Спосіб (варіанти) і пристрій (варіанти) для регулювання однорідності температури шихти та спосіб прямого відновлення оксидів заліза у шахтній печі прямого відновлення

1. Пристрій для регулювання однорідності температури ши хти у печі для прямого відновлення оксидів заліза у металізований залізний продукт, що містить в цілому вертикальну шахтну піч, що має верхній завантажувальний кінець, нижній вивантажувальний кінець і вертикальну вісь, засіб для завантаження залізооксидних матеріалів у вигляді часток у верхній кінець зазначеної печі для утворення у ній шихти і засіб для видалення металізованого залізного продукту з нижнього кінця зазначеної печі, завдяки чому забезпечується безперервний гравітаційний потік зазначеної шихти через піч, випускний отвір для газу, що прореагував, на верхньому кінці зазначеної печі, засіб для впуску першого гарячого відновного газу, через який гарячий відновний газ вдувається в шихту, причому зазначений засіб для впуску першого гарячого відновного газу розташований між верхнім кінцем зазначеної печі і нижнім кінцем зазначеної печі, причому зазначений гарячий відновний газ вдувається в шихту для відновлення шихти в металізоване залізо, засіб для впуску другого гарячого відновного газу, що закінчується на зазначеній вертикальній осі або поруч з нею і через який га 2 (19) 1 3 78139 4 7. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що друкальної шахтної печі для утворення у ній шихти, гий гарячий відновний газ утворюють в реакторі вдувають відновний газ з принаймні однієї системи часткового оксидування перед вдуванням другого впуску відновного газу в зазначену шихту, причому гарячого відновного газу в піч. система впуску відновного газу розташована між 8. Спосіб регулювання однорідності температури верхнім кінцем і нижнім кінцем печі, видаляють шихти у печі для прямого відновлення оксидів зависхідний газ із зазначеної шихти засобом для ліза, що включає наступні стадії: завантажують видалення газу, розташованим нижче системи залізооксидний матеріал у вигляді часток до в цівпуску відновного газу, здійснюють мокре очищенлому вертикальної шахтної печі, що має вер хній та ня видаленого висхідного газу для утворення нижній кінці, для утворення у ній ши хти, вдувають очищеного газу, прокачують зазначений очищений гарячий відновний газ у зазначену ши хту з пригаз через кілька труб до системи впуску відновного наймні однієї системи впуску відновного газу, пригазу, здійснюють введення зазначеного очищеного чому зазначена система впуску відновного газу газу, як повернутий до циклу відновний газ, в піч розташована між верхнім кінцем і нижнім кінцем через систему вп уску відновного газу, видаляють зазначеної печі, здійснюють попередній нагрів металізовані залізні продукти з нижньої частини природного газу, вдувають попередньо нагрітий печі, таким чином забезпечуючи безперервний природний газ в зазначену шихту, причому зазнагравітаційний потік зазначеної шихти через піч. чений природний газ вдувають нижче системи 15. Спосіб за п. 14, який відрізняється тим, що впуску гарячого відновного газу в центр печі, вистадія прокачування включає також стадію прокадаляють металізований залізний продукт з нижчування видаленого висхідного газу в скрубер конього кінця печі, таким чином забезпечуючи безлошникового газу для подальшого мокрого очиперервний гравітаційний потік шихти через піч. щення перед прокачуванням очищеного газу в 9. Спосіб за п. 8, який відрізняється тим, що посистему впуск у відновного газу. передній нагрів природного газу перед вдуванням 16. Пристрій для регулювання однорідності темпепопередньо нагрітого природного газу в піч здійсратури ши хти у печі для прямого відновлення окнюють за допомогою теплообмінника. сидів заліза у металізований залізний продукт, що 10. Спосіб за п. 8, який відрізняється тим, що містить в цілому вертикальну шахтну піч, засіб для перед стадією попереднього нагріву природний газ завантаження залізооксидного матеріалу у вигляді змішують з H2, H2O або СО2. часток у вер хній кінець зазначеної печі для утво11. Пристрій для регулювання однорідності темперення у ній шихти і засіб для видалення металізоратури ши хти у печі для прямого відновлення окваного залізного продукту з нижнього кінця зазнасидів заліза у металізований залізний продукт, що ченої печі, завдяки чому забезпечується містить: в цілому вертикальну шахтн у піч, що має безперервний гравітаційний потік зазначеної шихверхній кінець і нижній кінець, засіб для завантати через піч, систему впуску відновного газу, через ження залізооксидного матеріалу у вигляді часток яку відновний газ вдувається в ши хту, причому у верхній кінець