрастает степень утилизации отработанного газа и
уменьшается расход топлива.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
10
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
237 Кб
Теги
by3182, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа