Спосіб прямого відновлення заліза і пристрій для його здійснення

1. Спосіб прямого відновлення заліза, у якому оксид заліза відновлюють до металізованого заліза шляхом контактування оксиду заліза з гарячим відновлювальним газом, який включає одержання й регулювання витрати гарячого відновлювального газу, який містить CO і Н2, додавання в нього вуглеводвмісного й кисневмісного газів, змішування гарячого відновлювального газу з вуглеводвмісним і кисневмісним газами, які прореагували, з утворенням відновлювальної газової суміші, введення відновлювальної газової суміші в піч прямого відновлення, контроль і регулювання температури відновлювальної газової суміші на вході в шар завантаженої шихти, яка містить оксид заліза, який відрізняється тим, що одержання гарячого відновлювального газу, що містить CO і Н2, здійснюють у камері введення плазмохімічного газогенератора шляхом подачі в передбачений в ньому плазмотрон непрямої дії кисневмісного й природного газів з масовим співвідношенням кисневмісного газу до природного газу α=0,7-1,0, а додаткову подачу й реагування кисневмісного й вуглеводвмісного газів ведуть при їх масовому співвідношенні α=0,7-1,0 і здійснюють через форсунку, що встановлюють в камері введення плазмохімічного газогенератора, змішування одержаних газових потоків і утворення відновлювальної газової суміші здійснюють у змішувальній камері плазмохімічного газогенератора, причому відновлювальну газову суміш із заданою температурою направляють через вихідний отвір змішувальної камери плазмохімічного газогенератора в порож 2 (19) 1 3 88843 4 ньому напрямку камера введення та змішувальна камера, при цьому в торцевій стінці камери введення встановлена вищезгадана форсунка, а в бічний - вищезгаданий плазмотрон непрямої дії, відношення довжини L змішувальної камери до її ширини Н становить величину не менше ніж 18-22, причому вихідний отвір змішувальної камери плазмохімічного газогенератора, з'єднаний з порожниною печі прямого відновлення, зверху перекрито уступом цегляної кладки, а відношення висоти h вихідного отвору змішувальної камери до довжини ℓ уступу дорівнює тангенсу кута β природного укосу шихти, яка містить оксид заліза та завантажена в піч. 7. Пристрій за п.6, який відрізняється тим, що засоби регулювання температури відновлювальної газової суміші являють собою регульоване джерело струму для плазмотрона, регулятор витрати газів через форсунку й регулятор витрати газів через плазмотрон. 8. Пристрій за п.6, який відрізняється тим, що камера введення оснащена додатковими плазмотронами непрямої дії. 9. Пристрій за п.8, який відрізняється тим, що плазмотрони непрямої дії симетрично встановлені в бічних стінках камери введення плазмохімічного газогенератора. 10. Пристрій за п.8, який відрізняється тим, що плазмотрони непрямої дії симетрично встановлені навколо форсунки в торцевій стінці камери введення плазмохімічного газогенератора. 11. Пристрій за п.10, який відрізняється тим, що поздовжні осі плазмотронів непрямої дії виконані з можливістю перетинання на поздовжній осі камери введення. 12. Пристрій за п.10, який відрізняється тим, що поздовжні осі плазмотронів непрямої дії розташовані тангенціально щодо поздовжньої осі камери введення. 13. Пристрій за п.6, який відрізняється тим, що піч прямого відновлення оснащена додатковими плазмохімічними газогенераторами, які встановлені по периметру печі. 14. Пристрій за п.13, який відрізняється тим, що піч прямого відновлення оснащена плазмохімічними газогенераторами, встановленими на різних ярусах по висоті печі. 15. Пристрій за п.14, який відрізняється тим, що на горизонтальній проекції вихідні отвори змішувальних камер верхнього ярусу плазмохімічних газогенераторів розташовані між вихідними отворами змішувальних камер нижнього ярусу плазмохімічних газогенераторів. 16. Пристрій за п.6, який відрізняється тим, що вихідний отвір змішувальної камери плазмохімічного газогенератора з'єднано з порожниною печі через газохід. Взаємопов’язанана група винаходів відноситься до чорної металургії, до процесів (у прямого одержання заліза з руд шляхом їхнього газового відновлення. Відомий спосіб одержання гарячого відновлювального газу, що містить CO і Н2, для відновлення дрібнодисперсної руди металу, зокрема залізної руди, по якому відновлювальний газ одержують у газифікаційній зоні шляхом газифікації носіїв вуглецю, зокрема вугілля, при подачі кисню, а потім охолоджують до температури відновлювального газу, яка підходить для процесу відновлення, відповідно