Устройство для восстановления металлических руд

Класс 1+а —,Ж, у ; 34 30155

1 t

Ф"е

ПАТЕНТ HA ИЗОБРЕТЕНИЕ

- ОПИСЛНИЕ устройства для восстановления металлических руд.

К патенту ин-ца Виллиама Генри Смит (William Henry Smith) в г. Детройте, Мичиган, Соед. Штаты Америки, заявленному 28 февраля 1930 года (заяв. саид. No 65332).

0 выдаче патента опубликовано 30 апреля 1933 года.

Действие патента распространяется на 15 лет от 30 апреля 1933 года. (103) Настоящее изобретение относится к печам для восстановления руд, в которых руда вместе с восстановителями пропускается через ряд вертикальных шахт, нагреваемых прилегающими к ним отопительными камерами, и состонтв применении, для целей уравнивания теплоты, передаваемой шахтой, особых буферных камер и в снабжении шахт особыми трубами для подогрева содержимого шахт изнутри.

Фиг. 1 схематического чертежа показывает вертикальный поперечный разрез двух соседних шахт для -восстановления металлических руд; фиг. 2,— горизонтальный поперечный разрез по линии АВ на фиг. 2; фиг. 3 — вертикальный разрез по линии CD на фиг. 1, фиг. 4— вертикальный разрез по линии EF на фиг. 1; фиг. 5 — разрез по линии KL на фиг. 2; фиг. 6 — вертикальный разрез газоотводящей трубы; фиг. 7 †продольн разрез видоизмененной конструкции устройства для восстановления металлических руд; фиг. 8 — частичный перспективный вид, изображающий устройство шахт, соответствующих фиг. 7; фиг. 9— вертикальный разрез видоизмененной конструкции устройства, рассчитанной на большое увеличение скорости процесса восстановления р1уды..

Предлагаемое устройство состоит из двух (фиг. 1) или нескольких шахт 1 и 2, каждая из которых заключает в себе зону предварительного подогревания 3, зону восстановления 4 и зону охлаждения 5.

Каждая шахта расположена вертикально, т.-е. загрузочная воронка 6, вся длина шахты и разгрузочное приспособление ба, расположены по одной вертикальной прямой линии. Загрузочные воронки б устраиваются предпочтительно открытыми, так как благодаря непрерывному действию устройства, в котором к тому же можно, перерабатывать и очень мелкую руду, верхнее отверстие шахты будет всегда и при всяких температурах достаточно закупорено, чтобы газы не могли выходить.

Известно, что энергичное восстановление металлических окислов, в частности железной руды, осуществляется лучше всего в том случае, если общая зона восстановления подразделяется на отдельные пояса, в каждом из которЫх поддерживается постоянная, заранее определенная, температура. В предлагаемом устройстве (фиг. 1) показаны три отдельных пояса, обозначенные — первый буквой А, второй — буквой В и последний — буквой С.

Температура, поддерживаемая в каждом отдельном поясе, а также и количество подводимого к нему тепла, могут варьироваться в широких пределах. Однако, при обработке железной руды и при восстановлении Fe,ОЗ в Ре 04 температуру в первом поясе желательно поддерживать в пределах до 500 в присутствии восстановителей, каковыми могут являться углеродистые или содержащие водород газы, поднимающиеся из двух ниже лежащих поясов. Для восстановления Feз04 в FeO в поясе В лучше всего поддерживать температуру в пределах от 500 до 700, используя при этом в широких пределах газы, поднимающиеся из пояса С, состав которых должен соответствовать заранее определенной пропорции, варьирующейся приблизительно в пределах от 30% СО и 70% СО, до

60 СО и 40% СО,. В поясе С рекомендуется поддерживать температуру в пределах от 700 до 1100; а отношение СО к СО> изменять в пределах: от 60% до 95% СО. Количество доставляемой теплоты распределяется при восстановлении железной руды. следующим образом: около 60% в поясе С, где происходит окончательное восстановление, около 22% в поясе А и около 18% в поясе В. Приведенные данные не являются обязательными при выполнении настоящего изобретения, но должны облегчить понимание описываемого способа.

Для осуществления возможно полного восстановления металлических окислов в восстановительной зоне желательно получить по возможности вполне одинаковую температуру по всей массе обрабатываемого материала, находящегося в данном отдельном поясе, другими словами, проникновение тепла должно быть одинаковым как в центре каждого столба руды, так и у наружных краев столба.