зазначеної печі для утворення у зазначена система впуску відновного газу розтаній шихти і засіб для видалення металізованого шована між верхнім кінцем і нижнім кінцем зазназалізного продукту з нижнього кінця зазначеної ченої печі, систему видалення газу для збирання печі, завдяки чому забезпечується безперервний та видалення висхідного газу, причому зазначена гравітаційний потік зазначеної шихти через піч, система видалення газу розташована між зазнапринаймні один засіб для впуску відновного газу, ченою системою впуску відновного газу і зазначещо містить систему розподільного кільця і фурм, ним нижнім кінцем зазначеної печі, принаймні через яку відновний газ вдувається в ши хту на один скрубер, з'єднаний із зазначеною системою периферії зазначеної печі, причому зазначений видалення і призначений для мокрого очищення засіб для впуску відновного газу розташований між видаленого висхідного газу, кілька труб, підключекінцями печі, засіб попереднього нагріву природних до зазначеної системи впуску відновного газу, ного газу, з'єднаний з кількома випускними отводля повторного введення очищеного висхідного рами, через які попередньо нагрітий природний газ газу в зазначену піч, вип ускний отвір для газу, що подається в зазначену шихту для компенсації охопрореагував, на вер хньому кінці зазначеної печі, лоджувальної дії в шихті, спричиненої висхідними з'єднаний з зазначеною системою видалення газу. газами, випускний отвір для газу, що прореагував, 17. Пристрій за п. 16, який відрізняється тим, що на верхньому кінці зазначеної печі. додатково містить скрубер колошникового газу, 12. Пристрій за п. 11, який відрізняється тим, що розташований між зазначеним принаймні одним зазначений засіб попереднього нагріву природного скрубером і зазначеною системою впуску відновгазу містить теплообмінник, розташований поза ного газу, для подальшого мокрого очищення замежами зазначеної печі. значеного висхідного газу перед повторним вве13. Пристрій за п. 11, який відрізняється тим, що денням в зазначену піч. додатково містить засіб для змішування Н 2, Н2О 18. Пристрій за п. 16, який відрізняється тим, що або CO2 з природним газом, розташований перед зазначена система видалення газу містить призазначеним засобом попереднього нагріву приронаймні одну трубу, розташовану в зазначеній печі, дного газу. що має кілька прорізів для збирання висхідного 14. Спосіб прямого відновлення заліза окисів, що газу і направлення висхідного газу з печі у зазнавключає наступні стадії: завантажують залізооксичений принаймні один скрубер. дний матеріал у вигляді часток до в цілому верти 5 78139 Цей винахід відноситься до способу та пристрою для регулювання температури під час прямого відновлення заліза. Зокрема, цей винахід відноситься до способу та пристрою, що регулює однорідність температури центральної частини шихти, що містить залізо, у шахтній печі прямого відновлення, тим самим забезпечуючи використання більшої кількості вуглеводню протягом усього процесу відновлення. Виробництво прямо відновленого заліза в установках з гарячим і холодним вивантаженням відбувається у вертикальній шахтній печі і включає відновлення залізної руди або окислу заліза по мірі того, як вона (він) переміщується вниз у зоні відновлення вертикальній шахтної печі, через яку пропускається відповідний гарячий відновний газ, відомий як газ кільцевого розподільника. Газ кільцевого розподільника, що складається в основному з однооксиду вуглецю та водню, подається до шахтної печі з температурою приблизно 7001000°С. Руду завантажують зверху печі і забезпечують її протікання вниз через зону відновлення, у якій вона відновлюється нагрітим відновним газом, що протікає вгору через піч, після чого відновлена руда протікає в перехідну зону і вниз через цю зону для навуглецьовування, якщо у цьому є потреба. У разі установок з холодним вивантаженням, після проходження через зону відновлення руда охолоджується в о холоджувальній зоні, через яку пропускається охолоджувальний газ з температурою нижчою за приблизно 200°С. Зазвичай у печі з холодним вивантаженням відновний та охолоджувальний гази рециркулюють, факультативно у замкнених контурах, в які додаються потоки свіжого (тобто "підживлювального") відновного газу і з яких видаляються потоки відпрацьованого газу. Відновний газ, що подається до зони відновлення печі, зазвичай має підвищену температуру, якої вимагає кінетика реакції. Відновний газ вводиться в контакт з залізною рудою, що рухається вниз, для відновлення окисів заліза, що містяться в ній, через такі основні реакції: (1) 3Fe2O3+Н2/СО=>2Fe 3O4+Н2 О/СО 2 (2) Fe3O4+Н2 О/СО=>3FeO+Н2 О/СО2 (3) FeO+Н2/СО=>Fe+Н2О/СО2 