RU2843785C1 - Method of direct production of iron and shaft furnace for its implementation - Google Patents
Method of direct production of iron and shaft furnace for its implementationInfo
- Publication number
- RU2843785C1 RU2843785C1 RU2024126583A RU2024126583A RU2843785C1 RU 2843785 C1 RU2843785 C1 RU 2843785C1 RU 2024126583 A RU2024126583 A RU 2024126583A RU 2024126583 A RU2024126583 A RU 2024126583A RU 2843785 C1 RU2843785 C1 RU 2843785C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- furnace
- zone
- charge
- shaft 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 способами Мидрекс, ХиЛ или другие, 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]. Shaft furnaces for reducing the refining capacity using the Midrex, HiL or other methods 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-bed (blast-furnace) space of the furnace [1, 2].
Известна конструкция шахтной печи, как ближайший аналог [3], где общий поток реформированного газа разделен на два яруса ввода через наклонные фурмы с различным высовом в слой шихты. Хотя удлинение фурм (в случаях повышения слипаемости губчатого железа – ГЖ), могут привести к образованию настылей и остановок шихты. The design of a shaft furnace is known as the closest analogue [3], where the total flow of reformed gas is divided into two tiers of input through inclined tuyeres with different projections into the layer of charge. Although the extension of tuyeres (in cases of increased adhesion of sponge iron - GI) can lead to the formation of crusts and stoppages of the charge.
Также известен способ и система подачи горячего железа прямого восстановления для многочисленных потребителей [4] (принятые за прототип), где поток горячего железа из шахтной печи поступает на брикетирование и/или транспортировку в плавильную печь. Однако здесь нет метода охлаждения ГЖ, необходимого для его транспортировки потребителям или хранения на складе. Also known is a method and system for supplying hot direct reduced iron to multiple consumers [4] (adopted as a prototype), where the hot iron flow from the shaft furnace is fed to briquetting and/or transportation to the smelting furnace. However, there is no method for cooling the GR required for its transportation to consumers or storage in a warehouse.
Целью изобретения является рост производства и улучшение качества металлизованного продукта за счет рационального перераспределения материальных потоков шахтной печи.The aim of the invention is to increase production and improve the quality of the metallized product through rational redistribution of material flows in a shaft furnace.
Поставленная цель достигается тем, что способ прямого получения железа, включает подвод в шахтную печь и фильтрацию потоков технологических газов через слой железорудных окатышей (шихты), нагрев и термохимическую обработку шихты в противотоке, а также отвод отработанных газов и выгрузку металлизованного продукта из шахтной печи. В зону восстановления вводят реформированный газ (удельный расход 1,5-1,7 тыс. нм3/т ГЖ, совместно с перетоком газа-восстановителя из промежуточной зоны) для проведения процесса металлизации шихты. После чего, отработанный газ выходит из слоя шихты в трубопровод колошникового газа (температура 300-500°С, η = 1,5-2,5).The stated objective is achieved by the fact that the method of direct iron production includes the supply to the shaft furnace and filtration of process gas flows through a bed of iron ore pellets (charge), heating and thermochemical treatment of the charge in countercurrent, as well as the removal of exhaust gases and unloading of the metallized product from the shaft furnace. Reformed gas is introduced into the reduction zone (specific consumption of 1.5-1.7 thousand nm3 /t of GF, together with the overflow of reducing gas from the intermediate zone) to carry out the process of charge metallization. After that, the exhaust gas leaves the charge layer into the blast furnace gas pipeline (temperature 300-500 °C, η = 1.5-2.5).
Существует способ, в котором для довосстановления и науглероживания шихты в промежуточную зону печи вводят природный газ (ПГ) (для пиролиза и внутрипечной конверсии углеводородов c их удельным расходом 0,1-0,2 тыс. нм3/т ГЖ совместно с перетоком конвертированного или охлаждающего газов из нижней части печи).There is a method in which natural gas (NG) is introduced into the intermediate zone of the furnace for additional reduction and carburization of the charge (for pyrolysis and in-furnace conversion of hydrocarbons with their specific consumption of 0.1-0.2 thousand nm3 /t NG together with the flow of converted or cooling gases from the lower part of the furnace).
