CZ282597B6

CZ282597B6 - Způsob výroby kapalného surového železa nebo kapalných předproduktů oceli a zařízení k provádění tohoto způsobu

Info

Publication number: CZ282597B6
Application number: CZ932227A
Authority: CZ
Inventors: Werner Dipl. Ing. Dr. Kepplinger; Panajiotis Dipl. Ing. Matzawrakos; Johannes Dipl. Ing. Dr. Schenk; Dieter Dipl. Ing. Siuka; Christian Dipl. Ing. Böhm
Original assignee: Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh; Research Institute Of Industrial Science & Technology, Incorporated Foundation; Pohang Iron & Steel Co., Ltd.
Priority date: 1992-10-22
Filing date: 1993-10-21
Publication date: 1997-08-13
Also published as: ATA45696A; ZA937820B; ATA209692A; JP2001152225A; RU2104309C1; EP0969107A1; SK115593A3; AT404735B; AT403056B; RU2111259C1; US5534046A; KR100210695B1; CZ222793A3; SK156396A3; US5584910A; EP0969107B1; EP0594557A1; TW436523B; CA2108816C; AU4913493A

Abstract

Způsob výroby kapalného surového železa ze vsázkových látek sestávajících ze železných rud a přísad a alespoň částečně obsahujících jemný podíl,přičemž se vsázkové látky přímo redukují alespoň v jednom redukčním pásmu způsobem vířivé vrstvy na železnou houbu,železná houba se taví v tavném zplynovacím pásmu při přivádění nosičů uhlíku a plynu obsahujícího kyslík a vyrábí se redukční plyn obsahující oxid uhelnatý a vodík a přivádí se do redukčního pásma,kde se nechá reagovat a odsává se jako výstupní plyn.Převážně hematitové a magnetitové jemné rudy a/nebo rudné prachy se podrobí předehřátí způsobem vířivé vrstvy ve předehřívacím pásmu,takto předehřáté vsázkové látky se alespoň jednom následně uspořádaném redukčním pásmu téměř úplně redukují,načež se vsázkové látky nucenou dopravou uloží do fluidního lože tavného zplynovacího pásma a tam se roztaví.Zařízení sestává z alespoň jednoho redukčního reaktoru, přičemž redukční reaktor je vytvořen jako redukční reaktor (8,8') s vířivou vrstvou aŕ

Description

Způsob výroby kapalného surového železa nebo kapalných předproduktů oceli a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsob výroby kapalného surového železa nebo kapalných předproduktů oceli ze vsázkových látek sestávajících ze železných rud a přísad a alespoň částečně obsahujících jemný podíl, přičemž se vsázkové látky vystavují v předehřívacím pásmu předehřátí v procesu vířivé 10 vrstvy, redukují se v alespoň jednom redukčním pásmu v procesu vířivé vrstvy na železnou houbu přímo a do značné míry úplně, železná houba se zaváží do tavného zplynovacího pásma, za přívodu plynu nesoucího uhlík a obsahujícího kyslík se taví a vyrábí se redukční plyn obsahující oxid uhelnatý a vodík, který se zavádí do redukčního pásma, tam se převádí, jako výstupní plyn se odvádí a přivádí se spotřebiteli.

Vynález se dále týká zařízení k provádění tohoto způsobu, s alespoň jedním redukčním reaktorem s vířivou vrstvou, do kterého ústí dopravní potrubí pro železnou rudu a přísady obsahující vsázkové látky, plynové potrubí pro redukční plyn, stejně jako dopravní potrubí pro v něm vytvořený redukční produkt, a plynové potrubí pro horní plyn, a s tavným zplynovačem, 20 do kterého ústí dopravní potrubí vedoucí redukční produkt z redukčního reaktoru, a má přívod pro plyny obsahující kyslík a nosiče uhlíku, stejně jako odpichy pro surové železo, resp. předproduktů oceli a strusky, přičemž plynové potrubí ústící do redukčního reaktoru vychází pro redukční plyn vytvořený v tavném zplynovači z tavného zplynovače, a redukčnímu reaktoru s vířivou vrstvou je ve směru toku vsázkových látek předřazen předehřívací reaktor s vířivou 25 vrstvou, do kterého je zaústěno plynové potrubí redukčního reaktoru.

Dosavadní stav techniky

Jeden takový způsob je známý například ze spisu AT-B 390 622. Podle tohoto spisu se vsázkové látky s velmi rozdílnými velikostmi zrn zpracovávají tak, že se předběžně redukují a přesíváním větrem se rozdělí na podíly s různými velikostmi zrn, které se potom odděleně podrobí konečné redukci. Tento známý jednostupňový proces však poskytuje pouze nepatrné využití tepla redukčního plynu a z tohoto důvodu má zvýšenou spotřebu redukčního plynu. Navíc zde není 35 možné optimální využití energie chemicky vázané v redukčním plynu.

Podle patentového spisu AT-B 387 403 se vsázkové látky obsahující siderit nebo hydratické vsázkové látky kalcinují v ohřívacím pásmu s pevným ložem předřazeném pásmu přímé redukce s pevným ložem, přičemž však vsázka obsahuje pouze hrubozmné vsázkové látky obsahující 40 železnou rudu a zpracovatelné pouze v pevném loži.

