CZ20011042A3 - Způsob výroby přímo redukovaného kovu ve vícenásobné nístějové peci - Google Patents

Description

(57) Anotace:

Předložené řešení se týká způsobu výroby přímo redukovaného kovu ve vícenásobné nístějové peci (10), při kterém se do pece sázejí oxidy kovů a redukční činidlo a procesní teplo, potřebné pro redukci oxidu kovů, se zajišťuje nepřímým ohřevem jednotlivých nístějí (12) nebo pláště (14) uvedené pece (10).

-1042 A3

'28 qvzocrf—W2······* ·· · ¹ • · · · · · · • ···· · · · • · · · · · · ·· ··· · · ··· i Způsob výroby přímo redukovaného kovu ve vícenásobné nístějové peci

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby přímo redukovaného kovu ve vícenásobné nístějové peci.

Vícenásobné nístějové pece se používají pro výrobu kovů z odpovídajících oxidů kovů, přičemž se oxid kovu a redukční činidlo uvádějí do vícenásobné nístějové pece a při vysoké teplotě spolu reagují.

Dosavadní stav techniky

Dokument DE-C-552 837 se týká způsobu vytavování jemnozrnných železných rud v redukční peci se šesti nístějemi. Vícenásobná nístějová pec je rozdělena do dvou pásem. V prvním pásmu tvořeném horními dvěma nístějemi se nejdříve předehřívá železná ruda. Za tím účelem se používají jakékoliv vhodné horké neutrální plyny v regulovatelném množství. Případně se též mohou použít přídavné hořáky. Druhé pásmo zahrnující čtyři spodní nístěje se od předehřívacího pásma neprodyšně izoluje. Proto mezi oběma pásmy nedochází k žádné výměně plynu. Druhé pásmo je určeno pro redukci železné rudy. Za tímto účelem se redukční plyny injektují buď do nej spodnější nístěje nebo odděleně do každé jednotlivé nístěje. Horní tři nístěje redukčního pásma jsou opatřeny muflemi, z nichž každá je opatřena hořákem. Prostřednictvím těchto muflí a hořáků jsou do horních tří nístějí dodávány topné plyny.

Patent US 2089782 popisuje vícenásobnou nístějovou pec pro přímou redukci železné rudy, v níž komora obsahující horkou taveninu a umístěná pod nístějemi nepřímo zahřívá výše umístěnou nístěj (nístěje).

V dokumentu D3 (LU-A-87890) se popisuje pec s otáčivou nístějí, v níž se pelety redukují na otáčivé plošině

rozdělené do prstencových sekcí, přičemž jsou tyto sekce otáčivé plošiny umístěny mezi jemnozrnnou žárovzdornou hmotou soustředně se otáčející kolem osy rotace. Teplotu procesu zajišťují elektrické radiátory umístěné nad značnou částí reaktorového segmentu. S cílem minimalizovat ztráty energie se radiátory umísťují jen několik centimetrů nad povrch uvedeného jemnozrnného materálu. Materiál určený k redukci se přímo ohřívá na požadovanou teplotu radiátory. Během výrobního způsobu zůstávají surovinové pelety ve stacionární poloze, to znamená že se nezúčastní odpovídajícího kruhového pohybu.

Oxidy kovů a redukční činidla se vsazují do vícenásobné nístějové pece, kde se krouživým pohybem rozhrnují hrábly o délce poloměru nístěje od středu k obvodu nístěje, kde propadají několika otvory do nižší nístěje. Odtud jsou oxidy kovů smíšené s redukčními činidly přemísťovány ke středu nístěje a potom padají do spodnější nístěje. Během sestupu z horní nístěje do spodní části vícenásobné nístějové pece se oxidy kovů a redukční činidla postupně ohřívají.

Protože je redukce oxidů kovů endotermní proces, vyžaduje nastartováni a udržování této reakce dodávání poměrně značného množství energie. Za tímto účelem se vícenásobná nístějové pec vyhřívá plynovým nebo jinými hořáky a část redukčního činidla - zpravidla těkavé složky nosiče uhlíku jako je uhlí - se spaluje injektováním plynu obsahujícího kyslík do vícenásobné nístějové pece. Potřebné procesní teplo se získá spalováním uhlí a pomocí plynových hořáků za vzniku oxidu uhličitého. Nad určitou teplotou oxid uhličitý přítomný v horkých plynech reaguje ve vícenásobné nístějové peci s uhlíkem podle Boudouardovy reakce za vzniku oxidu uhelnatého. Tímto způsobem vytvořený oxid uhelnatý redukuje oxidy kovu na kov. Obsah oxidu uhelnatého v plynech ve vícenásobné nístějové peci v podstatě určuje jejich redukční potenciál.