Существует способ, в котором для повторного нагрева металлизованных окатышей, подводят в печь конвертированный газ (продукты кислородной конверсии ПГ) с увеличением общего расхода газа-восстановителя на 4-7 % и роста производительности шахтной печи на 5-7 %.There is a method in which, to reheat metallized pellets, converted gas (products of oxygen conversion of natural gas) is supplied to the furnace, increasing the total consumption of reducing gas by 4-7% and increasing the productivity of the shaft furnace by 5-7%.
Существует способ, в котором для охлаждения металлизованного продукта в нижнюю часть печи подводят охлаждающий газ (с удельным расходом, 0,5-0,7 тыс. нм3/т ГЖ), при этом подвод конвертированного газа для повторного нагрева металлизованного продукта полностью отключен.There is a method in which a cooling gas (with a specific flow rate of 0.5-0.7 thousand nm3 /t GC) is supplied to the lower part of the furnace to cool the metallized product, while the supply of converted gas for reheating the metallized product is completely disconnected.
Для осуществления вышеуказанного способа предложен вариант конструкции шахтной печи, содержащей шахту, устройства загрузки, разгрузки шихты, подвода технологических газов в рабочие зоны шахтной печи, а также отвода отработанных газов и выгрузку металлизованного продукта из шахтной печи. Для улучшения газораспределения в зоне восстановления на его нижней границе находится двуярусный фурменный пояс для ввода реформированного газа, при этом расстояние между ярусами составляет 0,04-0,08 от высоты зоны восстановления (НЗВ).To implement the above method, a variant of the shaft furnace design is proposed, comprising a shaft, devices for loading, unloading the charge, supplying process gases to the working zones of the shaft furnace, as well as removing exhaust gases and unloading the metallized product from the shaft furnace. To improve gas distribution in the reduction zone, a two-tier tuyere belt for introducing reformed gas is located at its lower boundary, while the distance between the tiers is 0.04-0.08 of the reduction zone height (H ZV ).
Существует вариант конструкции шахтной печи, в которой для увеличения рабочего объема зоны восстановления на 10-12 % она оборудована трубопроводом колошникового газа, расположенным на куполе шахты соосно и соединенным с надслоевым (колошниковым) пространством шахтной печи. Трубы загрузки шихты проходят сквозь купол до уровня засыпи на расстоянии от уровня купола 0,3-0,5 радиуса шахты.There is a variant of the shaft furnace design, in which, in order to increase the working volume of the reduction zone by 10-12%, it is equipped with a blast furnace gas pipeline located coaxially on the shaft dome and connected to the above-layer (blast furnace) space of the shaft furnace. The batch loading pipes pass through the dome to the backfill level at a distance from the dome level of 0.3-0.5 of the shaft radius.
Существует вариант конструкции шахтной печи, которая оборудована дроссельными регулирующими устройствами, установленными на трубопроводе конвертированного газа и в трубопроводах охлаждающего газа, необходимых для повторного нагрева или охлаждения металлизованного продукта.There is a variant of the shaft furnace design which is equipped with throttle control devices installed on the converted gas pipeline and in the cooling gas pipelines required for reheating or cooling the metallized product.
Существует вариант конструкции шахтной печи, которая оборудована системой шиберов для перераспределения потоков ГЖ при выгрузке из печи: на горячее брикетирование, на выплавку стали в электропечах, либо холодным его транспортируют потребителям или на склад.There is a design option for a shaft furnace that is equipped with a damper system for redistributing the flow of flammable liquid when unloading from the furnace: for hot briquetting, for steel smelting in electric furnaces, or it is transported cold to consumers or to a warehouse.