Z patentového spisu US 5 082 251 je znám přímý způsob redukce, podle kterého po přípravě rudy sloužící k dosažení velmi úzkého rozdělení velikosti zrn a tedy příslušně vysoce nákladné a zahrnující sušení, prosívání a drcení, se jemné rudy bohaté na železo redukují v systému 45 reaktorů s vířivou vrstvou v kaskádovitém uspořádání pomocí reformovaného zemního plynu nebo oleje. Železný prach se potom briketuje za horka nebo za studená. Jako fluidní plyn se v předehřívacím stupni používá kouřový plyn, který se vyrábí spalováním zemního plynu se vzduchem. Musí tudíž být přiváděna cizí energie, přičemž může být využito pouze zjistitelné teplo vířivých plynů. Podle tohoto řešení se přímá redukce rud provádí hlavně vodíkem.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je vytvořit způsob výše definovaného typu a zařízení kjeho provádění, přičemž by bylo umožněno použít hospodárným způsobem železných rud obsahujících přinejmenším jemný podíl při použití nezpracovaného uhlí jako nosiče uhlíku, přičemž by mohla být využita chemicky vázaná energie obsažená v použitém redukčním plynu obsahuj ícím oxid uhelnatý a vodík.

Vynález řeší tento úkol tím, že vytváří způsob výroby kapalného surového železa nebo kapalných předproduktů oceli ze vsázkových látek sestávajících ze železných rud a přísad a alespoň částečně obsahujících jemný podíl, přičemž se vsázkové látky vystavují v předehřívacím pásmu předehřátí v procesu vířivé vrstvy, redukují se v alespoň jednom redukčním pásmu v procesu vířivé vrstvy na železnou houbu přímo a do značné míry úplně, železná houba se zaváží do tavného zplynovacího pásma, za přívodu plynu nesoucího uhlík a obsahujícího kyslík se taví a vyrábí se redukční plyn obsahující oxid uhelnatý a vodík, který se zavádí do redukčního pásma, tam se převádí, jako výstupní plyn se odvádí a přivádí se spotřebiteli. Podle vynálezu se v tavném zplynovacím pásmu vytvořený redukční plyn zčásti přivádí do redukčního pásma přímo bez čištění pro vytvoření vířivé vrstvy a z další části vytvořené většími částicemi pevné látky se přivádí po čištění v horkém cyklónu redukčního pásma do lože vytvořeného v jeho spodní části.

Jádro vynálezu je tedy třeba vidět v rozdělení redukčního plynu vytvořeného v tavícím zplynovači, přičemž část je vystavena čištění a přiváděna redukční šachtě ve spodní oblasti, ve které je dříve redukována hrubozmná ruda. Druhá část redukčního plynu není vystavena žádnému čištění. Obsahuje proto určitý podíl jemného prachu. Tato část redukčního plynu se přivádí do redukční šachty v o něco výše ležící oblasti a slouží zde k redukci podílu jemné rudy nacházející se nad podílem hrubé rudy ve vířivém loži.

Podle vynálezu je tedy nutné pouze část redukčního plynu podrobit čištění, přičemž vyčištěný redukční plyn se přivádí spodní části lože vytvořeného v redukční šachtě a tam v důsledku své čistoty nedochází ani k nabalování ani ke tvoření shluků. Tím je zajištěno, že i hrubozmné částice rudy, které se zachytávají ve spodní části lože, jsou podrobeny do značné míry finální redukci.

Pro jemnější rudné částice shromažďující se v loži nad touto hrubozmnou frakcí je postačující přivádět redukční plyn společně s v něm obsaženým prachem, přičemž je přesto zajištěna značná finální redukce, protože tyto jemnozmné částice v důsledku svého pohybu nedávají ve vířivém loži, resp. fluidním loži žádný důvod ke vzniku sbalků, resp. shluků.

Prostřednictvím tohoto dvoustupňového přivádění redukčního plynu, tedy přivádění ve dvou rozdílných výškových úrovních, k redukční šachtě se daří pro jemné velikostní podíly zrn rudy zajistit do značné míry konečnou redukci, a sice s co nejmenšími náklady na čisticí práce a přístroje pro čištění redukčního plynu.

Výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že část redukčního plynu se po čištění v horkém cyklónu a promývači jako chladicí plyn přimíchává k části redukčního plynu přiváděného do redukčního pásma.

Další výhodné provedení způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že alespoň nejjemnější, do značné míry zcela redukované vsázkové látky se prostřednictvím nucené dopravy, přednostně pneumatické dopravy, zaváží do fluidního lože a/nebo do pevného lože tavného zplynovacího pásma a tam se taví.

-2 CZ 282597 B6

Pro účinné předehřívání vsázkových látek se redukční plyn vystupující z redukčního pásma výhodně přivádí do předehřívacího pásma, přičemž se částečným spalováním redukčního plynu způsobuje zvýšení teploty.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu se pro účinné zhodnocení prachu popřípadě jemných podílů vznikajících při redukci redukční plyn odsávaný z redukčního pásma se v redukčním cyklónu zbavuje jemných částic, přičemž jemné částice odloučené v redukčním cyklónu se během odlučování téměř úplně redukují a pomocí injektoru se přivádějí do tavného zplynovacího pásma v oblasti přivádění plynu obsahujícího kyslík.

Jiné výhodné provedení způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že z vířivé vrstvy redukčního pásma se část vsázkových látek vynáší a přes systém uzávěrů se za pomoci injektoru přivádí do tavného zplynovacího pásma v oblasti přivádění plynu obsahujícího kyslík.

