BG63264B1

BG63264B1 - Метод за редукция и топене на съединения, съдържащи метали

Info

Publication number: BG63264B1
Application number: BG102847A
Authority: BG
Inventors: Louis FOURIE
Original assignee: Ipcor N.V.
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2001-07-31
Also published as: DK0904420T3; PL329374A1; CA2251811C; DE69707128T2; BR9708694A; SA97180162B1; ES2165051T3; SK143698A3; BG102847A; DE69707128D1; UA53645C2; ID16640A; EP0904420B1; CN1067112C; US6146437A; PL188820B1; AU712670B2; AR012819A1; SK283464B6; TR199802101T2

Abstract

По метода шихта (15), включваща смес от съединение, съдържащо метал, и подходящ прахообразен редуктор, се зарежда в нагреваем реактор (11) от типа наканална индукционна пещ (10), в която има вана (18) от стопилка на метала, върху която се оформя поне една купчина (16, 17) от шихтата. Шихтата (15) се подава в реактора (11) по такъв начин и с такава скорост, че да образува непрекъснат слой (19), разположен под формата на преграда върху цялата повърхност на ваната (18) и шлаката (23), която може да присъства. В шихтата (15) се формира реакционната зона и цялото количество от веществото, съдържащо метал, може да се редуцира в нея. Топилната зона (22), в която се топи редуцираният метал, се формира под редукционната зона. Процесът се контролира така, че непрекъснатият слой (19) може да се поддържа през цялото време и по такъв начин целият редукционен процес може да се провежда в твърдата фаза.

Description

(54) МЕТОД ЗА РЕДУКЦИЯ И ТОПЕНЕ НА СЪЕДИНЕНИЯ, СЪДЪРЖАЩИ МЕТАЛИ

Област на техниката

Изобретението се отнася до метод за редукция и топене на съединения, съдържащи метали, при който шихта, състояща се от смес от съдържащото метал съединение и подходящ прахообразен редуктор, се зарежда в нагреваем реактор от типа на канална индукционна пещ, в която има вана от стопилка на споменатия метал, а върху металната вана се оформя поне една купчина от шихтата.

Предшестващо състояние на техниката

Конвенционалните методи за редукция на съединения, съдържащи метали, включват нагряване на съединението (обикновено метален оксид) в присъствие на редуктор, например подходящо въглеродсъдьржащо съединение или друго подобно. Обикновено съединението, съдържащо метал, и редукторът се шихтоват. (напр. методът от US А 5 411 570).

При посочените по-горе конвенционални методи скоростта на нагряване обикновено е толкова висока, че значителна част от шахтата се стопява преди да е завършил редукционният процес. Следователно значителна част от редукцията се провежда в течна фаза.

При такова топене на шихтата се образува шлака, която освен оксидите на споменатия метал съдържа и оксиди на други метали, които могат да присъстват в шихтата.

За да се извлече споменатия метал от неговия оксид, съдържащ се в шлаката, са необходими допълнителни количества редуктор, което може да доведе до получаване на метален продукт с нежелано високо съдържание на въглерод.

Това високо съдържание на въглерод в продукта обикновено след това се намалява чрез окисление или чрез прибавяне на газообразен кислород или въздух, или чрез използване на подходящ метален оксид, присъстващ в реакционната среда. Следователно окислителната реакция също се извършва в течна фаза.

Освен необходимостта от първоначален излишък на редуктор, последващото окисляване на този излишък представлява провеж дане на допълнителна операция.

В резултат на гореспоменатите редукционна и окислителна реакции, под повърхността на течния метал и шлаката се образува нежелан газ в относително големи обеми, който след това се отделя под формата на мехурчета.

В US-A-5 411 570 е описан метод за получаване на стомана, при който шихтата се подава в пещта и образува две купчини, които са разделени една от друга чрез слой от шлака, плаваща по повърхността на течната метална вана. В това устройство е възможно шихтата да премине директно в металната вана или в шлаката, която може да присъства. Поради това част от редукцията на шихтата се извършва в течната фаза, което води не само до увеличаване на образуването на нежелан газ в пещта, но също и до потенциална загуба на продукт.

Проблемът, който се решава чрез метода за редукция и топене на метали съгласно изобретението, е да се отстранят или сведат до минимум посочените по-горе проблеми.

