CZ20002522A3

CZ20002522A3 - Postup najíždění procesu přímého tavení

Info

Publication number: CZ20002522A3
Application number: CZ20002522A
Authority: CZ
Inventors: Cecil Peter Bates; Peter Damian Burke
Original assignee: Technological Resources Pty Ltd
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2001-07-11
Also published as: ATE342381T1; CA2313622C; AUPQ152299A0; US6517605B1; KR100647232B1; EP1067201A2; AU768952B2; ES2272220T3; CN1280199A; DE60031206T2; RU2242520C2; EP1067201A3; CN1317398C; MY135442A; ID26477A; MXPA00006739A; CA2313622A1; JP4916046B2; EP1067201B1; DE60031206D1

Description

Postup najíždění procesu přímého tavení

Oblast techniky

Předložený vynález se týká způsobu výroby roztaveného železa z kovonosného vsázkového materiálu, jako například z rud, částečně redukovaných rud, a odpadů obsahujících kov, v metalurgické nádobě obsahující roztavenou lázeň.

Dosavadní stav techniky

Předložený vynález se týká zejména procesu přímého tavení založeného na lázni taveniny pro výrobu roztaveného železa z kovonosného vsázkového materiálu.

Termínem „proces přímého tavení se rozumí proces, který produkuje roztavený kov, v tomto případě železo, z kovonosného vsázkového materiálu.

Předložený vynález se týká konkrétněji procesu přímého tavení založeného na lázni taveniny, který spočívá ve využití vrstvy roztaveného kovu jako tavícího média, a obecně se označuje jako proces HI tavení.

Proces HI tavení zahrnuje kroky:

(a) vytvoření roztavené lázně mající vrstvu kovu a vrstvu struský na vrstvě kovu v metalurgické nádobě, (b) zavádění kovonosného vsázkového materiálu a • · pevného uhlíkatého materiálu do vrstvy kovu prostřednictvím množství lancet či dmýšních trubic, (c) tavení kovonosného materiálu ve vrstvě kovu, (d) vyvrhávání roztaveného materiálu ve formě vyšplíchnutí, kapek či proudů do prostoru nad jmenovitou klidovou hladinou lázně taveniny pro vytvoření přechodné zóny, a (e) zavádění plynu obsahujícího kyslík do nádoby prostřednictvím jedné nebo více lancet či dmýšních trubic pro dodatečné spalování reakčních plynů uvolňovaných z lázně taveniny, čímž vzestupná a poté sestupná vyšplíchnutí, kapky či proudy roztaveného materiálu v přechodné zóně usnadňují přestup tepla do lázně taveniny, a čímž přechodná zóna minimalizuje ztráty tepla z nádoby prostřednictvím stěn nacházejících se ve styku s přechodnou zónou.

Výhodná forma procesu HI tavení je charakteristická vytvářením přechodné zóny zaváděním nosného plynu, kovonosného vsázkového materiálu, pevného uhlíkatého materiálu a volitelně tavidel do lázně prostřednictvím lancet, které jsou protaženy směrem dolů a dovnitř skrze stěny nádoby tak, že nosný plyn a pevný materiál vniká do vrstvy kovu a zapříčiňuje vyvrhávání roztaveného materiálu z lázně.

Tato forma procesu HI tavení představuje zlepšení proti starší formě procesu, kde se vytváří přechodná zóna spodním zaváděním nosného plynu a pevného uhlíkatého materiálu skrze dmýšní trubice do lázně pro zapříčinění vyvrhávání kapek a vyšplíchnutí a proudů roztaveného materiálu z lázně.

• · fc · ·

Podstata vynálezu

Přihlašovatel provedl rozsáhlé práce na pilotním zařízení pro proces HI tavení a učinil četné významné poznatky týkající se tohoto procesu.

Jedním z těchto poznatků, který je předmětem předloženého vynálezu, je účinný a efektvní postup najíždění procesu HI tavení.

V obecném vyjádření je předmětem vynálezu postup najíždění procesu přímého tavení pro výrobu železa z kovonosného vsázkového materiálu v metalurgické nádobě, přičemž nádoba zahrnuje množství lancet či dmýšních trubic pro zavádění vsázkového materiálu, přičemž postup najíždění zahrnuje kroky (a) předehřev nádoby, (b) zavedení vsázky roztaveného železa do nádoby a vytvoření lázně taveniny v nádobě, (c) zavádění uhlíkatého materiálu a tavidla do lázně taveniny a zavádění plynu obsahujícího kyslík prostřednictvím jedné nebo více než jedné lancety či dmýšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu, a spalování uhlíku a plynu vznikajícího z lázně (je-li přítomen) pro ohřívání roztavené lázně a vytváření strusky, a (d) zavádění kovonosného vsázkového materiálu do nádoby, za stálého zavádění pevného uhlíkatého materiálu a tavidla a pokračování zavádění plynu obsahujícího kyslík, a tavení kovonosného vsázkového materiálu za vzniku roztaveného železa, čímž je dokončen postup najíždění.

