CZ20001100A3

CZ20001100A3 - Způsob výroby kovů přímým tavením z oxidů kovů

Info

Publication number: CZ20001100A3
Application number: CZ20001100A
Authority: CZ
Inventors: Rodney James Dry
Original assignee: Technological Resources Pty. Ltd.
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1998-09-23
Publication date: 2001-07-11
Also published as: AR017761A1; JP2001518557A; TW514668B; AUPO944697A0; WO1999016911A1; EP1034311A1; JP2008255494A; RU2199591C2; US6143054A; EP1034311A4; KR20010015633A; ES2243006T3; DE69830924D1; ID24572A; DE69830924T2; BR9813016A; KR100573818B1; ZA988707B; ATE299952T1; EP1034311B1

Description

Způsob výroby kovů přímým tavením 2 oxidů.kovů

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby roztaveného kovu t

(kterýžto výraz zahrnuje i slitiny kovů), a to zejména, avšak nikoli výlučně způsob výroby železa z výchozího materiálu, obsahujícího kov, jako jsou například rudy, ΐ částečně redukované nebo odkysličené rudy a odpadní materiály, obsahující kov, v metalurgické nádobě, která í obsahuje roztavenou lázeň. !

Vynález se týká zejména přímého tavícího í procesu, využívajícího lázně roztaveného kovu, a určeného [ k výrobě roztaveného kovu z výchozího materiálu, obsahujícího kov.

ί (

ř

Dosavadní stav techniky ’

Nejrozšířenějším způsobem výroby roztaveného, kovu je způsob, který je založen na využívání vysoké pece. Pevný i

materiál je přiváděn jako vsázka do sazebny nebo kychty I přičemž je roztavené železo odpichováno z vysoké pece. Tento pevný materiály obsahuje i

železnou rudu (v aglomerační, kusové nebo peletové formě), koks a tavidla nebo struskotvorné přísady, a vytváří tak prodyšnou vsázku, která se pohybuje směrem dolů.

vysoké pece, nístěje této

Předehřátý vzduch, který může být obohacen kyslíkem, je vháněn dmycháním do spodní části vysoké péče a proúdí směrem

I vzhůru přes prodyšné lože, přičemž dochází k vytváření oxidu • ·

I uhelnatého (CO) a k vytváření tepla prostřednictvím spalování

I koksu. V důsledku těchto reakcí je vytvářeno roztavené železo a struska.

Způsob, kterým je vytvářeno železo prostřednictvím redukce či odkysličováním železné rudy pod bodem tání

I vyráběného železa je obecně nazýván jako „přímý redukční proces, přičemž výsledný produkt se označuje DRI. :

Příkladem tohoto přímého redukčního procesui může být : takzvaný proces FIOR, což je proces redukce tekuté železné rudy. V tomto procesu je redukována či okysličována železná ruda v jemné frakci, přičemž tato jemná frakce jej přiváděna působením gravitační síly do každého reaktoru¹ v sérii reaktorů s fluidním ložem. Jemná frakce železné rudy je redukována prostřednictvím stlačeného redukčního plynu, který _:vstupuje do spodní části nejnižšího reaktoru v seru, a který proudí protiproudým způsobem proti dolů se pohybující jemné ; železné rudě. i

Další přímé redukční procesy zahrnují procesy,ve vysoké ( peci s pohyblivou šachtou, procesy ve vysoké¹ peci se statickou šachtou, procesy s otočnou nístějí, iprocesy s otočnou peci a retortove procesy. J

S pomocí procesu COREX je možno vyrábět roztavené železo přímo s využitím uhlí bez požadavků na koks, jako u vysoké pece. Tento proces zahrnuje dvě provozní etapy, kde!:

I )

(a) přímý redukční proces (DRI) je prováděn v šachtové

I peci na základě využití propustného lože železné rudy (v kusové nebo peletové formě) , uhlí a tavidel či struskotvorných přísad, a i

t

I i

(b) produkt z přímého redukčního procesu (DRI) je potom t

přiváděn bez chlazení do připojeného tavícího) prostoru zplyňovacího zařízení. ' i l

ί

Částečné spalování uhlí ve fluidním loži; tavícího prostoru splňovacího zařízení vytváří redukční jplyn pro šachtovou pec. j

Jiná známá skupina způsobů výroby roztaveného:železa je založena na cyklónových konvertorech, ve kterých je železná ruda tavena prostřednictvím spalování kyslíku a redukčního plynu v horní tavné cyklóně, přičemž tavenina je přiváděna do spodního tavícího prostoru, obsahujícího lázeň roztaveného železa. Tento spodní tavící prostor vytváří redukční plyn pro

I horní tavící cyklónu. ;

Způsob, s jehož pomocí je vyráběn roztavený kóv přímo z rudy, je obecně nazýván jako „přímý tavící proces nebo „způsob přímého tavení.

i

Jedna známá skupina přímých tavících procesů je založena í na využívání elektrických pecí, jako hlavního zdroje energie pro tavící reakce. J

I

Jiný známý přímý tavící proces, který je obvykle nazýván í

jako Romeltův proces, je založen na využívání velkého objemu vysoce promíchávané struskové lázně jako média pro tavení kychtou přiváděných oxidů kovů na kovy, a proj přídavné spalování plynných reakčních produktů a případné jpřevádění tepla pro účely pokračování tavení oxidů kovů. Tento Romeltův i

proces zahrnuje dmychání kyslíkem obohaceného vzduchu nebo i

kyslíku do strusky prostřednictvím spodní řady' dmyšních trubic za účelem dosažení promíchávání strusky, a dmychání • · • · · · • · ο· i

i kyslíku do strusky prostřednictvím horní řady dmyšních trubic za účelem podpory přídavného spalování. U tohoto ^Romeltova

I procesu není vrstva kovu významným reakčním mediem. í

Jiná známá skupina přímých tavících procesů, které jsou založeny na využití strusky, je obecně nazývána jal<o procesy i

„hluboké strusky. Takovéto procesy, jako jsou jnapříklad procesy DIOS a AISI, jsou založeny na vytvářeni hluboké vrstvy strusky s využitím třech oblastí, a to zejména:

i

- horní oblasti pro reakční plyny pro přídavné'spalování s vháněním kyslíku;

i

- spodní oblasti pro tavení oxidů kovů na kovy;' a i

i

- mezilehlé oblasti, která odděluje horní la spodní oblast.