Техническа същност на изобретението

По метода съгласно изобретението шихтата се подава в реактора по такъв начин и с такава скорост, че да образува непрекъснат слой, разположен под формата на преграда върху цялата повърхност на металната вана и шлаката, която евентуално присъства. В резултат на това реакционната зона се формира в шихтата и цялото количество от съдържащото метал вещество може да се редуцира в тази зона, а топилната зона, в която може да се топи редуцираният метал, се формира под редукционната зона; процесът се контролира по такъв начин, че непрекъснатият слой може да се поддържа по време на целия процес и по такъв начин целият редукционен процес може да се провежда в твърдата фаза.

Тъй като съгласно изобретението не се осъществяват реакции в течна фаза, посоченото по-горе отделяне на газ на практика се предотвратява и отсъствието на мехурчета в течната фаза и шлаката, която се формира, служи за индикатор, че процесът протича правилно.

В сравнение с известните методи се намалява броят на етапите, тъй като методът се осъществява по такъв начин, че не е необходимо последващо отстраняване на излишък от редуктор.

Съгласно изобретението посоченото контролиране на процеса се осъществява чрез контролиране на поне един от следните параметри:

(1) начина и скоростта на зареждане на шихтата в реактора;

(2) размера на частиците на шихтата;

(3) степента на смесване на шихтата;

(4) скоростта на подаване на топлина в реактора.

Съгласно изобретението шихтата се зарежда в реактора по такъв начин и със скорост, които осигуряват образуването на непрекъснат слой от шихта върху цялата течна вана и шлаката, която евентуално присъства. По такъв начин се предотвратява директният контакт и преминаването на нереагирала шихта в течния метал и шлаката. Такова “късо съединение”, което може да доведе до протичането на поне част от реакциите, протичащи във флуидната фаза, на практика се предотвратява.

Например, когато шихтата се зарежда в реактора през отделно разположени отвори за зареждане, за да се оформят близко разположени една до друга купчини от шихтата в реактора, методът включва етап, при който се осигурява съединяването на основите на купчините. По този начин се образува непрекъснат слой от шихта върху течната вана и шлаката, служещ като преграда. Тази преграда предотвратява попадането на шихтовия материал от купчините директно в контакт с течната вана или шлаката.

Образуването на такава преграда може да се установи чрез всякакъв подходящ метод, като например визуално и/или чрез записваща изображения апаратура, например камера и други. На практика визуалният запис може да се осъществи чрез въвеждане на неподвижно закрепен елемент от рода на градуиран прът за измерване на нивото, разположен откъм горната част на реактора в шихтата.

Образуването на преградата може да се извършва чрез контролиране на размерите на купчините от шихта в реактора или алтернативно и/или допълнително - чрез подходящо разположение на отворите за зареждане с шихта и/или чрез контролиране на броя на отво рите за зареждане и скоростта, с която се зарежда шихтата през тях.

Съгласно изобретението размерите на частиците на шихтата са подбрани така, че да преминават през сито 10 mm, за предпочитане 6 mm и по-специално 3 mm.

Заявителят е установил, че когато се използва шихта с такива малки размери на частиците, всяка частица от шихтата изцяло се редуцира до съответния метал в реакционната зона и следователно остава в твърда фаза преди температурата да се е повишила до необходимата за топене на нереагиралите оксиди, които могат да присъстват в частицата.

Следователно, има много малка вероятност който и да е метал под формата на метален оксид да се стопи при по-ниска температура от температурата на топене на съответния метал и да премине от частицата в шлаката.

Така например, ако металът е желязо, ядрото на частицата обикновено съдържа FeO, който се топи при температура 1378°С, докато повърхностният слой на частицата съдържа Fe, което се топи при 1535°С. Следователно, ако се използват частици с по-големи размери от посочените, температурата на ядрото на такава частица може да се повиши до посочената температура от 1378°С преди редуцирането на цялото количество Fe или FeO, което може да доведе до стапяне на FeO и отделянето му от ядрото.

Тъй като реакциите, протичащи в твърда фаза, се контролират от дифузионни процеси, необходимата максимална скорост на подаване на материала е функция от размера на частиците и степента на смесване на компонентите в шихтата. Степента на смесване предимно е такава, че да се получи шихта под формата на хомогенна смес.

Съгласно изобретението методът може да включва етап, при който над шихтата изгаря CO, който се образува в резултат на редукцията на съединението, съдържащо метал, и който прониква през шихтата.

Например, горенето може да се осъществи с помощта на кислород и/или въздух, подаван в съоръжението над шихтата.

Така получената топлина може също да се използва за повишаване на температурата в реактора главно чрез излъчване от свода на реактора.

За предпочитане е реакторът да включ ва нагреваема камера, например канална индукционна пещ.