На фиг. 1 изображена конструкция шахтной печи, которая включает многозонную шахтную печь 1, включая зону восстановления 2, промежуточную зону 3, зону повторного нагрева 5 и зоны охлаждения 9 ГЖ с выгрузкой металлизованного продукта по трем основным потокам: для выплавки стали 12, для горячего брикетирования 13 (HBI), для транспортировки потребителям и/или на склад 14 (CDRI). Шахтная печь 1 содержит устройства загрузки шихты с загрузочными трубами 18, газораспределительные устройства (состоящие из коллектора и двуярусного фурменного пояса 17) для подачи реформированного газа в зону восстановления 2, ПГ подается через фурмы 4 в промежуточную зону 3, конвертированный газ подается (продукты газокислородной конверсии) через фурмы 6 в зону повторного нагрева 5 и охлаждающий газ подается через фурмы 10 в зону охлаждения 9. Клапаны 15, 16 и газоотвод 8 охлаждающего газа должны быть закрыты в режиме горячего брикетирования ГЖ (открыт клапан 7) или открыты те же позиции (15, 16 и 8) в режиме охлаждении ГЖ (закрыт клапан 7).Fig. 1 shows the design of a shaft furnace, which includes a multi-zone shaft furnace 1, including a reduction zone 2, an intermediate zone 3, a reheating zone 5 and cooling zones 9 of the GM with the unloading of the metallized product along three main streams: for steel smelting 12, for hot briquetting 13 (HBI), for transportation to consumers and/or to a warehouse 14 (CDRI). Shaft furnace 1 contains charge loading devices with loading pipes 18, gas distribution devices (consisting of a collector and a two-tier tuyere belt 17) for feeding reformed gas into reduction zone 2, NG is fed through tuyeres 4 into intermediate zone 3, converted gas is fed (gas-oxygen conversion products) through tuyeres 6 into reheating zone 5 and cooling gas is fed through tuyeres 10 into cooling zone 9. Valves 15, 16 and gas outlet 8 of cooling gas must be closed in the hot briquetting mode of FL (valve 7 is open) or the same positions (15, 16 and 8) are open in the cooling mode of FL (valve 7 is closed).
Способ прямого получения железа в шахтной печи осуществляется следующим образом. The method of direct production of iron in a shaft furnace is carried out as follows.
Холодный железорудный материал (окисленные окатыши) по загрузочным трубам 18 опускается в шахтную печь 1, образуя плотный слой шихты, который движется вниз под действуем гравитационных сил, последовательно проходя все зоны обработки технологическими газопотоками с образованием ГЖ. При этом реформированный газ (с температурой 900-950°С) посредством газораспределительных устройств (через коллектор и двуярусный фурменный пояс 17) вводится в зону восстановления 2 (где температура составляет 840-980°С), фильтруется через слой шихты, взаимодействует с ним (нагрев и восстановление шихты) и выводится из шахтной печи 1 через купол по центральному газоотводу колошникового газа 19. Cold iron ore material (oxidized pellets) is lowered into shaft furnace 1 through loading pipes 18, forming a dense layer of charge, which moves downwards under the action of gravitational forces, successively passing all processing zones by technological gas flows with the formation of GR. In this case, reformed gas (with a temperature of 900-950 °C) is introduced into reduction zone 2 (where the temperature is 840-980 °C) by means of gas distribution devices (through a collector and a two-tier tuyere belt 17), is filtered through the charge layer, interacts with it (heating and reduction of the charge) and is removed from shaft furnace 1 through the dome through the central blast furnace gas outlet 19.
