Установка для відновлення оксидовмісних руд у вигляді часток

Винахід відноситься до підготовки шихти для її прямого відновлення й вдування здрібненої на малі частиночки залізної руди й вугілля газом, що відходить із плавильного реактора, який використовують у якості транспортуючого, без попереднього спікання й коксування. Відома установка для відновлення газом оксидвмісних руд у вигляді часток, що містять оксид заліза, два послідовно розташованих реактори із псевдозрідженим шаром для відновлення газом оксидвмісних руд у вигляді часток за допомогою отриманого з вугілля CO- і Н2- вмісного відновлювального газу, трубопровід для подачі відновлювального газу до останнього (по напрямку течії матеріалу) реактора із псевдозрідженим шаром, трубопровід для виводу витраченого відновлювального газу у вигляді відхідного газу з першого реактора із псевдозрідженим шаром, що відгалужується від подавального трубопроводу відновлювального газу зворотний трубопровід для охолоджувального газу, що через скрубер знову входить у трубопровід для відновлювального газу, і трубопровід для відновлювального газу, передбачений для уведення відновлювального газу від реактора із псевдозрідженим шаром у передвключений йому реактор із псевдозрідженим шаром, відповідно до винаходу, установка зв'язана трубопроводами, щонайменше, з одним пальником із трубопроводом для відхідного газу, подаваного до ступеню підігріву або до ступенів відновлення й підігріву, і/або охолоджуваного газу, використовуваного для охолодження відновлювального газу, і/або зовнішнього пального газу, і/або твердого, і/або рідкого палива, і/або кисню, і/або повітря для спалювання частини відновлювального відхідного газу або охолоджуваного газу, зовнішнього горючого газу або твердого або рідкого палива разом з киснем і/або повітрям, при цьому в відвідному трубопроводі для газу, що відходить, установлений скрубер [Патент Росії №2276692, пріор. 2001.06.27, опубл. 2006.05.20]. При використанні пальників в агрегатах киплячого шару було встановлено, що за допомогою високої концентрації часток в агрегаті киплячого шару в зони полум'я виникає зашлаковування, що дестабілізує процес у киплячому шарі. Найбільш близьким по технічній сутності й результату, що досягається (прототип), прийнято пристрій для одержання рідкого чавуну або рідких сталевих напівпродуктів із залізорудного матеріалу, що містить принаймні один відновлювальний реактор із псевдозрідженим шаром, обладнаний вузлом завантаження вихідної сировини й присадок, виконаний унизу зі з'єднаних між собою верхньої й нижньої частин, і плавильно-газифікаційний реактор, з'єднаний за допомогою транспортуючого трубопроводу з відновлювальним реактором і обладнаний засобами подачі кисневмісного газу й твердих носіїв вуглецю, льотками для випуску чавуну або сталевого напівпродукту й шлаків, причому перед відновлювальним реактором із псевдозрідженим шаром розташований підігрівник із псевдозрідженим шаром, у який входить трубопровід відновлювального газу, що складається із двох секцій, одна з яких підведена до верхньої, а інша - до нижньої зон відновлювального реактора, відповідно до винаходу, секція, що веде до нижньої частини відновлювального реактора постачена очисним засобом, при цьому як транспортуючий трубопровід використаний пнемотрубопровід, приєднаний до плавильногазифікаційного реактора на висоті киплячого шару або нерухомого шару, а відновлювальний реактор постачений вузлом для виносу пилу, розташованим на рівні псевдозрідженого шару, і з'єднаним із пневмотрубопроводом [Патент Росії №2104309, заявл. 1993.10.21, опубл. 1998.02.10]. Проте, коли кількість високотемпературного відновлювального газу зменшується, швидкість потоку цього газу теж зменшується, так що псевдозріджений шар залізної руди в реакторі може тимчасово порушитися. Коли псевдозріджений шар порушений, відокремлені від нього дрібнозернисті частки залізної руди поступово накопичуються в нижній частині, збільшується тиск і процес стає не ефективним. В основу винаходу поставлене завдання вдосконалення установки для відновлення оксидвмісних руд у вигляді часток, наприклад оксид заліза, конструкція якої дає можливість переробки дрібнодисперсного вугілля й дрібнодисперсної залізної руди в процесі відновлювальної плавки, у якій гази, що відходять, із плавильного реактора використовують як транспортувальний газ для транспортування вугілля й руди, а фізичне тепло газу для їхнього сушіння при одночасному недопущенні порушення процесу й, за рахунок цього знизити паливоенергетичні витрати. Поставлене завдання вирішується тим, що в установці для