1245

становительный газ является единственным источником теп­ ла, обеспечивающим все тепловые потребности процесса.

Основными процессами, протекающими в шахтной печи, являются теплообмен между газом-теплоносителем и восста­ навливаемым материалом, восстановление оксидов железа и динамическое взаимодействие между опускающейся шихтой и поднимающимся газом. Кроме этого, на показатели работы шахтной печи оказывают влияние разрушение железорудных материалов в процессе нагрева и восстановления, наугле­ роживание и спекание губчатого железа.

Наиболее известными процессами металлизации в шахтных печах являются способы Мидрекс (США), Армко (США), Пурофер (ФРГ), ХиЛ-Ш (Мексика). В нашей стране разработаны два способа получения металлизованного сырья в шахтных печах, которые отработаны на опытно-промышленных установ­ ках Белорецкого металлургического комбината и комбинате "Запорожсталь".

Наиболее отработанным и широко распространенным про­ цессом является процесс Мидрекс. С 1983 г. на Оскольском электрометаллургическом комбинате (ОЭМК) работают четыре модуля процесса металлизации Мидрекс общей мощностью 1700тыс.т металлизованных окатышей в год. Приводимое ни­ же описание процесса дается применительно к условиям ОЭМК.

В состав каждого модуля входят: шахтная печь металли­ зации, реформер (реактор конверсии природного газа); сис­ тема производства инертного газа; система аспирации. Сис­ тема водного хозяйства, свеча, помещение пульта управле­ ния и электроснабжение являются общими для каждой пары модулей. Принципиальная схема модуля металлизации Мидрекс показана на рис. 40.

Шахтная печь для металлизации (рис. 41) состоит из загрузочного (промежуточного) бункера; верхнего динами­ ческого затвора с загрузочным распределителем и загрузоч­ ными трубами; зоны восстановления; промежуточной зоны; зоны охлаждения; огнеупорной футеровки; постоянно дейст­ вующих питателей; нижнего динамического затвора и маятни­ кового питателя (для выгрузки готового продукта).

Цилиндрический загрузочный бункер емкостью ~ 60 м3 с конической нижней частью, к фланцам которого прикреплен шибер, обеспечивает прием и непрерывное течение материала 181

ственно над каналами для отвода ох­ лаждающего газа, расположены верхние постоянно действующие питатели, представляющие собой три водоохлаж­ даемых пустотелых вала, на которых закреплены сегментные диски из жаро­

постоянно действующие питатели; 11 — нижний

ния; 15 — вход охлаждающего газа; 16 — распределитель охлаждающего газа

Зона охлаждения занимает объем (~ 120 мэ) между уров­ нем каналов отвода охлаждающего газа и нижним динамичес­ ким затвором и состоит из верхней цилиндрической (футе­ рованной) и конической (нефутерованной) частей. Охлаждаю­ щий газ поступает в зону охлаждения через соответствующий распределитель, который разделяет общий поток охлаждающе­ го газа на отдельные кольцевые потоки, направленные вниз. В зоне охлаждения расположены также средние и нижние постоянно действующие питатели, которые благодаря их возвратно-вращательному движению обеспечивают равномерный сход столба шихтовых материалов.

Система динамического затвора на выгрузке металлизованного продукта из печи имеет следующие элементы: камеру подвода затворного газа, трубу выдачи металлизованного продукта, нижний плоский шибер с гидроприводом и погруж­ ную трубу, доходящую до корпуса маятникового пигателя.

Через эту систему металлизованный продукт из зоны охлаж­

ными кирпичами из плотного шамота с минимальным содержа­ нием оксидов железа и щелочных металлов. Между шамотом и кожухом печи расположен теплоизоляционный слой из огне­ упорного легковесного бетона. Фурменные блоки выполнены из высокочистого спеченного муллита, имеющего высокую термостойкость. Свод печи футерован легковесным огнеупор­ ным бетоном и жаропрочным стальным листом.

