1245

=11,60 %.

3.Расход природного газа и кислорода на 1000 нм3 кон­ вертированного газа:

л1000

Вместо кислорода или пара в качестве окислителя можно использовать углекислоту, содержащуюся наряду с паром в колошниковом газе. Колошниковый газ можно использовать в

процессе после очистки и охлаждения. Достоинством способа является возможность вторичного использования в шахтной печи восстановителей, содержащихся в колошниковом газе, в результате чего снижается потребность в природном газе для конверсии.

Конверсия осуществляется либо в трубчатой печи реку­ перативного типа (процесс Мидрекс), либо в реакторе реге­ неративного типа (процесс Пурофер). В реакторе рекупера­ тивного типа процесс протекает в реакционных трубах из жаропрочной стали, заполненных кусковым глиноземистым ма­ териалом, пропитанным никелевым катализатором. Температу­ ра в межтрубном пространстве не превышает 1000—1100 °С, а температура конвертированного газа 800—900 °С. Практика показала, что для получения газа с низкой степенью окисленности и без примеси сажистого углерода температура углекислотной конверсии должна составлять 1200—1300 °С и более. Для этой цели тогда применяют реакторы регенера­ тивного типа.

Характеристика установок для конверсии природного га­ за, используемых для металлизации железорудного сырья, приведена в табл. 11.

Максимальное распространение получили каталитические 171

реформеры рекуперативного типа (процессы ХиЛ, Мидрекс, Армко), что объясняется непрерывностью процесса и по­ стоянством характеристик производимого газа (состав, тем­ пература), а также меньшим количеством газовой арматуры вследствие стабильного, а не циклического (как в случае регенеративных реформеров) характера процесса. Недостат­ ком конверсии в рекуперативных реформерах является отно­ сительно низкая температура конвертированного газа, огра­ ничиваемая стойкостью реакционных труб.

Получение восстановительного газа из жидкого топлива

Процессы получения восстановительного газа из жидкого топлива не отличаются от аналогичных процессов с примене­

ния наблюдается тенденция к росту содержания в восстано­ вительном газе, полученном кислородной конверсией, оксида углерода. При использовании метана в качестве топлива по­

46 % Н2 и 55 % СО. Для восстановительного газа с повышен­ ным содержанием СО характерна склонность к образованию сажистого углерода. Еще более благоприятные условия для выделения сажи создаются при применении воздушной конвер­ сии жидких углеводородов, при которой до 30% топлива не

углерода, существенным недостатком описанных процессов является также снижение восстановительной способности получаемого газа за счет присутствия в нем значительного количества азота, переходящего из воздуха.

Одним из наиболее эффективных способов получения вос­ становительного газа является высокотемпературная паро174

кислородная конверсия жидкого топлива (газификация мазу­ та), имеющая много общего с процессом неполного сгорания

6—10%Н2О. Тепловое напряжение газогенератора составляет 5,8-9,28 МВт/м3.

Газификация твердого топлива

Во многих регионах мира имеются значительные запасы низкосортных некоксующихся углей, пригодных для прямого восстановления. По этой причине (а также по причине роста цен и дефицита на природный газ) процессы металлизации с использованием твердого топлива оцениваются как наиболее перспективные. Они могут базироваться как на непосредст­ венном использовании угля в качестве восстановителя, так

ина восстановительном газе, полученном из угля.

Вотличие от газообразного и жидкого топлива твердое топливо можно использовать в процессах металлизации без особой предварительной подготовки. Например, при металли­ зации железорудных материалов во вращающихся печах и на конвейерных обжиговых машинах твердое топливо в качестве восстановителя подвергается подготовке по фракции (дроб­ лению и измельчению). Вместе с тем некоторые виды твердо­ го топлива (бурые угли, лигниты и др.) в связи с высоким содержанием в них влаги и летучих требуют для своего использования подготовки, заключающейся в термическом разложении без доступа воздуха. В настоящее время разра­ ботаны способы подготовки бурых углей и лигнитов, но про­ мышленного применения они в большинстве случаев не полу­

чили.

Несмотря на простоту подготовки, при выборе твердого восстановителя необходимо учитывать ряд требований. В первую очередь к ним необходимо отнести реакционную спо­ собность твердого топлива. Угли с высокой реакционной способностью (бурые угли, лигниты), с одной стороны, при­ водят к повышению скорости процесса восстановления и сте-

пени металлизации, а также способствуют снижению темпера­ туры в печи, с другой стороны, требуется их повышенный расход на процесс в связи с их интенсивным выгоранием. Угли с низкой реакционной способностью (например, антра­ цит) действуют в обратном направлении, поэтому наиболее эффективным использованием твердого топлива в процессах металлизации железорудного сырья может быть применение смеси из низкореакционных и высокореакционных углей.

Большое значение для металлизации имеют также содержа­

лях. Содержание золы не должно превышать 20%, при этом предпочтительными являются угли с основной породой. Тем­ пература размягчения золы, как правило, должна быть на

100—150 °С выше температуры слоя шихтовых материалов. Требования к содержанию серы в углях определяются конк­ ретными условиями технологического процесса металлизации, но желательно, чтобы оно было как можно меньше, так как сера активно поглощается свежевосстановленным металличес­ ким железом. Крупность угля для изготовления рудоугольных окатышей должна быть < 0,1 мм, для металлизации во вра­ щающейся печи— примерно вдвое меньше крупности восста­ навливаемой руды (окатышей), что связано, главным обра­ зом, с массообменом в печи и необходимостью последующего отделения топлива от металлизованного продукта.

