Процесс XIL-III – это процесс прямого восстановления железа при помощи газа, имеющего 74% водорода и 17% окиси углерода.

Восстановление железной руды происходит в реакторе, который представляет собой шахтную печь, где происходят реакции взаимодействия реформированного газа и железной руды, – специальный толстостенный металлический сосуд диаметром 5,5 м и высотой 35 м. Реактор с подвижным слоем (самотечным) располагается на высоте, достаточной для установки разгрузочных механизмов, осуществляющих выгрузку продукта, гравитационным потоком поступающего на расположенные внизу брикетировочные машины, Реактор представляет собой сосуд высокого давления, изготовленный из толстолистовой углеродистой стали. Верхняя часть реактора представляет собой свод, далее цилиндрическая секция, которая соединяется с конической частью, переходящая в другую цилиндрическую секцию меньшего диаметра, чем предыдущая, и в заключение нижняя коническая секция. Реактор футерован внутри изоляционным бетоном и огнеупорным кирпичом, за исключением нижней конической секции. Через верхний свод в реактор входят четыре загрузочных трубы для подачи равномерного распределения железорудной шихты. Железорудная шихта (окисленные окатыши) загружается в реактор с помощью системы загрузки.

Восстановительный газ поступает в реактор через распределительный канал и выходит из него в верхней части печи по каналу с огнеупорной футеровкой, находящемуся в стороне от входа твёрдых частиц.

Горячий восстановительный газ (температура 930 °С), приходящий из газонагревателя, входит в реактор, где отнимает кислород от оксидов железа, при этом часть водорода и оксида углерода окисляются до водяного пара и углекислого газа. Газ распределяется равномерно по каналу и поступает в реактор через конические фурмы, которые направляют его противотоком к железной руде.

Так как восстановительный газ поднимается вверх, он восстанавливает железорудную шихту, идущую потоком вниз. При таком методе восстановительный потенциал газа используется максимально.

В процессе XIL-III химический обмен в восстановительных реакциях сопровождается абсорбцией тепла, которая влияет на коэффициент реакции и состав продукции. Благоприятное влияние на производительность печи металлизации XIL-III оказывает увеличение температуры восстановления. Увеличить температуру газа можно инжекцией кислорода в восстановительный газ. Хотя качество восстановленного газа с инжекцией кислорода ниже, но более высокая температура усиливает кинетику процессов восстановления и увеличивает производительность печи. Существуют различные виды инжекции с технической точки зрения. Одна из таких схем является инжекцией кислорода между нагревателем технологического газа и реактором.

Рис. 1. Схема инжекции кислорода в восстановительный газ

Экзотермический процесс происходит, при прохождении следующих реакций кислорода с компонентами восстановительного газа:

2Н₂ + О₂ → 2Н₂О + Q

2CО + О₂ → 2СО₂ + Q

СН₄ + О₂ → СО + Н₂ + Н₂О + Q

Данные реакции показывают схематическое решение процесса для неполного сгорания кислорода. Частичное сгорание на линии передачи позволило поднять температуру восстановительного газа на входе. Исходя из этих условий, производительность печи увеличена, а использование восстановительного газа оптимизировано.

Дополнительно, температура газа, идущего на процесс при выходе из нагревателя уменьшается.

В зоне восстановления реактора, использование более высокой температуры восстановительного газа тоже является положительным, так как улучшается эффективность полного процесса восстановления при уменьшении расхода восстановительного газа: