RU2843646C1 - Method of direct production of iron and shaft furnace for implementation thereof - Google Patents
Method of direct production of iron and shaft furnace for implementation thereofInfo
- Publication number
- RU2843646C1 RU2843646C1 RU2024106965A RU2024106965A RU2843646C1 RU 2843646 C1 RU2843646 C1 RU 2843646C1 RU 2024106965 A RU2024106965 A RU 2024106965A RU 2024106965 A RU2024106965 A RU 2024106965A RU 2843646 C1 RU2843646 C1 RU 2843646C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft furnace
- charge
- gas
- reducing gases
- furnace
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области прямого получения железа (ППЖ) в шахтных печах, но может быть применено и в других областях техники (при подготовке сырьевых материалов к металлургическому переделу, в доменном производстве), где требуется обрабатывать слой материала горячим восстановительным газом равномерно по сечению агрегата.The invention relates to the field of direct iron production (DIP) in shaft furnaces, but can also be applied in other areas of technology (in the preparation of raw materials for metallurgical processing, in blast furnace production), where it is necessary to treat a layer of material with hot reducing gas uniformly across the cross-section of the unit.
Известны шахтные печи для ППЖ способом Мидрекс (ХиЛ или др.), снабженные устройствами для подвода восстановительного газа в рабочее пространство с периферии и периферийными газоотводами для удаления отработанного газа из надслоевого (колошникового) пространства печи [1, 2]. Преимущественное распространение газа по периферии слоя приводит к неоднородности качества металлизованного продукта и является существенным недостатком данных конструкций, ограничивающих возможности увеличения поперечных размеров и единичной мощности слоевого агрегата. Shaft furnaces for PPZh using the Midrex method (KhiL or others) are known, equipped with devices for supplying reducing gas to the working space from the periphery and peripheral gas vents for removing exhaust gas from the above-layer (blast-furnace) space of the furnace [1, 2]. The preferential distribution of gas along the periphery of the layer leads to non-uniformity in the quality of the metallized product and is a significant drawback of these designs, limiting the possibilities of increasing the transverse dimensions and unit capacity of the layer unit.
Известна конструкция шахтной печи для ППЖ, принятая за прототип [3], где общий поток восстановительного газа разделен на два рукава, образуя два кольцевых трубопровода с передачей газа через каналы (два яруса фурм) в шахтную печь. Однако здесь нет рычагов перераспределения газопотоков, и остается проблемой неоднородность термообработки шихты (на периферии и в центре слоя). Поэтому необходимо расширить возможности управления процессом металлизации в шахтной печи для равномерности качества металлизованного продукта. A shaft furnace design for PPZh is known, adopted as a prototype [3], where the total flow of reducing gas is divided into two sleeves, forming two ring pipelines with gas transfer through channels (two tiers of tuyeres) into the shaft furnace. However, there are no levers for redistributing gas flows, and the non-uniformity of the heat treatment of the charge (at the periphery and in the center of the layer) remains a problem. Therefore, it is necessary to expand the possibilities for controlling the metallization process in the shaft furnace for uniformity of the quality of the metallized product.
В основу первого из группы изобретений поставлена задача усовершенствования способа прямого получения железа путем увеличения расхода восстановительного газа для равномерности термообработки слоя шихты по сечению шахтной печи, что достигается подводом в шахтную печь двух автономных потоков восстановительных газов, при этом соотношение расходов этих потоков составляет 3,0-6,0. В промежуточную зону шахтной печи вводят подогретый природный газ с соотношением его расхода к общему расходу природного газа на шахтную печь 0,12-0,17. Равномерность газораспределения в верхней части слоя шихты обеспечивают дополнительным газоотводом-байпасом (одним или несколькими). The first of the group of inventions is based on the task of improving the method of direct iron production by increasing the consumption of reducing gas for uniform heat treatment of the charge layer across the cross-section of the shaft furnace, which is achieved by feeding two autonomous flows of reducing gases into the shaft furnace, with the flow rate ratio of these flows being 3.0-6.0. Heated natural gas is introduced into the intermediate zone of the shaft furnace with a flow rate ratio to the total natural gas consumption in the shaft furnace of 0.12-0.17. Uniform gas distribution in the upper part of the charge layer is ensured by an additional gas outlet-bypass (one or more).
В основу второго из группы изобретений поставлена задача усовершенствования шахтной печи путем размещения на нижней границе зоны металлизации двуярусного фурменного пояса для двух автономных потоков восстановительных газов, при этом расстояние между ними составляет 0,1-0,2 от высоты зоны металлизации. Нижняя часть промежуточной зоны шахтной печи оборудована трубопроводами природного газа (двумя или несколькими), соединенными с конусным устройством перераспределения потоков газ – материал (от центра к периферии). В верхней части слоя шихты располагают дополнительный газоотвод-байпас (один или несколько), соединяя надслоевое рабочее пространство шахтной печи с трубопроводом колошникового газа.The second invention in the group is based on the task of improving the shaft furnace by placing a two-tier tuyere belt for two autonomous flows of reducing gases on the lower boundary of the metallization zone, with the distance between them being 0.1-0.2 of the height of the metallization zone. The lower part of the intermediate zone of the shaft furnace is equipped with natural gas pipelines (two or more) connected to a conical device for redistributing gas-material flows (from the center to the periphery). An additional gas outlet-bypass (one or more) is located in the upper part of the charge layer, connecting the above-layer working space of the shaft furnace with the blast-furnace gas pipeline.
Первая поставленная задача решается тем, что в способе прямого получения железа, включающем загрузку шихты в шахтную печь, подвод в шахтную печь восстановительных газов, фильтрацию потоков технологических газов через слой шихты, нагрев и термохимическую обработку шихты в противотоке, отвод из шахтной печи колошникового газа, выгрузку восстановленного железа из шахтной печи, согласно изобретению, подвод в шахтную печь восстановительных газов осуществляют через два автономных потока восстановительных газов: поток 1 (температура 920-970°С, η = 9,0-11,0) и поток 2 (температура 950-1050°С, η = 7,0-9,0), при этом соотношение их расходов составляет 3,0-6,0, в промежуточную зону шахтной печи вводят подогретый до 400°С природный газ с соотношением его расхода к общему расходу природного газа на шахтную печь 0,12-0,17, равномерность газораспределения в верхней части слоя шихты обеспечивают дополнительным газоотводом-байпасом (одним или несколькими).The first set task is solved in that in the method of direct iron production, including loading the charge into a shaft furnace, supplying reducing gases to the shaft furnace, filtering the process gas flows through the charge layer, heating and thermochemically treating the charge in countercurrent, removing blast furnace gas from the shaft furnace, unloading reduced iron from the shaft furnace, according to the invention, the supply of reducing gases to the shaft furnace is carried out through two autonomous flows of reducing gases: flow 1 (temperature 920-970°C, η = 9.0-11.0) and flow 2 (temperature 950-1050°C, η = 7.0-9.0), while the ratio of their consumption is 3.0-6.0, natural gas heated to 400°C is introduced into the intermediate zone of the shaft furnace with a ratio of its consumption to the total consumption of natural gas in the shaft furnace of 0.12-0.17, the uniformity Gas distribution in the upper part of the charge layer is provided by an additional gas bypass (one or more).
Заявленный способ обеспечивает увеличение объема восстановительных газов на 15-30% с его фильтрацией к центру печи, тем самым повышается равномерность термообработки шихты. The claimed method ensures an increase in the volume of reducing gases by 15-30% with its filtration to the center of the furnace, thereby increasing the uniformity of the heat treatment of the charge.
Вторая поставленная задача решается тем, что в шахтной печи, содержащей шахту, устройства загрузки, разгрузки шихты, подвода восстановительных газов в рабочие зоны шахтной печи, а также отвода колошникового газа из слоя шихты, согласно изобретению, на нижней границе зоны металлизации размещают двуярусный фурменный пояс для двух автономных потоков восстановительных газов, при этом расстояние между ними составляет 0,1-0,2 от высоты зоны металлизации, кроме того, шахтная печь в нижней части промежуточной зоны оборудована трубопроводами природного газа (двумя или несколькими), соединенными с конусным устройством перераспределения потоков газ – материал (от центра к периферии), в верхней части слоя шихты располагают дополнительный газоотвод-байпас (один или несколько), соединяя надслоевое рабочее пространство шахтной печи с трубопроводом колошникового газа.The second set task is solved in that in a shaft furnace containing a shaft, devices for loading, unloading the charge, supplying reducing gases to the working zones of the shaft furnace, as well as removing blast furnace gas from the charge layer, according to the invention, a two-tier tuyere belt for two autonomous flows of reducing gases is placed on the lower boundary of the metallization zone, wherein the distance between them is 0.1-0.2 of the height of the metallization zone, in addition, the shaft furnace in the lower part of the intermediate zone is equipped with natural gas pipelines (two or more), connected to a conical device for redistributing gas-material flows (from the center to the periphery), in the upper part of the charge layer an additional gas outlet-bypass (one or more) is placed, connecting the above-layer working space of the shaft furnace with the blast furnace gas pipeline.
Благодаря предложенной конструкции шахтной печи улучшается равномерность термообработки шихты от периферии к центру печи.The proposed design of the shaft furnace improves the uniformity of heat treatment of the charge from the periphery to the center of the furnace.
Сущность изобретения поясняется фигурой, где 1 – шахта шахтной печи, 2 – зона восстановления, 3 – промежуточная зона, 4 – конусообразное устройство, 5 – выгрузка металлизованного продукта (на брикетирование и/или на охлаждение), 6 – трубопровод с природным газом, 7 – первый ярус двуярусного фурменного пояса, 8 – второй ярус двуярусного фурменного пояса, 9 – трубы загрузки шихты, 10 – дополнительный газоотвод-байпас, 11 – трубопровод колошникового газа.The essence of the invention is explained by the figure, where 1 is a shaft furnace shaft, 2 is a reduction zone, 3 is an intermediate zone, 4 is a cone-shaped device, 5 is an unloading of the metallized product (for briquetting and/or cooling), 6 is a pipeline with natural gas, 7 is the first tier of a two-tier tuyere belt, 8 is the second tier of a two-tier tuyere belt, 9 are batch loading pipes, 10 is an additional gas outlet-bypass, 11 is a blast furnace gas pipeline.
Заявленный способ реализуется следующим образом.The claimed method is implemented as follows.
Железорудная шихта (окисленные окатыши) по трубам 9 загрузки шихты опускается в шахту 1 печи, образуя плотный слой шихты, который движется вниз под воздействием гравитационных сил, последовательно проходя все зоны печи для термообработки технологическими газами. Первоначально слой шихты опускается в зону восстановления 2, взаимодействуя с потоком 1 восстановительного газа с температурой, равной 920-970°С, η = 9,0-11,0, который подается из реформера пароуглекислотной конверсии природного газа через первый ярус 7 двуярусного фурменного пояса. После этого слой шихты опускается ниже и взаимодействуют с потоком 2 восстановительного газа с температурой, равной 950-1050°С, η = 7,0-9,0, который подается из реактора парокислородной конверсии природного газа. Шихта нагревается и восстанавливается. При этом соотношение расходов восстановительных газов потока 1 и потока 2 составляет 3,0-6,0. Затем шихта опускается в промежуточную зону 3, куда по трубопроводу 6 (двум или нескольким) подается подогретый до 400°С природный газ, который выходит из конусообразного устройства 4 к периферии печи. При этом соотношение расхода природного газа, подаваемого по трубопроводу 6 (двум или нескольким), к общему расходу природного газа на шахтную печь составляет 0,12-0,17. В промежуточной зоне 3 происходит науглероживание шихты. После науглероживания полученный металлизованный продукт (губчатое железо) поступает на брикетирование и/или на охлаждение. Равномерность газораспределения в верхней части слоя шихты обеспечивают дополнительным газоотводом-байпасом 10 (одним или несколькими) отработанного газа, который соединен с трубопроводом колошникового газа 11.The iron ore charge (oxidized pellets) is lowered through charge loading pipes 9 into the furnace shaft 1, forming a dense charge layer, which moves downwards under the action of gravitational forces, successively passing all furnace zones for heat treatment with process gases. Initially, the charge layer is lowered into the reduction zone 2, interacting with the flow 1 of reducing gas with a temperature of 920-970 °C, η = 9.0-11.0, which is fed from the steam-carbon dioxide reformer of natural gas through the first tier 7 of the two-tier tuyere belt. After that, the charge layer is lowered lower and interacts with the flow 2 of reducing gas with a temperature of 950-1050 °C, η = 7.0-9.0, which is fed from the steam-oxygen reformer of natural gas. The charge is heated and reduced. In this case, the ratio of the consumption of reducing gases of stream 1 and stream 2 is 3.0-6.0. Then the charge is lowered into the intermediate zone 3, where natural gas heated to 400°C is fed through pipeline 6 (two or more), which exits from the cone-shaped device 4 to the periphery of the furnace. In this case, the ratio of the consumption of natural gas fed through pipeline 6 (two or more) to the total consumption of natural gas for the shaft furnace is 0.12-0.17. In the intermediate zone 3, carburization of the charge occurs. After carburization, the obtained metallized product (sponge iron) is fed for briquetting and/or cooling. Uniformity of gas distribution in the upper part of the charge layer is ensured by an additional gas outlet-bypass 10 (one or more) of the exhaust gas, which is connected to the blast furnace gas pipeline 11.
Заявленная шахтная печь работает следующим образом.The claimed shaft furnace operates as follows.
Железорудная шихта (окисленные окатыши) по трубам 9 загрузки шихты опускается в шахту 1 печи. Первоначально слой шихты опускается в зону восстановления 2, взаимодействуя с потоком 1 и потоком 2 восстановительного газа. Шихта нагревается и восстанавливается. Затем шихта опускается в промежуточную зону 3, куда по трубопроводу 6 (двум или нескольким) подается подогретый природный газ, который выходит из конусообразного устройства 4 к периферии печи. В промежуточной зоне 3 происходит науглероживание шихты. После науглероживания полученный металлизованный продукт (губчатое железо) поступает на брикетирование и/или на охлаждение. Дополнительным газоотводом-байпасом 10 (одним или несколькими) отработанного газа обеспечивают равномерность газораспределения в верхней части слоя шихты, который соединен с трубопроводом колошникового газа 11.The iron ore charge (oxidized pellets) is lowered into the furnace shaft 1 through charge loading pipes 9. Initially, the charge layer is lowered into the reduction zone 2, interacting with flow 1 and flow 2 of the reducing gas. The charge is heated and reduced. Then the charge is lowered into the intermediate zone 3, where heated natural gas is supplied through pipeline 6 (two or more), which exits from the cone-shaped device 4 to the periphery of the furnace. In the intermediate zone 3, the charge is carburized. After carburization, the resulting metallized product (sponge iron) is fed for briquetting and/or cooling. An additional gas outlet-bypass 10 (one or more) of the exhaust gas ensures uniform gas distribution in the upper part of the charge layer, which is connected to the blast-furnace gas pipeline 11.
Изобретение отличается от известных методов управления процессом металлизации возможностью организовать оптимальное распределение материальных потоков для крупных шахтных печей повышенной мощности, обеспечив на этом крупномасштабное производство губчатого железа. The invention differs from known methods of controlling the metallization process by the possibility of organizing the optimal distribution of material flows for large shaft furnaces of increased capacity, thereby ensuring large-scale production of sponge iron.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВLIST OF USED SOURCES
1. Юсфин Ю.С., Пашков Н.Ф. Металлургия железа: учебник для вузов – М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. – 464 с. 1. Yusfin Yu.S., Pashkov N.F. Iron metallurgy: textbook for universities – M.: ITC “Akademkniga”, 2007. – 464 p.