Указанная задача может быть достаточно хорошо разрешена применением шахты, имеющей в поперечном сечении форму длинного и узкого прямоугольника, в особенности в том случае, если обрабатывается довольно крупная руда и крупный восстанавливающий материал, так как в этом случае небольшие газо вые мешки, образующиеся между кусками руды, спосебствуют передаче тепла через всю толщу материала и равномерному нагреванию ее. Для того, чтобы получить такой же результат. при мелкой руде, предлагается разделить каждую отдельную шахту 1, 2 и т. д. на, несколько параллельных шахт 7 (фиг. 2). Последние имеют приблизительно прямоугольное сечение и разделены друг от друга наполненными газом промежутками 8, так что совокупность нескольких таких малых шахт образует, как показано HB фиг. 2, одну общую шахту, имеющую удлиненное и узкое поперечное сечение. При делении каждой большой шахты на ряд малых шахт, сохраняется не только преимущество, даваемое удлиненным и тонким столбом руды, но, кроме того, разбивается плоский тонкий столб на несколькоотдельных столбиков, давая возможность, теплоте проходить между последними, способствуя нагреванию центральных частей каждого непрерывно движущегося стол а узды. Помимо того, что потоки теплоты пронизывают в нескольких местах общий поток руды, внутри каждой шахты 7 помещают газовыводную трубу 9, служащую для удаления развивающегося в шахте газа, изготовленную из металла, наполненную поднимающимися вверх газами, вследствие чего тепло проникает к центру каждой шахты и подогревает изнутри содержимое последней.

Внутри каждой шахты труба 9 доходит внизу до точки, лежащей как-раз над последним восстановительным поя- .. сом С (фиг. 1). В некоторых точках, находящихся на определенных расстояниях от нижнего конца каждой трубы 9, расположены заборные отверстия 10 для удаления газов из определенных точек по мере их образования. На фиг. 6в качестве примера выполнения такого заборного отверстия представлена в увеличенном масштабе деталь. Благодаря наличию нескольких поясов, имеющих различную постоянную температуру, и благодаря применению разнохарактерных окислов .и восстановителей в разных местах шахты могут образоваться ным продолжить трубу 9 вниз дальше зоны восстановления.

Теплота для восстановительного процесса может браться отразличных источников. В описываемом примере теплота доставляется соответствующими горелками 3 и 4. Для нагревания зонывосстановления имеется ряд продольно проходящих и разделейных друг от друга горизонтальными перегородками нагревательных камер 11, какорые на противоположных концах соединены друг с другом проходами 12 (фиг. 3 и 4), так что образуется извилистый путь для продуктов горения.

Горелки 13 и 14 каждого пояса нагревания расположены по очереди в двух противоположных концах, так например, горелка 13 помещена на одном конце нагревательной камеры 11, и подобная же горелка 14 помещена на противоположном конце такой же камеры 17, расположенной по другую с орону шахты (фиг. 3 и 4).

Разделенные горизонтальными стенками и соединенные друг с другом нагревательные камеры ll соединены на нижнем конце с зигзагообразными охладительными каналами 15, а на верхнем конце с нагревательными камерами 76 для предварительного подогрева (фиг. 1, 3 и 4). Последние йрисоединены наверху к соответствующему вытяжному борову, снабженному устройством для регулирования прохода для того, чтобы можно было регулировать движение горячих газов вверх как по нагревательным камерам ll восстановительной зоны, так и по нагревательным камерам lб зоны подогрева.

Благодаря расположению отдельных горелок 13 и 14 по обе стороны восстановительной шахты (фиг.,2) температуру можно до некоторой степени выравнивать для каждого данного пояса нагревания. Например, температура на конце камеры у входа одной горелки может равняться приблизительно 1300, а на противоположном конце той же камеры падать до 1100 . Горелка, установленная с противоположной стороны шахты, будет конечно урегулирована так, что будет давать противоположный результат, так что в общем температура во всем поясе шахты будет приблизительно постоянная. Однако, для того, чтобы. с полной уверенностью получить выравнивание температуры . по всей ширине шахты в пределах одного горизонтального пояса, предлагается применить ряд разделенных горизонтальными перегородками буферных камер.17, помещенных между каждой нагревательной камерой 71 и шахтами 7 (фиг. 1 и 2).