Další výhodné provedení spočívá v tom, že podíl vsázkových látek vynášený z vířivé vrstvy redukčního pásma se přivádí společně s materiálem odloučeným v redukčním cyklónu do tavného zplynovacího pásma.

Výhodně se prach odloučený v horkém cyklónu přes soustavu uzávěrů za pomoci injektoru a prostřednictvím hořáku na kyslík a prach přivádí do tavného zplynovacího pásma v oblasti mezi tam se vytvářejícím fluidním ložem jemného koksu a fluidním ložem hrubého koksu.

Další výhodné provedení spočívá v tom, že část pro způsob nutných přísad se zaváží společně s uhlím přímo do tavného zplynovacího pásma a část přísad se zaváží společně s jemnou rudou do předehřívacího pásma.

Další výhodné provedení spočívá podle vynálezu v tom, že společně s uhlím zavážené přísady se používají jako hrubé zrno, přednostně o velikosti mezi 4 mm a 12,7 mm, a společně s jemnou rudou zavážené přísady se používají vjemnozmné formě, přednostně řádově mezi 2 mm a 6,3 mm.

Přednostně jsou vytvořena dvě místně oddělená, za sebou zapojená redukční pásma, přičemž redukční plyn, který vystupuje z prvního redukčního pásma, se přivádí do druhého redukčního pásma, které je předřazeno ve smyslu proudu jemné rudy prvnímu redukčnímu pásmu, a z něho se přivádí za zhuštění tlaku do předehřívacího pásma.

Jiné výhodné provedení vynálezu spočívá v tom, že z předehřívacího pásma vystupující výstupní plyn se případně po přimíchání části redukčního plynu vystupujícího z redukčního pásma po čištění kyslíkem uhličitým přivádí k výrobě za horka briketovaného železa, přičemž jemná ruda předehřátá v předehřívacím pásmu se následně podrobuje v nejméně jednom redukčním pásmu dalekosáhlé dokončovací redukci a dále se přivádí do stlačovacího a briketovacího zařízení, a výstupní plyn se po ohřátí vede alespoň do jednoho redukčního pásma při vyvíjení vířivého lože a z něho se po průchodu jím odsává a přivádí se do předehřívacího pásma za částečného spalování pro zvýšení teploty k vytvoření vířivého lože.

Poslední výhodné provedení způsobu spočívá v tom, že se zpracovávají především hematitové a magnetitové rudy a/nebo rudné prachy.

Vynález dále vytváří zařízení k provádění výše uvedeného způsobu s alespoň jedním redukčním reaktorem s vířivou vrstvou, do kterého ústí dopravní potrubí pro železnou rudu a přísady obsahující vsázkové látky, plynové potrubí pro redukční plyn, dále dopravní potrubí pro v něm vytvořený redukční produkt a plynové potrubí pro horní plyn, s tavným zplynovačem, do kterého ústí dopravní potrubí vedoucí redukční produkt z redukčního reaktoru, přívody pro plyny obsahující kyslík a nosiče uhlíku, stejně jako odpichy pro surové železo nebo předprodukt oceli

-3 CZ 282597 B6 a strusku, přičemž plynové potrubí ústící do redukčního reaktoru vychází pro redukční plyn vytvořený v tavném zplynovači z tavného zplynovače, a redukčnímu reaktoru s vířivou vrstvou ve směru toku vsázkových látek předřazeným předehřívacím reaktorem s vířivou vrstvou, do kterého je zaústěno plynové potrubí redukčního reaktoru. Podle vynálezu plynové potrubí pro redukční plyn ústí prvním odbočovacím potrubím přes zařízení na čištění plynu do spodní oblasti redukčního reaktoru a z plynového potrubí před zařízením na čištění plynu vychází druhé odbočovací potrubí, které ústí do výše ležící oblasti redukčního reaktoru.

Podle výhodného provedení vynálezu je upraveno pneumatické dopravní potrubí pro dopravu železné houby vytvořené v redukčním reaktoru s vířivou vrstvou do tavného zplynovače, přičemž dopravní potrubí je vyústěno ve výšce fluidního lože a/nebo pevného lože do tavného zplynovače.

Podle dalšího výhodného provedení do plynového potrubí, které ústí z redukčního reaktoru s vířivou vrstvou do předehřívacího reaktoru s vířivou vrstvou, je zaústěno kyslíkové potrubí.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu je možné redukci výhodně řídit přes stupeň fluidirace uvnitř redukčního reaktoru, a také uvnitř předehřívacího reaktoru, tím, že redukční reaktor s vířivou vrstvou má spodní díl s menším průměrem a horní, na spodní díl navazující díl s větším průměrem, přičemž přechod ze spodního do horního dílu je vytvořen kuželovité a do kuželovitého přechodového kusu ústí druhé odbočovací potrubí pro redukční plyn.

Jiné výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že předehřívací reaktor s vířivou vrstvou má kuželovitý spodní konec, do kterého ústí plynové potrubí pro redukční plyn.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu je pro odvádění úplně redukovaných jemných částeček z redukčního reaktoru s vířivou vrstvou redukční reaktor s vířivou vrstvou ve výšce vířivé vrstvy opatřen zařízením pro vynášení jemných částic, ze kterého vede dopravní potrubí k pneumatickému dopravnímu zařízení, které je ve výšce pevného lože nebo fluidního lože vytvořeného v tavném zplynovači do něho zaústěno.