Nevýhodou tohoto způsobu je, že se do vícenásobné nístějové pece, v níž probíhá redukce, uvádějí oxidované plyny a kyslík. Kromě toho vzniká velké množství odpadních plynů, jež je třeba upravovat.

V tomto typu vícenásobné nístějové pece, ohřívané horkými plameny ze zemního plynu, je obtížné vytvořit a regulovat jednotný teplotní profil v průřezu pece. Protože jednotlivá pásma a nístěje jsou propojené, je obtížné regulovat podmínky v jednotlivých pásmech nezávisle na ostatních. Plyny opouštějící jednu nístěj ovlivňují podmínky v nejblíže vyšší nístěji.

Proto je cílem tohoto vynálezu navrhnout způsob výroby přímo redukovaného kovu s nižší spotřebou plynu.

Podstata vynálezu

Podle tohoto vynálezu se tento problém řeší výrobou přímo redukovaného kovu ve vícenásobné nístějové peci, vyznačující se tím, že se do vícenásobné nístějové pece vsazují oxidy kovů a redukční činidla a procesní teplo potřebné pro redukci oxidů kovů vzniká nepřímým ohřevem oxidů kovu výhradně prostřednictvím nístějí nebo pláště vícenásobné nístějové pece vybavenými elektrickými topnými rezistory pod jednotlivými nístějemi nebo na plášti vícenásobné nístějové pece a jednotlivé nístěje jsou nepřímo zahřívány nezávisle na ostatních.

Při způsobu podle vynálezu se procesní teplo do vícenásobné nístějové pece dodává radiační energií a nikoliv spalováním redukčního činidla in sítu nebo plynovými hořáky jako v již známých způsobech.

Důležitou výhodou tohoto vynálezu je, že se do vícenásobné nístějové pece nemusí injektovat žádný kyslík nebo oxidované plyny, aby se dosáhlo potřebného procesního tepla. Tím se značně zmenší množství plynů cirkulujících ve vícenásobné nístějové peci. Množství odpadních plynů, jež je ·· · · • · · ··· · · • · · · · · · · · · · • ···· · · · · třeba dodatečně zpracovat je značně menši, čímž se sníží náklady tohoto zpracování.

Kromě toho mají menší objemy plynu za následek nižší průtoky plynu v jednotlivých nístějích. Z vícenásobné nístějové pece se s ním proto vynáší méně odpadního prachu.

Protože se do vícenásobné nístějové pece neinjektuje žádný kyslík nebo jiné oxidované plyny, je redukční potenciál plynů uvnitř vícenásobné nístějové pece vyšší než v již známých vícenásobných nistějových pecích.

Kromě toho tento proces umožňuje rovnoměrnější ohřev vícenásobné nístějové pece a v ní obsažených látek.

Způsob může probíhat za tlaku 1 až 5 barů, což má za následek, že vícenásobná nístějová pec může mít kompaktnější konstrukci.

V jednom výhodném provedení se vedle pevných redukčních činidel používají plynná redukční činidla.

Oxidy kovů jsou například železné rudy, zinkové rudy, odpady obsahující olej a oxidy železa a různé formy problémových odpadů jako je frakce prachových částic obsahující oxidy železa znečištěný oxidy zinku a/nebo oxidy těžkých kovů.

Vynález se také týká vícenásobné nístějové pece zahrnující několik nístějí umístěných jedna nad druhou pro výrobu přímo redukovaného kovu. Vícenásobná nístějová pec podle vynálezu je charakterizována elektrickými topnými rezistory pro nepřímý ohřev jednotlivých nístějí, které zajišťují procesní teplo potřebné pro redukci oxidů kovů, přičemž jsou topné rezistory instalovány pod jednotlivými nístějemi nebo na plášti vícenásobné nístějové pece a jednotlivé nístěje se nepřímo ohřívají nezávisle na ostatních.