Буферные камеры 17 соединены между собой поперечными проходами 8 (фиг. 2), вследствие чего кругом всех шахт 7 держится равномерная температура, которую можно, по желанию, урегулировать для данного горизонтального пояса или поясов. Таким образом, для поддержания постоянной температуры в шахтах на уровне пояса С имеются установленные на противоположных ст6ронах шахты горелки 13 и 74, вставленные в концы камер 71 и создающие внутри этих камер известную температуру, которая выравнивается и равномерно распределяется по ширине шахт на уровне пояса С при помощи промежуточных буферных камер 17 (фиг. 1).

Каждая буферная камера 17 может быть отделена от смежной с ней нагревательной камеры 11, но лучше устроить небольшое число отверстий в одном конце перегородки, разделяющей смежные камеры 17и 77. Пористость или густота отверстий постепенно увеличивается по направлению к концу перегородки. Кроме того, такой же результат может быть получен уменьшением толщины перегородки на том конце камеры, который удален от горелки, так что по мере удаления от горелки 13 и по мере уменьшения температуры омывающего перегородку пламени уменьшается в то же,время и толщина перегородки, облегчая передачу тепла сквозь перегородку и поддерживая таким образом равномерную температуру в буферной камере.

Стенки самих шахт 7 могут быть слегка пористыми, а стенки 78 могут наглухо отделять камеры горения. В каких стенках проделывать отверстия — в перегородках,18 или в стенках 7 — зависит or того, какой восстановительприменяется— твердый или газообразный, так как в первом случае продукты сгорания могут проходить в буферную камеру 17, а во втором случае газы будут проходить из шахт в буферные камеры, или наоборот, и в этом. случае можно вводить восстанавливающие газы через буферные камеры.

Таким образом, вместо того, чтобы отделять движущийся внутри шахты материал от пламени одной только перегородкой 18, применены буферные камеры 17, расположенные вокруг и между отдельными шахтами 7, образующими в совокупности одну общую восстанавливающую шахту, имеющую в поперечном сечении форму длинного и узкого прямоугольника. Такой способ дает возможность получить сравнительно высокую восстанавливающую температуру в центре столба руды, не имея при этом необходимости поддерживать слишком высокую температуру рколо наружной поверхности столба. Другими словами, в случае, относящемся к восстановлению железных руд, можно поддерживать постоянную температуру в 1050" в буферных камерах 17, окружающих восстаналивающий пояс С, при чем в центре каждого столба руды будет держаться .температура приблизительно в 950 и в то же время будет происходить реакция от эндотермического восстановления FeO в Fe. При этом способе устройства исче- ,зает всякое стремление со стороны восстановленного железа прилипать к стенкам шахты, как это имело бы место при температурах выше 1050 и таким образом обеспечено свободное и непрерывное опускание столба руды в каждой шахте, Несколько видоизмененное устройство отличается тем, что отдельные шахты составлены, каждая, из нескольких кусков или труб 20, соединенных друг с другом соответствующими стыковыми соединениями 21. В этом случае буферные камеры 17 устроены в общем так же, как и на фиг. 1, при чем стенки трубчатых звеньев 20 являются перегородками, отделяющими буферные камеры 17 от столба движущейся руды (фиг. 7 и 8).

Здесь также имеются довольно широкие проходы 22 между буферными камерами 17, так что, при желании, буферные камеры„разделенные друг от друга горизонтальными перегородками, можно сделать взаимно сообщающимися.

Трубы 20 могут,. делаться из металла или из керамического материала..При применении буферных камер, в которых поддерживается температура в указанных выше пределах, стенки шахт могут быть металлическими по всей высоте каждой малой шахты.

Новейшая конструкция устройства отличается сравнительно большой высотой. Зона подогрева обозначена цифрой

23, зона восстановления † н зона охлаждения — 25; Важно не только точно регулировать температуру в каждом поясе шахты, но не менее важно доставлять и достаточное количество тепла в требующееся место. Благодаря увеличению плбщади поверхности шахты в зоне подогрева и в зоне восстановления и, кроме того, благодаря доступу тепла в буферные камеры в неограниченном количестве можно, конечно, подводить, по желанию, большее количество тепла и таким образом увеличивать быстроту восстановления и, следовательно, скорость пропускания материала через каждую шахту (фиг. 9).

