Способ восстановления окислов металлов

Способ восстановления окислов металлов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКИСЛОВ МЕТАЛЛОВ, включаниций нагрев и восстановление дисперсных окислов в вихревом потоке горячим восстановительньм газом, рециркуляцию отходящих газов вгазогенератор, отл-ичаю-цийся тем, что, с целью эффективного использования отходяарос газов, восстановление окислов осуществляют в восстановительном газе от пироконверсии до содержания двуокиси углерода и водяного пара в отходящих газах 5-15Z. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью получения газа с восстановительным потенциалом 20-50, пироконверсию осуществляют при объемном отношении двуокиси углерода и паров воды к метану, Ч авиом 0,5-0,6. .§ 3. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью уменьшения слипания частиц восстановленно го металла, содержание активной сажи S в восстановительном газе .поддерживают) ,в количестве 5-30 г/нм.

ае 01) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ОИ ЛЯ

РЕСПУБЛИК зов

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н *RlDPQNOMV СОЙДЕТЕ/ЬСТВМ (21) 3363284/22.-02 (22) 27. 11.81 (46) 15.12.84. Бюл. Ф 46 (72) Б.С.Хайлов, 3.3.Чуханов, Л.А.Петров, А.Е.Бобков, В.И.Сорокин, М.И.Громов, В.И.Рудаков, Н.N.Êîðoáîâ, В.Б.Хайлов и О.A.Tåïëîâ (71) Институт металлургии им.А.А,Бай. кова (533 669 ° 183.421(088.8) (56) 1. Шитов А.А. Прямое получение металлов из руд за рубежом. Киев, Гоетехиздат, 1963..

2. Авторское свидетельство по заявке Ф 2612803/28-33, кл. С 01 В 1/20, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР

У 86983, кл. С 21 В 13/14, 1946. (54)(57) 1. СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

ОКИСЛОВ МЕТАЛЛОВ, включающий нагрев и восстановление дисперсных окислов в вихревом потоке горячим восстановительным газом, рециркуляцню отходящих газов в газогенератор, о т л и ч а ю- шийся тем, что, с целью эффективного использования отходящих газов, восстановление окислов осуществляют в восстановительном газе от пироконверсии до содержания двуокиси углерода и водяного пара в отходящих газах 5-15Х.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью получения газа с восстановительным потенциалом 20-50, пироконверсню осуществляют при объемном отношении двуокиси углерода и паров воды к метану, «равном 0,5-0,6.

3. Способ по п. 1, о т л и ч ею шийся тем, что, с целью уменьшения слипания частиц восстановленного металла, содержание активной сами Ф

I Ф в восстановительном газе поддерживают ,в количестве 5-30 г/нм .

1129240

Изобретение относится к области прямого восстановления окислов металлов газами-восстановителями.

Известен H-iron процесс прямого восстановления железа из концентратов и руд, согласно которому в качест- ве агента-восстановителя используется водород с примесью азота. Водород получают кислородной конверсией углеводородной части коксового газа. 10

Газ на выходе из горелки содержит об.%:

Н, 68; СО 26; СО. и М.,Н остальное- прохо-:

2 2 дйт через башню, где насьпцается парами: води, нагревается, а затем поступает в пециальный реактор, где окись угле1 15 рода окисляется парами воды. Конвер- тированный газ, содержащий Н>, СО, СО и Н2, проходит через,цва адсорбента, где освобождается от СО,, и остаточного СО. Затем газ нагрева-. ется в отдельном аппарате и направляется на восстановление. Процесс ведут при 550 С, в нем используется 5% о водорода, Остальной газ после очистки и осушки от СО, СО2 и Н О подогревают и 5 подают Обратно j 1 ).

Тем е процесса, сложность технологической схемы приводит к. малой производительности и низкому

РЛЩ процесса (использование кисло" рода, неоднократное охляждение и

I нагрев газон при получений водорода

При регенерации отходящих газов не, исBc, üeуютсR С02, Н О, а СО HcIioll&9gется частично.

Для восстановления дисперсных окислов используют вихревую камеру с подачей горячего восстановительного газа снизу в противотоке с загружаемь,м сверху материалом 523

40 (Однако при коньерсии природного газа может использоваться толькО часть всего отходящего газа, причем для "-ффективной работы конвертора количество окислителей в подава-. емом газе должно составлять около

20 что трупно получить при обработке в вихревом потоке.

Наиболее близким по технической .. ущноспи и достигаемому резупьтату к 50 данному является способ получения металл"- из руды, включающий нагрев и восстановление дисперсных окислов а вихревом потоке горячим восстаноы.:тельным газом, очистку и рецирку- 55 лад по отходящих газов в газогенерапор. С:чособ прямого получения металла

;г: :.удь1 -,=,o взвешенном состоянии газом- восстановителем в циклоне при 1100о

1500 С включает образование жидкой фазы. Используется также газ-восстановитель с высоким содержанием С0 и

Н20. Способы по восстановлению окислов металлов с помощью газов-восстановителей, получаемых из твердого, жидкого и газообразного топлива способами каталитической, кислородной, парокислородной конверсии, малоэффективны в связи с малой скоростью восстановления железа из-за присутствия в газе-восстановителе

СО2 и Н20 более 15%. Газы-восстановители с низким содержанием окислителей менее 5% при температуре до о„

1095 С попадают в плотный слой кускового материала вьппе уровня фу,эм для предварительного, частичного восстановления окислов железа. Отработанный колошниковый газ очищенный, охлажденный и частично осушенный подается на регенерацию совместно с топливным газом в аппарат типа н В1

Каупер с насадкой из высокоглиноземистого материала, получают восстановительный .газ, нагретый до 1650 С

Частично колошниковый газ идет на компенсацию тепловых потерь доменной печи ГЗ).