При виробництві прямо відновленого заліза (ПВЗ) бажано збільшити навуглецьовування продукту та підсилити місцевий риформінг у нижній частині печей прямого відновлення з гарячим та холодним вивантаженням через вдування вуглеводнів. Це перевірений засіб підвищення продуктивності печей прямого відновлення без додання нового устатк ування для збільшення об'єму відновного газу. Це ще й перевірений засіб збільшення вмісту вуглецю. Вуглеводні реагують із гарячим ПВЗ, осаджуючи вуглець і вивільнюючи водневий газ. Однак реакція вуглеводнів з утворенням вуглецю та водню є ендотермічною. Відтак, новоутворений холодний водневий газ протікає нагору через центр печі (так званий висхідний потік), охолоджуючи матеріал, що містить залізо, який опускається вниз. Через температурні міркування кількість вуглеводнів, що можна додавати в нижню частину печі, обмежується або низькою температурою центрального шару, або низькою темпера 6 турою продукту, що вивантажується. Якщо у нижню частину печі додається більше вуглеводнів, утворюється охолоджений водневий газ, що піднімається в зону відновлення, і температура центрального шару знижується, тим самим знижуючи кінетику реакції. Необхідна температура шихти є вище 650°С. Якщо температура шихти падає до 625-650°С, середня металізація продукту починає зменшуватися через те, що матеріал у центрі печі не відновлюється або не металізується належним чином. Крім того, у печах з гарячим вивантаженням для правильного подальшого брикетування температуру вивантаження продукту необхідно підтримувати вищою приблизно за 700°С. У разі гарячого транспортування вища температура вивантаження ПВЗ забезпечує більшу передачу тепла до плавильної печі, таким чином зменшуючи енергію, потрібну для плавлення. Коли вуглеводні додаються у нижню частину печі з гарячим вивантаженням, можливо, що середня температура продукту буде нижче за 700°С до того, як температура центрального шару досягне точки, у якій металізація значно зменшиться. В теперішній час, щоб забезпечити більші потоки вуглеводнів у нижній конус печі, розширити вищезазначені границі та регулювати температуру шихти, використовуються кілька методів. Для печей із холодним вивантаженням деякими прикладами нині використовуваних методів є відбір з охолоджувальної зони та спрощене центральне вдування. Однак відомі способи центрального вдування не мають засобів регулювання або вимірювання потоку вуглеводню або відновного газу в систему центрального вдування і не мають засобів підсилювати потік в лінію центрального вдування. Інший використовуваний метод регулювання температури й вуглецю - це вдування холодного природного газу в піч прямого відновлення. Природний газ змішується з іншими газами, вже присутніми в печі, і нагрівається газом і твердими частками, вже присутніми в печі. При нагріванні вуглеводнів у природному газі вони піддаються крекінгу з утворенням Н 2 і осадженого вуглецю на продукті або піддаються риформінгу через реакцію з Н2О та СО2 у газовій печі для утворення додаткових Н2 та CO. Нинішнім обмеженням для вдування природного газу є температура. Коли вдувається більше природного газу, температура центрального шару зменшується, що призводить до погіршення кінетики реакції. У випадку низьких витрат холодного природного газу виграш виробництва від додаткових відновних газів перевішуватиметься недоліком через погіршену кінетику реакції. А якщо температури у центральному шарі знижуються до певної точки, будь-який подальший виграш виробництва від додаткових відновних газів зводитиметься нанівець зменшенням кінетики реакції. Це обмежує кількість природного газу, що можна додавати в піч для місцевого крекінгу та риформінгу. Отже, необхідні засіб і спосіб для підвищення кількості вуглеводневого газу, що подається в перехідну зону та (або) охолоджувальну секцію печі прямого відновлення, з одночасним підтримуванням температури центральної реакційної зони печі 7 78139 8 прямого відновлення на рівні, сприятливому для усередині шихти печі прямого відновлення, щоб прямого відновлення заліза. компенсувати охолоджувальну дію, спричинену Пропонуються спосіб і пристрій, для регулювисхідними газами в зону відновлення печі, і підвання однорідності температури центральної часвищення у такий спосіб металізації шихти. тини шихти, що містить залізо, у ша хтній печі пряЩе одною метою винаходу є створення варіамого відновлення, тим самим забезпечуючи нтів регулювання для операторів установки прямовикористання більшої кількості вуглеводню в о хого відновлення, щоб забезпечити значно вищі рівні лоджувальній зоні. Винахід представляє собою добавок вуглеводневого газу й у такий спосіб