до винаходу, уводять Н2О та/або СО2 для запобігання реакції Будуара й гетерогенної водогазової реакції й, отже нагрівання відновлювального газу, відновлювальний газ, підданий охолодженню без зміни вмісту в ньому Н2О та/або СО2, перетворюють у відновлювальний газ, термодинамічно стабільний при відновлювальній температурі, при цьому Н2О та/або СО2 уводять у кількостях, що забезпечують майже повну рівновагу Будуара й гетерогенну водогазову рівновагу відновлювального газу при температурі, яка підходить для процесу відновлення, причому уведення Н2О здійснюють шляхом подачі водяної пари, а уведення СO2 здійснюють шляхом подачі газу, який містить СО2 (Патент Росії №2192476, кл. С21В13/00, опубл. 2002.11.10). Відоме рішення не створює технічно необхідної однорідності й рівномірної щільності відновлювального газу, що негативно позначається на процесі відновлення. Найбільш близьким по технічній сутності й результату, що досягається (прототип), прийнятий спосіб прямого відновлення заліза з високою продуктивністю, у якому оксид заліза відновлюють до металізованого заліза шляхом контактування з гарячим відновлювальним газом, що включає в себе забезпечення першого гарячого відновлювального газу, який містить СО і Н2, забезпечення додаткового відновлювального газу за рахунок реакції газоподібного або рідкого вуглеводневого палива з киснем, змішування згаданого першого гарячого відновлювального газу зі згаданим додатковим відновлювальним газом з утворенням відновлювальної газової суміші, збагачення згаданої відновлювальної газової суміші шляхом додавання газоподібного або рідкого вуглеводню з утворенням збагаченої газової суміші, інжектування кисню або збагаченого киснем повітря в згадану збагачену газову суміш і введення згаданої збагаченої газової суміші в приєднану піч прямого відновлення в якості згаданого гарячого відновлювального газу. Спосіб додатково містить у собі: регулювання температури згаданої збагаченої газової суміші, яка подається в кільцевий розподільник печі прямого відновлення, за допомогою контролю температури збагаченої газової суміші, що подається в кільцевий розподільник печі прямого відновлення, і коректування швидкості інжекції кисню; регулювання відношення кисню й палива, які подаються в паливно-кисневий пальник для забезпечення згаданого додаткового відновлювального газу; контроль температури згаданої збагаченої газової суміші й коректування швидкості додавання шляхом 5 інжекції газоподібного або рідкого вуглеводню у відповідь на неї; контроль якості згаданої збагаченої газової суміші й коректування швидкості інжекції кисню або збагаченого киснем повітря у відповідь на нього (Патент Росії №2261918, кл. С21В13/202, опубл. 2005.10.10). До недоліків відомого рішення варто віднести високий вміст СО2, Н2О, смол і фенолів у відновлювальній газовій суміші, яка генерується, властивий процесам горіння із застосуванням паливнокисневих пальників і використанням при цьому у якості збагачувальної добавки метану, етану, бутану, пропану, важкого бензину або їхньої суміші, що приводить до забруднення оброблюваного матеріалу й навколишнього середовища. Крім того, внутрішні тепловтрати в порожнині колектора не враховуються в процесі контролю температури збагаченої газової суміші, що негативно позначається на процесі відновлення і якості кінцевого продукту. Відома шахтна піч для прямого відновлення оксидів заліза, що містить горловину для завантаження матеріалу, зону розігріву матеріалу, яка виконана у вигляді зрізаного конуса з розширенням до низу і має сопла для підведення відновного газу, зону відновлення матеріалу, яка виконана у вигляді зрізаного конуса з розширенням вгору і також має сопла для підведення відновного газу, зону охолодження матеріалу, яка виконана у вигляді зрізаного конуса з конусністю, яка збігається до низу, а також розміщені в стінках печі і з'єднані з соплами газові канали і випускний отвір для видалення відновленого матеріалу, згідно винаходу, вона оснащена засобами гальмування відновлюваного матеріалу, розміщеними один над одним, відповідно, в зоні розігріву і зоні відновлення матеріалу, кожний з яких являє собою порожнисту балку, при цьому порожнина кожної балки сполучена з газовими каналами, а на нижній полиці балки в її середній частині, виконані щілинні отвори. Порожнисті балки виконані з поперечним перерізом у вигляді рівнобедреного трикутника, вершина якого спрямована до горловини печі, при цьому кут α вершини рівнобедреного трикутника перерізу балок вибирають із умови 40°