Podle dalšího výhodného uspořádání jsou uspořádány ve směru proudu vsázkových látek vzájemně za sebou ležící dva redukční reaktory s vířivou vrstvou.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu se zvláště účinné využití vznikajících přebytečných plynů docílí tím, že plynové potrubí pro výstupní plyn pro výrobu za horka briketovaného železa po mezizapojení promývače na oxid uhličitý a ohřívacího zařízení ústí do nejméně jednoho redukčního reaktoru, ze kterého je vedeno plynové potrubí do předehřívacího reaktoru s vířivou vrstvou, přičemž do předehřívacího reaktoru s vířivou vrstvou ústí dávkovači potrubí jemné rudy z předehřívacího reaktoru s vířivou vrstvou vystupuje dopravní potrubí vedoucí předehřátou jemnou rudu redukčnímu reaktoru, přičemž za redukčním reaktorem je ve směru proudu jemné rudy zařazeno stlačovací a briketovací zařízení.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů provedení znázorněných na výkresech, na kterých představuje každý z obr. 1 až 3 schematicky jedno provedení zařízení podle vynálezu.

-4CZ 282597 B6

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 znázorňuje první způsob provedení zařízení podle vynálezu. Zařízení obsahuje předehřívací reaktor 1 vytvořený jako předehřívací reaktor 1 s vířivou vrstvou, do kterého se zaváděcím potrubím 3 vyústěným ve výšce pásma 2 vířivého lože zavádějí vsázkové látky obsahující železnou rudu a přísady. Na horním konci předehřívacího reaktoru 1 s vířivou vrstvou, vytvořeného ve formě šachty, se v něm vyvíjené a jím protékající plyny odsávají přes odvod 6 plynů opatřený cyklónem 4 čištění plynů a promývačem 5 plynů typu Venturiho promývače. Tyto plyny jsou použitelné jako vysoce hodnotný výstupní plyn o výhřevnosti rovné asi 8 000 kJ/Nm³ pro rozličné účely, například vyvíjení proudu s kyslíkem nebo bez kyslíku.

Vsázkové látky předehřáté v předehřívacím reaktoru 1 se vesměs vedou dopravním potrubím 7 do redukčního reaktoru 8 vytvořeného rovněž jako reaktor s vířivou vrstvou a v něm se z největší části úplně redukují.

Přes pneumatické dopravní potrubí 9 s injektorem dusíku - zde by také mohlo být uspořádáno jiné zařízení pro nucenou dopravu - se železná houba vytvářená v redukčním reaktoru 8 s vířivou vrstvou vede do tavného zplynovače JO, a sice zavádí se do něho ve výšce fluidního lože III, II a/nebo ve výšce pod ním se nacházejícího pevného lože I, která jsou vytvořena v tavném zplynovači 10. Tavný zplynovač 10 má alespoň jeden přívod II pro uhlí a přísady, jakož i v několika výškách uspořádané tryskové přívody 12 pro plyny obsahující kyslík.

V tavném zplynovači 10 se pod tavným zplynovacím pásmem tvořeným pevným ložem I, nad ním ležícím fluidním ložem II hrubého koksu, nad ním ležícím fluidním ložem III jemného koksu a nad ním ležícím uklidňovacím prostorem IV shromažďuje roztavené surové železo 13 a roztavená kapalná struska 14, které se odpichují navzájem odděleně vždy přes jeden zodpovídajících odpichů 15, 16. V tavném zplynovači 10 se z nosičů uhlíku a z plynu obsahujícího kyslík vyvíjí redukční plyn, který se shromažďuje v uklidňovacím prostoru IV nad fluidním ložem III a přes plynové potrubí 17 se vede do redukčního reaktoru 8 s vířivou vrstvou, a sice přes zúžení tvaru komolého kužele, které tvoří kuželové dno 19 pro rozdělování plynů redukčního reaktoru 8 s vířivou vrstvou vytvořeného v podstatě ve tvaru šachty, přičemž po jeho obvodu se přivádí kruhovým potrubím 20 redukční plyn. Toto uspořádání umožňuje vytváření vířivé vrstvy 18.

Velké částečky pevné látky, které nemohou být udrženy ve stavu vznášení ve vířivé vrstvě 18, klesají působením tíže a jsou odsávány přes ústřední výpust 21 pevné látky. Tato ústřední výpust 21 pevné látky je uspořádána tak, že přes radiální přívod 22 plynu do válcového dílu 23 nádoby se spodním kuželovým dnem 24 pod horním kuželovým dnem 19 pro rozdělování plynů ve tvaru komolého kužele se vytváří proudění v pevném loži, takže se dosahuje uspokojivé redukce i velkých částic.

Tím, že dno 19 pro rozdělování plynů má tvar komolého kužele, mění se s výškou rychlost v prázdné trubici. Následkem toho se v průběhu výšky dna 19 pro rozdělování plynů nastaví vlastní rozdělení velikosti zrn. Odpovídajícím uspořádáním trysek ve dnu 19 pro rozdělování plynů může tak být vytvořena interně cirkulující vířivá vrstva, ve které je uprostřed vyšší rychlost plynu než na okraji. Vytvoření takovéto vířivé vrstvy může být použito jak u redukčního reaktoru 8, tak u předehřívacího reaktoru 1.

