Способ вдувания содержащих оксиды металлов мелких частиц в восстановительный газ

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ВДУВАНИЯ СОДЕРЖАЩИХ ОКСИДЫ МЕТАЛЛОВ МЕЛКИХ ЧАСТИЦ В ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ ГАЗ(71) Заявитель ФОЕСТ-АЛЬПИНЕ ИНДУСТРИАНЛАГЕНБАУ ГМБХ (Т) ПОХАНГ АЙРОН ЭНД СТИЛ КО. ,ЛТДРИСЕРЧ ИНСТИТЬЮТ ОФ ИНДАСТРИАЛ САЙЕНС ЭНД ТЕКНОЛОДЖИ, ИНКОРПОРЕЙТЕД ФАУНДЕЙШН(Т) ПОХАНГ АЙРОН ЭНД СТИЛ КО., ЛТДРИСЕРЧ ИНСТИТЬЮТ ОФ ИНДАСТРИАЛ САЙЕНС ЭНД ТЕКНОЛОДЖИ, ИНКОРПОРЕЙТЕД ФАУНДЕЙШН(57) 1. Способ вдувания содержащих оксиды металлов мелких частиц в поток восстановительного газа, направляемый по трубопроводу для восстановительного газа, включающий подачу струи материала, образованной мелкими частицами и газом-носителем в виде центральной струи в газе-носителе под углом к потоку восстановительного газа, отличающийся тем, что осуществляют подачу, по меньшей мере, одной газовой струи, образованной вторичным газом, которую направляют против продольной оси струи материала,для распыления газовой струей струи материала и равномерного распределения мелких 6107 1 частиц в потоке восстановительного газа, причем угол, под которым струю материала направляют к потоку восстановительного газа, составляет 100-160. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подачей газовой струи обеспечивают придание струе материала крутящего момента вокруг оси струи материала, выход мелких частиц за счет центробежных сил из струи материала и ее распад. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что подачей газовой струи обеспечивают придание струе материала периодически колеблющихся крутящих моментов, преимущественно разной величины. 4. Способ по пп. 2 или 3, отличающийся тем, что газовую струю направляют наискось относительно струи материала с ее пересечением и проникновением только во внешние зоны струи материала. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что уголмежду газовой струей и струей материала периодически изменяют. 6. Способ по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что газовую струю образуют инертным газом. 7. Способ по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что восстановительный газ течет к струе материала. 8. Способ по одному из пп. 1-7, отличающийся тем, что осуществляют подачу, по меньшей мере, одной газовой струи, направленной к центру струи материала и проникающей в нее. 9. Способ по одному из пп. 1-8, отличающийся тем, что струю материала вдувают в поток восстановительного газа, образованного в зоне плавильной газификации, в которой за счет газификации угля получают содержащий СО и Н 2 восстановительный газ и частично и/или окончательно восстановленные металлсодержащие частицы соответственно окончательно восстанавливают или расплавляют, из потока восстановительного газа после проникновения струи материала осаждают твердые вещества, и поток восстановительного газа затем преобразуют в восстановительной зоне с восстановлением содержащей оксиды металлов руды, причем осажденные твердые вещества подают в зону плавильной газификации через пылевую горелку, вызывающую агломерацию мелких частиц. 10. Устройство для вдувания содержащих оксиды металлов мелких частиц в поток восстановительного газа, содержащее ограниченное стенкой (2, 23) пространство (3) для приема восстановительного газа, выполненное в форме трубы (23), проходящее через стенку (2, 23) в пространство (3) сбоку вдувающее сопло (1), имеющее центральную трубу(4), направляющую мелкие частицы и газ-носитель, отличающееся тем, что вдувающее сопло (1) снабжено, по меньшей мере, одним распылителем (6), расположенным на устье центральной трубы (4) и присоединенным к газопроводу (7) для подачи вторичного газа,при этом продольная ось (6) распылителя (6) образует с продольной средней осью (9) центральной трубы (4) вдувающего сопла (1) в нормальной проекции угол , причем продольная средняя ось (9) центральной трубы (4) вдувающего сопла (1) направлена по направлению к потоку восстановительного газа в трубе (23). 11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что уголсоставляет от 20 до 60. 