В шахтной печи окисленные окатыши под действием силы тяжести проходят зоны восстановления и охлаждения и выгружаются из печи в виде металлизованного продукта маятниковым питателем, с помощью которого можно регулиро­

и производительность установки. Металлизованные окатыши,

Одновременно горячий восстановительный газ, вдуваемый через фурмы примерно на середине высоты шахтной печи при

чи, откуда выходит в виде колошникового газа с температу­ рой 350—450 °С при абсолютном давлении ~ 0,13 МПа. Выход горючих газов из печи предотвращается с помощью газовых динамических затворов, уплотняющих загрузочное и выгру­

зочное устройство, в которые вдувается инертный (затвор­ ный) газ под таким давлением, которое обеспечивает движе­ ние этого газа только вниз в труботечках при загрузке окисленных окатышей и только вверх— при разгрузке металлизованных окатышей. Инертный газ представляет собой от­ ходящие из реформера осушенные дымовые газы, содержание кислорода в которых поддерживают в пределах 0,5—1 %.

конверсию в реформер, состоящий из 288 реакционных труб с никелевым катализатором и отапливаемый смесью топливного (избыточного колошникового газа) и природного газов. При конверсии происходит увеличение объема газов примерно на 30 %. Термокаталитическая конверсия природного газа про­ текает с участием в реакциях углекислоты и водяных паров технологического газа, при этом на катализаторе устанав­ ливается равновесие реакции водяного газа.

Температура в межтрубном пространстве реформера сос­

зов и циркулирующим по самостоятельному газовому контуру. Давление охлаждающего газа несколько меньше, чем восста­ новительного, что препятствует его проникновению в зону восстановления. Однако, как показала практика, между зо­ нами восстановления и охлаждения всегда происходит не­ большой газообмен, определяемый по расходу затворного га­ за и устанавливающемуся соотношению давлений в циклах технологического и охлаждающего газов. Горячий запыленный охлаждающий газ выходит из печи с температурой 400—450 °С через отводящие каналы и поступает в скруббер, а затем компрессором подается после каплеотделения через распре­ делитель снова в зону охлаждения, с температурой ~ 40 °С. Технологические параметры газовых потоков на установке ОЭМК (за первые шесть месяцев работы после пуска) пред­

00

ON

Т а б л и ц а 13. Технологические параметры газовых потоков установки ОЭМК

Основными реакциями процесса металлизации в шахтной печи являются восстановление гематита до железа с помощью

в основном от температуры восстановительного газа, его состава, времени пребывания газа и шихты в печи. Как уже отмечалось, на кинетику восстановительных процессов зна­ чительно влияет химический состав железорудных материа­ лов, в частности, содержание Fe2+ в окисленных окатышах.

Бремя пребывания материалов в печи регулируется маят­ никовым питателем. По данным ОЭМК, при средней производи­

(шахтная металлизация на заводе в Гамбурге, ФРГ), Общая

и, в первую очередь, температурой процесса, являющейся ключевым фактором, влияющим на показатели работы установ­ ки.

Однако повышение температуры процесса металлизации в шахтной печи ограничивается развитием такого процесса как спекание губчатого железа. В связи с этим на ОЭМК для предотвращения интенсивного образования спеков вынуждены

род и монооксид углерода по высоте печи проявляют себя неодинаково: если в верхней части зоны восстановления они работают примерно одинаково (отнимают равное количество кислорода), то в нижней части монооксид углерода отнимает большую часть кислорода. Степень использования газа при восстановлении железа из вюстита составила 29—31% (приб­ лижение к равновесию 96—97 %), а общая степень использо­ вания газа в печи составила 40—41%. При этом водородом и монооксидом углерода отнимается соответственно 60 и 40% кислорода оксида железа.

При указанной температуре и других проектных парамет187

рах установки металлизации ОЭМК за первый год получены следующие показатели ее работы:

Расход природного газа 387 м3/т (14,4 ГДж/м) является в этом случае це­ ховым показателем и включает расход на очистку от серы в режиме регенерации молекулярных сит. При определении нетто-расхода энергии расход на очистку от серы вычитается, и таким образом получается расход энергии 10,8 ГДж/т.

окатышей. Влияние производительности установки на удель­ ный расход природного газа показано на рис. 44.

188

vO

О