Stejně jako u Romeltova. procesu zde vrstva j kovu pod vrstvou strusky není významným reakčním médiem. , i

Jiný známý přímý tavící způsob, který se spoléhá na í

vrstvu roztaveného kovu jako na reakční médium, a* který je obecně nazýván jako taviči proces HI, je popsán v mezinárodní patentové přihlášce PCT/AU 96/00197 (WO 96/31627) ; na jméno přihlašovatele. !

i ř

í

Tento tavící proces HI, tak jak je popsán i ve shora i

uvedené mezinárodní patentové přihlášce, obsahuje: i (a) vytváření lázně roztaveného kovu či strusky v nádobě;

(b) přivádění či vhánění do této lázně:

i i

(i) vstupního materiálu, obsahujícího kóv, kterým z

jsou obvykle oxidy kovů; a !

(ii) pevného uhlíkatého materiálu, obvykle uhlí, které působí jako redukční činidlo pro oxidy kovů a jako zdroj energie; a ’ (

(c) tavení vstupního materiálu, obsahujícího kóv, na kov v kovové vrstvě. !

ί

I

Tavící proces HI rovněž zahrnuje reakční plyny pro i přídavné spalování, jako jsou , napřiklad oxid uhelnatý (CO) a

I vodík (H₂) , uvolňované z lázně v prostoru nad lázní prostřednictvím plynu, obsahujícího kyslík, a i převádění tepla, vytvářeného prostřednictvím přídavného spalování, do lázně za účelem zvyšování tepelné energie, požadované pro tavení vstupních materiálů, obsahujících kov. . !

Tavící proces HI rovněž zahrnuje vytváření přechodové oblasti nad nominálních nehybným povrchem lázně,. ve které dochází ke stoupání a klesání rozstřikovaných a šplíchajících kapiček nebo proudů roztaveného kovu a/nebo strusky, které vytvářejí účinné médium pro přenášení do lázně tepelné energie, která je vytvářena prostřednictvím přídavného spalování reakčních plynů v prostoru nad lázní. >

ř

I i

f

Tavící proces HI, který je popsán ve shora uvedené mezinárodní patentové přihlášce, je rovněž charakterizován vytvářením přechodové zóny prostřednictvím vhánění nosného plynu a vstupního materiálu, obsahujícího kov, a/nebo pevného uhlíkatého materiálu a/nebo jiných pevných materiálů do lázně přes úsek na straně nádoby, který je ve styku s lázní, a/nebo do prostoru nad lázní, takže nosný plyn a pevný materiál <» · • · '6

I ί

proniká do lázně a způsobuje, že roztavený kov a/nebo struska zasahuje do prostoru nad povrchem lázně. [

Tavící proces HI, tak jak je popsán ve shora uvedené mezinárodní patentové přihlášce, představuje * výrazné zdokonalení vůči dřívějším formám tavícího procesu HI, u i

kterých je přechodová oblast vytvářena prostřednictvím s

vhánění plynu a/nebo uhlíkatého materiálu ze spodní části do i

lázně, což způsobuje, že rozstřikované a šplíchajíoí kapičky a proudy roztaveného kovu a st,ruský jsou vypuzoványi z lázně.

i i

Podstata vynálezu

Úkolem předmětu tohoto vynálezu je vyvinout způsob výroby kovů přímým tavením z oxidů kovů (a to včetně částečně !

redukovaných či odkysličených oxidů kovů). i i

i

V souladu s předmětem tohoto vynálezu byl vyvinut způsob výroby kovů přímým tavením z oxidů kovů včetně| částečně odkysličených oxidů kovů, který zahrnuje následující kroky:

I (

(a) vytváření roztavené lázně, sestávající [z kovové vrstvy a ze struskové vrstvy na kovové vrstvě v metalurgické nádobě, j i

(b) vhánění přiváděného materiálu, obsahujícího kov, do kovové vrstvy prostřednictvím jedné nebo více přívodních trubek/dmyšních trubic a tavení kovonosného materiálu na kov alespoň převážně v kovové vrstvě, j (c) vhánění pevného uhlíkatého materiálu do kovové

I vrstvy prostřednictvím jedné nebo více přívodních i

trubek/dmyšních trubic v množství, které je postačující k i

ί • · • · · · • · · · • · · · • · · · «· ·· tomu, aby hladina rozpuštěného uhlíku v kovu činilja alespoň 3 % hmotnostní, vztaženo na celkovou hmotnost uhlíku a kovu, i

t (d) zajištění pohybu rozstřikovaných a šplíchajících kapiček a proudů roztaveného kovu směrem vzhůru i z kovové vrstvy roztavené lázně, což: , (i) podporuje výrazné promíchávání struskové vrstvě roztavené lázně, strusková vrstva udržována v silně kovu ve je stavu, což způsobuje, že železnatého (FeO) leží pod hladina hodnotou takže odkysličném oxidu 8 % hmotnostních, vztaženo na celkovou hmotnost strusky ve struskové vrstvě,_:a !

(ii) zasahuje do prostoru nad nominálním; nehybným povrchem roztavené lázně pro vytváření pířechodové oblasti, a i

(e) dmychání plynu obsahujícího kyslík do nádoby prostřednictvím jedné nebo více přívodních trubek/dmyšních trubic pro zajištění reakce přídavného spalování plynů, uvolňovaných z roztavené lázně, přičemž stoupání a; následné t

klesání rozstřikovaných a šplíchajících kapiček :a proudů i roztaveného materiálu v přechodové oblasti usnadňuje přenos tepla do roztavené lázně, a přičemž přechodová oblast minimalizuje ztráty tepla z nádoby prostřednictvím bočních stěn, které jsou ve styku s přechodovou oblastí. !

Hladina rozpuštěného uhlíku v kovu je s výhodou větší, než 4 % hmotnostní, přičemž koncentrace oxidu železnatého (FeO) ve strusce ve struskové vrstvě leží pod hodnotou 6 % hmotnostních, s výhodou pak pod hodnotou 5 % hmotnostních.