Vícenásobná nístějová pec se může například ohřát na potřebnou teplotu a na teplotě udržovat elektrickými topnými rezistory instalovanými uvnitř vícenásobné nístějové pece.

·· ····

Proto je možno v každé nistěji upravit teplotu selektivně bez podstatného ovlivněni podmínek v nístějích nad a pod ni. Na rozdíl od tradičních vícenásobných nístějových pecí lze podmínky v různých nístějích regulovat nezávisle na ostatních.

Prvky pro nepřímý ohřev se mohou instalovat na povrchu a/nebo pod jednotlivými nístějemi. Rovněž je také lze osazovat na boční stěny.

Tento způsob je zvláště vhodný pro přímou redukci železné rudy.

Další výhodná provedení se uvádějí v nárocích.

Jedno provedení vynálezu se popisuje níže za pomoci připojeného obrázku.

Přehled obrázků na výkresech

Obrázek 1 je průřez vícenásobnou nístějovou pecí pro výrobu přímo redukovaného kovu.

Obrázek 2 je schematické znázorněni elektrických topných rezistorů ve vícenásobné nístějové peci.

Příklady provedení

Obrázek 1 ukazuje průřez vícenásobnou nístějovou pecí 10, jež obsahuje několik - v tomto případě dvanáct - nistěji 12 umístěných nad sebou. Tyto samonosné nístěje 12 jsou z žárovzdorného materiálu stejně jako plášť 14, klenba 16 a dno 18 vícenásobné nístějové pece 10.

Klenba 16 vícenásobné nístějové pece 10 je opatřena odtahem 20, jímž se mohou odvádět z vícenásobné nístějové pece plyny a otvorem 22, jímž se vsazují oxidy kovů a redukční čindla do horní nístěje. Oxidy kovů se však mohou do vícenásobné nístějové pece 10 sázet také níže a odděleně od redukčních činidel.

Hřídel 24 opatřená hrábly 26 sahajícími přes celé φφφφ φφφφ nístěje 12 je umístěna uprostřed vícenásobné nístějové pece. Hřídel 24 a hrabla 26 jsou chlazeny vzduchem nebo vodou.

Hrabla 26 jsou konstruována tak, aby krouživým pohybem hrnula materiál v nístěji od obvodu ke středu a potom ve spodnější nístěji od středu k obvodu a tak aby zajistila sestup materiálu celou vícenásobnou nístějovou pecí 10 odshora dolů.

Oxidy kovů se smísí s pevnými redukčními činidly jako je hnědouhelný koks, ropný koks nebo uhlí mimo vícenásobnou nístějovou pec 10 a směs oxidů kovů a redukčních činidel se následně sází do horní nístěje.

Oxidy kovů se však mohou sázet do horní nístěje odděleně a potom se pevná redukční činidla vsazují do vícenásobné nístějové pece 10 níže sázecím otvorem 30 v plášti 14.

Oxidy kovů je též možno předsoušet mimo vícenásobnou nístějovou pec 10 před smíšením s pevnými redukčním činidly.

Po vsazení směsi oxidů kovů a redukčních činidel do první nístěje vícenásobné nístějové pece 10, je krouživým pohybem hrábly 26 rozhrnována k obvodu nístěje, kde propadá několika otvory 28, vytvořenými pro tento účel, do nižší nístěje. Odtud jsou oxidy kovů smíšené s redukčními činidly přemisťovány ke středu nístěje a potom padají do spodnější nístěje. Během sestupu z horní nístěje do spodní části vícenásobné nístějové pece se oxidy kovů a redukční činidla postupně ohřívají.

Současně se kontaktem s nistějí 12 a stoupajícími horkými plyny odstraňuje vlhkost z oxidů kovů smíšených s redukčními činidly. Horní nístěje ve vícenásobné nístějové peci 10 takto patří do sušícího a předehřívacího pásma.

V boční stěně vícenásobné nístějové pece 10 - normálně v její horní třetině - je zajištěn nejméně jeden sázecí otvor 30, jímž se zavádějí redukční činidla, pokud již nebyla do vícenásobné nístějové pece 10 zavedena společně s oxidy kovů. Tímto sázecím otvorem 30 se do vícenásobné nístějové pece 10 mohou sázet buď všechna redukční činidla nebo jenom přídavná. Tato redukční činidla mohou být v plynné stejně jako v kapalné nebo pevné formě. Tato redukční činidla představují například oxid uhelnatý, vodík, zemní plyn, ropa nebo ropné deriváty nebo pevné nosiče uhlíku jako hnědouhelný koks, ropný koks, vysokopecní prach, uhlí a podobně.