змеефективне вдосконалення існуючих способів, зокншити коливання температури у ши хті. рема, способу та пристрою Мідрекс для прямого Вищезгадані й інші цілі стануть очевиднішими відновлення заліза, що включені до даного опису з наведеного нижче докладного опису та доданих через посилання. Зазвичай центральна частина креслень. На цих кресленнях матеріалу, що містить залізо, у ши хті печі прямого Фіг.1 представляє собою схематичне представідновлення є холоднішою за решту ши хти через влення прикладу типової ша хтної печі прямого висхідні гази, що вдуваються в нижню охолоджувідновлення для холодного вивантаження продуквальну секцію печі й піднімаються нагору в ту відповідно до процесу Мідрекс; центральну частину секції відновлення печі. Якщо Фіг.2 представляє собою схему, на якій покатемпературу ши хти у центральній частині печі підзане центральне вдування відновного газу, віддівищити, залізо відновлюється у значно кращих леного від основного потоку відновного газу; умовах. Отже, даний винахід є корисним для досяФіг.3 представляє собою схему, на якій покагнення зазначених цілей. зане центральне вдування відновного газу, виробУ цьому описі розкриваються способи нагріленого реактором часткового оксидування; вання центральної зони печі, зокрема, шихти. У Фіг.4 представляє собою схему, на якій покапершому варіанті здійснення винаходу вуглеводзаний впуск попередньо нагрітого на місці природневий газ, використовуваний для прямого відновного газу в піч прямого відновлення; лення, може попередньо підігріватися, щоб підвиФіг.5 представляє собою схему, на якій покащити температуру висхідного газу, коли він заний відбір з гарячого конусу печі з подачею газу протікає нагору усередину шихти. Альтернативно, відбору з гарячого конусу в скрубер колошникових частина висхідного газу може видалятися до того, газів; як він входить до зони відновлення печі. ВидалеФіг.6 представляє собою схему, на якій поканий висхідний газ, відомий як газ відбору з гарячої заний відбір з гарячого конусу печі зі змішуванням зони, можна направляти в скрубер колошникового газу відбору з гарячого конусу з основним потоком газу печі або змішува ти з головним потоком відновідновного газу. вного газу печі для повторного введення в піч. Пропонуються спосіб і пристрій, що регулює Альтернативно, гарячий відновний газ можна вдуоднорідність температури центральної частини вати прямо в центральну частину ши хти, компеншихти, що містить залізо, у шахтній печі прямого суючи у такий спосіб дію висхідних газів. Гарячий відновлення, тим самим забезпечуючи викорисвідновний газ, що вдувається всередину, можна тання більшої кількості вуглеводню протягом усьовідділяти від основного потоку відновного газу або го процесу відновлення. Винахід представляє совиробляти реактором часткового оксидування. бою ефективне удосконалення існуючих способів, Насамкінець, фахівцям буде зрозуміло, що вищезокрема, процесу та пристрою Мідрекс для прямозгадані варіанти здійснення можна використовуваго відновлення заліза. Процес і пристрій Мідрекс ти окремо або в комбінації залежно від установки для прямого відновлення розкриті у патенті США ПВЗ. №3748120 під назвою "Спосіб відновлення окису Головною метою цього винаходу є створення заліза у залізо, рафіноване від домішок", патенті способу та пристрою для регулювання однорідноСША №3749386 під назвою "Спосіб відновлення сті температури шихти ша хтної печі прямого відокису заліза в процесі опосередкованого відновновлення. лення", патенті США №3764123 під назвою "ПриІншою метою цього винаходу є створення спострій для відновлення окису заліза у залізо, рафісобу та пристрою, що забезпечують використання новане від домішок", патенті США №3816101 під більших кількостей вуглеводнів або інших газів у назвою "Спосіб відновлення окисів заліза в проценижній частині печей з гарячим і холодним вивансі опосередкованого відновлення" та патенті США таженням з таким розрахунком, щоб можна було №4046557 під назвою "Спосіб виробництва часток збільшити вміст вуглецю та (або) підсилити місцезаліза, рафінованого від домішок", усі з яких вклювий риформінг з одночасним підтримуванням темчаються до цього опису через це посилання. ператури печі прямого відновлення на рівні, сприНа кресленнях, зокрема, на Фіг.1, схематично ятливому для прямого відновлення заліза, представлений приклад типового способу та припідвищуючи у такий спосіб ступінь навуглецьовустрою для процесу Мідрекс прямого відновлення вання продукту-заліза без спричинення негативноокисів металу, наприклад, залізної руди, до якого го впливу на металізацію шихти, що містить залізо. цей винахід застосовується у випадку установок з Ще одною