S výhodou zahrnuje krok (a) předehřevu nádoby spalování topného plynu a vzduchu v nádobě. Termín „topný plyn zde zahrnuje například koksárenský plyn, vysokopecní plyn a zemní plyn.

S výhodou se zavádění uhlíkatého materiálu a/nebo tavidla v kroku (c) provádí prostřednictvím jedné nebo více než jedné lancety ci dmýšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu.

S výhodou se zavádění kovonosného vsázkového materiálu v kroku (d) provádí prostřednictvím jedné nebo více než jedné lancety či dmýšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu.

S výhodou se pevné látky, tj. některý nebo více materiálů ze skupiny kovonosný vsázkový materiál, uhlíkatý materiál a tavidlo, které se zavádějí prostřednictvím jedné nebo více než jedné lancety či dmýšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu, zavádějí prostřednitvím lancety či dmýšní trubice spolu s nosným plynem.

Lanceta (lancety) či dmýšní trubice pro zavádění pevných látek mohou být pohyblivé v průběhu postupu najíždění mezi dolní pracovní polohou a zdviženou zataženou polohou.

Alternativně, lanceta (lancety) či dmýšní trubice pro zavádění pevných látek mohou být během postupu najíždění « · • » • ·

(.

pevné a mohou například procházet stěnami nádoby.

V situaci, kdy lanceta (lancety) či dmýšní trubice pro zavádění pevných látek jsou pevné, krok (b) s výhodou zahrnuje zavádění takového průtoku nosného plynu bez pevných látek skrze lancetu (lancety) či dmýšní trubice pro zavádění pevných látek, který zabraňuje vnikání roztaveného kovu do lancet či dmýšních trubic.

Postup najíždění s výhodou zahrnuje mezi kroky (b) a (c) mezioperaci zavádění plynu obsahujícího kyslík skrze jednu nebo více než jednu lancetu či dmýšní trubici před započetím zavádění uhlíkatého materiálu a tavidel v kroku (c) , pro spálení oxidovatelného materiálu v lázni taveniny a tím zvýšení teploty lázně.

S výhodou začíná krok (d) zavádění kovonosného vsázkového materiálu když předepsané procesní podmínky dosáhnou předem stanoveného prahu. Předepsané procesní podmínky zahrnují například jednu nebo více z veličin:

(i) teplota lázně taveniny (s výhodou alespoň 1400 °C, (ii) koncentrace uhlíku v lázni taveniny (s výhodou alespoň 4 % hmotn.), a (iii) úrovně dodatečného spálení (s výhodou pod úrovní, která představuje nasycení lázně taveniny uhlíkem).

Nádoba s výhodou zahrnuje předpecí, a krok (b) zavádění vsázky roztaveného železa zahrnuje zavádění vsázky prostřednictvím předpecí.

« 9 « «

Krok (a) předehřevu s výhodou zahrnuje umístěni víka na předpecí pro minimalizaci tepelných ztrát prostřednictvím předpecí.

S výhodou zahrnuje postup najíždění čištění nádoby před krokem (a) předehřevu pro odstranění struský z nádoby.

S výhodou zahrnuje nádoba vodou chlazené panely, které tvoří alespoň část stěn nádoby a postup najíždění zahrnuje nastřikování licího žáruvzdorného materiálu na panely před krokem (a) předehřevu pro snížení počátečních ztrát tepla z panelů během postupu najíždění.

S výhodou je licím žáruvzdorným materiálem spinel s vysokým obsahem oxidu hlinitého.

S výhodou zahrnuje postup najíždění připojení prodloužení ke koncům lancet či dmýšních trubic před krokem (a) předehřevu pro zvýšení efektivnosti zavádění pevných látek během postupu najíždění, když je hladina roztavené lázně poměrně nízká. Prodloužení jsou vytvořena s výhodou z materiálu, který se taví v lázni taveniny když hladina lázně taveniny stoupá a prodloužení se do ní postupně ponořuj í.

