устройство для прямого восстановления железа из железной руды

Формула изобретения

Устройство для прямого восстановления железа из обогащенной железной руды в виде порошка или пыли, содержащее вертикальный корпус с продольными стенками, расходный бункер, клапанный дозатор, отбойную виброплиту и транспортер или наклонный желоб для сбора и стекания расплава железа, нагреватели с двуполостными трубами на верхней части, имеющей полость газопровода, ниже которой расположена полость воздуховода, от которых в стенках нагревателей опущены соосно расположенные воздуховодные и газопроводные трубки, сообщающиеся с воздушными вертикальными каналами в стенках нагревателей через отверстия во внутренних стенках, а с газовыми - через кольцевые коллекторы в донышках нагревателей, при этом нагреватели закреплены к стенкам вертикального корпуса с образованием камер сгорания, крышки нагревателей выполнены с наружными скосами и расположены с образованием со стенками нагревателей изогнутых щелей и с образованием проточных щелей наружными скосами крышек, причем изогнутые щели сообщены с вертикальными каналами нагревателей, а их выходные сопла направлены вниз в камеры сгорания под острым углом к оси проточных щелей, в которые входят конусы клапанного дозатора и которые сообщаются с расходным бункером и камерами сгорания, при этом клапанный дозатор закреплен на подъемнике, расположенном внутри расходного бункера, а поперек выхлопных отверстий камер сгорания с зазором от нижней кромки нагревателей расположена отбойная виброплита, наклоненная в сторону расположенного ниже транспортера, или наклонный желоб для сбора и стекания расплава железа, а крайние камеры сгорания образованы половинками нагревателей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение предназначено для использования в металлургической промышленности. Известная и использованная на Оскольском электрометаллургическом комбинате технологическая линия для прямого восстановления железа из железной руды состоит из следующих операций: просушки порошка обогащенной руды, приготовление смеси порошка с глиной, изготовление окатышей, их обжиг, восстановление железа из окатышей в вертикальных колоннах и выплавка стали из металлизованных окатышей в электропечах /см. "Наука и жизнь", № 8, 1985 г./.

По сравнению с доменным производством эта технология более прогрессивна прежде всего тем, что не требует применения кокса.

Однако и она имеет крупные недостатки: многодельность, большая протяженность и материалоемкость технологических линий, которая требует больших капитальных затрат на их сооружение и эксплуатацию, огромная энергоемкость - сушка рудного порошка, приготовление шихты, окомкование и обжиг окатышей, подготовка газа в качестве восстановительной среды, обеспечение работы восстановительных печей и т.д. Все это приводит к высоким затратам и соответственно к высокой себестоимости выплавляемой стали. Известно устройство для реактивного прессования керамических и бетонных блоков /см. патент № 2281199 от 10.08.2006 г./, в котором пустотообразователи и стенки корпуса имеют внутренние полости и расположенные в них трубки, через которые воздух и газ подаются снизу вверх в вертикальные каналы в их наружных стенках, где воздух и газ нагреваются при их смешивании и горении в промежутках между пустотообразователями и стенками корпуса. При этом горящая смесь движется сверху вниз и в нее протекают струи пылевидной глины, частички которой подплавляются и выбрасываемой реактивной струей формуют многопустотный строительный блок. При этом нагретый свыше 500°С газ пропан разлагается на ацетилен CH и водород Н₂, которые в смеси с горячим воздухом дают при горении высокую температуру, при которой плавится не только глина, но и сталь. Но ацетилен и водород являются активными восстановителями. Если в горящую среду подавать мелкодисперсные частицы обогащенной руды, то каждая частица будет мгновенно нагреваться и отдавать свой кислород ацетилену и водороду, и активно восстанавливаться в металлизованные частицы железа. При таком использовании устройства отпадает необходимость в большом количестве пустотообразователей с продольными и поперечными промежутками между ними. Вместо них можно использовать нагревательные элементы большой протяженности, от одной стенки корпуса до другой, с промежутками между ними. Отпадает также необходимость в подъемниках для подъема и опускания устройства для формовки строительных блоков. Процесс восстановления железа из железной руды становится в тысячи раз короче и дешевле.

В связи с большим разнообразием составов железных руд по содержанию железа и других компонентов, а также сложившихся условий и требований дальнейших переделов, для каждого отдельного производства должна разрабатываться своя конкретная технология, диктующая оптимальные размеры зерен размолотой руды, вплоть до тонкодисперсной рудной пыли, а также ее состояние при обжиге, которое обеспечивает наилучшие условия для отбора кислорода: раскаленные или расплавленные частицы.