• · · ·

Způsob podle tohoto vynálezu rovněž zahrnuje volbu množství pevného uhlíkatého materiálu, vháněného do kovové i vrstvy tak, aby prach, unášený plynem, odváděným (z nádoby, obsahoval alespoň nějaký uhlík. |

Koncentrace pevného uhlíku v prachu, unášeném plynem, odváděným z nádoby, leží s výhodou v rozmezí od 5 do 90 % f

hmotnostních, vztaženo na hmotnost prachu v odváděném plynu, což odpovídá rychlosti vytváření prachu o velikošti 10 až 50 g/Nm³ v odváděném plynu. !

(

Způsob podle tohoto vynálezu je dále charakterizován tím, že krok (d) zahrnuje vhánění kovonosného 'vstupního materiálu a uhlíkatého materiálu v nosném plynu přes jednu nebo více přívodních trubek/dmyšních trubic, které směřují . ► i dolu směrem do kovové vrstvy, přičemž dochází :,k pohybu rozstřikovaných a šplíchajících kapiček a proudů roztaveného materiálu směrem vzhůru do prostoru nad nominálním nehybným povrchem pro vytváření přechodové oblasti. ¹

Roztavený kov je. obvykle hlavní součástí, přičemž struska je zbývající součástí roztaveného materiálu v rozstřikovaných a šplíchajících kapičkách a i proudech roztaveného materiálu z kovové vrstvy. Tyto rozstřikované a šplíchající kapičky a proudy roztaveného materiálů obvykle unášejí další roztavený materiál (zejména strusku)’ při svém pohybu směrem vzhůru. Kromě toho posléze tyto rozstřikované a šplíchající kapičky a proudy roztaveného materiálu ztrácejí i

hybnost a padají zpět dolů do kovové vrstvy. Vzhledem k vyšší hustotě kovu, než je hustota strusky, pak poměrné¹ množství kovu v rozstřikovaných a šplíchajících kapičkách a proudech roztaveného materiálu klesá se vzdáleností od kovové vrstvy i

do bodu, kde přechodová vrstva může obsahovat malé množství kovu, pokud vůbec nějaké obsahuje. ¹

Pohyb rozstřikovaných a šplíchajících kapiček! a proudů roztaveného materiálu směrem vzhůru z kovové vrstvy zajišťuje, že dochází k výraznému promícháváníj kovu ve t

struskové vrstvě. -Vhánění pevného uhlíkatého materiálu do í

kovové vrstvy Zajišťuje, že je zde vysoká^ hladina rozpuštěného uhlíku v kovu, který je promícháván vestruskové vrstvě. V důsledku rozpuštěného uhlíku v kovu ve [ struskové vrstvě a v důsledku výrazného promíchávání kovu v této struskové vrstvě má struska ve struskové vrstvě požadovanou I nízkou hladinu oxidu železnateho (FeO), která je menší, než 8 % hmotnostních.

I

Výraz „tavení je zde třeba, chápat tak, žě znamená tepelné zpracovávání, při kterém dochází k chemickým reakcím, které redukují neboli odkysličují oxidy kovů za účelem výroby tekutého kovu. : I

Výraz „kovová vrstva je zde třeba chápat tak, ze znamená tu oblast lázně, která obsahuje převážně kov. Tento výraz se týká zejména té oblasti nebo zóny, ve které je roztavená struska rozptýlena v, nepřetržitém objemu kovu.

Výraz „stusková vrstva je zde třeba chápat· tak, že znamená tu oblast .lázně, která obsahuje převážněj strusku. Tento výraz se týká zejména té oblasti nebo zóny, vé které je roztavený kov rozptýlen v nepřetržitém objemu strusky.

Výraz „nehybný povrch v souvislosti s roztavenou lázní ;

i je zde třeba chápat tak, že znamená povrch roztavené lázně za ;

takových procesních podmínek, kdy nedochází k žádnému vhánění !

i « tt ··· · ··· · ·· tt • · · · · · · tttttttt · · · · · • · · · tttt · tttttttt • tt tttt ·· · '·· ♦♦

I ( i

či dmychání plynů nebo pevných látek, a v důsledku toho k žádnému promíchávání lázně. '

I

V !

Prostor nad nominálním nehybným povrchem roztayené lázně je zde nazýván jako „horní prostor. |

Je výhodné, aby hladina rozpuštěného uhlíku v' kovu byla vyšší, než 4 % hmotnostní.

Rovněž je výhodné, aby koncentrace oxidu železnatého (FeO) ve struskové vrstvě byla nižší,' než 6 % hmotnostních, a ještě výhodněji, aby byla nižší,! než 5 % i hmotnostních. i

I

Dále je rovněž výhodné, aby způsob dále zahrnoval volbu množství pevného uhlíkatého materiálu, vháněného Ido kovové vrstvy tak, aby bylo větší, než je množství, požadované pro tavení přiváděného materiálu, obsahujícího kov,j a pro vytváření tepla za účelem udržování průběhu reakce tak, aby prach, unášený plynem, odváděným z nádoby, obsahoval alespoň i

nějaký přebytečný uhlík. i i

t

Dále je rovněž výhodné, aby koncentrace pevného uhlíku v prachu, unášeném plynem, odváděným z nádoby, ležela^v rozmezí od 5 do 90 % hmotnostních (ještě výhodněji pak od 20 do 50 % hmotnostních) , vztaženo na hmotnost prachu v ,odváděném l

plynu, což odpovídá rychlosti vytváření prachu o velikosti 10 až 50 g/Nm³ v odváděném plynu. ¹

S výhodou je krok (e) daného způsobu prováděn při vysokých úrovních primárního nebo základního přídavného spalování. { «

• · · • · · · • · · ···· • · · ·· • ·· ·· ·· • · · * • · · * • · · · • · · · ·· 9·

Výraz „primární přídavné spalování znamená:

[CC, ] + [//, C [C0₂] + [tf₂č>] + [CO

PG [co₂] - znamená objem oxidu uhličitého odváděných plynech v procentech;

(C0₂) v [M - znamená objem vody (H₂0) v Odváděných plynech v procentech;

[CO] - znamená objem oxidu uhelnatého ' (CO) v odváděných plynech V procentech; a íi

PG - znamená objem vodíku (H₂) v odváděných plynech v procentech.

Zejména pak výraz „primární přídavné spalování rovněž znamená takové přídavné spalování, které je výsledkem tavicího procesu při absenci jakéhokoliv přídavného nebo doplňkového uhlíkatého materiálu pro jiné účely.

