Способ прямого получения металлов из окислов

Способ прямого получения металлов из окислов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (53)s С 21 В 13/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ, : ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) I 1 л ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

21) 4939162/02

22) 27.05.91

46) 30.08.93, Бюл. М 32

71) Научное обьединение "Институт высоких температур" АН СССР

72) Е.Г,Шадек, Ю.А.Дронов, И,Я.Толмачев, ;С.Шведов, В.Г.Пузач, И.Г.Товаровский, .И.Солодкий и В.Г.Тихонов

56) Авторское свидетельство СССР

1786084, кл. С 21 В 13/00, 1990.

54) СПОСОБ ПРЯМОГО ПОЛУЧЕНИЯ МЕ, АЛЛОВ ИЗ ОКИСЛОВ

57) Использование: изобретение относится области металлургии чугуна, стали и железа, Сущность: способ заключается в том. что еагенты: угольная пыль в потоке окислитея и измельченная железная руда с флюсами подаются в зону зажигания через

Изобретение относится к области меТаллургии, преимущественно к металлургии

Чугуна, стали и железа, в частности к прямому получению жидкого металла из окислов, 7,е. рудных материалов.

Цель изобретения состоит в улучшении технико-экономических показателей про° ° есса, а именно упрощении и удешевлении ,ехнологии и оборудования, увеличения мощности реактора, а тем самым и экономичности процесса за счет использования имического тепла отходящих газов непоседственно в реакторе.

Таким образом, реализация изобретеНия позволит одновременно повысить производительность процесса (без увеличения размеров реактора) и частично. а иногда и

„„ 4 „„1837075 А1 тангенциальные патрубки, расположенные на одном уровне в средней части вертикального вихревого реактора. Продукты сгорания удаляются также через тангенциальный патрубок в верхней части реактора, куда дополнительно вводится окислитель (воздух или воздух, обогащенный кислородом) тангенциально, распределенными по окружно. сти потоками с массовой скоростью на входе, равной скорости пристенного вихревого закрученного потока в реакторе. При этом происходит полное или частичное дожигание отходящих газов, продукты полного сгорания не перемешиваются с основным потоком, не проникают вниз и не ухудшают восстановительную среду в реакторе, который поглощает тепло от дожигания СО и Нг, 3 ил. полностью решить проблему утилизации химического тепла отходящих газов беэ существенных затрат и усложнения схемы и обслуживания, причем решить наиболее эффективным образом: путем использования указанного тепла в самом реакторе для проведения технологического процесса.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе прямого получения металлов из окислов, включающем одновременные газификацию пылеугольного топлива и восстановление металлосодержащей руды продуктами газификации и пылеугольным топливом в смеси с флюсами путем тангенциальной подачи на одном уровне в зону зажигания в среднюю часть вертикального цилиндрического вихревого

1837075 реактора пылеугольного топлива в потоке окислителя и смеси измельченной железной руды, флюсов и пылеугольного топлива в потоке газа-носителя и тангенциальный отвод газообразных продуктов реакций из верхней части реактора, согласно иэобретеwe, в верхнюю часть реактора ниже узла отвода газообразных продуктов реакций подают кислородсодержащий газ, который вдувают тангенциапьно и равномерно распределенными потоками с массовой скоростью, равной скорости пристенного вихревого закрученного потока в реакторе.

При этом обеспечивается протекание в вихревом реакторе восстановительный гарниссажной плавки в условиях высокоскоростных закрученных потоков, интенсивного тепло- и массообмена, высоких температур при частичном или полном дожигании отходящих газов в самом реакторе.

Способ может быть реализован в вертикальном цилиндрическом реакторе, показанном на фиг. 1 — 3, где представлено; на фиг. 1 — вертикальный осевой разрез В-В; на фиг, 2, 3 — поперечные разрезы А — А и

Б-Б.

Вихревой реактор состоит из двух по высоте ступеней нижней 1 и верхней 2 разного диаметра и высоты, образующих собственно рабочую камеру (реакционную зону), и копильника 3 для сбора и удаления через летку 4 расплава металла и шлака, Нижняя ступень.1 является зоной зажигания и расположена в средней части реактора между копильником 3 и верхней ступенью 2, Она снабжена тангенциальными патрубками подвода реагентов: патрубком 5 рабочего окислительного дутья с установленной в нем у входа в реактор форсункой 6 для вдувания угольной пыли. соплом 7 подачи смеси шихты (руды, флюсов в виде порошка) и угольной пыли в заданной пропорции, Верхняя ступень 2 снабжена узлом отвода газообразных продуктов реакций из верхней части реактора — выходным тангенциальным патрубком 8, Между двойными стенками 9, реактора имеется полость 10 дпя прохода охлаждающей среды (воды, пароводяной эмульсии, пара). Вся огневая поверхность реактора покрыта огнеупорной обмазкой 11 и при работе находится под слоем гарниссажа, Диафрагма 12 — футерованный водоохлаждаемый диск с отверстием 13 служит для отделения и стока расплава в копильник, Сопла 14 подачи окислителя в верхнюю ступень 2 реактора отходят от кольцевого трубопровода 15, расположенного ниже узла отвода в верхней части реактора под выходным патрубком 8, Сопла размещены

55 от сферического свода и стен направляется в нижнюю часть 1 реактора, в реакционную зону, интенсифицируя технологический процесс, одновременно сокращается расход топлива.

