UA28778U - Method for metallization of iron-ore materials with the application of low temperature plasma - Google Patents

Abstract

A process for metallization of iron-ore materials with the application of low temperature plasma includes introduction into the charge composition of iron-ore and carbon containing materials, supply of air enriched with oxygen or technical oxygen and water steam. Additionally in the plasma-chemical generator of reactor (shaft furnace) spent gaseous product of metallization (top gas) is supplied and its interaction is provided with oxidizing gas of plasma generator (plasmotron) - air, enriched with oxygen or technical oxygen. After this the obtained products of fuel-plasma technology (carbon dioxide and water steam) are supplied to the reactor (shaft furnace) with a temperature over 900-1000 DEGREE C, where as a result of endothermic reaction with carbon charge gets reducing gas, by which the iron oxides are reduced with metallic iron formation.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель належить до металургійної промисловості й може бути використана при металізації 2 залізорудних матеріалів.The useful model belongs to the metallurgical industry and can be used in the metallization of 2 iron ore materials.

Відомий спосіб металізації залізорудних матеріалів (окатишів) способом Мідрекса, який оснований на використанні для конверсії природного газу (метану) колошниковим газом, що містить крім залишкових відновлювальних компонентів, окиснювачі у вигляді діоксиду вуглецю та водяної пари (11).There is a known method of metallization of iron ore materials (pellets) by the Midrex method, which is based on the use for conversion of natural gas (methane) with blast furnace gas containing, in addition to residual reducing components, oxidants in the form of carbon dioxide and water vapor (11).

У способі Мідрекса конверсія природного газу відбувається в трубчастому реформері в присутності 70 нікелевого каталізатора при температурі 900-9209С, одержується відновлювальний газ із високим відновлювальним потенціалом, що містить (СОЖН»)-87-9390.In the Midreks method, the conversion of natural gas takes place in a tubular reformer in the presence of 70 nickel catalyst at a temperature of 900-9209С, a reducing gas with a high reducing potential containing (SOZHN»)-87-9390 is obtained.

Температура й склад конвертованого газу перед подачею в шахтну піч корегується залежно від температури розм'якшення шихтових матеріалів.The temperature and composition of the converted gas before being fed into the mine furnace is adjusted depending on the softening temperature of the charge materials.

Ступінь металізації окатишів становить 90-92905. До числа основних недоліків процесу відноситься одержання т відновлювального газу конверсією природного газу різними окиснювачами, тобто як хімічний агент для виробництва відновлювального газу використовується природний газ, що збільшує витрати на процес металізації.The degree of metallization of the pellets is 90-92905. Among the main disadvantages of the process is the production of reducing gas by conversion of natural gas with various oxidants, that is, natural gas is used as a chemical agent for the production of reducing gas, which increases the costs of the metallization process.

До інших недоліків можна віднести громіздкість апаратного оформлення, використання для конверсії природного газу дорогого нікелевого каталізатора, необхідність періодичної перекладки клапанів при 20 переведенні з режиму розігріву на режим конверсії й навпаки (що призводить до погіршення складу газу в перші 2-3хв. внаслідок проскакування димових газів у колектор конвертованого газу).Other disadvantages include the cumbersome design of the hardware, the use of an expensive nickel catalyst for the conversion of natural gas, the need to periodically change the valves when switching from the heating mode to the conversion mode and vice versa (which leads to a deterioration of the gas composition in the first 2-3 minutes due to the leakage of flue gases into the converted gas collector).

Відомий спосіб відновлення руди або залізорудних окатишів в обертових печах у рудно-вугільно-флюсовому шарі.There is a known method of recovery of ore or iron ore pellets in rotary furnaces in an ore-coal-flux layer.

Теплоносієм процесу, що йде із споживанням тепла, є продукти згоряння газоподібного, рідкого або 25 пилоподібного твердого палива. У якості відновлювача застосовують коксовий або антрацитовий дріб'язокабо (- низькосортне вугілля, непридатне для коксування (2.The heat carrier of the process that consumes heat is the combustion products of gaseous, liquid or dusty solid fuel. As a reducing agent, coke or anthracite fines are used, or low-grade coal unsuitable for coking (2.