V některých případech může být dodatečný zdroj pevného nebo plynného uhlíkatého materiálu (jako je uhlí nebo zemní plyn) vháněn do plynů, odváděných z nádoby, a to za účelem zachycování tepelné energie ve formě chemické energiíe.

Příkladem takového přídavného vhánění Uhlíkatého materiálu může být dmýchání zemního plynu, který se štěpí a i

• 4 }

4 4 • ···« ·· 4· » · 4 ’ > 4 4 <

» · · 4 ·· přeměňuje, přičemž se v důsledku toho ochlazupe, takže dochází k obohacování výhřevné hodnoty odváděných plynů.

Přídavný uhlíkatý materiál může být přidáván v horní oblasti nádoby nebo prostřednictvím kanálu odváděných plynů po odvedení těchto plynů z nádoby.

materiálu přídavného

Dodávání přídavného uhlíkatého využíváno pro zpomalení primárního takovým způsobem, který je skutečně nezávislý ha hlavním tavícím procesu v nádobě. j může být spalování

Způsob podle tohoto vynálezu může být provozován při primárním přídavném spalování vyšším, než 40 %.

S výhodou pak způsob podle tohoto vynálezu {pracuje s primárním přídavným spalováním¹ vyšším, než 50 %.

A ještě výhodněji pak _;způsob podle tohoto vynálezu i

pracuje s primárním přídavným 'spalováním vyšším, než 60 %.

Přechodová oblast, vytvářená ve shora kroku (d) (ii), je velice důležitá ze třech důvodů, uvedeném

Za prvé stoupající a póté klesající rozstřikované a

I šplíchající kapičky a proudy roztaveného materiálu jsou účinnými prostředky pro přenášení do roztavené lázně tepla, vytvářeného prostřednictvím přídavného spalování reakčních plynů v horním prostoru nad· nominálním nehybným⁵ povrchem lázně. í

Za druhé pak roztavený materiál, a zejména Jstruska v přechodové oblasti vytváří účinné prostředky pro minimalizaci • · • · «I · · • · «'

·· · « ·

tepelných ztrát prostřednictvím vyzařování přes boční stěny nádoby. ' >

Za třetí potom prach, obsahující uhlík, přispívá v přechodové oblasti ke snižování tepelnýčh ztrát prostřednictvím vyzařování přes boční stěny nádoby.

I

Základní rozdíl mezi způsobem podle tohoto vynálezu a způsoby, známými z dosavadního stavu techniky, spočívá v tom, že u způsobu podle tohoto vynálezu je hlavní tavící oblastí kovová vrstva, přičemž hlavní oblast okysličování|plynu (to jest vyvíjení tepla) je oddělena od kovové vrstvy,; a zejména , I leží v přechodové oblasti, a přičemž jsou tyto oblasti prostorově velmi dobře odděleny, a k přenosu tepla^ dochází v důsledku fyzikálního pohybu roztaveného materiálu mezi těmito

F dvěma oblastmi. . ;

F

S výhodou je pohyb směrem vzhůru rozstřikovaných a šplíchajících kapiček a proudů roztaveného materiálu, zejména strusky, čímž je vytvářena přechodová oblast, ^způsobován

F vháněním kovonosného vstupního materiálu a/nebo uhlíkatého materiálu v nosném plynu prostřednictvím jedné >nebo více přívodních trubek/dmyšních trubic, které směřují dolů směrem do kovové vrstvy. j i

F

I

Jak již bylo shora uvedeno, tak s výhodou jedna nebo f

více přívodních trubek/dmyšních trubic prochází bočními stěnami nádoby a je skloněna dovnitř a dolů směrem! do kovové i

vrstvy.

Uvedené vhánění pevného materiálu směrem ke kovové vrstvě a poté přímo do kovové vrstvy má následující· důsledky:

!

I

F

I (a) hybnost pevného materiálu/nosného plynu způsobuje, že pevný materiál a nosný plyn proniká do kovoVé vrstvy;

·· ·· • · « · • · · · « · · · · • · · · (b) uhlíkatý materiál, obvykle uhlí, ztrácí těkavost, v důsledku čehož je vytvářen plyn v kovové vrstvě;

(c) uhlík se převážně rozpouští do kovu,j přičemž ί

částečně zůstává jako pevná látka; ;

í i

(d) kovonosný materiál, obsahující kov, je tav^en na kov prostřednictvím uhlíku, odvozeného ze vháněného uhlíku, jak již bylo shora popsáno pod položkou (c) , přičemž je při této tavící reakci vytvářen . plynný oxid uhelnatý (CO); a

I (e) plyny, přiváděné do kovové vrstvy a : vyvíjené (

prostřednictvím ztráty těkavosti a tavení, |Vytvářejí

I výrazné vztlakové zdvihání roztaveného materiálu, zejména roztaveného kovu (který obsahuje rozpuštěný i

uhlík) a roztavené strusky (která je přiváděna!do kovové vrstvy z prostoru nad kovovou vrstvou v důsledku vhánění pevných a plynných látek), a pevného uhlíku ! z kovové vrstvy, v důsledku čehož dochází k pohybu směrem vzhůru rozstřikovaných a šplíchajících kapiček a proudů roztaveného materiálu, přičemž tyto rozstřikované a t

šplíchající kapičky a proudy roztaveného materiálu dále unášejí strusku při svém pohybu přes struskovou vrstvu.

I

Jinou možností, přičemž V žádném případě nejde pouze o jedinou jinou možnost, je vytvářet pohyb rozstřikovaných a šplíchajících kapiček a proudů roztaveného materiálu směrem vzhůru prostřednictvím vhánění kovonosného .vstupního materiálu a uhlíkatého materiálu přes jednu nebo i více než • · • · • · • · jednu dmyšní trubici ve dně nádoby nebo v bočních stěnách této nádoby, které jsou ve styku s kovovou vrstvou.·

Kovonosný vstupní materiál a uhlíkatý materiál; mohou být přiváděny stejnou nebo samostatnou přívodní trubkou/dmyšní !

trubicí nebo více přívodními trubkami/dmyšními trubicemi.

Je výhodné, aby vhánění nosného plynu a (uhlíkatého materiálu a/nebo kovonosného vstupního materiálu a/nebo I jiného pevneho materiálu do lázně bylo postačující! tomu, aby docházelo k pohybu rozstřikovaných a šplí cha j.ících! kapiček a proudů roztaveného materiálu směrem vzhůru do prostoru nad lázní fontánovitým způsobem.

