CZ278121B6 - Process for producing iron - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby železa v podlouhlé reakční nádobě, opatřené tryskami dmychajícími do spodku lázně a zařízeními dmychajícími na povrch lázně, při němž se do taveniny přivádějí paliva obsahující uhlík, ruda a/nebo předběžně zredukovaná ruda a při němž se reakční plyny, výhodně oxid uhelnatý a vodík, které se uvolňují z taveniny, alespoň v jednom stupni dodatečně spalují plyny obsahujícími kyslík.

V německém zveřejňovacím spise č. 31 33 575 je popsán způsob téhož druhu. Při něm se v reaktoru na taveninu železa zplyňují paliva obsahující uhlík nebo uhlovodíky a kromě výroby plynu se vyrábí tekuté železo z látek, které obsahují železo alespoň zčásti v podobě oxidů. Množství energie, uvolněné spálením uhlí v tavenině železa, se při tomto způsobu zvyšuje dodatečným spalováním plynných reakčních produktů v plynovém prostoru reaktoru na taveninu železa volnými paprsky médií obsahujících kyslík, nasměrovanými na povrch lázně, a zpětným předáváním přitom vznikajícího tepla tavenině.

Při provádění tohoto známého způsobu se ukázalo, že následkem značného uvolňování plynů v tavenině železa dochází k vynášení tekutého železa z reakční nádoby. Podle postupu, popsaného v uvedeném zveřejňovacím spise, bylo v konvertoru běžné konstrukce na výrobu oceli o kapacitě 60 tun se spodním dmycháním vyráběno z uhlí a rudy tekuté železo. Při provádění tohoto způsobu se do taveniny přivádějí reakční složky uhlí a ruda s tryskami s ochranným opláštěním, upravenými ve dně konvertoru, se vhání dílčí množství kyslíku, V plynovém prostoru konvertoru se reakční plyny, unikající z taveniny železa, dodatečně spalují kyslíkem dmychaným tryskami upravenými nad povrchem lázně; takto bylo možno dosáhnout jejich dodatečného spálení nad hladinou přibližně z 30 %. Aby se vyrobila 1 tuna tekutého železa z železné rudy, bylo nutno do taveniny přidat přibližně 1 tunu uhlí. Zásadně je způsob tak, jak je popsán v uvedeném zveřejňovacím spisu, schopen provozování, avšak ztráty železa rozstřikem, který je jednak vymršťován přímo z taveniny v konvertoru, jednak strhován proudem odpadních plynů. Ztráty jsou značné, a tím celkový způsob již není hospodárný.

Úkolem vynálezu je, poskytnout způsob výroby železa ze železné rudy a paliv obsahujících uhlík, u něhož je těmto ztrátám železa zabráněno.

Tento úkol mohl být podle vynálezu vyřešen tím, že otvor reakční nádoby pro odpadní plyny je upraven přesazené vzhledem k reakční zóně paliv obsahujících uhlík, a tím mimo dosah erupcí a rozstřiku, teplota odpadních plynů v potrubí na horký plyn navazujícím na otvor pro odpadní plyny se udržuje nad teplotou tuhnutí kapiček železa, unášených v proudu odpadních plynů, a odpadní plyny se potom ochladí v návazném prostoru na teplotu pod 1 000 °C.

Podle vynálezu spočívá první krok řešení daného úkolu v tom, že se použije protáhlé reakční nádoby, například bubnového konvertoru, u něhož je otvor pro odpadní plyny upraven přesazené vzhledem k reakční zóně paliv obsahujících uhlík, a tím vně zóny výskytu erupcí a rozstřiku, takže se nad touto reakční zónou ne nacházejí žádné otvory o větším průměru, jimiž jsou kovové kapičky vymrštovány přímo z nádoby.

Překvapivě se však ukázalo, že i při takovéto reakční nádobě strhují odpadní plyny velké množství drobných kapiček železa o'velikosti přibližně až 0,1 mm. Toto množství činí asi 100 až 200 kg železa na 1 tunu dmycháním vneseného uhlí a většinou mají identifikovatelné kapičky průměr 0,01 až 0,1 mm. Tyto kapičky unášené proudem odpadních plynů se usazují v potrubí na odpadní plyny, což má za poměrně krátkou dobu provozu ža následek jeho ucpávání. Tak například byly v potrubí na odpadní plyny konvertoru o kapacitě10 tun zjištěny již po 1 až 10 hodinách provozu a po prosazení 3' až 30 tun uhlí značné nánosy, až po zanesení, potrubí.

Podle vynálezu je možno těmto nánosům v potrubí na odpadní plyny zabránit tím, že se teplota odpadních plynů v potrubí na horký plyn, navazujícím na otvor pro odpadní plyny, udržuje nad teplotou tuhnutí kapiček železa unášených proudem odpadních plynů. Tento horký úsek potrubí na odpadní plyny ústí do většího prostoru, v němž, se potom odpadní plyny ochladí na teplotu pod 1 000 ’C.