Část redukčního plynu vystupujícího z tavného zplynovače 10 se podrobí čištění v horkém cyklónu 25, chlazení v následujícím promývači 26 a přes kompresor 27 se opět přimíchává přes plynové potrubí 28 k redukčnímu plynu vystupujícímu z tavného zplynovače 10. Prach odloučený v horkém cyklónu 25 se přes injektor 29 dusíku vede zpět do tavného zplynovače 10. Část ještě neochlazeného redukčního plynu vystupujícího z horkého cyklónu 25 se přes radiální přívod 22 plynu tvořený kruhovým potrubím vede do redukčního reaktoru 8 s vířivou vrstvou

-5CZ 282597 B6 přes jeho válcový díl 23 nádoby.

Plyn odsávaný z redukčního reaktoru 8 s vířivou vrstvou se vede plynovým potrubím 30 do redukčního cyklónu 31, ve kterém se odlučují jemné podíly ještě obsažené v redukčním plynu a dokončí se jejich redukce. Tyto jemné podíly se přivádějí přes dopravní potrubí 32 a injektor 33 dusíku do tavného zplynovače 10 přibližně ve výšce horního konce pevného lože I.

Částečně oxidovaný redukční plyn vystupující z redukčního reaktoru 8 se vede plynovým potrubím 30 do předehřívacího reaktoru 1, přičemž pro ohřátí redukčního plynu se jeho část spaluje, a sice ve spalovací komoře 34, do které je vyústěno potrubí 35 přivádějící plyn obsahující kyslík.

Z redukčního reaktoru 8 s vířivou vrstvou se část úplně zredukovaných vsázkových látek odvádí ve výšce vířivé vrstvy 18 vynášecím šnekem 36 a potrubím 37 přes injektor 33 dusíku se vede do tavného zplynovače 10 přibližně ve výšce horního konce pevného lože £ přednostně společně s jemnými podíly pocházejícími z redukčního cyklónu 31.

Jemnozmný produkt odloučený v cyklónu 4 čistění plynů z odvodu 6 plynů se vede přes dopravní potrubí 38 a uzávěry 39, které jsou také uspořádány v jiných dopravních potrubích 32, 37 pro částečně nebo úplně zredukovaný produkt, přes kruhové potrubí 20 přivádějící redukční plyn do redukčního reaktoru 8 s vířivou vrstvou.

Činnost zařízení znázorněného na obr. 1 je následující.

Předběžně zpracovaná jemná ruda - přesátá a usušená mající rozdělení velikostí zrna například

- 0,044 mm = asi 20 %

0,044 - 6,3 mm = asi 70 %

6,3 - 12,7 mm = asi 10 % a o vlhkosti asi 2 % se přivádí pneumaticky nebo pomocí svislého nebo vodorovného dopravníku do předehřívacího reaktoru 1. Tam se předehřívá v pásmu 2 vířivého lože asi na teplotu 850 °C a případně se předběžně redukuje působením redukčního prostředí.

Pro tento proces předběžné redukce má redukční plyn obsahovat alespoň 25 % oxidu uhelnatého a vodíku, aby měl dostatečný redukční účinek.

Potom proudí předehřátá a případně předběžně zredukovaná jemná ruda - s výhodou působením síly tíže - do redukčního reaktoru 8, v jehož vířivé vrstvě 18 se jemná ruda při teplotě asi 850 °C redukuje v široké míře až na stupeň železa. Pro tento redukční proces má mít plyn obsah oxidu uhelnatého a vodíku asi 68 %.

V redukčním reaktoru 8 probíhá odsátí jemné rudy, přičemž podíl o velikosti zrna pod 0,2 mm se odvádí redukčním plynem do redukčního cyklónu 31. Tam dochází během odlučování pevných látek vlivem působení redukčního cyklónu 31 k dokončení redukce jemné rudy o velikosti částic pod 0,2 mm.

Jemnější podíl pevných látek, který je z vířivé vrstvy 18 redukčního reaktoru 8 vynášen vynášecím šnekem 36. se přivádí přes uzávěry 39 společně sjemnou rudou odloučenou v redukčním cyklónu 31 pomocí injektoru 33 dusíku do tavného zplynovače 10 v oblasti vefukovacích rovin plynu obsahujícího kyslík.

Hrubší podíl pevných látek ze spodní oblasti redukčního reaktoru 8 se přes uzávěry 39 a pomocí injektoru 9 dusíku nebo vynášením silou tíže vedmychává, resp. zaváží do tavného zplynovače

-6CZ 282597 B6 v oblasti fluidního lože III jemného koksu.

Prach odloučený v horkém cyklónu 25, převážně obsahující železo a uhlík, se přivádí přes uzávěry 39 pomocí injektoru 29 dusíku a prostřednictvím hořáku na kyslík a prach do tavného zplynovače 10 v oblasti mezi fluidním ložem III jemného koksu a fluidním ložem II hrubého koksu.

Přísady potřebné pro proces se zavádějí jako hrubozmné, přednostně o velikosti zrn od 4 do 12,7 mm, přívodem 11, a jako jemnozmné, přednostně o velikosti zrn od 2 do 6,3 mm, zaváděcím potrubím 3 za účelem předehřátí a kalcinace.