Недоліком цього способу є необхідність підтримки відновлювальної атмосфери в печі при наявності окисного смолоскипа й сегрегації шихти; потрібен великий надлишок відновлювача, який в 1,5-2,5 рази перевищує теоретичні витрати; підвищені вимоги до гранулометричного складу матеріалів; застосування тонкоподрібненої со 30 руди й вугілля призводить до підвищеного виносу матеріалів; низька ефективність поверхневої тепловіддачі між /-|ч« газом і рухомим шаром твердої шихти вимагає спорудження печей довжиною 30-5Ом і більше.The disadvantage of this method is the need to maintain a reducing atmosphere in the furnace in the presence of an oxidizing torch and segregation of the charge; a large excess of reducing agent is required, which is 1.5-2.5 times higher than the theoretical consumption; increased requirements for the granulometric composition of materials; the use of finely ground so 30 ore and coal leads to increased removal of materials; the low efficiency of the surface heat transfer between the /-|h« gas and the moving layer of the solid charge requires the construction of furnaces with a length of 30-5Ω or more.

Прототипом є спосіб одержання рідкого заліза з руди в шахтних печах з використанням плазмового - нагрівання (|З). Установка складається із двох послідовно працюючих печей киплячого шару і шахтної печі, у о нижній частині якої встановлені плазмотрони.The prototype is a method of obtaining liquid iron from ore in mine furnaces using plasma heating (|Z). The installation consists of two continuously operating fluidized bed furnaces and a shaft furnace, in the lower part of which plasmatrons are installed.

Зо Висушений і попередньо нагрітий рудний концентрат, спочатку відновлюють у печах киплячого шару. Цей сч продукт вдувають через плазмотрони разом із відновлювальним газом, порошкоподібним вугіллям і шлакоутворюючими добавками у шар коксу шахтної печі, де він довідновлюється.Zo Dried and preheated ore concentrate is first regenerated in fluidized bed furnaces. This chemical product is blown through plasmatrons together with reducing gas, pulverized coal and slag-forming additives into the coke bed of the mine furnace, where it is further reduced.

Температура газу в плазмотроні становить 3000-50002С7, але через інтенсивні ендотермічні реакції, « температура поблизу сопла плазмотрона швидко знижується до 1700-200020С. Ці температури забезпечують з 79 завершення довідновлювальних реакцій і плавлення металу. с Основним відновлювачем у процесі є порошкоподібне вугілля. Паливо окисляється в цьому процесі киснем :з» окислів заліза.The gas temperature in the plasmatron is 3000-50002С7, but due to intensive endothermic reactions, the temperature near the plasmatron nozzle quickly drops to 1700-200020С. These temperatures provide 79 completion of pre-reduction reactions and melting of the metal. c The main reducing agent in the process is powdered coal. In this process, the fuel is oxidized by oxygen from iron oxides.

Недоліками прототипу є: - складне й громіздке апаратне оформлення, що включає значну кількість агрегатів, велику кількість 7 що газової арматури; - застосування порошкоподібного вугілля вимагає спеціальної його підготовки (розвантаження, дроблення, (ее) помелу), викликає зношування пилопроводу; пред'являються підвищені вимоги до фракційного складу; для -1 вугіль із низьким вмістом летучих речовин необхідно проводити термохімічну підготовку вугільного пилу; 50 - обмежена продуктивність процесу, викликана тим що подати за допомогою існуючих плазмотронів можливо -і тільки обмежену кількість вугільного пилу, залізорудного концентрату й шлакоутворюючих речовин, необхідно «со фактично подати 8096 шихтових матеріалів, це значна кількість; Шо Й - значні витрати електроенергії на компенсацію ендотермічних реакцій відновлення, плавлення металу й шлакоутворення.Disadvantages of the prototype are: - complex and cumbersome hardware design, which includes a significant number of units, a large number of gas fittings; - the use of pulverized coal requires its special preparation (unloading, crushing, (ee) grinding), causes wear of the dust pipe; there are increased requirements for the faction composition; for -1 coal with a low content of volatile substances, it is necessary to carry out thermochemical preparation of coal dust; 50 - the limited productivity of the process, caused by the fact that it is possible to feed with the help of existing plasmatrons - and only a limited amount of coal dust, iron ore concentrate and slag-forming substances, it is necessary "to actually feed 8096 charge materials, this is a significant amount; Sho Y - significant costs of electricity to compensate for endothermic reactions of reduction, melting of metal and slag formation.