12. Устройство по пп. 10 или 11, отличающееся тем, что продольная ось (6) распылителя (6) ориентирована наискось к продольной средней оси (9) центральной трубы (4) вдувающего сопла (1), причем при проецировании продольной оси (6) распылителя (6) вертикально на плоскость, проходящую через продольную среднюю ось (9) центральной трубы (4) вдувающего сопла (1) и устье распылителя, между проецированной продольной осью (6) распылителя (6) и продольной средней осью (9) центральной трубы (4) вдувающего сопла (1) образуется угол от 20 до 60. 13. Устройство по одному из пп. 10-12, отличающееся тем, что распылитель (6) расположен у устья (5) центральной трубы (4) вдувающего сопла (1) подвижно и выполнен с 2 6107 1 возможностью занимать разные положения, преимущественно, разные наклонные положения относительно продольной средней оси (9) центральной трубы (4) вдувающего сопла (1). 14. Устройство по одному из пп. 10-13, отличающееся тем, что оно содержит несколько распылителей (6), расположенных только на одной половине периферии устья (5) центральной трубы (4) вдувающего сопла (1). 15. Устройство по одному из пп. 10-14, отличающееся тем, что оно содержит несколько распылителей (6), распределенных приблизительно равномерно по всей периферии устья (5) центральной трубы (4) вдувающего сопла (1). 16. Устройство по любому из пп. 10-15, отличающееся тем, что продольная средняя ось (9) центральной трубы (4) вдувающего сопла (1) образует с осью проводящей восстановительный газ трубы (23) угол 100-160. 17. Устройство по одному из пп. 10-16, отличающееся тем, что продольная ось (6),по меньшей мере, одного распылителя (6) пересекает продольную среднюю ось (9) центральной трубы (4) вдувающего сопла (1). 18. Устройство по одному из пп. 10-17, отличающееся тем, что оно установлено в газоотводящей трубе (23), отходящей от плавильного газификатора (22), предназначенного для плавления и, при необходимости, окончательного восстановления металлических руд и для получения содержащего СО и Н 2 восстановительного газа путем газификации угля,и входящей в осадитель (26) твердых веществ, например, циклон, из которого осажденные в осадителе (26) твердые вещества возвращают через возвратный трубопровод и пылевую горелку (29) в плавильный газификатор (22).(56)63241125 , 1988.490170, 1984.01195221 , 1989.63035732 , 1988.631538, 1978. Изобретение относится к способу вдувания содержащих оксиды металлов мелких частиц в восстановительный газ, а также к устройству для осуществления способа. Известен ( 63241125 А, 1988) способ подачи в трубопровод для восстановительного газа мелких частиц руды и их восстановление во время транспортировки в трубопроводе для восстановительного газа, при этом в восстановительный газ, направляемый по трубопроводу, подают мелкие частицы центральной струей в газе - носителе, а подачу осуществляют под углом к потоку восстановительного газа. При этом возникает трудность, заключающаяся в том, что контакт между восстановительным газом и отдельными содержащими оксиды металлов мелкими частицами невозможно реализовать оптимальным образом. Попадающие в поток восстановительного газа мелкие частицы образуют компактную струю материала, когда их посредством газа-носителя вдувают в поток восстановительного газа. Только после прохождения определенного отрезка пути происходит веерообразное расхождение струи материала, так что для восстановления в распоряжении имеется меньший отрезок пути и, тем самым, также меньше времени. Другой недостаток следует усматривать в том, что струя материала вследствие своей компактности в результате своего проникновения в пространство для восстановительного газа может вызвать износ за счет истирания ограничивающей это пространство стенки. Задачей изобретения является устранение этих недостатков и трудностей за счет создания способа описанного выше рода, а также устройства для осуществления способа, ко 3 6107 1 торые сразу же после проникновения содержащих оксиды металлов мелких частиц в пространство для восстановительного газа обеспечивают оптимальный контакт отдельных мелких частиц с восстановительным газом, в результате чего каждая мелкая частица окружена восстановительным газом, а именно непосредственно после выхода из подающего мелкие частицы трубопровода. За счет этого химические, физические и тепловые реакции,происходящие, начиная