Виробництво губчастого заліза

Процес Хіл розроблений в 1957 р фірмою Окалата і Ламина (Мексика).

Технологія отримання губчастого заліза полягає у відновленні залізорудного матеріалу в періодично діючих ретортах газом, який отримують при парової конверсії природного газу. Відновлення ведеться в нерухомому шарі кусковий руди або окатишів при надмірному тиску 0,35 - 0,4 МПа і температурі 870 - 1040 о С. Нагрівання руди і компенсація теплових втрат процесу здійснюють за рахунок фізичного тепла відновного газу, який нагрівають до 980 - 1240 про С.

Відновлення в нерухомому шарі обумовлює циклічний характер процесу, який складається з послідовно виконуваних операцій завантаження, нагріву і відновлення, охолодження і вивантаження губчастого заліза.

На малюнку 5.3 показана схема стаціонарної реторти з кришкою і відкидним днищем. Завантаження руди в реторту здійснюється по похилому жолобу з бункера, ємність якого дорівнює ємності реторти. Після закінчення виробничого циклу губчасті залізні вивантажується за допомогою спеціального механізму, який переміщається уздовж фронту реторт на самохідному візку. При цьому різець, який переміщається вертикально вгору за допомогою гідроциліндра, висвердлює в шарі губчастого заліза отвір, через яке разом з різцем піднімаються скребки-важелі, які при обертанні навколо вертикальної осі вивантажують губчасті залізні з реторти. У міру вивантаження губчастого заліза вісь циліндра з різцем і важелями опускається. Губчасті залізні потрапляє на жолоб і далі надходить на горизонтальний збірний конвеєр, який транспортує його в сталеплавильний цех.

Малюнок 5.3 - Конструкція реторти: 1 - гідравлічний циліндр; 2 - візок; 3 - привід; 4 - кожух; 5 - кришка; 6 - завантажувальна горловина; 7 - майданчик для обслуговування; 8 - різець з важелем для видалення губчастого заліза; 9 - губчасті залізні; 10 - футерування; 11 - механізм управління відкидним днищем; 12 - від-Кідну днище; 13 - розвантажувальний жолоб

Після закінчення розвантаження днище реторти очищається від дрібниці, закривається відкидне днище, завантажується нова порція руди і цикл повторюється.

В якості сировини використовують чисті руди, що містять не менше 60% заліза, розміром 12 - 50 мм. При температурі 870 - 1040 о С і витримці 4 - 6 годин середня ступінь металізації заліза становить 85%.

Так як процес відновлення руди ведеться в стаціонарному шарі, висота його обмежена. Це пояснюється тим, що в міру проходження через шар матеріалів температура відновного газу знижується. Це призводить до значної зміни умов відновлення по висоті шару і отримання губчастого заліза з нерівномірною ступенем металізації. Так, наприклад, в шарі відновленої руди висотою 1,5 м ступінь металізації змінюється від 96 до 73,2%.

У свою чергу використання стаціонарного шару порівняно невеликої висоти є причиною низького ступеня використання відновного газу. Тому процес ведуть в декількох ретортах, послідовно пропускаючи через них газ, що дозволяє збільшити ступінь використання відновного газу і скоротити його витрати.

Модулі процесу Хіл продуктивністю 200 тонн / доба складається їх п'яти реторт ємністю по 13,5 т руди. Установки продуктивністю 500 - 600 тонн / добу - чотири реторти по 115 т, а 700-тонна установка - чотири реторти ємністю 150 т кожна.

Технологічна схема виробництва ГР на установці продуктивністю 200 т / добу показана на малюнку 5.4, а на установках продуктивністю 500 - 700 тонн / добу - на малюнку 5.5.