S výhodou obsahuje roztavené železo zaváděné v kroku (b) alespoň 3 % hmotn. uhlíku.

S výhodou obsahuje roztavené železo zaváděné v kroku (b) křemík a/nebo hliník a/nebo jiný vhodný oxidovatelný materiál. i • · · ·

S výhodou zahrnuje krok (c) a mezioperace mezi kroky (b) a (c) zavádění nosného plynu při tlaku alespoň o 100 kPa vyšším než je tlak v nádobě, měřeno přes lancety či dmýšní trubice pro zavádění pevných látek.

S výhodou zahrnuje postup najíždění zvýšení průtoku plynu obsahujícího kyslík v průběhu každého z kroků (c) a (d) .

S výhodou zahrnuje krok (c) zavádění plynu obsahujícího kyslík prostřednictvím jedné nebo více než jedné lancety či dmýšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu v množství alespoň 12 000 Nm³/h.

S výhodou zahrnuje krok (d) zavádění plynu obsahujícího kyslík v množství alespoň 20 000 Nm³/h.

S výhodou zahrnuje postup najíždění stanovení doby pro provádění kroku (c) monitorováním obsahu kyslíku a/nebo oxidu uhelnatého a/nebo oxidu uhličitého v odplynu z nádoby.

S výhodou zahrnuje postup najíždění stanovení doby pro provádění mezioperace mezi kroky (b) a (c) monitorováním obsahu kyslíku a/nebo oxidu uhelnatého a/nebo oxidu uhličitého v odplynu z nádoby.

S výhodou zahrnuje postup najíždění zvýšení tlaku v nádobě během kroku (c).

Struskový materiál, včetně případného struskového materiálu z předcházejícího provozního cyklu nádoby, se může zavádět do nádoby během kroku (c) pro minimalizaci nadbytečné oxidace železa v lázni taveniny během kroku (c) při vytváření vrstvy strusky na lázni.

S výhodou se struskový materiál zavádí prostřednictvím jedné nebo více než jedné lancety či dmýšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu.

Kovonosným materiálem může být jakýkoliv vhodný železo obsahující vsázkový materiál. Výhodným vsázkovým materiálem je železná ruda.

Železná ruda může být předehřátá.

Železná ruda může být částečně redukovaná.

V některých situacích, jako například když je nádoba vystavena vysokým tepelným ztrátám, kovonosným materiálem může být směs železné rudy a vysoce redukovaného kovonosného vsázkového materiálu. V tomto případě s výhodou zahrnuje postup najíždění kroky redukce množství vysoce redukovaného kovonosného vsázkového materiálu zaváděného do lázně taveniny, nahrazení tohoto kovonosného materiálu železnou rudou, a pokračování zavádění plynu obsahujícího kyslík do dosažení procesních podmínek stacionárního stavu.

Termínem „procesní podmínky stacionárního stavu se rozumí, že proces funguje s cílovou vsázkou kovonosného materiálu a v rámci cílové tepelné a látkové bilance.

Výše uvedená definice znamená v kontextu, že· proces HI tavení počítá s významným promícháváním roztaveného materiálu v nádobě, a v důsledku toho může proces podléhat značným krátkodobým fluktuacím.

S výhodou je vysoce redukovaný kovonosný vsázkový zaváděný v kroku (d) alespoň ze 60 % kovový.

Výhodněji je vysoce redukovaný kovovosný materiál přímo redukované železo (DRI, Direct Reduced Iron).

S výhodou je plyn obsahující kyslík tvořen až z 50 % obj. kyslíkem.

Předmětem předloženého vynálezu je také způsob přímého tavení který zahrnuje výše popsaný postup najíždění.

Přehled obrázků na výkrese

Předložený vynález je dále popsán prostřednictvím přikladu provedení za pomoci přiloženého výkresu, kde je vertikální řez výhodným vytvořením nádoby pro přímé tavení, pro provádění procesu HI tavení k přímému tavení železné rudy pro výrobu roztaveného železa.

Příklady provedení vynálezu

Nádoba znázorněná na obrázku má nístěj, která zahrnuje základnu 3. a stěny 55 vytvořené ze žáruvzdorných cihel; boční stěny 5., které tvoří obecně válcový plášť, rozprostírající se vzhůru ze stěn 55 nístěje, a které zarnují horní plášťový úsek 51 a spodní úsek 53 pláště; klenbu 1; výstup 2 pro odplyny; předpecí 77 pro kontinuální odtahování roztaveného kovu; připojení 71 předpecí, které propojuje nístěj a předpecí 77; a odpichový otvor 61 pro odtahování roztavené strusky.