Заявителят е преценил, че това е особено подходящо устройство, тъй като в тази пещ лесно се контролира скоростта на нагряване. 5 Съгласно изобретението устройството за осъществяване на посочения процес включва канална индукционна пещ с единична камера, в която се извършват редукцията и топенето. Устройството е снабдено с поне един отвор за 10 зареждане с шихтата, поне един изпускателен отвор за получения течен метал и/или поне един изпускателен отвор за шлаката; посоченият поне един отвор за зареждане е разположен така и е с такива размери, че подаваната 15 през него шихта да образува непрекъснат слой върху цялата повърхност на течната метална вана и шлаката, която може да се образува в устройството.

При един предпочитан вариант на изоб- 20 ретението съединението, съдържащо метал, включва желязно съединение.

При други варианти на изобретението металът от металното съединение може да бвде всеки друг подходящ метал като хром и/или манган 25 и/или мед и/или цинк и/или олово и т.н.

Примерно изпълнение на изобретението

По-долу ще бъде описан един вариант 30 на изпълнение на изобретението, който се пояснява с помощта на приложената фигура 1, представляваща схема на изглед при напречен разрез на пещ съгласно изобретението.

В този вариант се използва канална ин- 35 дукционна пещ 10, която включва тръбна камера lie кръгла форма при напречен разрез, долната част на която е снабдена с два реда електрически управляеми индуктори, при това всеки ред съдържа 4 такива индуктори с капа- 40 цитет от порядъка на 2,2 MW всеки от тях.

Камерата lie снабдена с два паралелно разположени реда от зареждащи отвори, от които само два - 13 и 14 са показани на фигурата и са разположени срещулежащо по дъл- 45 жината на камерата 11. Тези отвори се използват за зареждане на пещта 10 с шихта 15, която оформя две надлъжно разположени купчини 16 и 17, които плават върху течната метална вана 18. Ако е необходимо, последната 50 може да се зареди в камерата 11 през зареждащ отвор, който не е показан.

Шихтата 15 представлява хомогенна смес в прахообразна форма, състояща се от въглеродсъдьржащо вещество, например въглища, и железен оксид; въглеродевдьржащото вещество е в концентрация, която е малко по-ниска от стехиометрично необходимото количество въглерод за редукцията на рудата; размерът на частиците на шихтата 15 е 3 mm.

Шихтата 15 се зарежда в реактора 11 по такъв начин и с такава скорост, че основите на купчините 16 и 17 се съединяват една с друга и образуват преграда 19 от шихтов материал, който е разположен върху течната вана 18.

Образуването на преградата 19 може да се установи например визуално чрез вкарване откъм горната част на реактора 11 на градуиран прът или чрез отвор за наблюдение (непоказан на фигурата), разположен в стената на реактора 11. Това може също да се установи чрез подходяща записваща изображението апаратура (също непоказана), разположена в реактора 11.

В горната си част реакторът 11 също „ , така е снабден с множество кислородни горел- : ки (само две - 20 и 21 са показани) с помощта .

на които се образува СО, който прониква в „„ горния слой на шихтата 15 и може да бъде изгорен.

-:¼

В режим на работа се създава реакцион- _:на зона в шихтата 15, от която са оформени купчините 16 и 17, разположена между основите на купчините и горните им краища. В същото време образуваната топилна зона 22 е разположена между основите на купчините 16 и 17 и повърхността на течната вана 18. По време на реакцията под силата на тежестта редуцираната шихта 15 се придвижва от реакционната зона към топилната зона 22.

Образувалата се шлака плава на повърхността на ваната 18 в тунел 23, който е разположен под топилна зона 22. Тунелът 23 води до изпускателен отвор за шлаката (непоказан на фигурата), разположен в реактора 11. Отворите 13 и 14 за зареждане с шихта са разположени спрямо изпускателния отвор за шлака по такъв начин, че шлаката от тунела 23 се насочва към него.

По време на протичането на процеса преградата 19 предотвратява директното преминаване на шихтовия материал от купчините 16 и 17 в шлаката от тунела 23 или в течния метал във ваната 18. По този начин се предотвратява всяко “късо съединение”.

Подаваната чрез индукторите 12 топлина към ваната 18 прониква в шихтата 15, оформяща купчините 16 и 17, и заедно с топлината от изгарянето на CO с помощта на горелките 20 и 21 осигурява реакцията между железния оксид и въглерода от шихтата 15, в резултат на което железният оксид се редуцира. Почти цялата редукция, протичаща в твърда фаза, се извършва в най-горния слой на купчините 16 и 17 с дебелина 20 mm, което се дължи главно на подаваната към този слой топлина от изгарянето на CO с помощта на горелките 20 и 21. В същото време полученото в твърдо състояние желязо се топи в зоната 22, от която под силата на тежестта преминава във ваната 18.