от поверхностей мелких частиц, могут протекать непосредственно после подачи мелких частиц в пространство для восстановительного газа, так что время, в течение которого мелкие частицы находятся в этом пространстве, может быть оптимально использовано. Благодаря этому удается также уменьшить габариты установки для прямого восстановления содержащих оксиды металлов мелких частиц и оптимально использовать восстановительный газ. Эта задача решается, согласно изобретению, за счет того, что в восстановительный газ вводят центральную образованную мелкими частицами и газом-носителем струю материала и осуществляют подачу, по меньшей мере, одной газовой струи, образованной вторичным газом, которую направляют против продольной оси струи материала, для распыления газовой струей струи материала и равномерного распределения мелких частиц в потоке восстановительного газа, причем угол, под которым струю материала направляют к потоку восстановительного газа, составляет 100-160. Преимущественно газовая струя придает струе материала крутящий момент вокруг оси материала, мелкие частицы выходят за счет центробежных сил из струи материала, и последняя распадается. Эффект использования центробежных сил можно еще более усилить за счет придания газовой струей струе материала периодически колеблющихся крутящих моментов, преимущественно разной величины. За счет этого можно определить также оптимальный крутящий момент. Целесообразно газовая струя, которую направляют наискось против струи материала с ее пересечением, проникает только во внешние зоны струи материала, причем предпочтительно уголмежду газовой струей и струей материала периодически изменяют. Предпочтительно газовую струю образуют инертным газом для этого может быть привлечен, однако, и восстановительный газ. Согласно предпочтительной форме выполнения, восстановительный газ течет к струе материала, т.е. струю материала вдувают в поток восстановительного газа, причем струя материала направлена против направления потока восстановительного газа, преимущественно под углом 100-160. Преимущественно, по меньшей мере, одна газовая струя направлена к центру струи материала и проникает в нее. Способ, согласно описанию, с особым преимуществом может применяться для способа восстановления, отличающегося тем, что струю материала вводят в поток восстановительного газа, идущего от зоны плавильной газификации, в которой за счет газификации угля получают СО- и Н 2-содержащий восстановительный газ и частично и/или окончательно восстановленные металлсодержащие частицы соответственно окончательно восстанавливают или расплавляют, поток восстановительного газа после входа в нее струи материала вызывает осаждение твердых веществ, а затем преобразуют в восстановительной зоне с восстановлением содержащей оксиды металлов руды, причем осажденные при осаждении твердых веществ мелкие частицы подают в зону плавильной газификации через пылевую горелку, вызывающую спекание мелких частиц. Устройство для осуществления способа, согласно изобретению, отличается совокупностью следующих признаков ограниченное стенкой пространство для приема восстановительного газа входящее через стенку в пространство вдувающее сопло,которое содержит направляющую мелкие частицы и газ-носитель центральную трубу и 4 6107 1 снабжено на устье центральной трубы, по меньшей мере, одним распылителем, присоединенным к газопроводу для подачи вторичного газа, причем продольная ось распылителя образует с продольной средней осью центральной трубы угол , лежащий преимущественно в диапазоне 20-60. Согласно предпочтительной форме выполнения, продольная ось распылителя ориентирована наискось к продольной средней оси центральной трубы, причем при проецировании продольной оси распылителя вертикально на плоскость, проходящую через продольную среднюю ось центральной трубы и устье распылителя, между проецированной продольной осью распылителя и продольной средней осью центральной трубы образуется уголв диапазоне 20-60. При этом целесообразно, если распылитель расположен у устья центральной трубы подвижно и его продольная ось может занимать разные положения, преимущественно разные наклонные положения относительно продольной средней оси центральной трубы. Для распыления струи материала при определенных локальных условиях может быть предпочтительным, если несколько распылителей расположены только на одной половине периферии устья центральной трубы. Для потоков материала большого объема целесообразно, если несколько распылителей расположены, приблизительно, равномерно распределенными по всей периферии устья центральной трубы. Предпочтительный вариант отличается тем, что пространство для восстановительного газа образовано направляющей восстановительный газ трубой, в которую сбоку входит вдувающее сопло, причем целесообразно, если продольная средняя ось вдувающего сопла образует с осью направляющей восстановительный газ трубы угол 100-160. Преимущественно продольная ось, по меньшей мере, одного распылителя пересекает продольную среднюю ось центральной трубы. Предпочтительное применение устройства, согласно изобретению, отличается тем,что устройство входит в газоотводящую трубу, которая начинается от плавильного газификатора для расплавления и, при необходимости, окончательного восстановления металлических руд, а также для получения СО- и 2-содержащего восстановительного газа путем газификации угля и заканчивается в осадителе твердых веществ, например циклоне,из которого осажденные в осадителе твердые вещества возвращают через возвратный трубопровод для твердых веществ и пылевую горелку в плавильный газификатор. Изобретение более подробно поясняется ниже с помощью нескольких примеров выполнения, схематично изображенных на чертеже, при этом на фиг. 1 показан продольный разрез устройства согласно изобретению фиг. 2 - сечение по линии - из фиг. 1 фиг. 3-5- различные формы выполнения устройства согласно изобретению фиг. 6 - расположение устройства, согласно изобретению, в установке для прямого восстановления рудной мелочи. Согласно изображенной на фиг. 1 и 2 форме выполнения, устройство для вдувания содержащих оксиды металлов мелких частиц в восстановительный газ содержит вдувающее сопло 1, входящее через стенку 2 в пространство 3, через которое протекает восстановительный газ. Это пространство может быть образовано, например, трубопроводом. Вдувающее сопло 1 содержит центральную трубу 4, через которую мелкие частицы вдувают с помощью газа-носителя к ее устью 5, в результате чего на устье возникает образованная мелкими частицами струя материала. На устье 5 центральной трубы 4 предусмотрено несколько окружающих ее по периферии распылителей 6, которые присоединены к газопроводу 7 для подачи вторичного газа,а именно через соответствующие газонаправляющие трубы 8. Эти газонаправляющие трубы 8 выполнены в виде расположенных параллельно продольной средней оси 9 центральной трубы 4 труб, предусмотренных в окружающем центральную трубу 4 по периферии кольцевом пространстве 10, в котором заканчивается газопровод 7. Это кольцевое про 5 6107 1 странство 10 ограничено с наружной стороны рубашкой 11, закрытой на одном торце на устье 5, а на противоположном торце - посредством торцовых фланцев 12, 13. Газонаправляющие трубы 8 установлены с возможностью вращения посредством газоплотных подшипников 14, 15 относительно торцовых фланцев 12, 13. Противоположные друг другу концы газонаправляющих труб 8 закрыты фланцами 16,17. На внешних фланцах 17 расположены соответственно направленные наружу вращающие цапфы 18. На вращающих цапфах 18 установлены приводы (не показаны) для вращения газонаправляющих труб вокруг их продольных осей 19. На внутренних цапфах 16 газонаправляющих труб 8 расположены распылители 6, оси 6 которых образуют с продольной средней осью 9 центральной трубы угол . Подача газа к газонаправляющим трубам 8 и, в итоге, к распылителям 6 происходит через кольцевое пространство 10 и отверстия 20 газонаправляющих труб 8. За счет вращения газонаправляющих труб 8 вокруг их продольных осей 19 можно изменять положение вытекающих из распылителей 6 газовых струй относительно струи материала, а именно с возможностью приведения газовых струй из положения, в котором они пересекают продольную среднюю ось 9 центральной трубы 4, в наклонное относительно этой продольной средней оси положение. С помощью устройства для вращения газонаправляющих труб 8 вокруг их продольных осей 19 удается периодически