Технічною задачею способу, що заявляється, є вдосконалення способу металізації залізорудних матеріалів у реакторах (шахтних печах) шляхом введення до складу шихти залізорудних вуглецевмісних матеріалів і подачі с окисного плазмоутворюючого газу - повітря, збагаченого киснем або технічним киснем і водяною парою, і додаткового відпрацьованого газоподібного продукту металізації (колошникового газу).The technical task of the proposed method is to improve the method of metallization of iron ore materials in reactors (mine furnaces) by introducing iron ore carbon-containing materials into the charge and supplying it with an oxidizing plasma-forming gas - air enriched with oxygen or technical oxygen and water vapor, and an additional spent gaseous product metallization (of furnace gas).

Технічним результатом способу, що заявляється, є зниження витрат електроенергії при використанні во низькотемпературної плазми за рахунок екзотермічних реакцій взаємодії компонентів відпрацьованого газоподібного продукту металізації (колошникового газу) і спрощення апаратного оформлення процесу шляхом суміщення процесів газифікації й металізації.The technical result of the claimed method is the reduction of electricity consumption when used in a low-temperature plasma due to exothermic reactions of the interaction of the components of the spent gaseous metallization product (furnace gas) and the simplification of the hardware design of the process by combining the gasification and metallization processes.

Зазначену технічну задачу вирішують наступним чином.The specified technical problem is solved as follows.

Відпрацьований продукт металізації (колошниковий газ) з наступним складом, 9о (06.): 38,0 СО»; 36 СО; 11,5 в5 Не»; 9,5 НО; 5,0 Мо, подають у плазмохімічний генератор реактора (шахтної печі) і забезпечують його взаємодію з окисним газом за допомогою низькотемпературної плазми із плазмотрона при коефіцієнті надлишку повітря Я-1,2 і при збагаченні повітря киснем до 75905.Spent metallization product (furnace gas) with the following composition, 9o (06.): 38.0 СО»; 36 SO; 11.5 v5 No"; 9.5 NO; 5.0 Mo are fed into the plasma chemical generator of the reactor (mining furnace) and ensure its interaction with the oxidizing gas using low-temperature plasma from the plasmatron at an excess air ratio of Я-1.2 and when the air is enriched with oxygen to 75905.

Плазмохімічний генератор, який являє собою ємність, футеровану вогнетривким матеріалом, розташовують між реактором плазми (плазмотроном) і шахтною піччю.The plasma chemical generator, which is a container lined with refractory material, is placed between the plasma reactor (plasmatron) and the mine furnace.

При взаємодії окисного газу з відпрацьованим продуктом металізації (колошниковим газом) в ході екзотермічної реакції із виділенням тепла одержують продукти паливно-плазмової технології наступного складу,When the oxidizing gas interacts with the spent product of metallization (furnace gas) during an exothermic reaction with the release of heat, products of the fuel-plasma technology of the following composition are obtained,

Фо (об6.): 66,9 СО»; 19,0 НьО; 14,1 М», основні компоненти яких - СО» і НгО. Температуру й склад продуктів горіння регулюють шляхом подачі до плазмохімічного генератора водяної пари, а в разі потреби - шляхом регулювання струму плазмотрона. 70 У реакторі (шахтній печі) при подачі продуктів паливно-плазмової технології здійснюють процес газифікації вуглецевмісних матеріалів з одержанням відновлювального газу за допомогою газифікуючих агентів. З вуглецевмісної органічної маси й відпрацьованого продукту металізації (колошникового газу) одержують головним чином СО і Но. При цьому процес газифікації є алотермічним, тобто необхідне тепло для утворенняFo (ob6.): 66.9 СО"; 19.0 NhO; 14.1 M", the main components of which are SO" and NgO. The temperature and composition of the combustion products are regulated by supplying water vapor to the plasma chemical generator, and, if necessary, by adjusting the plasmatron current. 70 In the reactor (mining furnace) when supplying products of fuel-plasma technology, the process of gasification of carbon-containing materials is carried out with the production of reducing gas with the help of gasifying agents. CO and NO are mainly obtained from carbon-containing organic mass and spent metallization product (furnace gas). At the same time, the gasification process is allothermic, that is, heat is required for formation