відновлення оксидвмісних руд у вигляді часток, наприклад оксид заліза, що включає плавильний реактор, обладнаний засобами подачі кисневовмісного газу й твердих носіїв вуглецю, трубопровід відхідного газу, вузол для виносу пилу, льотки для випуску металу й шлаків, пневмотрубопровід, відповідно до винаходу, установка постачена двома пневмотрубопровідними лініями, одна з яких призначена для транспортування дрібнодисперсної руди, а друга - для дрібнодисперсного вугілля, а на виході кожної лінії встановлений циклон з накопичувальним бункером із засобом подачі вихідної сировини в плавильний реактор, у якому встановлені плазмотрони непрямої дії, у зоні установки яких розташовані канали подачі кисню (повітря), а трубопровід відхідного газу через теплообмінник і регулятор температури газу пов'язаний з камерою сушіння вихідної сировини, установленої перед завантажувальним бункером кожної пневмотрубопроводной лінії, пов'язаної із джерелом стисненого повітря й каналом відпрацьованих газів з камери сушіння, а вузол для виносу пилу являє собою взаємоперпендикулярні відрізки трубопроводу відхідного газу із плавильного реактора, в місцях сполучення яких і в напрямку вектора переміщення газу на даному відрізку трубопроводу і співвісно йому, на фланцях, встановлені стакани, причому засіб подачі вихідної сировини в плавильний реактор установлено в нижній частині накопичувального бункера й виконано, наприклад, у вигляді ежектора, а регулятор температури відхідного газу виконаний у вигляді замкнутої ємності, у стінці якої встановлений плазмотрон і патрубок підведення охолодженого повітря, при цьому кількість циклонів і накопичувальних бункерів із засобом подачі вихідної сировини відповідає числу плазмотронів, установлених у плавильному реакторі. Використання газу, що відходить із плавильного реактора, що доведений технологічним процесом до необхідної температури, в якості транспортуючого газу для вдмухування дрібнодисперсних руди й вугілля в плавильний реактор, а також для сушіння вихідного матеріалу фізичним теплом газу, дозволяє оптимально використати газ-відновлювач і обійтися без додаткових витрат енергії. Аналогом конструкції плавильного реактора запропонованої установки є піч Ванюкова або піч барабанного типу або замінена поворотною піччю. Трубопровід відхідного газу по лінії подачі газу з'єднаний з теплообмінником, регулятором температури газу, камерами сушіння й далі із пневмотрубопроводами-лініями для транспортування вугілля й руди. Кисень, що вводиться у плавильний реактор, є в основному повітрям, підігрітим у теплообміннику. Перед завантаженням вихідної сировини в бункер пневмотрубопроводної лінії, залізну руду й вугілля сушать у камерах сушіння за допомогою газу, що відходить із плавильного реактора. В залежності від просторового розташування плавильного реактора й бункерів прийому вихідної сировини (вугілля, руда) пневмотрубопроводної лінії, а також від їхнього просторового віддалення один від одного, конструктивно в установці передбачені проміжні завантажувальні пристрої, що включають циклон, накопичувальний бункер і засіб подачі вихідної сировини в плавильний реактор, у якому за допомогою компресора підтримують тиск повітря ~ 3-4атм. Таким чином, установка включає дві лінії транспортування окремо для дрібнодисперсної руди й окремо для вугілля з індивідуальними для кожного плазмотрона циклоном, накопичувальним бункером і засобом подачі вихідної сировини. Сутність винаходу пояснюється кресленням, де представлена схема установки. Установка включає плавильний реактор 1, постачений чотирма плазмотронами непрямої дії 2, 3, 4, 5, каналами 6 і 7 для подачі кисневовмісного газу й льотками 8 і 9 для зливу металу й шлаків. Плазмотрони виконані із сопловими насадками (на кресленні не показане) для подачі через них вихідної сировини, при цьому насадки плазмотронів 2 і 3 призначені для подачі дрібнодисперсної руди, а плазмотронів 4 і 5 - для дрібнодисперсного вугілля. У верхній частині реактора розташований трубопровід 10 відхідного газу із реактора, з вузлом для виносу пилу, який представляє собою взаємоперпендикулярні відрізки трубопроводу відхідного газу, в місцях сполучення яких, в напрямку вектора переміщення газу на даному відрізку трубопроводу і співвісно йому, на фланцях, встановлені стакани 11. Стакани 11 є запірними органами й служать для осадження пилу в процесі транспортування гарячого газу, що відходить. Трубопровід 10 відхідного газу через теплообмінник 12 і регулятор 13 температури газу сполучений з камерами сушіння 14 і 15, призначеними, відповідно, для дрібнодисперсної руди й дрібнодисперсного