β · • ·

Za provozu, za procesních podmínek stacionárního stavu, nádoba obsahuje lázeň roztaveného železa a strusky, která zahrnuje vrstvu 15 roztaveného kovu a vrstvu 16 roztavené strusky na vrstvě 15 kovu. Šipka 17 naznačuje polohu jmenovité klidové hladiny vrstvy 15 kovu a šipka 19 naznačuje polohu jmenovité klidové hladiny vrstvy 16 strusky. Termínem „klidová hladina se rozumí hladina, když se do nádoby nezavádí plyn a pevné látky.

Nádoba také zahrnuje dvě lancety či dmýšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu ve formě lancet či dmýšních trubic 11 protažených směrem dolů a dovnitř pod úhlem 30-60° k vertikále skrze boční stěny 5. do vrstvy 16 strusky. Poloha lancet či dmýšních trubic 11 je zvolena tak, že spodní konce jsou nad klidovou hladinou 17 vrstvy 15 kovu za procesních podmínek stacionárního stavu.

Za provozu, za procesních podmínek stacionárního stavu, se pevný uhlíkatý materiál (zpravidla uhlí) a tavidla (zpravidla vápenec a hořčík), unášené v nosném plynu (zpravidla N₂) , zavádí do vrstvy 15 kovu prostřednictvím lancet či dmýšních trubic 11. Hybnost pevného materiálu a nosného plynu zapříčiňuje vnikání pevného materiálu a nosného plynu do vrstvy 15 kovu. Uhlí se zbavuje těkavých látek a vytváří tak plyn ve vrstvě 15 kovu. Uhlík se částečně rozpouští do kovu a pevného uhlíku. Železná ruda se taví na kov v tavenině vytváří plynný oxid uhelnatý. Plyny dopravované do vrstvy 15 kovu a vytvářené prostřednictvím zbavování těkavých látek a tavení způsobují zdvihání do vznosu roztaveného kovu, pevného uhlíku a strusky (vznikající ve vrstvě 15 kovu jako důsledek zavádění pevné látky a plynu) částečně zůstává ve formě a reakce • · 4 · * « · · · · • · · · · · — 11” ···«.« ···· ···· z vrstvy 15 kovu, čímž se vytváří vyšplíchnutí, kapky a proudy roztaveného kovu a strusky směrem vzhůru, a tato vyšplíchnutí, kapky a proudy při svém pohybu skrze vrstvu 16 strusky unášejí strusku.

Zdvihání roztaveného kovu, pevného uhlíku a strusky do vznosu zapříčiňuje podstatné rozmíchávání vrstvy 15 kovu a vrstvy 16 strusky, s tím výsledkem že vrstva 16 strusky objemově expanduje a má povrch naznačený šipkou 30. Intenzita rozmíchávání je taková, že v oblasti kovu a strusky je rozumně stejnoměrná teplota, zpravidla 1450-1550 °C s variací teploty přibližně 30 °C.

Kromě toho, vzestupný pohyb vyšplíchnutí, kapek a proudů roztaveného kovu a strusky zapříčiněný uváděním do vznosu roztaveného kovu, pevného uhlíku a strusky pokračuje do horního prostoru 31 nad roztaveným materiálem v nádobě, a:

(a) tvoří přechodnou zónu 23.; a (b) vyvrhuje část strusky) nad přechodnou pláště tvořeného bočními ke klenbě J_.

roztaveného materiálu (především zónu a na část horního úseku 51 stěnami 5 nad přechodnou zónou až

Obecně vyjádřeno, vrstva 16 strusky je spojitý objem kapaliny s bublinami plynu uvnitř, a přechodná zóna 23 je spojitý objem plynu s vyšplíchnutí, kapkami a proudy roztaveného kovu a strusky.

Nádoba dále zahrnuje další lancetu či dmýšní trubici pro zavádění vsázkového materiálu ve formě lancety 13 pro ·

· · · zavádění plynu obsahujícího kyslík (zpravidla předehřátého, kyslíkem obohaceného vzduchu), která je umístěna centrálně a rozprostírá se vertikálně směrem dolů do nádoby. Poloha lancety 13 a průtok plynu skrze lancetu 13 jsou zvoleny tak, že při procesních podmínkách stacionárního stavu plyn obsahující kyslík proniká do centrální oblasti přechodné zóny 23 a udržuje volný prostor 25 kolem lancety 12 v podstatě bez kovu a strusky.