Освен решаването на посочените по-горе проблеми, свързани с известните устройства, предимство на метода съгласно изобретението е, че може да се работи с шихта с такива малки размери на частиците, която обикновено е неизползваема, без предварително подлагане на пелетизация и/или спичане.

Възможни са много варианти и подробности при редукцията и топенето на съединения, съдържащи метали съгласно изобретението, както и при устройството за изпълнение на метода, като при това не се излиза от смисъла и/или обхвата на приложените претенции.

Claims

Патентни претенции

(1) начина и скоростта на зареждане на шихтата в реактора;

1. Метод за редукция и топене на съединения, съдържащи метали, при който шихта (15), състояща се от смес от съдържащото метал съединение и подходящ прахообразен редуктор, се зарежда в нагреваем реактор (11) от типа на канална индукционна пещ (10), в която има вана (18) от стопилка на споменатия метал, и върху металната вана се оформя поне една купчина (16, 17) от шихтата, характеризиращ се с това, че шихтата (15) се подава в реактора (11) по такъв начин и с такава скорост, че да образува непрекъснат слой (19) от шихта (15), разположен под формата на преграда върху цялата повърхност на металната вана (18) и шлаката (23), която може да присъства, в резултат на което реакционната зона се формира в шихтата (15) и цялото количество от съдържащото метал вещество може да се редуцира в тази зона, а топилната зона (22), в която може да се топи редуцирания метал, се формира под редукционната зона, като процесът се контролира така, че споменатият непрекъснат слой (19) може да се поддържа по време на целия процес и по такъв начин целия редукционен процес може да се провежда в твърдата фаза.
(2) размера на частиците на шихтата;

2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че шихтата (15) се зарежда в реактора (11) през отделно разположени отвори за зареждане (13, 14), за да се оформят близко разположени една до друга купчини (16, 17) от шихтата (15) в реактора (11), при което основите на купчините се съединяват и образуват непрекъснат слой (19) от шихтата (15).
(3) степента на смесване на шихтата;

3. Метод съгласно претенции 1 и 2, характеризиращ се с това, че образуването на непрекъснатия слой (19) се осъществява чрез контролиране на размерите на шихтовите купчини (16, 17) в реактора (11).
(4) скоростта на подаване на топлина в реактора.

4. Метод съгласно всяка една от предхождащите претенции, характеризиращ се с това, че образуването на непрекъснатия слой (19) се осъществява чрез подходящо разположение на отворите (13,14) за зареждане на реактора (11) с шихта (15) и/или чрез контролиране на броя на отворите (13, 14) за зареждане и скоростта, с която се зарежда шихтата (15) през тях и/ или чрез контролиране на нивото на течния метал (18) в реактора (11).
5. Метод съгласно всяка една от предхождащите претенции, характеризиращ се с това, че посоченото контролиране на процеса се осъществява чрез контролиране на поне един от следните параметри:
6. Метод съгласно всяка една от предхождащите претенции, характеризиращ се с това, че размерите на частиците на шихтата (15) са такива, че да преминават през сито 10 mm, за предпочитане 6 mm и по-специално 3 mm.
7. Метод съгласно всяка една от предхождащите претенции, характеризиращ се с това, че включва етапи, при които CO, образуван по време на редукцията на съдържащото метал съединение, и проникващ през шихтата и над нея, изгаря и получената топлина от горенето се оползотворява.
8. Метод съгласно претенция 7, характеризиращ се с това, че горенето се осъществява 5 с помощта на кислородни и/или въздушни горелки (20, 21), разположени в реактора (11) над шихтата (15).
9. Метод съгласно всяка една от предхождащите претенции, характеризиращ се с то- 10 ва, че съдържащото метал съединение може да бъде един или повече от следните метали: желязо, хром, манган, мед, цинк, олово.
10. Метод съгласно всяка от претенциите от 1 до 8, характеризиращ се с това, че 15 съдържащото метал съединение представлява желязо.
11. Устройство за осъществяване на метода съгласно претенции от 1 до 10, включващо канална индукционна пещ (10) с единична камера, в която се извършва редукцията и топенето, снабдена с поне един отвор за зареждане (13, 14) с шихтата (15), поне един изпускателен отвор за получения течен метал и/ или за образувалата се шлака, характеризиращо се с това, че посоченият поне един отвор за зареждане (13, 14) е разположен така и е с такива размери, че подаваната през него шихта да може да образува непрекъснат слой (19) върху цялата повърхност на течната метална вана (18) и шлаката (23), която може да се образува в камерата.