2. Пчелкин С.А., Юртаев А.А. Газовщик шахтной печи металлизации. М.: Металлургия, 1991. – 127 с.2. Pchelkin S.A., Yurtaev A.A. Gasman of a shaft metallization furnace. Moscow: Metallurgy, 1991. – 127 p.
3. Патент DE 102006062689 B4, C21B 13/02, 2009. – Шахтная печь для прямого восстановления оксидов железа.3. Patent DE 102006062689 B4, C21B 13/02, 2009. – Shaft furnace for direct reduction of iron oxides.
Claims (6)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2843646C1 true RU2843646C1 (en) | 2025-07-17 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU520402A1 (en) * | 1975-03-11 | 1976-09-17 | Химико-Металлургический Институт Ан Казахской Сср | Cokeless liquid metal production method |
| DE102006062689B4 (en) * | 2006-12-21 | 2009-01-22 | Mines And Metals Engineering Gmbh (M.M.E.) | Shaft furnace for the direct reduction of iron oxide |
| CN115976296A (en) * | 2022-12-21 | 2023-04-18 | 东北大学 | Hydrogen metallurgy system and method for recycling reducing gas |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU520402A1 (en) * | 1975-03-11 | 1976-09-17 | Химико-Металлургический Институт Ан Казахской Сср | Cokeless liquid metal production method |
| DE102006062689B4 (en) * | 2006-12-21 | 2009-01-22 | Mines And Metals Engineering Gmbh (M.M.E.) | Shaft furnace for the direct reduction of iron oxide |
| CN115976296A (en) * | 2022-12-21 | 2023-04-18 | 东北大学 | Hydrogen metallurgy system and method for recycling reducing gas |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2642252C1 (en) | System and method for reducing powder iron ore in fluidized bed | |
| US9273368B2 (en) | Process for direct reduction of iron oxide | |
| RU2637043C1 (en) | System and method for reducing powder iron ore in fluidized bed | |
| US4374585A (en) | Apparatus for the direct reduction of iron ores | |
| RU2158769C2 (en) | Three-stage gear for reduction of fine-grain iron ore in fluidized layer | |
| US4002422A (en) | Packed bed heat exchanger | |
| RU2843646C1 (en) | Method of direct production of iron and shaft furnace for implementation thereof | |
| US3214264A (en) | Treatment of metal oxides | |
| JP3342670B2 (en) | Manufacturing method of iron carbide | |
| RU2831986C1 (en) | Method of controlling gas flows in shaft furnace | |
| US3904397A (en) | Method for reducing metal ores | |
| Lüngen et al. | History, developments and processes of direct reduction of iron ores | |
| JP2010159474A (en) | Method of finish heat treatment for iron powder and apparatus therefor | |
| US1815899A (en) | Method for the treatment of iron ore | |
| RU2843785C1 (en) | Method of direct production of iron and shaft furnace for its implementation | |
| RU2831949C1 (en) | Shaft furnace with top gas-distributing device | |
| EP3269830A1 (en) | Method for the reduction smelting of steel and apparatus for carrying out said method | |
| US2891846A (en) | Furnace structure | |
| CN106834582A (en) | Hot charging gas-based shaft kiln system and method | |
| US3827878A (en) | Methods and apparatus for the reduction of metal ores,particularly iron ores | |
| US3877868A (en) | Shaft furnace for treating pelletized materials | |
| CA1185437A (en) | Method and apparatus for the reduction of metal ores | |
| US20070137436A1 (en) | Method for the thermal treatment of raw materials and a device for carrying out said method | |
| US2997383A (en) | Ore reduction | |
| US4042226A (en) | Method and apparatus for producing metallic iron pellets |