метою цього винаходу є створення холодним вивантаженням. Слід розуміти, що цей способу та пристрою для збереження енергії в печі винахід може застосовуватися до установок пряпрямого відновлення через підтримування однорімого відновлення як з гарячим, так і холодним видної температури всієї шихти. вантаженням, однак, щоб полегшити візуальну Ще одною метою цього винаходу є створення ілюстрацію, показана установка з холодним виванспособу та пристрою для підвищення температури таженням. Система 10 на Фіг.1 - це типова систе 9 78139 10 ма, що випускається серійно і використовується у Установка для риформінгу 44, що виробляє багатьох установках для виробництва прямо відгарячий відновний газ, має паливні пальники 46, новленого заліза (ПВЗ). Система 10 містить шахтдимову трубу 48 і кілька труб 50 каталітичного рину піч 12, що має огнетривку футерівку і, як правиформінгу, з яких показана лише одна. Повітря для ло, має живильний бункер 14, з якого залізна руда горіння з повітродувки 52 подається в пальники 46 16 подається в піч для відновлення в залізо з вичерез клапан 54 регулювання витрати. Пальне користанням підданих риформінгу газів. Піч 12 подається в пальники 46 через трубу 56 і клапан типово має завантажувальну зону 108, зону реак60 регулювання витрати із джерела пального 58. ції 26, перехідну зону 66, о холоджувальну зону 38 і Установка для риформінгу 44 підключена до сисзону вивантаження 110. Залізна руда 16 з бункера теми 24 кільцевого розподільника за допомогою 14 під дією сили тяжіння опускається в шахтн у піч труби 62. 12 через трубу 18 для подачі котунів. Труба 18 для Найпростіше пояснення установки прямого подачі котунів служить також як герметизуюча відновлення на базі шахтної печі для здійснення труба для газів. Внизу печі 12 є труба 20 для випроцесу Мідрекс починається з введення гарячого вантаження котунів, яка також служить як герметивідновного газу через систему 24 кільцевого роззуюча тр уба для газів. Нижче труби 20 для виванподільника на периферії зони відновлення 26. Шитаження котунів розташований пристрій 22 для хта із заліза окису 16 опускається через зону 26 вивантаження котунів будь-якого звичайного типу, відновлення, а відновний газ піднімається знизу що приймає залізо, рафіноване від домішок, таким зони відновлення 26 через шихту із заліза окису чином забезпечуючи гравітаційне опускання шихти 16, відновлюючи ши хту 16 у цьому процесі і вихочерез піч 12. дячи з шахтної печі через випуск 28 над рівнем 64 Поруч із верхньою частиною печі 12 розташозасипки шихти 16. Відновні гази можуть вироблявана система 24 кільцевого розподільника та тися зовнішньою системою або походити від реакфурм, через яку гарячий відновний газ вводиться цій у шахтній печі 12. для протікання нагору через зону відновлення 26 у Після цього металізоване залізо 16 опускаєтьпротитечії до залізної руди 16, що пересувається ся через перехідну зону 66 печі в охолоджувальну вниз, як показано стрілками, і після реакції з шихзону 38 і зону вивантаження 110, і продукт на витою ви ходить з печі 12 через газовипускну трубу ході може бути гарячим або холодним, що зале28, розташовану у верхній частині печі 12. Гарячий жить від встановленого устаткування. Крім того, відновний газ, що протікає з системи 24 кільцевого матеріал 16, що містить залізо, може ще реагува ти розподільника в випускну тр убу 28, служить для з вуглеводневими газами в перехідній зоні 66 або нагрівання заліза окису 16 та відновлення його в в охолоджувальній зоні 38 для підвищення вмісту металізоване залізо. У тексті цього опису та додавуглецю у продукті, що вивантажується. На сьогоних пунктах формули винаходу термін "металізодні це важливий момент у виробництві сталі. Виване залізо" вживається відносно до металу, нащий вміст вуглецю у металізованому продукті приклад, губчастого заліза, котунів, грудок, (ПВЗ) забезпечує виробнику сталі значну економію брикетів, ПВЗ або інших пресованих форм відновчерез при плавці, через те, що енергія окислення леного металу то що, що містить принаймні 80% вуглецю частково компенсує витрату електричної металу у стані, рафінованому від домішок, і решту енергії. Вуглеводневі гази можуть додаватися і в основному у вигляді металічних окисів. Металізазвичай додаються у різних місцях в перехідній зований у цьому сенсі означає не "покритий метазоні 66 або охолоджувальній зоні 38 із джерел палом", а "майже повністю відновлений до металічльного 114 та 112 відповідно. ного стану". У результаті додавання цих вуглеводневих гаВідхідний газ з випускної труби 28 протікає чезів утворюється висхідний потік газу, рівний або рез трубу 30 в скрубер 32, що охолоджує відхідний