Исходя из вышеприведенного, предлагается устройство для прямого восстановления железа из обогащенной железной руды в виде порошка или пыли, содержащее вертикальный корпус с продольными стенками, расходный бункер, клапанный дозатора отбойную виброплиту и транспортер или наклонный желоб для сбора и стекания расплава железа, нагреватели с двуполостными трубами на верхней части, имеющей полость газопровода, ниже которой расположена полость воздуховода, от которых в стенках нагревателей опущены соосно расположенные воздуховодные и газопроводные трубки, сообщающиеся с воздушными вертикальными каналами в стенках нагревателей - через отверстия во внутренних стенках, а с газовыми - через кольцевые коллекторы в донышках нагревателей, при этом нагреватели закреплены к стенкам вертикального корпуса с образованием камер сгорания, крышки нагревателей выполнены с наружными скосами и расположены с образованием со стенками нагревателей изогнутых щелей и с образованием проточных щелей наружными скосами крышек, причем изогнутые щели сообщены с вертикальными каналами нагревателей, а их выходные сопла направлены вниз в камеры сгорания под острым углом к оси проточных щелей, в которые входят конусы клапанного дозатора и которые сообщаются c расходным бункером и с камерами сгорания, при этом клапанный дозатор закреплен на подъемнике, расположенном внутри расходного бункера, а поперек выхлопных отверстий камер сгорания, с зазором от нижней кромки нагревателей расположена отбойная виброплита, наклоненная в сторону расположенного ниже транспортера, или наклонный желоб для сбора и стекания расплава железа, а крайние камеры сгорания образованы половинками нагревателей.

На чертежах: на фиг.1 показан вид устройства в плане без расходного бункера; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - вид по А на фиг.2.

Устройство состоит из вертикального корпуса 1, сверху которого расположен расходный бункер 2 и двуполостные трубы 3, имеющие в верхней части полость газопровода 4, а в нижней - полость воздуховода 5. Между продольными стенками корпуса, под трубами 3, закреплены нагревателя 6, с промежутками между ними, образующими камеры сгорания 7. В полости нагревателей из полости 5 опущены воздуховодные трубки 8, а по их оси - газопроводные трубки 9, сообщающиеся с кольцевыми коллекторами 10 в донышках нагревателей. В стенках нагревателей 6 расположены вертикальные воздушные каналы 11, сообщающиеся с полостями нагревателей 6 через отверстия 12, и газовые каналы 13, сообщающиеся с коллекторами 10. Воздушные и газовые каналы сообщаются в верхней части с изогнутыми щелями 14 между крышками 15 и стенками нагревателей. Скошенные вертикальные борта крышек 15 образуют между собой сужающиеся книзу проточные щели 16, соосно которым расположены конуса клапанного дозатора 17, подъемник которого закреплен на расходном бункере 2. Внизу устройства, поперек выхлопных отверстий камер сгорания 7, расположена отбойная виброплита 19, наклоненная в сторону расположенного под ее нижним обрезом транспортера 20. Вместо них может располагаться наклонный желоб 21 для сбора и стекания расплава.

Устройство работает следующим образом.

Через газопроводные трубки 9, коллекторы 10, вертикальные каналы 13 и изогнутые щели 14 в камеры сгорания 7 подается газ и поджигается. Затем через трубки 8 и каналы 11 в камеры сгорания подается воздух. Газовоздушная смесь интенсивно горит, нагревает стенки нагревателей 6 до температуры свыше 500°С. Проходящие в каналах 11 и 13 газ и воздух нагреваются. При 500°С газ пропан разлагается на ацетилен и водород, которые смешиваются с нагретым до более 500°С воздухом в изогнутых щелях 14 и поступает в камеры сгорания 7. Сгорая, смесь дает температуру до 1600°С, т.е. значительно выше, чем при сгорании обычной газовоздушной смеси.

Подъемником 18 образуется зазор между проточной щелью 16 и конусами клапанного дозатора 17. Пыль или порошок обогащенной руды из расходного бункера 2 высыпается в камеры сгорания 7. Струи пыли или порошка попадают в скошенные в их сторону струи пламени из изогнутых щелей 14. Частицы руды интенсивно перемешиваются горячими газами и раскаляются до пластичного состояния или до расплава, что достигается регулировкой подачи необходимого объема руды. Нагретые частицы рудной пыли или порошка интенсивно отдают кислород ацетилену и водороду и образуют частицы металлизованного железа, которые давлением расширяющихся горячих газов выбрасываются из камер сгорания 7 вниз на отбойную виброплиту 19, где окомковываются и по наклонной плоскости виброплиты вибрацией сбрасываются на транспортер 20. В качестве варианта вместо виброплиты и транспортера может располагаться наклонный желоб 21, в который собирается и по нему стекает в емкости или напрямую в электроплавильные печи расплав металлизованных частиц железной руды. Доведение порошка или пыли до расплава предпочтительнее, т.к. при небольшом увеличении расхода газа может достигаться больший отбор кислорода и одновременно в электроплавильные печи будет поступать не щебень восстановленной руды, а готовый расплав.

Каждое восстановительное устройство будет представлять собой целую батарею нагревателей большой протяженности, с расходными бункерами над ней, а все производство по восстановлению железа будет состоять из комплекса этих батарей с промежутками между ними. По этим промежуткам будет устремляться вверх горячий отработанный газ и использоваться как для предварительного прогрева рудного порошка или пыли, так и для выработки пара, горячей воды и т.д.

При использовании устройства отпадет необходимость искусственно увеличивать количество шлакообразующих веществ в составе обогащаемой руды путем введения глины для изготовления окатышей, для выплавки которой требуются дополнительные энергозатраты.

Применение предлагаемой установки для прямого восстановления железа из порошка или пыли обогащенной руды позволит отказаться от большинства известных технологических операций, применяемых в настоящее время, сделает это производство максимально компактным и дешевым. Это будет действительно прямое восстановление железа из железной руды без громоздких и дорогостоящих операций и сооружений.