Недостаток способа в том что он гозволяет только частично. восстанавливать железо, так как газы из фурменной зоны, богатые окислами, разубоживают газ-восстановитель, что снижает его восстановительные возможности. Охлаждение газов после регенерации и после печи перед реге-. нерацией для частичного удаления водяных паров значительно снчжают производительность и КПД процесса.

Цель изобретения — эффективное использование отходящих газов, полу-. чение и использование газа с восстановительным потенциалом 20-50 а также уменьшение слипания восстанавливаемого материала.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу восстановления окислов металлов, включающему нагрев и восстановление дисперсных окислов в вихревом потоке горячим восстановительным газом, очистку и рециркуляцио отходящих газов и газогенератор, восстановление окислов осуществляют в восстановительном газе от пироконверсии до содержания двуЭ 1129 окиси углерода и водяного пара в отходящих газах 5-15 .

Пироконверсию осуществляют при объемном отношении двуокиси углерода и паров воды к метану, равном 0 50,6.

Содержание активной сажи в восстановительном газе поддерживают в количестве 5-30 г/нм .

Сущность пир конверсии состоит в 1п разложении природного газа согласно реакции

СН +0,5 Н О СО+0,5 С+25 Н (фиг.1).

Вихревая печь, которая совмещена с установкой пироконверсии природного 15 газа, использует мелкие частицы обра-. батываемого металла; позволяет создавать высокие скорости газа и твердого .материала, обеспечивает высокую турбулентность газового потока и дает. возможность получать в печи высокие удельные тепловые нагрузки, а также резко снизить внешнее диффузионное торможение. По этой причине металлизация практически осуществляется в кинетическом и внутридиффузионном режимах.

Аэродинамика вихревых потоков чозволяет значительно снизить вынос мелкой фракции по сравнению с из30 вестными способами и подвергать обработке широкий гранулометрический состав материала в широком диапазоне расходов газа. Конструктивные решения вихревой печи позволяют менять время контакта газа-восстано- 5 виталя в ней:в пределах от 3-6 с до нескольких минут. В связи с высокой скоростью восстановления окислов .металлов при температурах, близких

40 температурам плавления, время полного восстановления исчисляется минутами и секундами. Восстановление окислов ведут в потоке газа при начальной концентрации СО +Н О менее .

2Х до содержания СО + Н О на выходе

5-15Х в зависимости от конечных целей процесса.

В процессах восстановления металов из окислов интенсивность 50 реагирования определяется наличием окислителей в газе-восстановителе.

Чем меньше содержание СО2 + Н20, тем быстрее скорость восстановления окислов металлов. В известных спосо- 55 бах*восстановление руды ведут обычно до 30-40 (СО + .Н О) на выходе иэ

2. Z печей металлизации (3).

240 4

На фиг. 1 представлен материальный и. тепловой баланс установки; на фиг. 2 — график влияния степени разбавления водорода водяными парами на скорость восстановления при pasличных температурах.

Иэ графика (фиг. 2) можно определить относительное изменение (произво-. дителвности) скорости реакции восстановления окислов металлов, имея составы газов на выходе и входе из восстановительного аппарата. В соответствии с предлагаемым техниче-ским решением при подаче газа-вос-. становителя, 2 окислителей и выводе газообразных продуктов из восстановительного аппарата с SX окислителей действующая концентрация составит

2+ 8

С = — — — -=5X.

А 2

При осуществлении способа восстановления окислов металлов восстановительным газом, получаемым кислородной конверсией с содержанием 15Х окислителей на входе в аппарат í 35Х на выходе, действующая концентрация равна

15 + 35

С вЂ вЂ --- — 25X.

42 2

Скорость реакции повысится при 850 С для 5Х разбавления окислителями до

0,845. При разбавлении окислителями цо 25Х она составит всего 0,315; т.е.

Oi845 интенсивность возрастает (- — -) в

0,315

2,7 раза.

На фиг. 1 представлен баланс, сведенный на 100 м СН+, подаваемого на пироконверсию в единицу времени.

В агрегат металлизации поступает

460 м (Н2 + СО), а выходит из него газ, содержащий 23Х Н>О и 7Х СО» что характерно для процессов выше, 800-900 С. На внешние потери и процесс регенерации окислителей уходит

j около 25Х потерь тепла. Дополнительный расход природного газа на все потери

80 мз. Общий расход природного газа с учетом всех потерь на 1 кг восстановленного металла 178:372=0,48м /кг, причем только на восстановление металла 100:372=0,27 м /кг. Все основные показатели процесса при восста-, новлении металла до ЗОХ окислителей в газовой фазе представлены на фиг. 2.

