§ 1. Восстановление газом в толстом слое

Процесс «Мидрекс» осуществляется, в невысоких шахтных печах или ретортах с использованием конвер­тированного природного газа. Конверсия природного га­за заключается в превращении углеводородов путем их разложения на водород и углерод с последующим до­жиганием углерода до СО при помощи углекислого га­за и водяных паров по следующим реакциям: CH4+ +С02 = 2С0+2Н2; СН4+Н20=С0+ЗН2.

На рис. 39 показана схема процесса «Мидрекс». В конвертер подается смесь природного и колошниково­го газов. Конвертер представляет собой футерованный изнутри рекуператор прямоугольной формы, в котором установлены трубы из жароупорной стали, заполнен­ные кусковыми глиноземистыми огнеупорами, пропитан­ными никелевым катализатором. Снаружи трубы разог­реваются сжиганием колошникового газа. В этих трубах при температуре – IOOO0C природный газ при помощи CO2 колошникового газа конвертируется в восстанови­тельный газ, содержащий 30 % СО и ~ 70 % H2. Восста­новительный газ подается в шахтную печь снизу, а свер­ху производится загрузка железорудного материала в виде окатышей. Печь по высоте разделена на две зоны с двумя самостоятельными оборотными циклами. Верх­няя зона предназначена для восстановления железа, а нижняя — для охлаждения металлизованного продукта оборотным и изолирующим газом. Изолирующим газом служит часть продуктов сгорания, получаемых из кон­вертера после охлаждения. Оборотный газ отсасывается из верхней части зоны охлаждения, поступает в скруб­бер, а затем вентилятором вновь подается в нижнюю часть зоны охлаждения.

Отобранный восстановительный газ отсасывается из верхней части зоны восстановления, подвергается очист-

S a S Й

Ef к _

О SS

S I»

2 Од

А> о я

X CJ I

U в I

К Pco

Со f^

S 1 –

0> C^ ?

3

П* а>

S с

>-2 о,—

А>

GP

F S

I & Я я

О м

М а ?0 я

‘-O EH

° 3

О м

О EIt

Щ О

О, я

С о

S &

0 S « S

1 а

I в о.

4 д о

5 WO 2 °§ н P

¦ Ci я

Со о 3 за о

О I Ч

S I О

A ^ *

Ке и охлаждению в скруббере и далее Уз этого газа по­ступает в конвертер для конверсии природного газа. Тем­пература окатышей в зоне восстановления 760 0C, на выходе из печи 40 °С. Продолжительность пребывания в зоне восстановления 4—6 ч. Суммарная длительность пребывания окатышей в печи 8—12 ч. Содержание уг­лерода в железной губке регулируют изменением расхо­да и соотношения восстановительного и изолирующего газов в охлаждающем газе. Полученные металлизован – ные окатыши выгружают из печи снизу. Их хранят в бункере, заполненном инертным газом. Окатыши содер­жат ~90°/о металлического железа. Суточная произво­дительность одной печи достигает 1000 т железа в сут­ки при расходе природного газа до 550 м3/т. По такой схеме построен Оскольский электрометаллургический комбинат.

В настоящее время суточная производительность шахтных печей составляет 5—9 т/м 3, т. е. в 2—4 раза выше, чем при доменной плавке. Но поскольку эти печи относительно небольшие (до 200 м3, высотой 10—14 м и диаметром 3,5—3,0 м), то суточная их производитель­ность составляет 1000—1500 т.

Другой непрерывный процесс «Пурофер» осуществляется в шахт­ной печи прямоугольного сечения, отличается от процесса «Мид­рекс» отсутствием зоны охлаждения. Схема процесса приведена на рис. 40. Конверсию газа проводят в регенераторах, заполненных керамическими шарами, при 1400 0C во избежание выделения сажи. Полученный газ охлаждают до 950 CC и подают в печь, в ее сред­нюю часть. Воздух для конверсии нагревают в теплообменниках. Конверсия в агрегатах регенеративного типа позволяет использовать высокосернистое топливо, например коксовый газ. В Бразилии вос­становительный газ получают газификацией мазута. Степень метал­лизации продукта составляет 92—94 %.

Еще одним вариантом процесса восстановления в толстом слое является процесс HyL, который осуществляется в периодически дей­ствующих ретортах со стационарным слоем шихты.

Восстановление руды проводится в ретортах в неподвижном слое, при этом исключаются такие недостатки процесса с движу­щимся материалом, как канальный ход газа, образование мелочи при истирании, вынос пыли, разрушение слоя, локальное спекание шихты.

В Мексике построен завод, на котором губчатое железо получа­ют в периодически действующих ретортах. Схема действующей уста­новки показана на рис. 41, на которой слева расположены агрегаты для конверсии природного газа, а справа — установки для получения железа.