Metalurgická nádoba je s výhodou opatřena: i (a) shora popsanými přívodními trubkami/dmyšními trubicemi pro dmychání plynu, obsahujícího -kyslík, a přívodními trubkami/dmyšními trubicemi pro vhánění i

pevných materiálů, jako jsou kovonosné materiály,

I obsahující kov, uhlíkaté materiály (obvyklé uhlí) a tavidla či struskotvorné přísady do nádoby; · (b) odpichovými otvory pro odvádění roztaveného kovu a ί

strusky z nádoby; a !

(c) jedním nebo plynů.

více výstupními kanály pro odvádění materiál, obsahující kov, může být v Může být například ve formě rud, neboli odkysličených rud, přímo í

(DRI), karbidu železa¹, okují,

Kovonosný vstupní jakékoliv vhodné formě částečně zredukovaných zredukovaného železa • 9 9 .

• · 9

4 9 9

9 44 9 4

4 4

94 · <1 • · (fc · · • · <» » · «

4 9 4 ·

94

4 4

4 · ·· 4 4 vysokopecního prachu, slinutých jemných rud neboí ve formě (

směsi takovýchto materiálů.

I

V případě částečně zredukovaných rud může stupeň předběžného zredukování ležet v rozmezí od poměrně nízké úrovně (například na oxid železnatý (FeO)) až |k poměrně vysoké úrovni (například 70 až 95 % metalizace).

V této souvislosti pak způsob dále zahrnuje[částečnou redukci kovonosných rud a poté vhánění těchtoS částečně zredukovaných rud do kovové vrstvy. ^;

Kovonosný vstupní materiál může s výhodou být předehřát.

I

Nosným plynem může být jakýkoliv vhodný nosný plyn.

I i

Je výhodné, aby nosným plynem byl plyn s nedostatkem kyslíku. I

Rovněž je výhodné, aby nosný plyn obsahoval dusík.

i

Plynem, obsahujícím kyslík, může být samotný kyslík, vzduch, nebo kyslíkem obohacený vzduch, obsahující až 40 % objemových kyslíku.

i , I

Je výhodné, aby plynem, obsahujícím kyslík, byl vzduch.

i

I

Dále je též zejména výhodné, aby tento vzduch byl předehřát. , i

I

I i

f i·

99 • 4 4 • 4 ·<· *4 · I ·· ··

4 4 ί 4 · · · > - . _ 4 4 4 · 9 9 9 4 • ( · · 4 · ···· 4 4 ·· · » · » 0 9 9 ,9 9 9 9 9

99 99 4 99 99

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude v dalším podrobněji vysvětlen na příkladech i jeho konkrétního provedení, který bude podán s přihlédnutím k přiloženému jedinému obrázku výkresu, na kterém je znázorněn svislý řez metalurgickou nádobou, zobrazující schematickou formou výhodné provedení.způsobu podle tohoto vynálézu.

Příklady provedení vynálezu

Následující popis se týká taveni železné rudy za účelem výroby roztaveného železa, přičemž je zcela pochopitelné, že předmětný vynález není omezen pouze na toto uplatnění, neboť i pro jiné vhodné rudy kovů a/nebo je uplatnitelný koncentráty nebo obohacené irudy, a to včetně redukovaných nebo odkysličených rud kovů nebo materiálů.

částečně odpadních

Nádoba, vyobrazená na přiloženém obrázku, má základnu 3, boční stěny _5, které vytvářejí obecně válcovitý buben, klenbu Ί_, horní výstup 9 odcházejících plynů a otvory (neznázoměno) pro odvádění kovu a strusky.

odpichové

Základna 3 a spodní úsek 8_ bočních stěn _5 jsou [vytvořeny ze žáruvzdorného materiálu.

Klenba 7 a horní úsek 10 bočních stěn 5 jsou vytvořeny z i vodou chlazených ' panelů. Takovéto panely jsou ; podrobně popsány v australské patentové přihlášce PP 44*26 téhož přihlašovatele, jejíž popis je zde uváděn ve formě odkazu.

Při používání uvedená nádoba obsahuje roztavenou lázeň železa a strusky, která sestává z vrstvy 1,5 roztaveného kovu a z vrstvy 16 roztavené strusky, která se nalézá naj vrstvě 15 roztaveného kovu. Šipka, která je na obrázku) označena vztahovou značkou. 17 vyznačuje polohu nominálního nehybného povrchu vrstvy 15 roztaveného kovu, přičemž šipka, označená vztahovou značkou 19, vyznačuje polohu nominálního nehybného povrchu vrstvy 16 roztavené strusky.

i

Pod výrazem „nehybný, povrch je třeba rozumět povrch,

- ¹ kdy nedochází k žádnému přivádění plynu nebo pevných látek do i nádoby. 1

Nádoba je rovněž opatřena dvěma pevnými přívodními trubkami/dmyšními trubicemi 11, které procházejí směrem dolů a směrem dovnitř přes boční stěny .5 a vedou do vrstvy 16 roztavené strusky. Poloha těchto přívodních trubek/dmyšních trubic je zvolena tak, že jejich spodní konce leží nad nominálním nehybným povrchem 17 vrstvy 15 roztaveného kovu.

Při používání jsou železná ruda, pevný uhlíkatý materiál (obvykle uhlí) a tavidla nebo„struskotvorné přísad^ (obvykle vápno a hořčík), obsažené v nosném plynu (obvykle dusík N2), !

přiváděny do kovové vrstvy T5 prostřednictvím přívodních trubek/dmyšních trubic 11. .Hybnost pevného materiálu a nosného plynu způsobuje, že tento pevný materiál a nosný plyn pronikají do vrstvy 15 roztaveného kovu. Uhlí ztrácí těkavost a v důsledku toho vytváří plyn ve vrstvě 15 roztaveného kovu.

i

Uhlík se částečně rozpouští do kovu a částečně zde zůstává jako pevný uhlík. Železná ruda se taví na kov, přičemž při této tavné reakci se vyvíjí plynný oxid uhelnatý. 1 i

Plyny, přiváděné do vrstvy 15 roztaveného kovu a L vytvářené prostřednictvím ztráty těkavosti a prostřednictvím tavení, vytvářejí výrazný vztlakový zdvih, působící na «ι · • · · · · · • · · · · · · ······· · · · • · · · · · • · · · · roztavený kov, pevný uhlík a roztavenou strusku (která je do vrstvy 15 roztaveného kovu přitahována z prostoru nad vrstvou 15 roztaveného kovu v důsledku přivádění pevných látek a nosného plynu), ve vrstvě 15 roztaveného kovu, v důsledku čehož dochází k pohybu směrem vzhůru rozstřikovaných částic, kapiček a proudů roztaveného materiálu a pevného uhlíku, přičemž tyto rozstřikované částice kapičky a proudy l vstupují do strusky při svém pohybu přes vrstvu 16 roztavené strusky.