вугілля. Камера сушіння встановлена перед завантажувальним бункером 16 кожної пневмотрубопроводної лінії 17 і 18, що сполучена із джерелом стисненого повітря (компресор) 19 і каналом 20 відпрацьованих у камерах сушіння газів. Осушений вихідний матеріал подається в завантажувальний бункер 16 і транспортується лініями 17 і 18 у циклони - руда в циклони 21, 22, а вугілля - у циклони 23, 24. Кількість циклонів відповідає числу плазмотронів, установлених у плавильному реакторі. Кожний циклон у нижній частині з'єднаний через трубу випуску з накопичувальним бункером 25 і далі із засобом 26 подачі вихідної сировини, наприклад за допомогою ежектора. Через теплообмінник 12 і канали 6 і 7 здійснюється подача кисневовмісного газу (повітря) у порожнину плавильного реактора 1. Регулятор 13 температури газу, що відходить із плавильного реактора, виконаний у вигляді замкнутої ємності, у стінці якої встановлений плазмотрон 27 і патрубок 28 підведення охолодженого повітря. Газоподібні продукти із циклонів 21, 22, 23, 24 виводять у димар. Компоновочна схема установки передбачає, що камера сушіння й прийомний бункер кожної пневмотрубопроводної лінії віддалені від плавильного реактора й розташовані в місцях складування вихідної сировини, а циклони з накопичувальними бункерами й засобами подачі сировини перебувають поруч із плавильним реактором, при цьому наявність окремих циклонів з бункерами й засобами подачі на кожний плазмотрон дозволяє забезпечити пригонку під різний тиск як у системі транспортування, так і в застосовуваних плазмотронах, залежно від обсягу печі, технологічного процесу й характеристик застосованих плазмотронів. Установка працює в такий спосіб. Після попереднього нагрівання вогнетривкої футерівки в плавильний реактор 1 через вузол подачі вихідного матеріалу (на кресленні не показано) завантажують залізорудні окатиші. Включають плазмотрони 2, 3, 4, 5 і створюють ванну розплаву, що має шар металу й шар шлаків. Плазмові струмені, що витікають із плазмотронів, разом з подачею через канали 6 і 7 попередньо підігрітого до температури 300-500°С кисневовмісного газу, допалюють реакційні гази СО і H2 у вільному просторі плавильного реактора. Створюється температура в реакторі 2000-2500°С. Далі установка працює з вихідною сировиною, що представляє собою дрібнодисперсне вугілля й дрібнодисперсну руду в кількості, що відповідає максимально можливої продуктивності плавильного реактора. Трубопровід 10 відхідного газу у проміжку між плавильним реактором 1 і теплообмінником 12 виконують із взаємоперпендикулярних відрізків трубопровода, причому на кожному відрізку трубопроводу, у верхній його частині, у напрямку вектора переміщення газу, на фланці, установлюють стакан 11, кожний з яких служить запірним органом для пилу, що осаджується в процесі потоку газу, що відходить із реактора. Стакани 11 періодично чистять від пилу або заміняють на нові. Завантажують у камеру сушіння 14 дрібнодисперсну вологу залізну руду заданого об'єму. До камери сушіння підводять по трубопроводу 10 гарячий газ, що відходить із плавильного реактора, і пропускають його через шар руди зверху вниз. Границі величин температури газу на вході в камеру сушіння встановлюють регулятором температури 13, при цьому при перевищенні температури газу від граничних значень, у регулятор 13 через патрубок 28 подають охолоджене повітря, а при зниженні температури, величина якої нижче заданої, включають плазмотрон 27. Осушену руду виводять із камери сушіння й подають у бункер 16 пневмотрубопроводної лінії 17, де примусово пневмотранспортують у циклони 21 і 22. Відпрацьований у камері сушіння газ каналом 20 направляють у пневмотрубопроводну лінію разом зі стислим у компресорі повітрям. У циклонах руда осаджується й через трубу випуску перезавантажується в накопичувальний бункер 25, а потім у засіб 26 і направляється через соплові насадки плазмотронів 2 і 3 у плавильний реактор 1. Паралельно із завантаженням руди роблять завантаження дрібнодисперсного вугілля в камеру сушіння 15. Процес доставки вугілля по другій лінії в циклони 23 і 24, а також подачу в плавильний реактор через соплові насадки плазмотронів 4 і 5 здійснюють аналогічно доставці руди. Газоподібні продукти із циклонів 21, 22, 23 і 24 виводять через димар. Запропонована установка підвищує технологічну й економічну ефективність процесу підготовки вихідної сировини і її транспортування в плазмовий плавильний реактор, значно знижує пиловиділення в навколишнє середовище й дає можливість одночасно сушити вихідний матеріал з використанням газу, що відходить із плавильного реактора.