После десульфурации в аппарате природный газ подвергается конверсии паром в конвертере, который представляет собой печь с трубами, заполненными керамикой с добавкой в качестве катали­затора NiO. После конверсии в газе содержится 14 % СО; 58 % Нг;

8% H2O; 4—5 % CO2; 15 % CH4. Горячий газ осушают в парогене­раторе, он проходит котел-утилизатор. В сухом газе возрастает ко­личество восстановительных составляющих: H2 до 73 %, СО до 15— 16 %¦ Установка имеет четыре реторты диаметром 5,25 м и высотой 15 м, в каждом из которых последовательно проводятся предвари­тельное восстановление, окончательное восстановление, охлаждение

Рис. 40. Схема процесса «Пурофер»:

1 — природный или коксовый газ; 2 — компрессор для оборотного газа; 3 — воздух; 4 — колошниковый газ; 5 — скруббер; 6 — установка для конверсии; 7 — шахтная печь; 8 — сборник горячего металлизованного продукта; 9—газ – восстановитель; 10 — кусковая руда-окатыши

И науглероживание (длительность этих трех циклов 3X3 = 9 ч), раз­грузка— загрузка—1,5 ч и столько же на ремонты. При помощи клапанов в реторты последовательно подается газ с пониженной восстановительной способностью, использованный Tfa стадии оконча­тельного восстановления; свежий нагретый газ для окончательного восстановления и холодный газ для охлаждения. Перед каждой ре­тортой имеется подогреватель газа, а после нее — устройство для удаления влаги. Газ подогревают в трубчатых рекуператорах до 1100 °С. • Рекуператоры отапливаются газом, выходящим из реторт. В ретортах осуществляется предварительный подогрев шихты и вос­становление ее газом, выходящим из других реторт и прошедшим очистку от паров воды и подогрев. В других ретортах шихта вос­станавливается подогретым газом из конверсионной установки. В третьих происходит науглероживание железа.

Восстановление протекает в две стадии длительностью по 3 ч каждая (предварительное и окончательное), на третьей стадии про­исходит охлаждение и науглероживание губки. Свежий восстанови­тельный газ сначала используют для охлаждения восстановленного продукта, который при этом одновременно науглероживается. Затем газ поступает в реторту, в которой завершается восстановление ру­ды, после чего он направляется в реторту, которая только загружена свежей рудой. Перед поступлением в каждую следующую реторту восстановительный газ охлаждают для удаления паров воды и по­вторно нагревают. Отходящий газ используют как топливо для обо­грева нагревателей, конвертера и выработки пара, который исполь­зуют в турбине.

Шихта из реторт не перегружается. Один цикл процесса следует за другим благодаря переключению клапанов и направления соот­ветствующего газа в реторту. Готовое железо холодным выгружается из реторты на конвейерную ленту, а реторту загружают сверху све­жей шихтой. Степень металлизации составляет 83—95 %, содержа­ние углерода в металлизованном продукте можно регулировать в пределах 1—2,7 %; расход природного газа 380 м3/т.

Рис;. 41. Схема производства губчатого железа в периодически действующих ретортах:

1 — аппарат для десульфурадии исходного газа; 2 — печь паровой конверсии природного газа; 3—парогенератор; 4 — утилизатор тепла; 5 — воздушный охладитель конвертированного газа; 6 — башня для отмывки конвертированно­го газа; 7— реторта восстановления; 8 — бункер руды; 9— подогреватель га­за; 10— башня для отмывки отработанного газа; 11— бункер губчатого же­леза

Недостатком процесса HyL является конверсия природного газа при большем избытке пара. Это требует охлаждения конвертиро­ванного газа для удаления пара и нагрева его перед подачей в ре­торты. Процесс отличается повышенным расходом энергии.

§ 2. Восстановление твердым углеродом

Так как расход дорогого газа на тонну металлизованных окаты­шей достаточно велик (до 300 м5), то себестоимость этого продукта получается высокой. В связи с этим привлекает внимание примене­ние каменного угля в качестве топлива и восстановителя.

Г

Металлизация рудно-угольных окатышей

Окатыши изготавливают из смеси железного концентрата и 15— 20 % угля и подвергают обжигу в течение 20—30 мин при 1200— 1250 °С. Благодаря наличию углерода происходит восстановление ок­сидов железа и получаются окатыши со степенью металлизации

50—80 %.

Обжиг окатышей осуществляют в трубчатых печах или иа кон­вейерных машинах. Схема такого процесса приведена на рис. 42. Сырые рудофлюсоугольные окатыши сушатся в головной части об­жиговой машины рециркулируемыми отходящими газами, после чего попадают в зону обжига, где происходит нагрев слоя окатышей до

Ю "

Рис. 42. Схема процесса получения губчатого железа в конвейерной печн:

1 — зона поступления магнетитового концентрата; 2— подача отходящих га­зов для нагрева руды; 3— зоиа нагрева; 4 — зона окисления магнетита до гематита; 5 — зоиа восстановления; 6 — подача восстановительного газа; 7— трубопровод для рециркуляции газа; 8 — конвейер; 9 — металлический спек; JO — нож; 11 — выход готовой продукции

850—1250 °С и восстановление оксидов железа внутри. Процесс про­должается 20—30 мин. За это время удаляется ~40 % серы. Me– таллизованные окатыши в нагретом виде поступают в рудно-терми – ческую электропечь для выплавки чугуна или полупродукта.

Металлизация рудных окатышей с подачей в шихту твердого топлива

97

Шихту составляют из обожженных окатышей, доломита или из­вестняка и угля в кусочках 0,8—3,0 мм. Доломит и известняк при­меняются для десульфурации. Процесс осуществляется последова­тельно на обжиговой решетке, в трубчатой печи и во вращающем­ся трубчатом холодильнике. Обжиг на решетке осуществляется газами, выходящими из трубчатой печи. В трубчатую печь иногда подается также жидкое или газообразное топливо. Расход твердого топлива составляет 320—400 кг, природного газа 100 м3/т метал – лизованных окатышей.

7—398