Vztlakové zdvihání roztaveného materiálu á pevného uhlíku způsobuje výrazné promíchávání vrstvy 15 roztaveného kovu a vrstvy 16 roztavené strusky, čehož výsledkem je, že vrstva 16 roztavené strusky nabývá na objemu a má povrch, který je na obrázku označen šipkou 30. Rozsah tohoto promíchávání je takový, že vrstva 15 roztaveného kovu a vrstva 16 roztavené strusky jsou každá v podstatě ^homogenní, přičemž jsou v každé oblasti přiměřeně jednotné teploty, které mají obvykle hodnotu 1 450 až 1 550° C, a přičemž je zde rovněž v každé oblasti i přiměřené jednotné složení.

Kromě toho vzhůru směřující pohyb příslušného rozstřikování nebo šplíchání, kapiček a proudů roztaveného materiálu, které je způsobeno vztlakovým zdviháním roztaveného kovu, pevného uhlíku a roztavené strusky zasahuje do horního prostoru 31 nad roztaveným materiálem v nádobě a vytváří tak přechodovou oblast 23. í

Obecně řečeno představuje vrstva 16 roztavené strusky kapalný nepřetržitý objemový prostor s plynovými bublinkami a kovem (obvykle ve formě kapiček), které jsou v něm! obsaženy, přičemž přechodová oblast 23 ^představuje plynný nepřetržitý objemový prostor, ve kterém jsou obsaženy řozstřiky, > · * • · • · · φ ο» · ér ··' · ·· ·· • · · té·· • · · · · ·· · • ······· ·· · • · · · · · · • · · · · ·· šplíchání, kapičky a proudy roztaveného materiálu (kterým je

.. l v této etapě alespoň převážně struska).

Výrazné promíchávání vrstvy 15 roztaveného kovu a vrstvy 16 roztavené strusky, způsobované prostřednictvím vztlakového zvedání, o kterém již bylo shora _:hovořeno, zajišťuje, že dochází k výraznému míšení kovu ve :vrstvě 16 roztavené strusky. Úmyslné vhánění pevného uhlíkatého materiálu do vrstvy 15 roztaveného kovu zajišťuje^:, že kov, r

i který je promícháván ve vrstvě 16 roztavené strusky; obsahuje

I vysokou hladinu rozpuštěného uhlíku. V důsledku tohoto t

rozpuštěného uhlíku v kovu ve vrstvě 16 roztavené strusky a v důsledku výrazného promíchávání kovu ve vrstvě 16'roztavené strusky pak tato vrstva 16 roztavené strusky) obsahuje požadovanou nízkou úroveň oxidu železnatého (FeO) ve strusce, která bývá obvykle menší, než 8 % hmotnostních. !

Nádoba je dále opatřena přívodní trubkou 13 pro dmychání plynu, obsahujícího kyslík, která je umístěna ve, středu a rozprostírá se svisle směrem dolů do nádoby. Poloha této přívodní trubky 13 a rychlost proudění plynu touto přívodní trubkou 13 jsou zvoleny tak, že plyn, obsahující kyslík, i prochází středovou oblastí přechodové oblasti 23, přičemž je zde udržován v podstatě volný prostor 25, který je bez kovu a strusky, a který leží kolem konce přívodní trubky 13.

Dmychání plynu s obsahem kyslíku přívodní hrubkou 13 způsobuj e uhelnatého oblasti 23 trubky 13, reakci přídavného (CO) a plynného spalování plynného oxidu vodíku (H₂) v přechodové a ve volném prostoru 25 v důsledku čehož jsou kolem konce] přívodní v plynovém; prostoru vytvářeny vysoké teploty o velikosti zhruba 2 00Ú° C nebo vyšší. Teplo je převáděno do stoupajících a klesajících i

R ί

« · fl« · fl . fl flfl ·· • fl ··· ····:

• flflfl · · · · · ·· · fl « flflfl fl ··♦· * · flfl · ··· flfl · flflfl · «· fl© · · f fl ·· · fl rozšplíchaných kapiček a proudů roztaveného kovu v oblasti i

dmychání plynu, přičemž je toto teplo poté částečně ipředáváno do vrstvy 15 roztaveného kovu, jak se kov a struska navrací do vrstvy 15 roztaveného kovu.

!

I

Volný prostor 25 je velice důležitý pro dosahování vysoké úrovně přídavného spalování, to jest více jiež 40 %, neboť umožňuje strhování a unášení plynů v prostoru nad přechodovou oblastí 23 do koncové oblasti přívodní trubky 13, v důsledku čehož je zvyšováno vystavení dostupných (reakčních ř

plynů přídavnému spalování. ( i

Kombinovaný účinek polohy přívodní trubky 13, (průtokové rychlosti proudění plynů touto přívodní trubkou 13i a pohybu směrem vzhůru rozstřikovaných kapiček a proudů roztaveného materiálu způsobuje tvar přechodové oblasti 23 kolem spodní oblasti přívodní trubky 13, který je obecně označenivztahovou značkou 27. Tato tvarovaná oblast způsobuje ! částečnou překážku pro přenos tepla zářením do bočních stěn 5g

I

Kromě toho stoupající a klesající rozstřikování a šplíchání kapiček a proudů roztaveného kovu představuje velice účinný prostředek pro přenos tepla z přechodové ί oblasti 23 do roztavené lázně,, důsledkem čehož je, že teplota v přechodové oblasti 23 v úseku bočních stěn 5 má velikost zhruba 1 450° C až 1 550° C. i

Výhodné provedení způsobu podle tohoto vynálezu zahrnuje takovou volbu množství pevného uhlíkatého materiálu, přidávaného do lázně, že je toto množství větší, než je množství požadované pro roztavení železné rudy, přiváděné do