Отходящие газы из верхней части реактора отводят через тангенциальный патрубок 8, размещенный над рядом сопел 14, и равномерно по окружности на одном уровне и направлены тангенциально, по ходу закрутки потока в реакторе, Способ осуществляют следующим образом.

Через входной патрубок 5 под давлением подают в зону зажигания (в среднюю часть, ступень 1) подогретый окислитель— воздух либо воздух, обогащенный кислоро10 дом, а через форсунку 6 вдувают по системе пневмотранспорта угольную пыль (с флюсующими добавками). При смешении пылеугольного топлива с горячим дутьем происходит зажигание, и из патрубка 5 по15 ток горящей смеси со скоростью порядка

50 — 100 м/с истекает в полость ступени 1 и закручивается, формируется вихревой факел. В нем происходит неполное сгорание пыпеугольного топлива при g в пределах

20 0,4-0,5 (гаэификация) с образованием восстановительных газов (CO+Ha) в соответствии с заданным (известным) соотношением подаваемых реагентов: углерод пылеугольного топлива — кислород дутья.

Через сопло 7 тангенциально также по системе пневмотранспорта в реактор на од, ном уровне в среднюю часть — зону зажигания вводят смесь тонкоизмельченной шихты с угольной пылью в заданном составе. В вихревом потоке, в особенности интенсивно в пристенном слое, происходит взаимодействие окислов металла с твердым углеродом в восстановительной атмосфере, их расплавление и восстановление(в основном, прямое) металла, поддерживается равновесие в системе С вЂ” СО-СО2. обеспечивается и достаточная температура процесса, В ходе технологического процесса в ре40 акторе выделяется большое количество СО и Нг, Подача окислителя — кислорода или воздуха, обогащенного кислорода, через сопло 15 тангенциапьно и равномерно распределенными потоками с массовой скоростью, 45 равной скорости пристенного вихревого закрученного потока в реакторе, в верхнюю часть второй ступени 2 реактора ниже узла отвода обеспечивает дожигание горючих компонентов, Степень дожигания регулируют количеством подаваемого окислителя— от частичного до полного. Тепло дожигания посредством излучения (и переизлучения) 1837075 аправляют на очистку и утилизацию (наример, в котлах утилиэаторах).

Направление потоков окислителя в солах 14 совпадает с направлением закрутки реакторе, при такой схеме спутных потоов газовая среда в цилиндре вращается как твердое тело.

Как известно из аэродинамики, при танг нциальном подводе газов в одном торце илиндра и отводе в другом в цилиндре станавливается закрученный вращающийся вихрь в пристенном слое по всей высоте илиндра. Этот вихрь вращается как сплошое тело, создается устойчивая аэродинаическая структура без перемешивания слоев в объеме потока. Если в эту структуру водить спутные потоки с той же массовой скоростью, какую имеет пристенный поток, то движение не нарушится, сохранится сплошность всего потока, смешения среды, ! особенно по высоте, не произойдет.

В предлагаемом способе реагенты— у ольная пыль в потоке окислителя, а также измельченная железная руда в смеси с флю) свми подаются через тангенциальные патр бки 5 в нижней 1 ступени реактора, а у аление продуктов сгорания также через т нгенциальный патрубок 8 в верхней 2 его ч сти. Такая система подвода и отвода газов и создает в цилиндрическом реакторе отмеч нную аэродинамику потоков, дает возожность осуществить тангенциальный р спределенный подвод окислителя под вых дным патрубком в верхнюю 2 часть реакт ра.

Если при этом скорость струи на входе в реактор будет существенно отличаться от с орости пристенного потока в реакторе, б дет больше или меньше последней, то в о оих случаях произойдет нарушение с лошности общего вращающегося потока и, как следствие, в силу разности скоростей отдельных струй их перемешивание, будет нарушена сохранность атмосферы.

Таким образом, при соблюдении заявляемых отличительных признаков смеще5 ния продуктов полного сгорания СОг и НгО под сводом (от дожигания) с восстановительной средой ниже уровня сопел не происходит, достигается аэродинамическое разделение атмосферы по высоте и, следо10 вательно, восстановительная среда в реакторе не ухудшается. К тому же восстановительный процесс заканчивается в объеме реактора ниже ряда сопел, так что продукты полного сгорания в поясе дожига15 ния не оказывают заметного влияния на термодинамику и результаты восстановительной плавки.

Формула изобретения

Способ прямого получения металлов из

20 окислов, включающий одновременные газификацию пылеугольного топлива и восстановление металлосодержащей руды продуктами газификации и пылеугольным топливом в смеси с флюсами путем танген25 циальной подачи на одном уровне в зону зажигания в среднюю часть вертикального цилиндрического вихревого реактора пылеугольного топлива в потоке окислителя и. смеси измельченной железной руды. флю30 сов и пылеугольного топлива в потоке газаносителя и тан ген циальный отвод газообразных продуктов реакций из верхней части реактора, отличающийся тем, что, с целью улучшения технико-эконо35 мических показателей процесса. в верхнюю часть реактора ниже узла отвода газообразных продуктов реакций подают кислородсодержащий газ, который вдувают тангенциально и равномерно распределен40 ными потоками с массовой скоростью, равной скорости пристенного вихревого закрученного потока в реакторе.! б 5 IU/Ь

4 lР. /

1837075

Н ВЙ Яыюсб1 йылга

ПУТ

Составитель Е.Шадек

Техред М.Моргентал Корректор И.Шулла

РЕдактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2855 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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