Redukční činidlo, v tomto případě uhlí, sázené do nístěje umístěné ve vícenásobné nístějové peci 10 v nižším pásmu, je zde hrábly 26 smícháno s ohřátými oxidy kovů. Oxidy kovů se vysokou teplotou a přítomností redukčních činidel postupně redukují při sestupném transportu vícenásobnou nístějovou pecí 10.

Redukce oxidů kovů se může přesně regulovat a její způsob provádět za optimálních podmínek kontrolovaným sázením pevných, kapalných nebo plynných redukčních činidel v různých bodech vícenásobné nístějové pece 10 a odtahováním nadbytečných plynů v kritických bodech.

V bočních stěnách jsou umístěny trysky 30 pro injektování horkých plynů (250 °C až 500 °C) obsahujících kyslík, jimiž se může do vícenásobné nístějové pece 10 přivádět vzduch nebo jiný plyn obsahující kyslík. V důsledku vysokých teplot a přítomnosti kyslíku se mohou v horních nístějích 12 vícenásobné nístějové pece 10 spalovat hořlavé plyny a vzniklá energie se může použít pro sušení oxidů kovů a redukčních činidel.

V poslední nístěji dole nebo v posledních dvou nístějích je zajištěno injektování pro plynné redukční činidlo, například oxid uhelnatý nebo vodík, speciálními tryskami 4 4 . V takto vzniklé atmosféře se zvýšeným redukčním potenciálem se může dokončit redukce oxidů kovů.

Následně se vyrobený kov odpichuje společně s popelem výpustí 46 ve dnu 18 vícenásobné nístějové pece 10.

·· · ·· ·

Kov se po odpichu z výpusti 46 ochladí v chladiči 4 8 společně s popelem a redukčními činidly, jichž lze za vhodných okolností znovu použít. Potom se redukovaný kov oddělí odlučovačem 50 od popelu z redukčních činidel a znovu použitelných redukčních činidel 52.

Směs plynů z vícenásobné nístějové pece 10 odchází odtahem 20 do přídavného hořáku 54, kde se spalují hořlavé plyny z plynné směsi. Potom se plynná směs uvádí do chladiče 56 obsahujícího chladicí látku a ochlazuje. Potom se ochlazená plynná směs čistí za pomoci cyklonového filtru 58 před vypuštěním do atmosféry.

Pokud vícenásobná nístějová pec pracuje za přetlaku, je samozřejmě třeba opatřit otvory 22 a 30 pro sázení oxidů kovů a redukčních činidel stejně jako odtah 20 tlakovými uzávěry. Rovněž musí být utěsněna ložiska hřídele 24 a výpusť 46 opatřena uzávěrem pro odpich horkého materiálu.

Odpadní plyny z vícenásobné nístějové pece 10 se však též mohou použít pro poháněni turbiny vyrábějící elektřinu. V tomto případě je třeba vynechat dospalování uvnitř vícenásobné nístějové pece 10 a do vícenásobné nístějové pece 10 se tryskami 32 nevhání žádný plyn obsahující kyslík.

Tato vícenásobná nístějová pec 10 dovoluje zpracovávat železnou rudu, zinečnaté rudy, odpadní materiály obsahující olej a oxid železitý, a různé problematické odpady jako jsou prachové odpady obsahující oxid železitý kontaminovaný zinečnatými oxidy a/nebo oxidy těžkých kovů.

Prachové odpady a kaly obsahující oxid železitý z elektrických nebo konvertorových oceláren, jež zpravidla neobsahují žádný uhlík, nebo prach z čištění odpadních plynů z vysokých pecí se proto mohou sázet do vícenásobné nístějové pece 10 speciálním otvorem 30. Redukce zbytkových materiálů se může přesně regulovat a způsob provádět za optimálních podmínek regulovaným vsazováním pevných, kapalných a plynných redukčních činidel v různých bodech vícenásobné nístějové pece 10 a odtahováním nadbytečných plynů v kritických bodech.