I lázně, takže pevný uhlík ve formě sazí nebo dřevěného uhlí je nesen lázní a přechodovou oblastí 23. V důsledku toho je » ·» • ·

9 9 9

9

9 9 99 9 uhlík přítomen ve výrazném množství v prachu, obsaženém v plynech, odváděných znádoby. Uhlík může být rovněž přítomen v malých množstvích ve štrusce, která je odpichována z nádoby. { i '

Je výhodné, aby množství pevného uhlíkatého materiálu, vháněného do vrstvy. 15 roztaveného kovu, bylo postačující k _sudržování:

i (a) koncentrace uhlíku v kovu v lázni alespoň na ' hodnotě 3 % hmotnostní; ⁵ (b) hladiny oxidu železnatého (FeO) ve strusce ve vrstvě 16 roztavené strusky a v přechodové oblasti 23 na hodnotě pod 8 % hmotnostních; 'a (c) alespoň 5 odváděném z nádoby.

uhlíku · v prachu·, unášeném v plynu,

Výhody provozování způsobu podle tohoto vynálezu s i nadbytečným uhlíkem jsou dvojí. !

Za prvé jak již bylo shora uvedeno, tak vysoké hladiny roztaveného uhlíku v kovu v lázni a výrazné promíchávání kovu i ve vrstvě 16 roztavené strusky zajišťuje, že vrstva 16 roztavené strusky je udržována v silně zredukovaném neboli odkysličeném stavu v důsledku promíchávání kovu á strusky. j

I

Struska s nízkým obsahem oxidu železnatého (FeO); která je ^:takto získávána, zabraňuje provozním problémům, {spjatým s neřízenou a potenciálně rychlou reakcí mezi struskou s vysokým obsahem oxidu železnatého (FeO) a kovem, bohatým na ; uhlík. » ΐ ί ·· ·· k · · ' » · · · · k · · k · · « • · · · • · · ·····

Za druhé je lázeň udržována v blízkosti stavu nasycení z i

hlediska rozpuštěného uhlíku, takže obsah uhlíků v kovu nemusí být výslovně regulován. Ztráty uhlíku z kovu jsou významným výsledkem z hlediska provozu předmětného zařízení, neboť likvidus kovu (pro systém kovu a uhlíku) se výrazně mění na každé straně eutektického bodu. Přítomnost přebytku uhlíku v lázni způsobuje, žé daný systém je do určitého stupně samonápravný, a to s možností vícenásobných nápravných akcí, prováděných obsluhou v případě narušení procesu.

Stupeň dosahováno, přídavného spalování, kterého je v nádobě je účinně regulován prostřednictvím[ množství přebytečného uhlíku, který je .odváděn z nádoby jako· prach ve výstupních plynech. Důsledkem toho je, že nevyužitý^ uhlík je odváděn z nádoby, takže může, být opět recyklován zpět do nádoby.

V souladu s předmětem tohoto vynálezu bylo vytvořeno rozsáhlé průkopnické zařízení s nádobou, vyobrazenou na obrázku a popsanou ve shora uvedeném popise, < a to v souvislosti se shora popsanými, provozními podmínkami způsobu.

U tohoto průkopnického/' zařízení byla vyhodnocována nádoba a byl prověřován daný způsob za podmínek rozmezí různých: ' širokého (a) vstupních materiálů; _; (b) množství přiváděných pevných látek a plynů;

(c) poměrů struský ke kovu; _; (d) provozních teplot; a (e) nastavení či seřízení příslušného zařízení.·

V následující tabulce 1 jsou uvedeny příslušné údaje, získané v průběhu stabilních provozních podmínek pro jednu i

část provozu příslušného zařízení. i i

i !

	Stabilní provoz
Teplota lázně	(° C)	1 450
Provozní tlak	(bar g)	0,5
HAB vzduch	(kNm^J/h)	26, 0 (
Kyslík v HAB	(%)	20i 5
HAB teplota	(^0; C)	1 200 i
DSO ruda	(t/h)	9,(7
Uhlí	(t/h)	6,1
Pálené tavidlo	(t/h)	1,M
Teplota přiváděné rudy	(° C)	í 25‘ 0 t
Horký kov	, (t/h)	6,1
Struska	(t/h)	2/7 t
Přídavné spalování	(%)	60,0
Teplota vypouštěných plynů	(° C)	1 1 4 50
Přenos tepla do lázně	(MW)	i l 17,)3,
Tepelné ztráty do panelů	(MW)	1 8 ,'0 i
Dávka uhlí	(kg/thm)	1 003

t

Železná ruda byla dodávána z Hamersley jako běžná jemná , , z / ·, ~ ~ _ 1 i— r A r o. x _ i -s yl Ol Q.

no dodávaná ruda • · · · ► · · » · · · · oxidu křemičitého (SiO₂) a. 2,78 % oxidu hlinitého j (A1₂O₃) v suchém stavu. - . '

Jak jako redukčního neboli odkysličovacího činidla, tak jako zdroje uhlíku a vodíku pro spalování a přívod energie do procesu bylo použito antracitového uhlí. Toto uhlí mělo výhřevnou hodnotu 30,7 MJ/kg, obsah popele zhrubla 10 % a těkavou hladinu 9,5 %. Z hlediska dalších charakteristik obsahovalo uhlí celkem 79,82 % uhlíku, 1,8 % vody (H₂O) , 1,59 % dusíku (N₂), 3,09 % kyslíku (O₂) a 3,09 % vodíku (H₂) .

Způsob byl provozován tak, aby byla udržována.zásaditost strusky na hodnotě 1,3 (poměr^:CaO/SiO₂) s využitím kombinace tavidel či struskovacích přísad vápna a hořčíku. Oxid hořečnatý (MgO) přispívá ke snížení korozivních účinků , i strusky na žáruvzdorný materiál, takže byla |udržována příslušná hladina oxidu hořečnatého (MgO) ve strusce.