СО» і Но виробляється зовні за рахунок екзотермічних реакцій утворення СО 5 і Но й теплової енергії /5 Низькотемпературної плазми.СО» and Но is produced externally due to exothermic reactions of formation of СО 5 and Но and thermal energy /5 of low-temperature plasma.

Однією з умов металізації залізорудної сировини (окатишів) є видалення кисню з окислів заліза, які розташовуються в ряд за ступенем зростання хімічної спорідненості із киснем Бе2О3-БезО,-Бео.One of the conditions for the metallization of iron ore raw materials (pellets) is the removal of oxygen from iron oxides, which are arranged in a row according to the degree of increasing chemical affinity with oxygen Be2O3-BezO,-Beo.

Відновлення заліза з окислів здійснюють шляхом забезпечення їх взаємодії із СО і Н 5 різними схемами залежно від температури, у результаті якого одержують металеве залізо.Recovery of iron from oxides is carried out by ensuring their interaction with CO and H 5 in different schemes depending on the temperature, as a result of which metallic iron is obtained.

Спосіб безперервної металізації залізорудних матеріалів у реакторі (шахтній печі) здійснюють шляхом подачі зверху в реактор (шахтну піч) шихти, що містить залізорудні й вуглецевмісні матеріали, потік дуття направляють знизу вгору. У результаті переробки одержують металізовані окатиші й золу. При високій температурі подаваного дуття досягають нагріву і плавлення металізованих окатишів, а метал і шлаки, що утворюються, видаляють через спеціальні лійки в реакторі (шахтній печі).The method of continuous metallization of iron ore materials in a reactor (mine furnace) is carried out by feeding a charge containing iron ore and carbonaceous materials into the reactor (mine furnace) from above, the blast flow is directed from the bottom up. As a result of processing, metallized pellets and ash are obtained. At a high temperature, the supplied blast heats and melts the metallized pellets, and the metal and slags formed are removed through special funnels in the reactor (mine furnace).

Пропонований спосіб був здійснений при металізації офлюсованих залізорудних окатишів у дослідній камері металізації. Для цього були використані офлюсовані окатиші фракційного складу 9-15мм. наступного хімічного т складу, масова частка, 90: Ге2О3-61,9; РеО-24,59; 5ІО»-6,8; СаО-6,1; МаО-0,55 МпО-0,04; Р»О5-0,02; 503-0,05, а так само коксовий дріб'язок фракційного складу 20-3ЗОмм. наступного хімічного складу, масова частка, 90: вуглець, С-86,7; зола - 9,7; волога - 3,2; летучі речовини - 1,1; сірка - 1,7; со зо Спочатку до завантаження шихти камеру відновлення розігрівали до температури 1000-120020. Потім через завантажувальний пристрій завантажували шихту в кількості 250кг, при співвідношенні компонентів: офлюсовані - окатиші й коксовий дріб'язок 1:0,25. чеThe proposed method was carried out during the metallization of fluxed iron ore pellets in an experimental metallization chamber. For this purpose, fluxed pellets with a fractional composition of 9-15 mm were used. of the following chemical composition, mass fraction, 90: He2O3-61.9; ReO-24.59; 5IO»-6.8; CaO-6.1; MaO-0.55 MPO-0.04; Р»О5-0.02; 503-0.05, as well as coke fines with a fractional composition of 20-3ZOmm. of the following chemical composition, mass fraction, 90: carbon, C-86.7; ash - 9.7; moisture - 3.2; volatile substances - 1.1; sulfur - 1.7; First, before loading the charge, the recovery chamber was heated to a temperature of 1000-120020. Then, through the loading device, a charge of 250 kg was loaded, with a ratio of components: defluxed - pellets and coke fines of 1:0.25. what