Podle vynálezu je možno tento prostor pro chlazení plynů zásadně vytvořit libovolně. Výhodně však má přibližně válcový tvar, přičemž průměr válce je několikanásobkem průměru potrubí na horký plyn. Prostor pro ochlazení plynů má bud vodou chlazené stěny nebo je vyložen žáruvzdorným materiálem. Osvědčila se také kombinace těchto dvou možností. Ve smyslu vynálezu je možno tento prostor . pro ochlazení plynů vytvořit tak dlouhý, aby se volně vcházející odpadní plyny během doby setrvání v tomto prostoru ochladily na teplotu pod 1 000 C.

Další obzvláště výhodné provedení vynálezu spočívá v tom, že se odpadní plyny bezprostředně po výstupu z ‘ kanálu na odpadní plyny mísí se studenými plyny, kapalinami a/nebo práškovými látkami, aby se tím teplota proudu odpadních plynů snížila na hodnotu pod uvedenou maximální teplotou 1 000 ’C. Práškové látky mají kromě toho tu výhodu, že se kapičky železa unášené proudem odpadních plynů zachytí na těchto látkách. Jako práškové látky přicházejí v úvahu například rozemleté rudy, vápno, vápenec, surový magnezit, uhlí, koks, a to jednotlivě nebo v libovolných směsích.

Podle vynálezu může probíhat další reakce mezi uvedenými práškovými látkami a odpadními plyny. Například se může vápenec zbavit kyseliny, ruda zčásti zredukovat nebo uhlí přeměnit v koks. Pro průběh těchto reakcí může být nutné, tyto směsi typu tuhá látka-plyn během určité doby zahřát a udržet na reakční teplotě, proto může být účelné, používat co nejjemněji práškových látekNapříklad u železné rudy se osvědčilo zrnění pod 0,1 mm, aby se částice v celkové době setrvání kratší než 1 sekundu zredukovaly až na wustit.

Výhodné provedení vynálezu spočívá ve vytvoření spojení pro vedení odpadních plynů mezi reakčni nádobou a prostorem pro chlazení plynů jako přímého potrubí na horký plyn. Přímý kanál má příznivý vliv na zabránění tvorby usazenin. Ukázalo se, že ohyb proudu horkých odpadních plynů vede k tomu, že se kapičky kovu odlučují přednostně v místě ohybu zejména když se v reakční nádobě dosahuje vysokého stupně dodatečného spalování v rozmezí asi 30 až 50 % a kapičky obsahující železo jsou zčásti zoxidované. Tyto zoxidované částice reagují s žáruvzdornou vyzdívkou potrubí na odpadní plyny, a tím potom vznikají poměrně pevně lpějící usazeniny. Je dále ve smyslu vynálezu, vytvořit tuto horkou část potrubí na odpadní plyny co nejkratší, například jen v délce potřebné pro vytvoření točivého provedení s příslušnými přírubovými spoj i.

Výhody spočívající v hospodárnosti dále vznikají, když se při způsobu podle vynálezu použije jako plynu obsahujícího kyslík předehřátého vzduchu. Jestliže se předehřátý vzduch o teplotě 1 000 až 1 200 ’C, tj. horký vítr dmychá tak na povrch lázně, že reakční plyny v plynovém prostoru reakční nádoby jsou nasávány, dodatečně spalovány a při tom se uvolňující energie se ve značné míře přenáší na taveninu, lze v tomto postupu využít přibližně 40 až 50 % energie, kterou je možno získat oxidací uhlí na oxid uhličitý a vodu. Za těchto podmínek například stačí 700 kg uhlí na výrobu 1 tuny tekutého železa. Při tom zároveň vznikající množství plynu postačuje k tomu, aby se u směsi se studenou, jemně práškovou rudou ustavila střední teplota směsi tuhé látky s plynem přibližně 1 050 ’C. Pro bezporuchový provoz, při němž v potrubí na odpadní plyny nedochází k tvorbě usazenin, je třeba usilovat o další snížení teploty odpadních plynů na přibližně 900 °C. Toho lze podle vynálezu dosáhnout přidáním dalšího množství uhlí k rudě nebo je možno část studených odpadních plynů vést zpět a použít k dalšímu snížení teploty směsi tuhá lát.ka-plyn na teplotu přibližně 800 až 900 °C, jež je optimální pro redukci rudy.

Vynález je v dalším blíže objasněn níže uvedeným příkladem s odkazem na připojený výkres, kde na obr. 1 je znázorněna reakční nádoba s připojeným chladicím prostorem pro plyny, a to v podélném řezu.