Protože tyto prachové a kapalné odpady obsahující oxid železitý jsou často kontaminovány oxidy těžkých kovů, může se vysoký podíl plynů stoupajících vícenásobnou nístějovou pecí odtahovat z pece 10 pod nístějí, do níž se sázejí prachové odpady a kaly obsahující oxidy těžkých kovů, a to pomocí odtahové trubkové spojky 60 umístěné v boční stěně a reinjektovat do pece 10 otvorem 62 nad uvedenou nístějí. V důsledku toho je v nístějí, do níž se uvádějí prachy a kaly obsahující oxidy těžkých kovů, podíl plynu malý. Oxidy těžkých kovů přítomné v prachových podílech a kalech se po vsazení do pece redukují a vzniklé kovy odpařují. V dalším je lze z vícenásobné nístějové pece 10 odtáhnout z této nístěje jako malý plynný podíl odtahem 64 v boční stěně.

Tento malý objem plynu s poměrně vysokým obsahem těžkých kovů se potom může čistit odděleně. Důsledkem malých množství odpadního plynu je nízká rychlost průtoku plynu odpovídajícími nístějemi, takže je s tímto odpadním plynem strháváno jen malé množství odpadních prachů. Proto je v odpadním plynu velmi vysoká koncentrace těžkých kovů.

Hořlavé plyny odtažené z plynné směsi se spálí v přídavném hořáku 66. Zbylý podíl plynné směsi se ochladí v chladiči 68 a následně čistí cyklonovým filtrem 70 před vypuštěním do atmosféry.

Oxid železitý přítomný v prachových odpadech se redukuje na železo společně s odpady obsahujícími olej a oxid železa.

Všechny vznikající plyny včetně těkavých složek redukčních činidel se mohou beze zbytku spálit v sušárně pro zbytkové materiály obsahující těžký kov a oxid železitý a v případě potřeby i pro redukční činidla, pracující mimo vícenásobnou nístějovou pec a zbylé teplo odpadních plynů z pece se takto může optimálně využít.

Obrázek 2 ukazuje schematické znázornění nístěje ve • 9 ··· vícenásobné nistějové peci 10, v niž jsou topné rezistory 72 a 74 instalovány na boční stěny nebo plást 14 a pod nístějí 12.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY (Změněné)

   1. Způsob výroby přímo redukovaného kovu ve vícenásobné nístějové peci, vyznačující se tím, že se do vícenásobné nístějové pece sázejí oxidy kovů a redukční činidla a procesní teplo potřebné pro redukci kovových oxidů se dodává nepřímým ohřevem oxidů kovů výhradně prostřednictvím nístějí nebo pláště vícenásobné nístějové pece elektrickými topnými rezistory instalovanými pod jednotlivými nístějemi nebo na plášti vícenásobné nístějové pece, takže jsou jednotlivé nístěje nepřímo ohřívány nezávisle na sobě.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se tento způsob provádí při tlaku 1 až 5 barů.
3. 3. Způsob podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že se užívá plynných redukčních činidel.
4. 4. Způsob podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že oxidy kovů jsou železné rudy, zinkové rudy, odpady obsahující olej a oxid železa a různé problematické odpady jako například prachové odpady obsahující oxid železa znečištěný zinečnatými oxidy a/nebo oxidy ostatních těžkých kovů.
5. 5. Vícenásobná nístějová pec obsahující několik nístějí umístěných jedna nad druhou pro výrobu přímo redukovaného kovu z oxidů kovů, vyznačující se tím, že je vybavena elektrickými topnými rezistory instalovanými pod jednotlivými nístějemi nebo na plášti vícenásobné nístějové pece, přičemž se procesní teplo potřebné pro redukci oxidů ·· ΦΦΦ· ΦΦ ΦΦΦΦ* φφ 9^} • 99 Φφφ φφφφ • ··· · · ΦΦΦ ΦΦΦ • ΦΦΦΦ ΦΦΦΦ φ • ΦΦΦ φφφφ ··♦· ··· ·♦ ΦΦΦ ΦΦ ΦΦΦ kovů zajišťuje nepřímým ohřevem oxidů kovů výhradně elektrickými topnými rezistory, přičemž jsou topné rezistory vzájemně nezávislé.
6. 6. Vícenásobná nístějová pec podle nároku 5, vyznačující se tím, že elektrické topné rezistory mají ochranný štít.