Pro jemné rudy s delší dobou redukce je podle obr. 2 uspořádán druhý redukční reaktor 8' s vířivou vrstvou, a je-li třeba, i třetí reaktor, s druhým redukčním cyklónem 3Γ v sérii s prvním redukčním reaktorem 8. Ve druhém redukčním reaktoru 8' se jemná ruda redukuje až na stupeň wiistitu a v prvním redukčním reaktoru 8 se redukuje na stupeň železa.

V tomto případě se podíl pevných látek, který se vynáší z vířivé vrstvy 18' druhého redukčního reaktoru 8' vynášecím šnekem 36', zavádí společně s hrubším podílem pevných látek ze spodní oblasti druhého redukčního reaktoru působením síly tíže do prvního redukčního reaktoru 8. Jemná ruda odloučená ve druhém redukčním cyklónu 31' se společně s jemnou rudou odloučenou v prvním redukčním cyklónu 31 vede pomocí injektoru 33 dusíku do tavného zplynovače 10 v oblasti vedmychávacích rovin plynu obsahujícího kyslík.

Jestliže v případě použití dvou redukčních reaktorů 8, 8' s vířivou vrstvou a dvou redukčních cyklónů 31, 31' nestačí provozní tlak vyrovnávat tlakové ztráty v systému, přivádí se podle vynálezu směs plynů potřebná pro předehřívací reaktor 1 na nutný tlak pomocí kompresoru 40.

V tomto případě se plyn ze druhého redukčního cyklónu 31' čistí v promývači 41. V dalším postupu se stlačuje pouze dílčí proud plynu -jedna část se odvádí jako výstupní plyn potrubím 42 - a smýchává se ve směšovací komoře 43 s plynem obsahujícím kyslík přiváděcím potrubím 44, takže potom může v předehřívacím reaktoru 1 probíhat částečné spalování redukčního plynu pro dosažení nutné teploty předehřátí jemné rudy.

Hodnotný výstupní plyn z výroby surového železa může být použit, jak bylo uvedeno výše, pro vyvíjení proudu s kyslíkem nebo kyslíku. Podle jednoho výhodného provedení vynálezu, znázorněného na obr. 3, se výstupní plyn po průtoku čisticím zařízením 45 s oxidem uhličitým a ohřívacím zařízením 46 použije dále popsaným způsobem jako redukční plyn.

Pro výrobu za horka briketovaného železa se železná ruda stejné specifikace jako pro výrobu surového železa předehřeje a redukuje redukčním plynem ve stejných zařízeních, úplně zredukované zrnité frakce z alespoň jednoho redukčního reaktoru 8 a z redukčního cyklónu 31 se vdmýchají pomocí injektorů 33 dusíku do zásobního bunkru 47. Alternativně může hrubší frakce ze spodní oblasti redukčního reaktoru 8 být tíhovým vynášecím zařízením zaváděna do zásobního bunkru 47.

Potom se úplně zredukovaná jemná ruda se stupněm metalizace asi 92 % a o teplotě alespoň 750 °C působením síly tíže vede přes šnek 48 pro předběžné stlačení s regulovatelným motorem do válcového briketovacího lisu 49.

V následujících příkladech jsou uvedeny typické parametry způsobu podle vynálezu dosahované při provozu zařízení podle vynálezu znázorněných na obr. 1 až 3.

-7 CZ 282597 B6

Příklad:

Analýza uhlí (hodnoty z analýzy za sucha)

C

H

N

O s popel

Cfix

77%

4.5 %

1,8 %

7.6 %

0,5 %

9,1 %

61,5 %

Analýza rudy (hodnoty z analýzy za vlhka)

Fe	62,84 %
Fe₂O₃	87,7 %
CaO	0,73 %
MgO	0,44 %
SiO₂	6,53 %
A1₂Ó₃	0,49
MnO	0,15%
ztráty žíháním	0,08 %
vlhkost	2%

Rozdělení velikosti zrn jemné rudy

+ 10 mm	0%
10^-6 mm	5,8 %
6-2 mm	44,0 %
2-0,63 mm	29,6 %
0,63-0,125 mm	13,0%
- 0,125 mm	7,6 %

Přísady (hodnoty z analýzy za sucha)

CaO	45,2 %
SiO	9,3 %
SiO₂	1,2%
A1₂Ó₃	0,7 %
MnO	0,6 %
Fe₂O₃	2,3 %
ztráty žíháním	39,1 %

Pro výrobu 42 t surového železa za hodinu v zařízení podle obr. 1 bylo zplynováno 42 t/h uhlí s 29 000 Nm³/h kyslíku. Spotřeba rudy byla 64 t/h a spotřeba přísad byla 14 t/h.

Vyrobené surové železo má kromě železa toto složení:

C	4,2 %
Si	0,4 %
P	0,07 %
Mn	0,22 %
S	0,04 %

-8CZ 282597 B6

Výstupní plyn ze zařízení na výrobu surového železa je vypouštěn v množství 87 000 Nm³/h a má toto složení:

CO co₂h₂h₂o

N₂ + Ar h₂s

36.1 %

26,9 % 16,4%

1,5 %

18.1 % %

0,02 % výhřevnost 6 780 kJ/Nm³

Při dalším využití výstupního plynu ze zařízení na výrobu surového železa pro výrobu za horka briketovaného železa v zařízení podle obr. 3 může být vyrobeno 29 t/h za horka briketovaného železa. K tomu je třeba 36 000 Nm³/h recyklovaného plynu. Za horka briketovaná železná houba má podle analýzy toto složení:

kov

92% %

0,01 %

0,03 %

Množství výstupního plynu ze zařízení na výrobu za horka briketovaného železa je rovno 79 000 Nm³/h a plyn má toto složení:

CO

CO.