Малюнок 5.4 - Схема установки продуктивністю 200 тонн / добу: 1 - десульфуранти природного газу; 2 - установка конверсії; 3 - барабан для виробництва пари; 4 - котел утилізатор; 5 - скрубер; 6 - нагрівач первинного газу; 7 - первинні реторти; 8 - скрубер для охолодження первинного газу; 9 - газоподогреватель вторинного газу; 10 - вторинні реторти; 11 - нагрівач вторинного газу; 12 - нагрівач внегазового циклу; 13 - реторта внегазового циклу; 14 - скрубер для охолодження відпрацьованих газів

Малюнок 5.5 - Схема установок продуктивністю 500 - 700 тонн / добу: 1 - десульфуранти природного газу; 2 - установка конверсії; 3 - котел-утилізатор; 4 - барабан для виробництва пари; 5 - повітряний охолоджувач; 6 - повітродувка; 7 - скрубер; 8 - повітронагрівач; 9 - завантажувальний бункер; 10 - нагрівач газу; 11 - реторти (I - IV); 12 - скрубер; 13 - конвеєр подачі руди; 14 - конвеєр прибирання губчастого заліза; 15 - збірний бункер губчастого заліза

Природний газ, що містить до 1,1 мг сірки на 1 м 3. попередньо нагрівають, після чого піддають знесірчення і направляють в апарат для парової конверсії.

Конверсія здійснюється перегрітою парою під тиском. Суміш попередньо нагрітого природного газу і пари надходить спершу в секцію конвективного теплообміну, а потім в секцію променистого теплообміну, в якій на нікелевому каталізаторі здійснюється процес конверсії. Гарячий конвертований газ містить,%: 57,8 Н2; 13,6 СО; 3,5 СН4; 4,5 СО2; 20,6 Н2 О. Такий газ характеризується наявністю великої кількості окислювачів, що погіршує його відновну здатність і препятсятвует безпосереднього використання для відновлення. Для підвищення відновної здатності газу з нього видаляють водяна пара. З цією метою газ охолоджують спершу в котлі-утилізатори, а після в скрубері до 30 - 40 о С. При утилізації тепла конвертованого газу проводиться 1,45 т пара на 1 т ГР.

Холодний відновний газ, содержщіх,%: 74 Н2; 13 СО; 8 СО2 і 5 СН4. після скрубера подається до реторти. Кожна з реторт обладнана спеціальними нагрівачами газу, які забезпечують температуру газу до 980 - 1240 о С, а також скрубером для очищення газу від водяної пари, що утворюється при відновленні.

На установці продуктивністю 200 тонн / добу осушене конвертований газ надходить в газонагрівач реторт I і II, в яких відновлюється руда. Після виходу з реторт газ охолоджують в скрубері для видалення водяної пари. Охолоджений газ направляють в нагрівачі реторт III і IV, в яких відбувається нагрівання і попереднє відновлення руди. В реторті V в цей час проводять операції вивантаження гарячого ГР і завантаження руди.

На установках продуктивністю 500 - 700 тонн / добу послідовність проходження відновного газу через реторти інша. Газ, що надходить з апарату конверсії, направляють спершу в реторту I. У якій відбувається охолодження ГР. При цьому газ нагрівається і незначно насичується вуглекислотою і водяною парою. Виходячи з реторти I, газ проходить через скрубер, після чого нагрівається в газонагрівач і надходить в реторту II з попередньо нагрітій і частково відновленої рудою. Відходить з реторти II газ після охолодження для видалення водяної пари і нагрівання до температури процесу надходить в реторту III зі свіжої рудою. Четверту реторту при цьому звільняють від охолодженого ГР і завантажують новою порцією руди.

Газ, що виходить з реторти III, містить максимальну кількість вуглекислоти, яка накопичується в процесі відновлення і не видаляється при переході з однієї реторти в іншу. Його направляють в заводську мережу і використовують для нагрівання конвертера природного газу та підігріву конвертованого газу і повітря.

При використанні процесу Хіл на 1 т ГР витрачається 1,4 т руди, 700 м 3 природного газу, 8 м 3 води і 15 кВт • год електроенергії. Витрата тепла становить близько 25 млн. КДж / т заліза. При заміні руди окатишами витрата природного газу скорочується до 600 м 3 / т, а ступінь відновлення збільшується до 91,5%. У вартості ГР основну частину складають витрати на руду (65 - 70%) і природний газ (20 - 25%).

У технічній літературі є відомості про те, що в одному з останніх варіантів процесу Хіл реторти замінені Протиточний реакторами, конструкція яких подібна до тієї, яка використовується в процесі Мідрекс.