Za provozu, při procesních podmínkách stacionárního stavu, zavádění plynu obsahujícího kyslík prostřednictvím lancety 13 napomáhá dodatečnému spalování reakčních plynů CO a H₂ v přechodové zóně 23 a ve volném prostoru 25 kolem kolem konce lancety 13 a vytváří prostoru plynu vysokou teplotu kolem 2000 °C nebo vyšší. Teplo se přenáší do vzestupných a sestupných vyšplíchnutí, kapek či proudů roztaveného materiálu v prostoru zavádění plynu a tak se teplo částečně přenáší do vrstvy 15 kovu když se roztavený materiál vrací do lázně taveniny.

Volný prostor 25 je důležitý pro dosažení vysoké úrovně dodatečného spalování protože umožňuje vstup plynů do prostoru nad přechodnou zónou 23 do koncové oblasti lancety a zvyšuje vystavení reakčních plynů dodatečnému spalování.

Spojený účinek umístění lancety .13., průtoku skrze lancetu 13 . a vzestupného pohybu vyšplíchnutí, kapek či proudů roztaveného materiálu a strusky dává tvar přechodné zóně 23 kolem spodní oblasti lancety 12, obecně označené vztahovou značkou 27. Tato tvarovaná oblast poskytuje částečnou bariéru přestupu tepla radiací do bočních stěn 2.

Kromě toho za procesních podmínek stacionárního stavu jsou vzestupná a sestupná vyšplíchnutí, kapky či proudy kovu a strusky účinným prostředkem pro přestup tepla z přechodné zóny 23 do lázně taveniny s tím výsledkem, že teplota přechodné zóny 23 v oblasti bočních sten 5 je přibližně 1450-1550 °C.

Nádoba je konstruována s ohledem na úrovně vrstvy 15 kovu, vrstvy 16 strusky a přechodné zóny 23 v nádobě když se způsob provádí za procesních podmínek stacionárního stavu, a s ohledem na to, že vyšplíchnutí, kapky a proudy roztaveného kovu a strusky jsou vystřikovány do horního prostoru 31 nad přechodnou zónou 23 . když se způsob provádí za podmínek stacionárního stavu procesu, tak, že:

(a) nístěj a spodní úsek 53 pláště bočních stěn 5, které jsou ve styku s vrstvami 15. 16 kovu a strusky jsou vytvořeny z cihel ze žáruvzdorného materiálu (naznačeno křížovým šrafováním na obrázku);

(b) alespoň část spodního.úseku 53 pláště bočních stěn 5. je obložena vodou chlazenými panely 2_·, a (c) horní pláščový úsek 51 bočních stěn 5. a klenby 7, které jsou ve styku s přechodnou zónou 23 a horním prostorem 31 jsou vytvořeny z vodou chlazených panelů 57. 59.

Každý z vodou chlazených panelů 8., 57. 59 v horním úseku 51 pláště bočních stěn 5. má paralelní horní a spodní okraje a paralelní boční okraje a je zakřiven tak, že definuje úsek válcového pláště. Každý panel obsahuje vnitřní trubky vodního chlazení a vnější trubky vodního chlazení. Trubky jsou tvarovány do hadovité konfigurace s horizontálními úseky propojenými zakřivenými úseky. Každá trubka dále má vstup vody a výstup vody. Trubky jsou vertikálně rozmístěny tak, že horizontální úseky vnější trubky nejsou, v pohledu z exponované strany panelu, tzn. ze strany přivrácené vnitřku nádoby, bezprostředně za horizontálními úseky vnitřní trubky. Každý panel dále zahrnuje dusaný žáruvzdorný materiál, který vyplňuje mezery mezi sousedními přímými úseky každé trubky a mezi trubkami. Každý panel dále zahrnuje nosnou desku, která tvoří vnější povrch panelu.

Vstupy vody a výstupy vody trubek jsou připojeny k k (neznázorněnému) vodnímu okruhu, který žene vodu s vysokým průtokem trubkami.

Výše zmíněné práce na pilotním zařízení byly přihlašovatelem prováděny v řadě dlouhotrvajících cyklů na jeho pilotním zařízení v Kwinaně v Západní Austrálii.

Práce na pilotním zařízení byly prováděny s nádobou znázorněnou na obrázku a popsanou výše, za výše popsaných procesních podmínek stacionárního stavu.