H₂ h₂o

N₂ + Ar výhřevnost 4 200 kJ/Nm³

Elektrický příkon zařízení na výrobu surového železa a zařízení na výrobu za horka briketovaného železa je rovný 23 MW. Výstupní plyn ze zařízení na výrobu za horka briketovaného železa odpovídá tepelnému výkonu 145 MW.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby kapalného surového železa nebo kapalných předproduktů oceli ze vsázkových látek, sestávajících ze železných rud a přísad a alespoň částečně obsahujících jemný podíl, přičemž se vsázkové látky vystavují v předehřívacím pásmu (2) předehřátí v procesu vířivé vrstvy, redukují se v alespoň jednom redukčním pásmu (18, 18') v procesu vířivé vrstvy na železnou houbu přímo a do značné míry úplně, železná houba se zaváží do tavného zplynovacího pásma (I až IV), za přívodu plynu nesoucího uhlík a obsahujícího kyslík se taví, a vyrábí se redukční plyn obsahující oxid uhelnatý a vodík, který se zavádí do redukčního pásma (18, 18'), tam se převádí, jako výstupní plyn se odvádí a přivádí se spotřebiteli, vyznačující se tím, že v tavném zplynovacím pásmu (I až IV) vytvořený redukční plyn se z části přivádí do

-9CZ 282597 B6 redukčního pásma přímo bez čištění pro vytvoření vířivé vrstvy (18) a z další části tvořené většími částicemi pevné látky se přivádí po čištění v horkém cyklónu (25) redukčního pásma do lože vytvořeného v jeho spodní části.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že část redukčního plynu se po čištění v horkém cyklónu (25) a promývači (26) jako chladicí plyn přimíchává k části redukčního plynu přiváděného do redukčního pásma.
3. Způsob podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že alespoň nejjemnější, do značné míry zcela redukované vsázkové látky se prostřednictvím nucené dopravy, přednostně pneumatické dopravy, zaváží do fluidního lože (II, III) a/nebo do pevného lože (I) tavného zplynovacího pásma (I až IV) a tam se taví.
4. Způsob podle jednoho nebo více z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že redukční plyn vystupující z redukčního pásma se přivádí do předehřívacího pásma (2), přičemž se částečným spalováním redukčního plynu způsobuje zvýšení teploty.
5. Způsob podle jednoho nebo více z nároků laž4, vyznačující se tím, že redukční plyn odsávaný z redukčního pásma se v redukčním cyklónu (31) zbavuje jemných částic, přičemž jemné částice odloučené v redukčním cyklónu (31) se během odlučování téměř úplně redukují a pomocí injektoru (33) se přivádějí do tavného zplynovacího pásma (I až IV) v oblasti přivádění plynu obsahujícího kyslík.
6. Způsob podle jednoho nebo více z nároků laž5, vyznačující se tím, že z vířivé vrstvy (18) redukčního pásma se část vsázkových látek vynáší a přes systém uzávěrů (39) se za pomoci injektoru (33) přivádí do tavného zplynovacího pásma (I až IV) v oblasti přivádění plynu obsahujícího kyslík.
7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že podíl vsázkových látek vynášený z vířivé vrstvy (18) redukčního pásma se přivádí společně s materiálem odloučeným v redukčním cyklónu (31) do tavného zplynovacího pásma (I až IV).
8. Způsob podle nároků 6 nebo 7, vyznačující se tím, že prach odloučený v horkém cyklónu (25) se přes soustavu uzávěrů (39) za pomoci injektoru (29) a prostřednictvím hořáku na kyslík a prach přivádí do tavného zplynovacího pásma (I až IV) v oblasti mezi tam se vytvářejícím fluidním ložem (III) jemného koksu a fluidním ložem (II) hrubého koksu.
9. Způsob podle jednoho nebo více z nároků laž8, vyznačující se tím, že část pro způsob nutných přísad se zaváží společně s uhlím přímo do tavného zplynovacího pásma (I až IV) a část přísad se zaváží společně s jemnou rudou do předehřívacího pásma (2).
10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že společně s uhlím zavážené přísady se používají jako hrubé zrno, přednostně o velikosti mezi 4 mm a 12,7 mm, a společně s jemnou rudou zavážené přísady se používají vjemnozmné formě, přednostně o velikosti mezi 2 mm a 6,3 mm.
11. Způsob podle jednoho nebo více z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že jsou vytvořena dvě místně oddělená, za sebou zapojená redukční pásma (18, 18'), přičemž redukční plyn, který vystupuje z prvního redukčního pásma (18), se přivádí do druhého redukčního pásma (18'), které je předřazeno ve smyslu proudu jemné rudy prvnímu redukčnímu pásmu (18), a z něho se přivádí za zhuštění tlaku do předehřívacího pásma (2).