Затем, в промежуточной зоне 3 шахтной печи 1, происходит подача ПГ (температура которого составляет 5-400°С) через фурмы 4 и его фильтрация через слой горячей шихты путем нагрева и пиролиза его углеводородов (c их удельным расходом 0,1-0,2 тыс. нм3/т ГЖ) с образованием углерода и водорода по уравнению (1). При этом ПГ и продукты пиролиза взаимодействуют в слое шихты с учетом довосстановления оксидов железа по уравнению (2), а также науглероживания ГЖ с получением цементита по уравнению (3) и небольшим выделением сажи по уравнению (1) в слое и порах шихты:Then, in the intermediate zone 3 of the shaft furnace 1, the NG (the temperature of which is 5-400°C) is fed through the tuyeres 4 and is filtered through the hot charge layer by heating and pyrolysis of its hydrocarbons (with their specific consumption of 0.1-0.2 thousand nm3 /t of GF) with the formation of carbon and hydrogen according to equation (1). In this case, the NG and the pyrolysis products interact in the charge layer, taking into account the additional reduction of iron oxides according to equation (2), as well as the carburization of GF with the production of cementite according to equation (3) and a small release of soot according to equation (1) in the layer and pores of the charge:
СН4 → С + 2Н2 (1) CH 4 → C + 2H 2 (1)
FeO + H2 = Fe + H2O (2) FeO + H2 = Fe + H2O (2)
3Fe + СН4 = Fe3C + 2H2 (3)3Fe + CH 4 = Fe 3 C + 2H 2 (3)
Кроме этого, в зону повторного нагрева 5 подают (через клапан 7) конвертированный газ (в виде продуктов кислородной конверсии ПГ с температурой 750-900°С) без охлаждения ГЖ (закрыты клапаны 15, 16 охлаждающего газа). Там протекает процесс довосстановления оксидов железа по уравнению (2), а затем в промежуточной зоне 3 идут реакции по уравнению (4, 5) внутрипечной конверсии:In addition, converted gas (in the form of products of oxygen conversion of natural gas with a temperature of 750-900°C) is fed into the reheating zone 5 (through valve 7) without cooling the liquefied gas (cooling gas valves 15, 16 are closed). There, the process of additional reduction of iron oxides takes place according to equation (2), and then in the intermediate zone 3, reactions occur according to equation (4, 5) of intra-furnace conversion:
СН4 + СO2 = 2СО + 2Н2 (4)CH 4 + CO 2 = 2CO + 2H 2 (4)
СН4 + H2O = СО + 3Н2 (5) CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 (5)
В результате, увеличивается (на 4-7 %) общий расход газа-восстановителя и возрастает (на 5-7 %) производительность шахтной печи 1.As a result, the total consumption of reducing gas increases (by 4-7%) and the productivity of shaft furnace 1 increases (by 5-7%).
В случае охлаждения металлизованного полупродукта открывают клапаны 15, 16 зоны охлаждения 9 и подают охлаждающий газ (с удельным расходом, 0,5-0,7 тыс. нм3/т ГЖ), притом отключают подачу конвертированного газа в зону повторного нагрева 5, закрыв клапан 7.In the case of cooling the metallized semi-finished product, valves 15, 16 of the cooling zone 9 are opened and cooling gas is supplied (with a specific flow rate of 0.5-0.7 thousand nm3 /t of GC), while the supply of converted gas to the reheating zone 5 is turned off by closing valve 7.
После зоны охлаждения 9 металлизованный полупродукт (горячий или охлажденный) движется вниз на разгрузочный стол 11, а затем его направляют на выплавку стали 12, на горячее брикетирование 13 (HBI), либо холодным 14 его транспортируют потребителям или на склад (CDRI).After the cooling zone 9, the metallized semi-finished product (hot or cooled) moves down to the unloading table 11, and then it is sent to steel smelting 12, to hot briquetting 13 (HBI), or cold 14 it is transported to consumers or to a warehouse (CDRI).
Изобретение отличается от известных способов и устройств шахтных печей лучшими условиями восстановления, а также созданием более рационального разделения губчатого железа по заданным направлениям для установок повышенной мощности, обеспечив этим крупномасштабное производство металлизованных окатышей и ГБЖ для выплавки качественных сталей. The invention differs from known methods and devices for shaft furnaces by better conditions for reduction, as well as the creation of a more rational separation of sponge iron in specified directions for high-power installations, thereby ensuring large-scale production of metallized pellets and HBI for smelting high-quality steels.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВLIST OF USED SOURCES
1. Юсфин Ю.С., Пашков Н.Ф. Металлургия железа – М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. – 464 с. 1. Yusfin Yu.S., Pashkov N.F. Iron metallurgy - M.: ICC "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. АС SU 1268919 А1, F26B 1/16, C21B 13/00, 1984. /Боковиков Б.А., Червоткин В.В., Поволоцкий В.Ю. и др. – Газораспределительное устройство шахтной печи/.3. AS SU 1268919 A1, F26B 1/16, C21B 13/00, 1984. /Bokovikov B.A., Chervotkin V.V., Povolotsky V.Yu. etc. – Gas distribution device of a shaft furnace/.