більший, ніж кількість доданих вуглеводневих гагаз і видаляє пил. Скрубер 32 може бути будьзів, які, якщо не вжити інших заходів, протікають якого звичайного типу, використовуваного у цій через середину печі 12 увесь шлях до рівня 64 галузі промисловості. Після виходу зі скрубера 32 засипки шихти. Це стосується і газів з нижніх ущівідхідний газ направляється в установку для рильнювальних стояків, але їх відносний об'єм є заформінгу 44. Потім він повертається до циклу. звичай дуже малим. Потік вуглеводнів, що прореаКрім того, через впускну тр убу 34 системи охологували, є холоднішим ніж відновні гази, що джування, що підключена до елементу 36 подачі й поступають через кільцевий розподільник 24, і має розподілу охолоджувального газу, розташованого інші характеристики, і це призводить до нижчих в печі 12 і розміщеного для розподілу холодного температур шихти у центральній частині печі 12. газу в ши хті 16, в нижню зону печі 12 вводиться і Оскільки температура і характеристики безпосерециркулює охолоджений газ. Перед повторним редньо впливають на кінетику відновлення, ступінь введенням в шихту 112 в холодний газ із джерела металізації, досягнутий шихтою 16, що опускаєтьпального 112 додається вуглеводневий газ. Холося в центральну частин у печі, відрізняється від дний газ, введений в шихту через розподільний ступеня металізації в решті печі 12. Обмеження елемент 36, протікає нагору через охолоджувальцього відрізнення є дуже важливим для оптимізації ну зону 38 у протитечії до ши хти 16, що пересуваустановки. Реакція вуглеводневих газів є дуже ється вниз, і виходить з шихти 16 через випускний вигідною і економічно ефективною з точки зору елемент 40 охолоджувальної зони, що підключевитрат енергії, але втрата металізації усередині ний до випускної труби 42 охолоджувальної зони. шихти печі, якщо її ігнорувати, може бути значною. Відхідний газ із випускної труби 42 рециркулюють і Нормальна температура газу у кільцевому повертають до циклу. розподільнику звичайно дорівнює 700-1000°С. Те 11 78139 12 мпература центрального шару в установках як з ванням відповідної температури у центрі печі. Це гарячим, так і холодним вивантаженням, знахопризводить до попереднього нагріву потоку вугледиться у границях приблизно від 600 приблизно до воднів і подачу потоку вуглеводнів до будь-якого з 800°С. Подача малого потоку відновного газу з кількох випускних отворів 76, 78, 80, що не привисокою температурою в центр печі 12 піднімає значені для охолодження прямо відновленого затемпературу центрального шару. При типовій роліза. Коли попередньо нагрітий природний газ 74 боті печі прямого відновлення потік газу з кільцевдувається в випускні отвори 76, 78, 80 печі 12, не вого розподільника входить з периферії печі 12. призначені для охолодження, в піч 12 переноситьНа Фіг.2 і 3 показаний переважний варіант здійсся додаткова енергія і однорідність температури нення цього винаходу. Винайдені пристрій і спосіб шихти 16 покращується. забезпечують можливість вдування гарячих відноПристрій містить теплообмінник 84, призначевних газів в центр печі прямого відновлення 12 ний для попереднього нагріву природного газу 74 так, що температура усередині шихти 16 підтриперед його вдуванням в піч прямого відновлення мується у потрібних границях. Відповідно до дано12. Для попереднього нагріву потоку природного го винаходу, гарячий відновний газ направляється газу 74 у теплообмінник 84 подається гарячий дидо вертикальної вісі печі 12, де змішується з вимовий газ з процесу згоряння. Димовий газ може східним потоком вуглеводневих охолоджувальних подаватися з установки для риформінгу 86 або газів з перехідної зони 66 печі 12. Винайдені прибудь-якого іншого джерела димових газів від згострій і спосіб застосовні для шахтних печей, з яких ряння. Температура, до якої попередньо нагріваметалізований продукт вивантажується гарячим ється природний газ 74, типово досягає 450°С, або холодним. Джерелом гарячого відновного газу хоча ця температура обмежується лише на верхможе бути установка для риформінгу 44(b) або ній границі крекінгу нагрітого газу. Тобто, темперареактор для часткового оксидування 44(а), напритура попереднього нагріву має бути нижчою, ніж клад, система OXY+, розкрита у патенті США температура, при якій крекінг природного газу 74 №5997596 під назвою "Процес та пристрій для представлятиме проблеми через осадження вугприскореного риформінгу з використанням киснелецю у теплообміннику 84 або труба х. Фахівцям у вого пального". цій галузі техніки зрозуміло, що температура поЯк показано на Фіг.2, перед подачею в піч 12 переднього нагріву може досягати 550°С залежно частина потоку газу у