V bubnové reakční nádobě 1 s novou vyzdívkou 2 a světlým objemem 150 m³ se nachází 50 až 120 tun taveniny 3 železa s obsahem uhlíku přibližně 2,5 % a o teplotě 1 550 ’C. Výfučnami 4, které jsou napájeny potrubím 5 na horký plyn, se na povrch lázně dmychá horký vítr o teplotě 1 200 °C v množství 2 000 Nm³ za minutu. K proudu horkého větru se bezprostředně před vstupem do výfučny 4 přidává směs koksu, vápna a jemně práškové rudy zredukované na wustit. Tato směs má teplotu 800 ’C a je vedena potrubím 6 do potrubí 5 na horký vítr. Dopravovaná množství jednotlivých složek této směsi za minutu činí u zčásti zredukované rudy 1 350 kg, u koksu 400 kg a u vápna 90 kg. Tryskami 7 upravenými ve dně reakční nádoby, které mají světlý průměr 18 mm, se do taveniny kovu dmychá za minutu 200 kg pálavého uhlí, čímž se zároveň dosáhne dostatečného pohybu lázně.

Tímto způsobem se za minutu vyrobí asi 1 tuna tekutého železa. Odpadní plyny o teplotě přibližně 1 680 °C se vedou co nejkratší cestou potrubím 8. na horký plyn do prostoru 9 na chlazení plynů. V tomto prostoru 9. tvořeného nádobou na odpadní plyny se tyto ochladí přidáním práškových materiálů na teplotu přibližně 800 až 900 ’C, dříve než se tento proud plynů dotkne protilehlé stěny nádoby.

Přívodním potrubím 10 se do dmýchacích otvorů 13 přivádí jemně prášková ruda. Jemně prášková ruda proudí v množství 1 600 kg za minutu do nádoby 9. pro chlazení plynů, kde se zahřeje a zredukuje na oxid železnatý. Ve směru proudu plynů následuje přídavek přibližně 200 kg vápencové moučky za minutu dmýchacími otvory 14 spojenými s příslušným .zásobovacím potrubím 11. V proudu horkých odpadních plynů dochází potom k odkyselení přiváděného vápence, tj. k rozštěpení na oxid vápenatý a oxid uhličitý. Konečně se do prostoru 9 pro ochlazení plynů přivádí dmýchacími otvory 15, které jsou spojeny se zásobovacím potrubím 12., pálavé uhlí v množství 520 kg za minutu, které se v proudu horkých odpadních plynů přemění v koks.

Nádoba 9. pro chlazení plynů má v oblasti přívodních otvorů práškových látek vyzdívku 16 a v oblasti, v níž může proud odpadních plynů narážet na stěnu, je tato chlazena vodou.

Směs sestávající z odpadních plynů, prachu a zreagovaných práškových, látek se zachycuje v horkém cyklonu 18, odkud se odvádí směs koksu, oxidu železnatého a oxidu vápenatého, která se má zavádět do reakční nádoby, dopravním potrubím 6 do místa přidávání. Vyčištěné odpadní plyny odcházejí z horkého cyklonu 18 potrubím 19 a slouží zčásti pro výrobu horkého větru. Zbytek v množství přibližně 1 900 Nm³ za minutu o výhřevnosti 840 kcal/Nm³ je k dispozici pro vnější použití.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby železa v podlouhlé reakční nádobě opatřené tryskami dmychajícími spodem do lázně a zařízeními dmychajícími shora na hladinu lázně, při němž se do taveniny přivádějí paliva obsahující uhlík, železná ruda a/nebo předběžně zredukovaná ruda a při němž se reakční plyny, které se uvolňují z taveniny, dodatečně spalují alespoň v jednom stupni plyny obsahujícími kyslík, vyznačující se tím, že otvor reakční nádoby pro odpadní plyny je upraven přesazené vzhledem k reakční zóně paliv obsahující uhlík, a tím mimo oblast vzniku erupcí a rozstřiku teplota odpadních plynů v potrubí pro vedení odpadních plynů, navazujícím na otvor pro odpadní plyny, se udržuje nad teplotou tuhnutí kapiček železa unášených proudem odpadních plynů a odpadní plyny se potom ochladí v návazném prostoru na teplotu pod 1 000 ^eC.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se odpadní plyny ochladí v prostoru pro ochlazování plynů, který je potrubím pro horké plyny přímo spojen s reakční nádobou.
3. 3. Způsob podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že se odpadní plyny v prostoru pro chlazení plynů bezprostředně po výstupu z potrubí na horké plyny mísí se studenými plyny, kapalinami a/nebo práškovými látkami, a tím se jejich teplota sníží na teplotu pod 1 000 ’C.
4. 4. Způsob podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že se do proudu odpadních plynů vhánějí práškové látky, jako jsou například jemně prášková ruda, vápno, vápenec, surový magnezit, uhlí, koks, a to jednotlivě nebo v libovolných směsích k zachycení kapiček kovu nebo oxidu kovu, unášených proudem odpadních plynů.
5. 5. Způsob podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že se do proudu odpadních plynů vhánějí práškové látky, které s odpadními plyny chemicky reagují.
6. 6. Způsob podle bodů 1 až 5, vyznačující se tím, že se do proudu odpadních plynů dmychá rozemletá železná ruda o zrnění menším než 0,1 mm a zredukuje se až na wustit.