4. Патент RU 2434948 C2, C21B 13/14, 2008. Метьюс Г.Э., Монтаг С.К., Какалей Р. (US, Midrex) – Способ и система подачи горячего железа прямого восстановления для многочисленных потребителей. 4. Patent RU 2434948 C2, C21B 13/14, 2008. Matthews G.E., Montag S.K., Kakaley R. (US, Midrex) – Method and system for feeding hot direct reduced iron to multiple consumers.
Claims (7)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2843785C1 true RU2843785C1 (en) | 2025-07-18 |
Family
ID=
Citations (5)
| 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 |
| SU1268919A1 (en) * | 1984-04-28 | 1986-11-07 | Всесоюзный научно-исследовательский институт металлургической теплотехники | Shaft furnace gas distribution arrangement |
| 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 |
| RU2434948C2 (en) * | 2007-04-02 | 2011-11-27 | Мидрекс Текнолоджиз, Инк. | Procedure and system for supply of hot iron of direct reduction for numerous consumers |
| CN115976296A (en) * | 2022-12-21 | 2023-04-18 | 东北大学 | Hydrogen metallurgy system and method for recycling reducing gas |
Patent Citations (5)
| 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 |
| SU1268919A1 (en) * | 1984-04-28 | 1986-11-07 | Всесоюзный научно-исследовательский институт металлургической теплотехники | Shaft furnace gas distribution arrangement |
| 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 |
| RU2434948C2 (en) * | 2007-04-02 | 2011-11-27 | Мидрекс Текнолоджиз, Инк. | Procedure and system for supply of hot iron of direct reduction for numerous consumers |
| CN115976296A (en) * | 2022-12-21 | 2023-04-18 | 东北大学 | Hydrogen metallurgy system and method for recycling reducing gas |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КУРУНОВ И.Ф. и др. Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа. - М.: Черметинформация, 2002, с.43-50. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4045214A (en) | Method for producing steel | |
| US4007034A (en) | Method for making steel | |
| CN103261446B (en) | Method and apparatus for producing direct reduced iron using a reducing gas source containing hydrogen and CO | |
| JP2024535909A (en) | How to operate a blast furnace plant | |
| EP0459810B1 (en) | Method and apparatus for the production of hot direct reduced iron | |
| CN115449579B (en) | A low-carbon smelting reduction ironmaking method and device | |
| CN104673954A (en) | Direct-reduction ironmaking method and system for iron-containing mineral powder | |
| US20160168652A1 (en) | Desulfurization of gases in the production of pig iron | |
| CN115491453B (en) | A PLCsmelt smelting reduction ironmaking method and device | |
| RU2843785C1 (en) | Method of direct production of iron and shaft furnace for its implementation | |
| EP4288571B1 (en) | Bleed-off gas recovery in a direct reduction process | |
| US6602317B2 (en) | Method and apparatus for controlling temperature uniformity of the burden in a direct reduction shaft furnace | |
| Lüngen et al. | History, developments and processes of direct reduction of iron ores | |
| US2865734A (en) | Treatment of metal-containing materials | |
| KR20180071373A (en) | Liquid pig iron manufacturing method | |
| US3964898A (en) | Process for batch production of sponge iron | |
| US1815899A (en) | Method for the treatment of iron ore | |
| US6132489A (en) | Method and apparatus for reducing iron-oxides-particles having a broad range of sizes | |
| CA1075913A (en) | Method and apparatus for producing metallic iron particles | |
| CN117568547B (en) | Ore hot-charging composite blowing gas-based direct reduction iron-making method and device | |
| US2750278A (en) | Smelting process | |
| US3661553A (en) | Process for reducing oxygen content of oxidic mineral ore | |
| RU2843646C1 (en) | Method of direct production of iron and shaft furnace for implementation thereof | |
| CN115305305A (en) | Self-heating gas-based shaft furnace direct reduction method and reduction device | |
| CN115298332A (en) | Method and system for increasing the carbon content of direct reduced iron in a reduction furnace |