Při práci na pilotním zařízení byla vyhodnocována nádoba a zkoumán proces v širokém rozmezí proměnných:

(a) vsázkových materiálů;

(b) množství zaváděného plynu a pevných látek;

(c) charakteristik strusky - měřených v termínech hloubky vrstvy struky a poměru struska:kov;

(d) provozních teplot; a (e) konstrukce zařízení.

Prací na pilotním zařízení byly stanoveny výhodné najížděcí postupy, které fungovaly efektivně a účinně. Výhodný postup najíždění je shrnut níže.

(1) Vyčistí se nádoba pro odstranění úsad strusky z nístěje, bočních stěn 5 a klenby 7, které byly uloženy v předchozím cyklu. Odstranění struky je důležité kvůli potenciálnímu snížení spolehlivosti, které může nastat, během najíždění, jestliže se roztavená struska dostane do předpecí 77. Po vyčištění nádoby se nastříkají spinelem s vysokým obsahem oxidu hlinitého vodou chlazené panely pro snížení ztrát tepla prostřednictvím panelů během postupu najíždění. Před nebo po předchozí operaci se přišroubují nebo jinak připojí prodloužení (neznázorněná) na lancety či dmýšní trubice 11 pro zavádění pevných látek pro zvětšení efektivní délky lancet či dmýšních trubic během procesu hladina roztaveného materiálu Prodloužení jsou vytvořena z nerezové oceli nebo jiného vhodného materiálu, který se v roztavené lázni taví, když se zvyšuje hladina lázně a zaplavuje tato prodloužení.

najíždění v době, kdy je v nádobě poměrně nízká.

(2) Předehřeje se nádoba.

Výhodný způsob předehřevu je spalování plynu a vzduchu v nádobě. V praxi je výhodné omezit teplotu předehřevu na 1400 °C, protože teplota plamene pro vytvoření této teploty předehřevu je značně vyšší a mohla by zapříčinit poškození žáruvzdorného materiálu nádoby. Pro zlepšení účinnosti přestupu tepla je na předpecí 77 umístěno víko 73 a směrem dolů protažené krycí desky 75.

• · · · • ·

Jiná výhodná volba ohřevu, v situaci kdy jsou k dispozici ohřívače větru, je předehřívat vzduch dmýchaný skrze lancetu 13 a postupně zvyšovat množství vzduchu, které je předehřáto prostřednictvím ohřívačů větru, až všechen vzduch vstupuje prostřednictvím ohřívačů větru, a pak doplnit předehřev v posledních 400 °C pomocí palivového hořáku, jak je výše popsáno.

(3) Připraví se vsázka 40-45 tun roztaveného železa, která obsahuje 4 % hmotn. uhlíku, 0,75 % hmotn. křemíku a 0,5 % hmotn. hliníku, a má průměrnou teplotu 1360 °C.

(4) Ukončí se předehřívání a dopraví se vsázka roztaveného železa do nádoby prostřednictvím předpecí 77 a zavádí se dusík (nebo jiný vhodný nosný plyn) skrze lancety či dmýšní trubice 11 do nádoby při tlaku alespoň 100 kPa nad tlakem v nádobě, čímž se brání vnikání roztaveného materiálu do lancet či dmýšních trubic 11;

(5) Po vsazení roztaveného železa se pokračuje v zavádění dusíku jako v kroku (4) a zavádí se plyn obsahující kyslík skrze lancetu 13 při počátečním průtoku 12 000 Nm³/h s nárůstem na 20 000 Nm³/h (minimální průtok, požadovaný pro zavádění pevných látek) pro spálení křemíku a hliníku a dekarburizaci vsázky roztaveného železa a pro vytváření oxidu uhelnatého a oxidu uhličitého a tím se zahřívá lázeň roztaveného železa. Zároveň se zvýší tlak v nádobě na minimální tlak na minimální tlak potřebný pro zavádění pevných látek (zpravidla 20 kPa). Doba potřebná pro tento krok je zpravidla 5-10 minut.

(6) Po stabilizování zavádění plynu obsahujícího kyslík na 20 000 Nm³/h se začne zavádět uhlí a tavidlo • ·

ί.