Газификация твердого топлива для получения восстанови­

С+ 0,5О2 = СО + 117940 кДж;

С+ HjO = СО + Н2 - 124870 кДж;

С+ С02 = 2СО - 166320 кДж.

Поскольку содержание азота в газе является значитель­ ным, использовать в качестве окислителя воздух нецеле­

пенью окисления не более 5% и минимальным количеством серы, характеризоваться высокой степенью газификации углерода и низкой энергоемкостью. Условиями, обеспечи­ вающими эффективность процесса, являются повышенное дав-, ление, обеспечивающее высокую удельную производительность самой установки и расположенных за ней скрубберов мокрой очистки; высокая температура газификации, способствующая росту скорости процесса и, соответственно, производитель­ ности установки и степени газификации углерода, уменьше­ нию содержания вредных побочных продуктов, расплавлению

твердого топлива для восстановления железных руд является

газа, содержащегося в колошниковом газе шахтной печи. В настоящее время в промышленном масштабе применяются три способа газификации угля: в компактном слое при высоком давлении (способ Лурги), в вихревом потоке (способ Копперс—Тотцек) и в кипящем слое (способ Винклера). В последних двух способах используют газификацию углей при атмосферном давлении, что создает трудности по их совмес­ тимости с шахтными печами (по давлению с агрегатной производительностью).

Газификация угля осуществляется под давлением 2—3 МПа в слое шихты, движущейся противотоком к подаваемым в реактор снизу пару и кислороду и образующемуся газу. Реактор может работать в режиме без расплавления и с расплавлением золы. При работе с расплавлением золы производительность реактора увеличивается в три раза, значительно сокращается расход пара, появляется возмож­ ность газификации углей с низкой реакционной способностью или с низкой температурой плавления золы, обеспечивается возможность варьирования в широких пределах соотношения

кации углерода составляет 68,3%.

Процессы газификации угля в вихревом потоке осуществ­ ляются при высоких давлениях (до ЗМПа) и температурах (1500—2400 °С) в прямоточных реакторах при совместной по­

даче угля с паром и кислородом. Преимуществами процессов в вихревом потоке по сравнению с процессами в компактном слое является возможность использования различных сортов углей, высокая температура получаемого газа в отсутствие в нем смолы и фенола. Однако требуется подготовка угля по крупности— его измельчения. Для обеспечения оптимальных рабочих параметров процесса и высокого содержания СО + Н2 в газе содержание влаги в угле не должно превышать 5 %. Получаемый газ содержит до 95% (СО + Н2).

На установках по газификации угля в кипящем слое ве­ дутся работы по усовершенствованию процесса в направлении повышения степени газификации углерода путем вторичного использования осажденной пыли, повышения температуры га­ зификации, газификации под давлением и др. Получают раз­ витие процессы газификации и производства чугуна в одном агрегате, а также процессы газификации с применением плазмы.

Г л а в а 4 . ПОЛУЧЕНИЕ ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА

Процессы получения губчатого железа осуществляются при умеренных температурах с использованием газообразного или твердого восстановителя в различных агрегатах: шахт­ ных, трубчатых, туннельных, муфельных, отражательных, электронагревательных печах, ретортах периодического действия, конвейерных машинах, реакторах с кипящим слоем и др. Иногда эти агрегаты соединены в комплексы, в кото­ рых наиболее часто сочетаются с электропечью (электродоменной или дуговой) для получения жидкого металла (чу­ гуна и стали).

Чаще всего губчатое железо применяют как высокочистую добавку к стальному лому, а также для замены лома в слу­ чае его дефицита или высоких цен. Однако повышение цен на лом не является главной причиной возросшего интереса к губчатому железу. Наиболее стабильный спрос на него отме-

чается в странах с недостаточными мощностями доменного производства и поставками стального лома. Меньшую роль в производстве металла губчатое железо играет в промышленно развитых странах Европы, в Японии и США, где железная ру­ да, стальной лом и твердое топливо продолжают оставаться достаточно дешевыми, что обеспечивает производство чугуна при более низких затратах, чем производство губчатого же­ леза.

Основными процессами, используемыми на работающих, строящихся и проектных установках для производства губча­ того железа, являются процессы с применением шахтных пе­ чей (главным образом процесс "Мидрекс", ХиЛ-Ш) и реторт периодического действия (процесс ХиЛ-I, ХиЛ-Н). Процессы с использованием вращающихся печей и твердого восстанови­ теля (процессы СЛ—PH, Крупп—Айзеншвам, Кавасаки и др.) в последние годы находят промышленное применение, главным образом, при переработке металлургических отходов— пылен и шламов, которые содержат примеси цинка, свинца и др., а также комплексных железных руд (богатых титаном, хромом, никелем, марганцем и др.), не пригодных для использования в доменных печах.

Процессы в кипящем слое получили меньшее распростране­ ние в связи с целым рядом специфических особенностей (жесткие требования к гранулометрическому составу, газо­ динамические ограничения существования кипящего слоя, температурные условия и др.). Преимущественное развитие в мировой практике прямого восстановления процессов Мидрекс и ХиЛ обусловлено их лучшими технико-экономическими пока­ зателями (табл. 12). Ниже будут рассмотрены основы техно­ логии, оборудование, технологические схемы и некоторые расчеты процессов металлизации в различных агрегатах.

§ 12. ПОЛУЧЕНИЕ ГУБЧАТОГО Ж ЕЛЕЗА В ШАХТНЫХ ПЕЧАХ

/

Процессы металлизации в шахтных печах во многом похожи на процессы, протекающие в шахте доменных печей в области умеренных температур. Однако имеются и значительные отли­ чия: в шахтной печи отсутствует кокс; важную роль в про­ цессах восстановления оксидов железа играет водород; вос-