кільцевому розподільнику з від складу попередньо нагрітого газу та його тенвисокою температурою відділяється і вводиться в денції до крекінгу. центр печі 12. Для забезпечення відповідного пеАльтернативно, перед стадією попереднього репаду тиску, щоб примусити газ у кільцевому нагріву природний газ 74 змішується з Н 2, Н2О, розподільнику протікати через лінію центрального СО2 або будь-яким іншим газом, що містить Н2, вдування 116, використовується пристрій 68 змінН2О та (або) СО2. Додання будь-якого із цих газів ного або постійного обмеження. Витрата гарячого зменшить парціальний тиск вуглеводнів і, таким газу кільцевого розподільника через лінію центрачином, їх тенденцію до крекінгу протягом поперельного вдування 116 переважно вимірюється виднього нагріву або після нього. Додавання Н2 безтратоміром Вентурі 44(b), але можуть використопосередньо знижує тенденцію вуглеводнів до кревуватися й інші придатні засоби вимірювання. кінгу. Н2О та (або) СО2 безпосередньо знижують Відповідно до Фіг.3, реактор для часткового тенденцію як Н, так і CO утворювати вуглець. У оксидування 44(а) або кілька таких реакторів виразі додання цих газів границю температури поперобляють гарячий відновний газ, що потім направреднього нагріву можна підняти до 700°С. ляється в центр печі 12, завдяки чому відпадає Винайдені спосіб і пристрій дозволяють вдуванеобхідність у відвертанні малої частки гарячого ти в піч 12 більше природного газу 74 до того, як газу кільцевого розподільника в центр печі 12. Як температури печі знижуються до точки, у якій правило, реактор для часткового оксидування будь-який подальший виграш виробництва від 44(а) спалює кисень 70 та вуглеводне пальне 72, додаткових відновних газів зводитиметься нанінаприклад, природний газ, щоб отримати високовець зменшенням кінетики реакції. Більше доданякісний відновний газ з високою температурою. ня природного газу 74 через те, що він гарячий, Цей газ добре підходить для центрального вдупідсилює риформінг і крекінг, таким чином збільвання у піч прямого відновлення 12. Через те що шуючи кількість відновного газу в печі прямого характеристики та співвідношення кисню та вуглевідновлення 12, що підвищує продуктивність печі водного пального жорстко регулюються для налепрямого відновлення 12. жного згоряння у реакторі для часткового оксидуУ ще одному варіанті здійснення цього винавання 44(а), механізм зміни витрати газу для ходу, показаному на Фіг.5 і 6, для висхідних газів, центрального вдування можна легко вбудувати у що охолоджують середину шихти 16, передбачеконструкцію реактора для часткового оксидування ний випускний отвір 28. Цей метод відомий як 44(а). "відбір з гарячого конусу". Висхідний газ, що вже В альтернативному варіанті здійснення виназібраний, може знаходитися у зібраному потоку. ходу, показаному на Фіг.4, попередньо нагрітий Завдяки цьому відбувається ефективний перерозприродний газ 74 подається в кілька випускних поділ потоку зібраного газу у повний потік відновотворів 76, 78, 80, відповідно, що розташовані на ного газу у кільцевому розподільнику 24 печі і усупериферії перехідної зони 66 або зони вивантавається його вплив на центральний шар. ження 110 і не призначені для охолодження, щоб Протягом багатьох років для обмеження колизбільшити кількість вуглеводнів, використовуваних вання або втрати температури усередині шихти 16 у нижньому конусі 82 печі з одночасним підтримувикористовується обмеження кількості висхідного 13 78139 14 газу, що надходить із зони вивантаження 110 до місцях. Як показано на Фіг.5, газ відбору з гарячого зони відновлення 26. У випадку установки з холоконусу можна направити в скрубер 88 колошникодним вивантаженням, в якій для охолодження мевого газу печі 12 так, щоб цей газ вводився під талізованого продукту перед вивантаженням виконасадками скруберів 98 і 100 подібно до поверристовується потік газу, що рециркулює, для цього нення газу в цикл процесу. Газ відбору з гарячого регулювання протягом більш як 25 років викорисконусу, що є в печі 12, перебуває під вищим тистовується метод, відомий як "відбір з охолоджуваком, ніж скрубер 88 колошникового газу, через що льної зони". Методи відбору змінилися, щоб скосистема представляє собою природний потік. Альристатися перевагами, забезпечуваними тернативно, як показано на Фіг.6, холодний і чисреакціями вуглеводнів з добавок природного газу тий газ відбору з гарячого конусу можна стиснути до потоку охолоджувального газу, але головною компресором 106 і подати прямо канал газу кільметою регулювання залишається підтримування цевого розподільника 24 для вдування в зону відтемператури ши хти 16 в центрі печі вище певного новлення 