изменять положение газовых струй относительно струи материала. Угол , который газовые струи образуют с продольной средней осью 9 центральной трубы 4, лежит в диапазоне 20-60,причем уголне обязательно должен быть одинаков для всех газовых струй. Согласно изображенной на фиг. 1 и 2 форме выполнения, несколько распылителей 6 расположены равномерно распределенными по всей периферии устья 5 центральной трубы 4. При определенных обстоятельствах может быть, однако, достаточным предусмотреть несколько распылителей 6 только на одной половине периферии устья 5 центральной трубы 4, как это показано, например, на фиг. 4 и 5. Это, в частности, тот случай, когда восстановительный газ в пространстве 3 имеет направленное сильное течение. Из фиг. 3-5 видно, что газовые струи, обозначенные стрелками 21, направлены либо точно против продольной средней оси 9 центральной трубы (фиг. 5), либо наискось к ней,причем, однако, сама струя материала, имеющая соответствующий устью 5 минимальный диаметр, еще поражается газовыми струями. Газовые струи приводят, таким образом,струю материала во вращение вокруг ее продольной средней оси 9, так что мелкие частицы за счет центробежных сил выходят из струи материала, вследствие чего она распадается. Эта функция суммируется с эффектом распыления, вызванным газовыми струями. Газовые струи образованы преимущественно инертным газом. В качестве газаносителя также может служить инертный газ. Вместо распылителей 6 в торцевом фланце 12 может быть предусмотрена кольцевая щель, через которую против струи материала направляют веерообразную газовую струю. В случае если положение газовых струй относительно струи материала не должно изменяться, можно отказаться от газонаправляющих труб 8 распылители 6 могут быть тогда жестко установлены в торцевом фланце 12. Далее с помощью фиг. 6 описано расположение устройства, согласно изобретению, на отводящем трубопроводе 23, направляющем восстановительный газ из плавильного газификатора 22, в котором в зоне плавильной газификации путем газификации угля получают СО- и Н 2-содержащий восстановительный газ и расплавляют восстановленную железную руду, к восстановительному сосуду (не показан). Как восстановительный сосуд, в котором восстанавливают руду, так и плавильный газификатор могут быть выполнены, например,так, как это описано в ЕР-А-0576414. Восстановительный газ, выходящий из плавильного газификатора 22 через отверстие 24 в купольной зоне 25 плавильного газификатора 22,подают по отводящему трубопроводу 23 к циклону 26, в котором осаждаются подхваченные восстановительным газом частицы. 6 6107 1 В начальной зоне отводящего трубопровода 23 для восстановительного газа охлаждающий газ вводят в восстановительный газ через газоподводящее устройство 27, для охлаждения восстановительного газа до температуры, необходимой для восстановления в восстановительном сосуде. Сразу же за ним расположено вдувающее сопло 1, причем продольная средняя ось 9 центральной трубы 4 направлена против направления потока восстановительного газа и образует с ним угол 100-160. Вдутая в восстановительный газ железная руда, тонко распределенная в нем с помощью вторичного газа сразу же после попадания в отводящий трубопровод 23, восстанавливается внутри отводящего трубопровода 23, по меньшей мере, частично восстанавливается и осаждается в циклоне 26. По меньшей мере, частично восстановленную железную руду подают через пылесборники 27 и работающий, преимущественно, на азоте инжектор 28 к пылевой горелке 29, установленной на боковой стенке плавильного газификатора 22. Пылевая горелка 29 вызывает агломерацию мелких частиц и, при необходимости, также окончательное восстановление. Дополнительно к железной руде посредством устройства, согласно изобретению, могут быть введены также мелкодисперсные отходы металлургического производства или оборотные вещества в оксидированной и/или металлической форме, а также, возможно дополнительно, углеродсодержащие вещества. С помощью устройства, согласно изобретению, удается заменить 15-30 руды рудной мелочью и/или металлургическими пылями и т.д., которые могут быть, при необходимости, смешаны также с токсичными веществами. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.