- 10CZ 282597 B6
12. Způsob podle jednoho nebo více z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že z předehřívacího pásma (2) vystupující výstupní plyn se případně po přimíchání části redukčního plynu vystupujícího z redukčního pásma (18) po čištění oxidem uhličitým přivádí k výrobě za horka briketovaného železa, přičemž jemná ruda předehřátá v předehřívacím pásmu (2) se následně podrobuje v nejméně jednom redukčním pásmu dokončovací redukci a dále se přivádí do stlačovacího a briketovacího zařízení (48, 49), a výstupní plyn se po ohřátí vede alespoň do jednoho redukčního pásma při vyvíjení vířivého lože (18) a z něho se po průchodu jím odsává a přivádí se do předehřívacího pásma (2) za částečného spalování pro zvýšení teploty k vytvoření vířivého lože.
13. Způsob podle jednoho nebo více z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že se zpracovávají především hematitové a magnetitové rudy a/nebo rudné prachy.
14. Zařízení k provádění způsobu podle jednoho nebo více z nároků 1 až 13, s alespoň jedním redukčním reaktorem (8, 8') s vířivou vrstvou, do kterého ústí dopravní potrubí (7) pro železnou rudu a přísady obsahující vsázkové látky, plynové potrubí (17) pro redukční plyn, dále dopravní potrubí (9) pro v něm vytvořený redukční produkt a plynové potrubí (30) pro horní plyn, s tavným zplynovačem (10), do kterého ústí dopravní potrubí (9) vedoucí redukční produkt z redukčního reaktoru (8, 8'), přívody (11, 12) pro plyny obsahující kyslík a nosiče uhlíku, a dále odpichy (15, 16) pro surové železo (13) nebo předprodukt oceli a strusku (14), přičemž plynové potrubí ústící do redukčního reaktoru (8, 8') vychází pro redukční plyn vytvořený v tavném zplynovači (10) z tavného zplynovače (10), a redukčnímu reaktoru (8, 8') s vířivou vrstvou ve směru toku vsázkových látek předřazeným předehřívacím reaktorem (1) s vířivou vrstvou, do kterého je zaústěno plynové potrubí (17) redukčního reaktoru (8, 8'), vyznačující se tím, že plynové potrubí (17) pro redukční plyn ústí prvním odbočovacím potrubím přes zařízení (25) na čištění plynu do spodní oblasti redukčního reaktoru (8) a z plynového potrubí (17) před zařízením na čištění plynu vychází druhé odbočovací potrubí, které ústí do výše ležící oblasti redukčního reaktoru (8).
15. Zařízení podle nároku 14, vyznačující se t í m , že má upraveno pneumatické dopravní potrubí (9) pro dopravu železné houby vytvořené v redukčním reaktoru (8, 8') s vířivou vrstvou do tavného zplynovače (10), přičemž dopravní potrubí je vyústěno ve výšce fluidního lože (II, III) a/nebo pevného lože (I) do tavného zplynovače (10).
16. Zařízení podle nároků 14 nebo 15, vyznačující se tím, že do plynového potrubí (30), které ústí z redukčního reaktoru (8, 8') s vířivou vrstvou do předehřívacího reaktoru (1) s vířivou vrstvou, je zaústěno kyslíkové potrubí (35).
17. Zařízení podle jednoho nebo více z nároků 14 až 16, vyznačující se tím, že redukční reaktor (8, 8') s vířivou vrstvou má spodní díl (23) s menším průměrem a horní, na spodní díl navazující díl s větším průměrem, přičemž přechod ze spodního do horního dílu je vytvořen kuželovité a do kuželovitého přechodového kusu (19) ústí druhé odbočovací potrubí pro redukční plyn.
18. Zařízení podle jednoho nebo více z nároků 14ažl7, vyznačující se tím, že předehřívací reaktor (1) s vířivou vrstvou má kuželovitý spodní konec, do kterého ústí plynové potrubí (30) pro redukční plyn.
19. Zařízení podle jednoho nebo více z nároků 14 až 18, vyznačující se tím, že redukční reaktor (8, 8') s vířivou vrstvou je ve výšce vířivé vrstvy (18, 18') opatřen zařízením (36) pro vynášení jemných částic, ze kterého vede dopravní potrubí (37) k pneumatickému dopravnímu zařízení (33), které je ve výšce pevného lože (I) nebo fluidního lože (II) vytvořeného v tavném zplynovači (10) do něho zaústěno.

- 11 CZ 282597 B6
20. Zařízení podle jednoho nebo více z nároků 14ažl9, vyznačující se tím, že jsou uspořádány ve směru proudu vsázkových látek vzájemně za sebou ležící dva redukční reaktory (8, 8') s vířivou vrstvou.
21. Zařízení podle jednoho nebo více z nároků 14 až 20 k provádění způsobu podle nároku 12, vyznačující se tím, že plynové potrubí (6, 42) pro výstupní plyn pro výrobu za horka briketovaného železa po mezizapojení promývače (45) na oxid uhličitý a ohřívacího zařízení (46) ústí do nejméně jednoho redukčního reaktoru (8), ze kterého je vedeno plynové potrubí do io předehřívacího reaktoru (1) s vířivou vrstvou, přičemž do předehřívacího reaktoru (1) s vířivou vrstvou ústí dávkovači potrubí (3) jemné rudy z přehehřívacího reaktoru (1) s vířivou vrstvou vystupuje dopravní potrubí vedoucí předehřátou jemnou rudu redukčnímu reaktoru, přičemž za redukčním reaktorem (8) je ve směru proudu jemné rudy zařazeno stlačovací a briketovací zařízení (48, 49).