26 печі. мінімуму. Історично, однак, склалося так, що якщо Через те що витрату газу відбору з гарячого конкретна піч 12 не мала потоку охолоджувальноконусу можна настроювати, щоб регулювати кільго газу, що рециркулював (тобто піч з гарячим викість висхідного газу, в нижній конус 82 печі 12 вантаженням), використання відбору з охолоджуможна додавати більше вугле воднів. Кількість відвальної зони було неможливим. бору з гарячого конусу можна підвищити, оскільки У пропонованих способі і пристрої для забеззбільшується кількість вуглеводнів, що додаються печення відбору з гарячого конусу висхідний газ з в нижній конус 82. Додаткова кількість вуглеводнів, перехідної зони 66 печі 12 видаляється і знов ввощо подаються в нижній конус 82, підвищить вихід диться, вже як відновний газ, в верхню частину продукту-вуглецю і утворить більше відновного або зону відновлення 26 печі 12. Висхідний газ, що газу, здебільшого Н2, без зниження температури вже зібраний, може вводитися в одному або кільцентрального шару, що спричинило б погіршення кох місцях процесу, щоб ефективно використати кінетики реакції. відновні гази, що містяться у зібраному потоку гаЧерез те що вуглеводні, додані в нижню часзу. Змішування зібраного потоку газу з основним тину печі 12, охолоджують одержаний продукт потоком відновного газу забезпечує ефективний відновленого заліза, кількість і склад доданих газів перерозподіл зібраного потоку газу у повний потік ще й досі обмежуватиметься мінімальною припусвідновного газу у кільцевому розподільнику 24 тимою температурою вихідного продукту, яка для печі. Таким чином, охолоджувальна дія потоку газу печі, що виробляє залізо гарячого брикетування розподіляється по усій печі 12 основним потоком (3ГБ), дорівнює приблизно 650-700°С. відновного газу, завдяки чому усувається зосереТим, хто має звичайні знання та досвід у цій джена охолоджувальна дія у центрі шару печі. галузі, зрозуміло, що для досягнення цілей, виклаЧерез зменшення кількості висхідного газу в дених у цьому описі, будь-який із цих варіантів центрі печі 12 підтримуються вищі температури здійснення можна використовувати індивідуально шару і, відтак, покращується кінетика реакції. Виабо в комбінації. далений висхідний газ є багатий на відновний газ і З вищенаведеного очевидно, що ми винайшли повертається назад в процес через скрубер колоудосконалені спосіб і пристрій для регулювання шникового газу 88 печі 12 або з основним потоком температури всередині шихти печі прямого відновідновного газу, що направляється в піч 12. влення; що забезпечує використання більших кільПереважно, винайдений пристрій має кілька костей вуглеводнів або інших газів у нижній частигазовипускних тр уб 90 і 92, що проходять в піч 12 у ні печей як з гарячим так і холодним перехідній зоні 66. Труби 90 і 92 мають прорізи або вивантаженням і, відповідно, збільшення вмісту отвори 94, звернені вниз до зони вивантаження вуглецю у продукті та (або) підвищення їх рифор110. Висхідний газ із зони вивантаження 110 втямінгу; що зберігає енергію у печі прямого відновгується через прорізи 94 в труби 90 і 92. Після того лення через підтримування у ній однорідної темяк висхідний газ вийшов з печі 12, він називається ператури; що надає операторам установки ПВЗ газом відбору з гарячого конусу, оскільки видалеваріанти регулювання, щоб забезпечити значно ний з нижнього конусу 82 печі. Газ, втягн утий в вищі рівні добавок вуглеводневого газу і у такий труби 90 і 92, проходить через скрубер з трубами спосіб зменшити коливання температури у шихті; Вентурі 96 для певного початкового охолодження що компенсує охолоджувальну дію, спричинену та очищення. Потім газ проходить через скрубери висхідним газом в зону відновлення печі, і таким із загартованими насадками 98 і 100 для подальчином підвищує металізацію шихти. шого охолодження та очищення. Клапани 102 і 104 Слід розуміти, що ви щенаведений опис і конкрегулювання потоку, розташовані за скруберами ретні варіанти здійснення є лише ілюстрацією 98 і 100, регулюють витрату газу, що є у скруберах кращого варіанту здійснення винаходу та реаліза98 і 100, і таким чином регулюють кількість газу, ції його принципів, і що фахі вці у цій галузі техніки втягнутого в труби 90 і 92 з охолоджувальної зони можуть внести різні зміни та доповнення в грани38 печі 12. цях сутності та об'єму цього винаходу, що, отже, Холодний і чистий газ відбору з гарячого конурозуміється як такий, що обмежується лише об'су можна повернути в піч 12 в одному або двох ємом формули винаходу. 15 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело 78139 Підписне 16 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601