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