Za stálých provozních podmínek byly zaznamenány poměrně nízké tepelné ztráty velikosti 8

Prbduktivita i

činila 6,1 t/h horkého kovu.) Množství . přiváděných pevných látek bylo 9,7 t/h jemné rudy a 6,1 t/h uhlí společně s

1,4 t/h tavidla nebo struskotvorných přísad. Bylo dosaženo uhelného poměru v hodnotě 1 0Ú0 kg uhlí na jednu tunu horkého kovu. Za těchto podmínek bylo dosahováno provozních výsledků

I produkce hladiny prašného uhlíku 25 % hmotnostních a oxidu železnatého (FeO) ve strusce¹ 4 lázňového uhlíku 4 %. hmotnostní.

hmotnostních stejně jako

U shora uvedeného příkladného provedení· zpúpobu podle tohoto vynálezu je možno provádět celou řadu různých modifikací, aniž by došlo k úniku z myšlenky předmětu tohoto vynálezu.

a rozsahu

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY ?ν £000-1100 ·· ·· ’ ·· · ·· ·· a · · a·· · ♦ · · a a ··· a a a · a··· a a a a a a a aaaa a a a a a aaaa aa a aaaa aa aa aa f a aa aa

1 nebo 2 koncentrace oxidu leží pod

1\J ?OVO-MOO (ii) zasahuje do prostoru nad nominálním nehybným povrchem roztavené lázně pro vytváření přechodové oblasti, a ' ' (e) dmychání plynu obsahujícího kyslík do nádoby prostřednictvím jedné nebo více přívodních trubek/dmyšních trubic pro zajištění reakce přídavného spalování plynů, uvolňovaných z roztavené lázně, přičemž stoupání aL následné klesání rozstřikovaných a šplíchajících kapiček a proudů roztaveného materiálu v přechodové oblasti usnadňuje přenos tepla do roztavené lázně, ía přičemž přechodová oblast minimalizuje ztráty tepla z nádoby prostřednictvím bočních stěn, které jsou ve styku s přechodovou oblastí.

1. Způsob výroby kovů přímým tavením z oxidů kovů včetně částečně odkysličéných oxidů kovů vyzná č; u j ící I.

se tím, že zahrnuje následující kroky: _; (a) vytváření roztavené lázně, sestávající ( z kovové vrstvy a ze struskové vrstvy na kovové vrstvě v metalurgické nádobě, I (b) vhánění přiváděného materiálu, obsahujícího kov, do kovové vrstvy prostřednictvím jedné nebo více (přívodních trubek/dmyšních trubic a tavení kovonosného materiálu na kov alespoň převážně v kovové vrstvě, ( i

i I (c) vhánění pevného uhlíkatého materiálu ;do kovové vrstvy prostřednictvím jedné nebo více (přívodních trubek/dmyšních trubic v množství, které je postačující k . tomu, aby hladina rozpuštěného uhlíku v kovu činila alespoň 3 % hmotnostní, vztaženo na celkovou hmotnost uhlíku (a kovu,

I (d) zajištění pohybu rozstřikovaných a šplíchajících kapiček a proudů roztaveného kovu směrem vzhůru z kovové i

vrstvy roztavené lázně, což: {

i.

(i) podporuje výrazné promíchávání ( kovu ve struskové vrstvě roztavené lázně, takže je strusková vrstva udržována v silně odkysličeném stavu, což způsobuje, že hladina oxidu

I železnatého (FeO) leží pod hodnotou 8 % hmotnostních, vztaženo na celkovou hmotnost strusky ve struskové vrstvě, a , • · • ··· • · 4

2. Způsob podlé vyznačující se tím, že rozpuštěného uhlíku v kovu je větší, než 4 nároku hladina hmotnostní.

3. Způsob podle . nároku vyznačující se t i m , že železnatého (FeO) ve strusce ve struskové vrstvě hodnotou 6 % hmotnostních.

4. Způsob podle nároku J 3 vyznačuj i c i se t i m , že kóncentřace 1 oxidu železnatého (FeO) leží pod hodnotou 5 % hmotnostních.

í

5!

• · ·· ' 99 f 9 9 9 9 9 • 9 9 9 9 9 9 9 9 9 • 9 999 9999 · 9 · · • · 9 · 9 9 9 9999 · 9 99 · ···♦ · · · · · 9 ·

9 9 9 9 99 t · 9 9 9 9

β.

Způsob podle nároku j 5vyznačující-· se tím, že koncentrace pevného uhlíku v prachu, unášeném pilynem, odváděným, z nádoby, leží v rozmezí od 5 do 90 % hmotnostních, vztaženo na prachu v odváděném plynu, což odpovídá rychlosti prachu o velikosti 10 až 50 g/Nm³ v odváděném plynu.

hmotnost vytváření

5. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků vyznačující se tím, že zahrnuje volbu množství pevného uhlíkatého materiálu, vháněného i do . kovové vrstvy tak, aby prach, unášený plynem, odváděným , z nádoby, ^i! i obsahoval alespoň nějaký uhlík. _|

7. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků vyznacug i c i se provozování způsobu při spalování větších, než 40 %.

ze hlavních úrovních zahrnuj e přídavného

8. Způsob vyznačuj ící provozování způsobu spalování větších, než 50 podle se tím, při hlavních nároku že úrovních zahrnuj e přídavného

9. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků vyznačuj ící vhánění kovonosného se .tím, že krok (d)l zahrnuje vstupního materiálu a uhlíkatého materiálu v nosném plynu přes jednu nebo více přívodních i

trubek/dmyšních trubic, které směřují dolů směrem do kovové vrstvy, přičemž dochází k pohybu rozstřikovaných a šplíchajících kapiček a proudů roztaveného materiálu směrem vzhůru do prostoru nad nominálním nehybným povrchem pro vytváření přechodové oblasti.

10. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků ^;1 až 8 vyzná č ující se tím, žel krok (d) zahrnuje vhánění kovonosného vstupního materiálu a uhlíkatého materiálu přes jednu nebo více než jednu dmyšní trubici ve dně nádoby nebo v bočních stěnách nádoby, které jso^i ve styku , s kovovou vrstvou, přičemž dochází k pohybu rozstřikovaných a , f·

9· ·· ·· ř · ·· . ·· ·· · ♦«►· ···· • · · ·· · · · · · · · * • · · · · · · ···· · · · · ·; ···· · * · · · · · «· «· ·· ί · ·· ·· šplíchajících kapiček a proudů roztaveného materiálu směrem vzhůru do prostoru nad nominálním nehybným povrchem pro _r • '·*· í vytváření přechodové oblasti. . |