Ί.Ί (zpravidla vápenec) prostřednictvím lancet či dmýšních trubic 11 při počátečním množství uhlí 3 tuny/h a začne se monitorovat obsah kyslíku a/nebo CO a/nebo C0₂ v odplynu pro zjištění, zda lázeň reaguje. Pokles obsahu kyslíku a/nebo CO a/nebo C0₂ naznačuje, že lázeň reaguje. Po zjištění tohoto trendu se množství uhlí a průtok plynu obsahujícího kyslík může zvyšovat. Cílem tohoto kroku je (a) zvýšit teplotu a obsah uhlíku v roztaveném železe co nej rychleji na minimální teplotu roztaveného železa 1540 °C a minimální obsah uhlíku 4,5 % hmotn., (b) vytvořit strusku mající požadovanou bazicitu, a (c) započít ustavování přechodné zóny 23. V průběhu tohoto kroku dochází k velkému tepelnému zatížení vodou chlazených panelů. Průtok plynu obsahujícího kyslík se zvýší na 28 000 Nm³/h. To má za následek zvýšení tlaku v nádobě na 70-75 kPa. Tento krok zpravidla probíhá po dobu 3 0 minut.

(7) Po dosažení teploty roztaveného železa minimální teploty 1450 °C a minimálního obsahu uhlíku 4,5 % hmotn. se začne zavádět směs prachové železné rudy a přímo redukovaného železa (DRI) skrze lancety či dmýšní trubice 11 při počátečním množství 6 tun/h za pokračujícího zavádění uhlí a tavidla a směs se taví a vytváří se proud roztaveného železa z předpecí a vytváří se dodatečné spalování a přestup tepla v přechodné zóně 23 . Poté, co začnou narůstat úrovně dodatečného spalování začnou klesat tepelná zatížení panelů a prosazení směsi se může zvýšit.

(8) Zároveň se přímo redukované železo (DRI) může postupně nahrazovat částečně redukovanou železnou rudou nebo železnou rudou až do dosažení cílového stavu, kdy je jediným kovonosným vsázkovým materiálem cílový vsázkový materiál, a kdy je proces ve stacionárním stavu.

• * · · · · · ···· • » · · · » · · · · · * • · ··· · 4 4 4 4 4 ·· ·

-IR- ..··· .....

-L W ·«··*· · · · · · · (9) Po 2-3 hodinách provozu se nádoba odpíchne pro získání vzorku strusky a stanoví se procesní podmínky.

Počáteční zavádění směsi prachové železné rudy a přímo redukovaného železa (DRI) ve výše uvedeném kroku (7) je funkcí velikosti nádoby a tepelných ztrát. V případě pilotního zařízení byly velmi velké tepelné ztráty ve fázi najíždění a přidávání přímo redukovaného železa (DRI) bylo nezbytné pro ustavení produkce kovu. Ve větších nádobách průmyslové velikosti se nepředpokládají tak velké ztráty tepla a přidávání přímo redukovaného železa (DRI) nemusí být nezbytné.

Jsou možné četné modifikace výše popsaného výhodného provedení způsobu podle předloženého vynálezu bez opuštění myšlenky a rozsahu předloženého vynálezu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Postup najížděni procesu přímého tavení pro výrobu železa z kovonosného vsázkového materiálu v metalurgické nádobě, přičemž nádoba zahrnuje množství lancet či dmýšních trubic pro zavádění vsázkového materiálu, přičemž postup zahrnuje kroky (a) předehřev nádoby, (b) zavedení vsázky roztaveného železa do nádoby a vytvoření lázně taveniny v nádobě, (c) zavádění uhlíkatého materiálu a tavidla do lázně taveniny a zavádění plynu obsahujícího kyslík prostřednictvím jedné nebo více než jedné lancety či dmýšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu, a spalování uhlíku a plynu vznikajícího z lázně (je-li přítomen) pro ohřívání roztavené lázně a vytváření strusky, a (d) zavádění kovonosného vsázkového materiálu do nádoby, za stálého zavádění pevného uhlíkatého materiálu a tavidla a pokračování zavádění plynu obsahujícího kyslík, a tavení kovonosného vsázkového materiálu za vzniku roztaveného železa, čímž je dokončen postup najíždění.
2. Postup najíždění podle nároku 1, vyznačující se tím, že krok (a) předehřevu nádoby zahrnuje spalování topného plynu a vzduchu v nádobě.
3 .

Postup najíždění podle nároku 1 nebo 2,

.. ..