Після заповнення робочого простору камери відновлення шихтою включали плазмотрон, подавали плазмоутворюючий газ (повітря) і потім подавали природний газ. соAfter filling the working space of the recovery chamber with the charge, the plasmatron was turned on, the plasma-forming gas (air) was supplied, and then natural gas was supplied. co

Продукти горіння природного газу мали в середньому наступний склад, 905 (о0б.): 8,0-СО 5; 16,1-НьО; 72,2-М»; Га 3,0-О».The products of natural gas combustion had the following composition on average, 905 (o0b.): 8.0-СО 5; 16,1-NhO; 72.2-M"; Ha 3.0-O".

На дослідній установці неможливо здійснити подачу колошникового газу з необхідними параметрами, для цього необхідна установка компресора з відповідним устаткуванням. Природний газ моделював подачу колошникового газу. Розрахунковий склад продуктів горіння колошникового газу близький до продуктів горіння « природного газу й має наступний склад, 95 (06.): СО2-10,55; Н»2О-25,40; Мо-61,35; 05-27. шщ с Продукти горіння природного газу, що містять СО» та НО надходили в камеру відновлення при температурі й понад 100022 і вступали в взаємодію з вуглецем коксового дріб'язку. Відповідно до розрахунків процесу "» газифікації утворювався відновлювальний газ наступного складу, 95 (06.): СО-34,0; Н.-8; СО5-6; НьО-4; Мо-48, який вступав у взаємодію з окислами заліза окатишів і частково відновлював залізо. У результаті металізації окатиші мали наступний склад, 90 (мас): Ревсього-74,67; Ееметалеве-178,91; БеО-33,12; 9; 8іО2-9,31; Сао-7,93; ко Мао-0,66; Р»О-0,03; 5О5-0,05.It is impossible to supply blast furnace gas with the required parameters at the experimental installation, for this it is necessary to install a compressor with the appropriate equipment. Natural gas simulated the supply of blast furnace gas. The calculated composition of the combustion products of blast furnace gas is close to the combustion products of natural gas and has the following composition, 95 (06.): СО2-10.55; H»2O-25.40; Mo-61.35; 05-27. шщ с The combustion products of natural gas containing CO" and HO entered the recovery chamber at a temperature above 100022 and interacted with the carbon of the coke fines. According to the calculations of the "" gasification process, a reducing gas of the following composition was formed, 95 (06.): СО-34.0; Н.-8; СО5-6; НьО-4; Мо-48, which interacted with the iron oxides of the pellets and partially reduced iron. As a result of metallization, the pellets had the following composition, 90 (mass): Reveshogo-74.67; Eemetaleve-178.91; BeO-33.12; 9; 8iO2-9.31; Cao-7.93; co Mao-0.66; P»O-0.03; 5O5-0.05.

Ступінь металізації (або ступінь відновлення по залізу) дорівнює: со ІВАН ско; - фмет - я З - о -І 20 Отримано низький ступінь металізації, що пов'язано з низьким вмістом Но та СО у відновлювальному газі у зв'язку з наявністю інертного азоту. со Тривалість процесу металізації склала 4 години. Процес металізації періодичний, тому що установка не пристосована для безперервного завантаження й вивантаження матеріалу. Одержуваний у процесі металізації колошниковий газ згоряв по виході з труби доспалювання. 25 Частково відновлені (металізовані) залізорудні матеріали можна використовувати для доменної плавки. За с даними проф. А.Н. Рама |4), використання в доменній печі залізорудних матеріалів, що містять 4095 відновленого заліза, дозволить зменшити витрати 4095 відновленого заліза та дозволить зменшити витрати коксу на 2195 і підвищити продуктивність печі на 25905.The degree of metallization (or the degree of iron reduction) is equal to: so IVAN sko; - fmet - i Z - o -I 20 A low degree of metallization was obtained, which is associated with a low content of NO and CO in the reducing gas due to the presence of inert nitrogen. The duration of the metallization process was 4 hours. The process of metallization is periodic, because the installation is not adapted for continuous loading and unloading of material. The blast furnace gas obtained in the metallization process was burned at the exit from the post-combustion pipe. 25 Partially reduced (metallized) iron ore materials can be used for blast furnace smelting. According to Prof. A.N. Frame |4), the use of iron ore materials containing 4095 reduced iron in the blast furnace will reduce 4095 reduced iron costs and will reduce coke costs by 2195 and increase furnace productivity by 25905.

