Получение губчатого железа 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 отли­чия: в шахтной печи отсутствует кокс; важную роль в про­цессах восстановления оксидов железа играет водород; восстановительный газ является единственным источником теп­ла, обеспечивающим все тепловые потребности процесса.

Основными процессами, протекающими в шахтной печи, являются теплообмен между газом-теплоносителем и восста­навливаемым 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, наугле­роживание и спекание губчатого железа.

Наиболее известными процессами металлизации в шахтных печах являются способы Мидрекс (США), Армко (США), Пуро-фер (ФРГ), ХиЛ-111 (Мексика). В нашей стране разработаны

Наиболее отработанным и широко распространенным про­цессом является процесс Мидрекс.

В состав каждого модуля входят: шахтная печь металли­зации, реформер (реактор конверсии природного газа); сис­тема производства инертного газа; система аспирации. Сис­тема водного хозяйства, свеча, помещение пульта управле­ния и электроснабжение являются общими для каждой пары модулей.

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 регулиро­вать скорость опускания столба шихты, а следовательно, время пребывания материалов в печи, степень металлизации и производительность установки. Металлизованные окатыши, охлажденные до 40-50 °С и выгруженные из печи, подвер­гаются грохочению с отсевом мелочи < 3 мм и спеков круп­нее 40мм.

Одновременно горячий восстановительный газ, вдуваемый через фурмы примерно на середине высоты шахтной печи при температуре ~760°С (по проекту) и абсолютном давлении ~0,2МПа, движется навстречу потоку окатышей в верх пе­чи, откуда выходит в виде колошникового газа с температу­рой 350-450 °С при абсолютном давлении ~0,13МПа. Выход горючих газов из печи предотвращается с помощью газовых динамических затворов, уплотняющих загрузочное и выгру­зочное устройство, в которые вдувается инертный (затвор­ный) газ под таким давлением, которое обеспечивает движе­ние этого газа только вниз в труботечках при загрузке окисленных окатышей и только вверх— при разгрузке метал-лизованных окатышей. Инертный газ представляет собой от­ходящие из реформера осушенные дымовые газы, содержание кислорода в которых поддерживают в пределах 0,5—1 %.

Колошниковый газ с температурой 350—450 °С охлаждает­ся, очищается от пыли в скруббере и разделяется на два . потока: технологический (для конверсии), насыщенный водя­ными парами, с температурой 68—76 °С и топливный (для отопления реформера), обезвоженный, с температурой 40-55 °С.

Смесь технологического и природного газа предваритель­но нагревается в рекуператоре до 400 °С и направляется на 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 про­текает с участием в реакциях углекислоты и водяных паров технологического газа, при этом на катализаторе устанав­ливается равновесие реакции водяного газа.

Температура в межтрубном пространстве реформера сос­тавляет 1000—1100 °С, а выходящего из него конвертирован­ного газа ~900°С. Для регулирования температуры вос­становительного газа предусмотрена возможность отвода части его в специальный холодильник, после чего холодный газ подмешивается к конвертированному.

Охлаждение металлизованных окатышей осуществляется га­зом, состоящим из смеси восстановительного и дымовых га­зов и циркулирующим по самостоятельному газовому контуру. Давление охлаждающего газа несколько меньше, чем восста­новительного, что препятствует его проникновению в зону восстановления. Однако, как показала практика, между зо­нами восстановления и охлаждения всегда происходит не­большой газообмен, определяемый по расходу затворного га­за 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 распре­делитель снова в зону охлаждения, с температурой ~40°С.