• ··· * * · · • · · · · · ·»· • ··· ·· ·· · · vyznačující se tím, že krok (c) zahrnuje zavádění uhlíkatého materiálu a/nebo tavidla prostřednictvím jedné nebo více než jedné lancety či dmýšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu.
4. Postup najížděni podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že krok (d) zahrnuje zavádění kovonosného vsázkového materiálu prostřednictvím jedné nebo více než jedné lancety či dmýšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu.
5. Postup najíždění podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že některý nebo více materiálů ze skupiny uhlíkatý materiál, tavidlo a kovonosný vsázkový materiál se zavádějí prostřednictvím jedné nebo více než jedné lancety či dmýšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu spolu s nosným plynem.
6. Postup najíždění podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zahrnuje mezi kroky (b) a (c) mezioperaci zavádění plynu obsahujícího kyslík skrze jednu nebo více než jednu lancetu či dmýšní trubici před započetím zavádění uhlíkatého materiálu a tavidel v kroku (c) , pro spálení oxidovatelného materiálu v lázni taveniny a tím zvýšení teploty lázně.
7. Postup najíždění podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že krok (d) začíná když předepsané procesní podmínky dosáhnou předem stanoveného prahu.
8. Postup najíždění podle nároku 7, vyznačující se tím, že předepsané procesní podmínky zahrnují jednu nebo

99 99
9 0 « • · 00 ··« 0 *000· ► · • 0Γ · <»/« více z veličin teplota lázně taveniny, koncentrace uhlíku v lázni taveniny, a úrovně dodatečného spálení.

9. Postup najíždění podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že nádoba zahrnuje předpecí, a krok (b) zavádění vsázky roztaveného železa zahrnuje zavádění vsázky prostřednictvím předpecí.
10. Postup najíždění podle nároku 9, vyznačující se tím, že krok (a) předehřevu zahrnuje umístění víka na předpecí pro minimalizaci tepelných ztrát prostřednictvím předpecí.
11. Postup najíždění podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zahrnuje čištění nádoby pro odstranění strusky z nádoby před krokem (a) předehřevu.
12. Postup najíždění podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že nádoba má vodou chlazené panely, které tvoří alespoň část stěny nádoby, a postup najíždění zahrnuje nastřikování licího žáruvzdorného materiálu na panely před krokem (a) předehřevu pro snížení počátečních ztrát tepla z panelů během postupu najíždění.
13. Postup najíždění podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že roztavené železo zaváděné v kroku (b) obsahuje alespoň 3 % hmotn. uhlíku.
14. Postup najíždění podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že roztavené železo zaváděné v kroku (b) obsahuje křemík a/nebo hliník a/nebo jiný vhodný oxidovatelný materiál. ¹

.. ΠΥ /-«οο-ζιγζ ··· · · · · ·«·· ···· » · · · · · * · ···· ·· #· ·· * · **
15. Postup najíždění podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že krok (c) zahrnuje zavádění nosného plynu při tlaku alespoň o 100 kPa vyšším než je tlak v nádobě.
16. Postup najíždění podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zahrnuje zvýšení průtoku plynu obsahujícího kyslík v průběhu každého z kroků (c) a (d) .
17. Postup najíždění podle nároku 16, vyznačující se tím, že zahrnuje zavádění plynu obsahujícího kyslík v množství alespoň 12 000 Nm³/h v kroku (c).
18. Postup najíždění podle nároku 16 nebo 17, vyznačující se tím, že zahrnuje zavádění plynu obsahujícího kyslík v množství alespoň 20 000 Nm³/h v kroku (d) .
19. Postup najíždění podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zahrnuje stanovení doby pro provádění kroku (c) monitorováním obsahu kyslíku a/nebo oxidu uhelnatého a/nebo oxidu uhličitého v odplynu z nádoby.
20. Postup najíždění podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zahrnuje zvýšení tlaku v nádobě během kroku (c).
21. Postup najíždění podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že kovonosným materiálem je směs železné rudy a vysoce redukovaného kovonosného vsázkového materiálu, a postup najíždění zahrnuje redukci množství vysoce redukovaného kovonosného vsázkového materiálu zaváděného do lázně taveniny za časový úsek, nahrazení ·«· ···« ···* ···· · ·· · · · · · w « · · e » · « · · « · «, · • í · ·· · · · · · t, © · · ·· ·« · · ·· · · tohoto kovonosného materiálu železnou rudou, a pokračování zavádění plynu obsahujícího kyslík do dosažení procesních podmínek stacionárního stavu.
22. Postup najíždění podle nároku 21, vyznačující se tím, že je vysoce redukovaný kovonosný vsázkový zaváděný v kroku (d) alespoň ze 60 % kovový.
23. Postup najíždění podle nároku 22, vyznačující se tím, že vysoce redukovaný kovovosný materiál je přímo redukované železo (DRI, Direct Reduced Iron).