Перелік використаних джерел. 60 1. С.А. Пчелкин, А.А. Юртаев. Газовщик шахтной печи металлизации, М. Металлургия, 1991. 2. В.Ф. Князев. Безкоксовая металлургия, М. Металлургия, 1972.List of used sources. 60 1. S.A. Pchelkin, A.A. Yurtaev. Gasovshchik of the mine metallurgical furnace, M. Metallurgy, 1991. 2. V.F. Knyazev Coke-free metallurgy, M. Metallurgy, 1972.

З. Вепіо! І, Негпій» Н.О., Запіеп 5.0. Ріазта Тесппоіоду їог Оігесі Кедисіоп // 23-пйа Сопі. Іпіегп/ опZ. Vepio! I, Negpiy" N.O., Zapiep 5.0. Riazta Thesppoiodu yog Oigesi Kedysiop // 23-pya Sopi. Ipiegp/ Op

МегаІнчгау, Аппица! Соптегепсе ої МегаїІшгоівів/ Оцерес СПУ, Ацдиві 12-22, 1984/ ве 4. В.В. Полтавец. Доменное производство. М., Металлургия, 1972.Mega Inchgau, Appitza! Soptegepse oi MegaiIshgoiviv/ Oceres SPU, Atsdivi 12-22, 1984/ ve 4. V.V. Poltavets Blast furnace production. M., Metallurgy, 1972.

Claims (1)

Формула винаходу Спосіб металізації залізорудних матеріалів з застосуванням низькотемпературної плазми, що включає 2 введення до складу шихти залізорудних і вуглецевмісних матеріалів, подачу повітря, збагаченого киснем або технічним киснем і водяною парою, який відрізняється тим, що додатково у плазмохімічний генератор реактора (шахтну піч) подають відпрацьований газоподібний продукт металізації (колошниковий газ) та забезпечують його взаємодію з окисним газом генератора плазми (плазмотрона) - повітрям, збагаченим киснем або технічним киснем, після чого одержані продукти паливно-плазмової технології (діоксид вуглецю й водяну пару) подають в 70 реактор (шахтну піч) з температурою понад 9000-1000 С, де в результаті ендотермічної реакції з вуглецем шихти одержують відновлювальний газ, яким відновлюють окисли заліза з утворенням металевого заліза. Офіційний бюлетень "Промислова власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних мікросхем", 2008, М 21, 25.12.2008. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. що 2 (ее) у у (ее) сThe formula of the invention is the method of metallization of iron ore materials using low-temperature plasma, which includes 2 introductions into the charge of iron ore and carbon-containing materials, the supply of air enriched with oxygen or technical oxygen and water vapor, which is distinguished by the fact that the plasma-chemical generator of the reactor (mine furnace) is additionally supplied the spent gaseous metallization product (furnace gas) and ensure its interaction with the oxidizing gas of the plasma generator (plasmatron) - air enriched with oxygen or technical oxygen, after which the obtained products of the fuel-plasma technology (carbon dioxide and water vapor) are fed into the 70 reactor (mine furnace) with a temperature of more than 9000-1000 C, where as a result of an endothermic reaction with carbon, reducing gas is obtained, which is used to reduce iron oxides with the formation of metallic iron. Official Bulletin "Industrial Property". Book 1 "Inventions, useful models, topographies of integrated microcircuits", 2008, M 21, 25.12.2008. State Department of Intellectual Property of the Ministry of Education and Science of Ukraine. that 2 (ee) in y (ee) p - . и? іме) (ее) -і -і ІЧ е) 60 б5- and? ime) (ee) -i -i IR e) 60 b5