Для того, чтобы осуществить указанное существенное ускорение процесса восстановления и прохождения материала, шахта, показанная на фиг. 9, составлена из соединенных друг с другом единиц или звеньев, подобных звеньям, показанным на фиг. 7 и 8, и расположенных вдоль длины шахты наподобие устройства, показанного на фиг..2. Буферные камеры 17 расположены с обеих сторон каждого ряда труб 20, а нагревательные камеры (камер ы горения) 11 расположены вдоль каждой буферной камеры, как в устройстве, показанном на фиг. 1,2и 7.

Горелки, вставленные в камеры горения в каждом горизонтальном поясе, расположены на противоположных друг другу концах, например, так, как изображено на фиг. 2, при чем, конечно, каждый комплект горелок, относящийся к любой камере горения, может быть регулируем самостоятельно, с целью точного установления температуры в различных точках вдоль высоты восстанавливающей зоны, а также с целью регулирования количества теплоты, доставляемой в тот или другой пункт.

Благодаря подразделению каждого общего столба движущейся руды на несколько параллельны столбов, а так же благодаря устройству вокруг внутренних шахт буферной (выравнивающей температуры) камеры, получается большое увеличение площади поверхности в зоне восстановления и более мелкое подразделение слоев руды в этой зоне, и вследствие этого можно подводить большее количество теплоты для того, чтобы осуществить в зоне восстановления эндотермическую реакцию и получить значительное увеличение скорости движения материала сквозь шахты, а увеличивая высоту шахт и применяя буферные камеры, имеется возможность почти неограниченно увеличивать скорость реакции и быстроту продвигания руды.

Такое ускоренное движение требует, конечно, значительного увеличения количества доставляемой теплоты, и.в соответствии с этим появляется необходимость более интенсивного поглощения теплоты в зоне охлаждения. С этой целью изобретатель применяет пояс предварительного охлаждения 26 (фиг. 9), где охладителем является преимущественно жидкость или пары жидкости и где температура восстановленной руды быстро понижается приблизительно от

950 до 220, и второй пояс 27 (фиг. 9); где охладителем является предпочтительно холодный воздух, который может быть использован для впуска в буферные камеры после того, как он поглотит теплоту спускающейся руды и охладит последнюю примерно от 230 до 55 .

Верхнее отверстие шахты (фиг. 9) может быть оставлено открытым, так как благодаря применению сравнительно мелкой руды и мелкого восстанавливающего материала получается достаточно герметическое закупоривание отверстия.

Нижняя часть шахты снабжается скользящей задвижкой 28, позволяющей с перерывами выгружать восстановленную руду, не пропуская в шахту воздуха.

В шахте (фиг. 9) не показана центральная газоотводная труба, так как само собою понятно, что такая труба не является безусловно необходимой на практике для действия шахты. Показанная центральная труба 9 (фиг. 2 и 5) может, конечно, при желаний, бить использована для введения газообразного восстановителя вместо того, чтобы отводить через нее образующиеся во время реакции газы.

Буферная газовая камера 17 одинаково полезна как для малых, так и для больших установок, а также пригодна для руды любого сорта и любой крупности; во всех случаях камера 17 функционирует одинаково, но даваемая буферной камерой возможность подведения неограниченного количества тепла при заранее определенной температуре оказывается особенно полезной при эксплоатации больших печей. Скорость пропускания руды может увеличиваться почти безгранично, так как независимо ог того, сколько бы единиц тепла ни потребовалось для ускорения процесса, всегда имеется возможность подвести нужное количество тепла, не прибегая для этого к слишком большому повышению температуры стенок шахты.

Кроме того, в связи с описанным методом передачи тепла, стенки содержащих руду или направляющих ее шахт могут иметь почти любую желаемую конструкцию, а именно руда может быть окружена керамическими стенками (фиг. 1), металлическими стенками или трубами (фиг. 8) или даже может помещаться в металлических ящиках, пропускаемых через буферную .газовую камеру 17 или камеры.

Предмет и атея та.

1. Устройство для восстановления металлических руд, состоящее из ряда вертикальных шахт, нагреваемых нагревательными камерами, отличающееся тем, что для уравнения тепла, передаваемого шахтам нагревательными камерами, служат буферные камеры 17, заполненные неподвижным газом, расположенные между рядами шахт и нагревательных камер 11 и соединенные между собою проходами.

2. Форма выполнеНия устройства по п. 1, отличающаяся применением в каждой шахте трубы 9 (фиг. 1, 2, 5 и 6) с заборными отверстиями 10, служащей для удаления развивающегося в шахте газа и вместе с тем для подогрева изнутри содержимого шахты.