1129240

При этом не учитывается теплота .жигания и теплота восстановления металла углеродом, который íà 50Х участвует в процессе восстановления металла, что дополнительно повысит 5

КПД процесса. В данном расчете считывается, что весь углерод уходит с яеталлои и создает дополнительный . источник тепла. Как видно из фиг. 1 и 2, гри снижении количества окислит:1О телей из агрегата восстановления металла производительность по иеталJ яу увеличивается, например, для

850 С в 2,7 раза при снижении окислителей с 25Х до 5Х. 15

Пример. Реактор, предназначенный для получения восстанбвнтельяых газов (пироконвертер), заполнен корундовой насадкой, имеющей размер частиц 10-15 ии. Высота. слоя насадки

1,0 и. Ее предварительный нагрев до

1400-1600 С осуществляется нои сжигании приводного rasa с воэпухом непосредственно в слое насапки (величина коэффициента избытка sosxtvxa 1„051,Я.

При достижении заданной температуры частиц слоя прекращается подача воздуха и природного газа. Далее начинается собственно стадия получения восстановительного rasa, для чего через слой рас салеиной насадки пропускают парогазовую смесь при соотношении водяного пара к метану

0,5-0,6.

Получение восстановительного rasa (технического Н2) исключительно пиролиэом метана требует с учетом теплового з4хЪекта эндотермической реакции 440 ккал/и Н ; при его паровой конверсии тепловой эффект составит 547 ккал/и H> + СО. Однако при осуществлении пиролиза в восстанов-ленный гаэ переходит только Н-состав- 5 ляющая метана, а С-составляющая в восстановительный газ не переходит.

Это ведет к тому, что общий КПД процесса. получения.восстановительного газа путем пиролиэа, включая стадию нагрева насадки и собственно стадию пнролиза, составляет около 25Х. Для паровой углекислотной конверсии метана величина КПД процесса значительно выше и составляет примерно 52Х. В соответствии с изложенным целесообразно осуществлять совмещенный процесс получения восстановительного газа, включающий как пиролиз, так и конверсию природного газа.

При реализации процесса пироконверсии метана с водяным паром при соотношении Н О к СН+ 0,5-0,6 КПД

40-45, а тепловой эффект 490500 ккал/м СО + Н

Осуществление пироконверсии на мелких кусках раскаленной насадки в указанном интервале температур способствует интенсивному образованию пироуглерода на поверхности. На частицах отлагается в зависимости от режима свободный углерод в количестве

80-90Х от общего выхода. Остальная часть выносится из слоя насадки с потоком газа в виде сажи. Содержание ее 5-30 г/и восстановительного газа.

Присутствие сажи в газе повышает устойчивость процесса восстановления железорудного концентрата в вихревой печи, препятствуя слипанию частиц обрабатываемого материала.

При проведении пнроконверсии на раскаленной насадке с указанным соотношением водяного пара к метану образуется газ следующего усредненного состава, об.Х: СО 0,4; Н О 1,6;

М 1,8; СО 18,0; Н 78,2. Состав получаемого rasa практически не меняется при изменении расхода дутья, поступающего,в реакционную зону.

Количество поступающей исходной смеси оказывает влияние только на продолжительность стадии получения восстановительного газа.

Из пироконвертера восстановительный газ подается в вихревую печь, куда через патрубок сверху поступает железорудный концентрат. Работная температура в реакционной зоне печи

900 С.

Состав восстановительного газа, поступающего в вихревую печь, приведен выше. При температуре в вихревой печи 900 С расход газа-восстановитео ля 22 „5 м /ч, подача железорудного концентрата 8 кг/ч при степени восстановления нерерабатываемого материала 95Х. Необходимое время обработки 10 мин. Газ на выходе из реакционной зоны имеет следующий состав, об. : СО2 3,65; Н О 11,35; N 1,8;

СО 14э74э Н 68в4

Для сравнительной оценки двух способов в данном случае в вихревую печь поступает восстановительный газ того же состава, что и в предлагаемом

11 варианте. Подобран такой режим, при котором на выходе иэ печи содержание окислителей в колошниковом газе составляло не 15,0, а около 30 об.X.

Экспериментально установлено, что для достижения степени металлизации

95Х необходимо подцерживать расход восстановительного газа 10 0-" 10,5 мз /ч, твердого сырья 3,6 кг/ч.

При температуре в печи 900 С газ

29240 8 на выходе имеет состав, об,X: СО 7,,6;

0 23,3; Н 1 8; CO t0 7; Н 56 ° 6.

Длительность обработки концентрата

22 мин, 5

Из представленных данных видно, что нри осуществлении процесса по данному способу производительность вихревой печи выше чем по известному в 2,25 раза.

08

Составитель А. Савельев

Редактор О. Колесникова Техред И.Надь Корректор Л. Пилипенко

Заказ 9306/20 Тираж 539 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4