CZ286947B6 - Melting generator for producing molten metal - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká tavícího generátoru pro výrobu roztaveného kovu, s výhodou roztaveného surového železa, z alespoň částečně redukovaných, jemný podíl obsahujících materiálů s obsahem kovu, zejména železné houby, a redukčního plynu zplyňováním uhlí, přičemž do tohoto tavícího generátoru ústí přívody plynu obsahujícího kyslík, materiálu s obsahem uhlíku, a materiálu s obsahem kovu, přičemž přívody plynu obsahujícího kyslík jsou uspořádány ve spodní oblasti tavícího generátoru, přičemž z tavícího generátoru vychází alespoň jeden odvod plynu pro redukční plyn vytvářený v tavícím generátoru, a přičemž taviči generátor má alespoň jeden odpich pro kovovou taveninu a pro strusku.

Dosavadní stav techniky

Z dokumentu EP-B-0 010 627 je známo přivádět částicový materiál obsahující kov, jako například před redukovanou železnou houbu, shora centrálním zavážecím otvorem ve víku tavícího generátoru, přičemž částice padají do tavícího generátoru účinkem gravitace a jsou zbržďovány ve fluidním loži, nacházejícím se v tavícím generátoru. Kusové uhlí se zaváží prostřednictvím zavážecího otvoru, uspořádaného bočně ve víku tavícího generátoru, popřípadě v kupoli, uzavírající nahoře taviči generátor, a to účinkem gravitace. V tavícím generátoru vytvářený redukční plyn se odtahuje centrálním zavážecím otvorem pro materiál obsahující železo.

Způsob tohoto typu není vhodný pro zpracování jemnozmných materiálů s obsahem kovu, zejména železné houby, neboť jemně zrnité materiály s obsahem kovu by následkem silného proudění redukčního plynu, vytvářeného v taviči zplyňovací zóně, který se odtahuje centrálním zavážecím otvorem ve víku, popřípadě v kupoli tavícího generátoru, byly vynášeny. Toto vynášení jemnozmných materiálů s obsahem kovu je ještě podporováno teplotou v horní oblasti tavícího generátoru, tj. v oblasti nad tavící zplyňovací zónou, neboť ta je příliš nízko pro zajištění stavení, neboli aglomerace jemných částic v místě jejich přivádění na větší částice, které by mohly navzdory vzhůru proudícímu plynu v taviči zplyňovací zóně klesat.

Z dokumentu EP-A-0 217 331 je známo zavádět předredukovanou práškovou rudu do tavícího generátoru a doredukovávat a tavit ji pomocí plazmového hořáku za přívodu redukčního prostředku obsahujícího uhlík. Předredukovaná prášková ruda, popřípadě prášková železná houba se přivádí k plazmovému hořáku uspořádanému ve spodním úseku tavícího generátoru. Přitom je nevýhodné, že v důsledku přivádění předredukované práškové rudy bezprostředně do spodní taviči oblasti, tj. do oblasti shromažďování taveniny, není již zajištěno doredukování, a nelze dosáhnout chemického složení nezbytného pro další zpracovávání surového železa. Kromě toho kvůli fluidnímu loži, popřípadě pevnému loži, vytvářenému ve spodní oblasti tavícího generátoru z uhlí, není možné přivádění větších množství předredukované práškové rudy, neboť není možné dostatečné odvádění roztavených produktů z vysokoteplotní zóny plazmového hořáku. Přivádění větších množství předredukované práškové rudy by rychle vedlo k tepelnému a mechanickému selhání plazmového hořáku.

Z dokumentu EP-B-0 111 176 je známo přivádět jemnozmnou frakci částic železné houby do tavícího generátoru prostřednictvím spádové trubice, která z hlavy tavícího generátoru zasahuje až do blízkosti uhelného fluidního lože. Na konci spádové trubice je uspořádána odrážecí deska pro snížení rychlosti jemnozmné frakce, takže výstupní rychlost jemnozmné frakce ze spádové trubice je velmi malá. V místě přivádění je teplota panující v tavícím generátoru velmi nízká, takže nemůže docházet k rychlému natavování přiváděné jemnozmné frakce. To spolu s nízkou

-1 CZ 286947 B6 výstupní rychlostí ze spádové trubice způsobuje, že se značný podíl přiváděné jemnozmné frakce vynáší z tavícího generátoru redukčním plynem, v něm vyrobeným. Přivádění většího množství částic železné houby obsahujících jemný podíl, popřípadě výlučně jemnozmné frakce, podle tohoto způsobu není možné.

Z dokumentu EP-A-0 594 557 je známo přivádět jemnozmnou frakci železné houby prostřednictvím dopravního plynu přímo do fluidního lože tvořeného tavící zplyňovací zónou. To je však nevýhodné, neboť se může narušovat proplyňování fluidního lože tím, že v důsledku vedmýchávání jemnozmné frakce přímo do fluidního lože může docházet k ucpávání fluidního lože účinkujícího jako filtr. V důsledku toho může docházet k eruptivním výronům plynu, které prorážejí ucpané fluidní lože. Tím se silně narušuje zplyňovací proces zplyňování materiálů s obsahem uhlíku a také proces tavení redukované železné rudy.

Z dokumentu EP-A-0 576 414 je známo přivádět jemnozmný materiál s obsahem kovu do taviči zplyňovací zóny prostřednictvím prachového hořáku. Přitom je podáván malý tavící výkon v důsledku krátké doby zdržení částic v horkém plameni.

V DE-B-11 54 817 je popsán způsob, při kterém se jemně mletá železná ruda a tavidla, jakož i palivo a kyslík a/nebo vzduch, vedou prostřednictvím hořáku do reakční komory. Přitom se nejprve vytváří silně oxidující plamen hořáku, a látky účastnící se reakce se ohřejí do roztavení. Návazně se na plamen dmýchá palivo k dalšímu redukčnímu vedení. Plamen směřuje na taveninu, nacházející se v taviči komoře.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu, jehož účelem je odstranění výše uvedených nevýhod a obtíží, je poskytnout tavící generátor výše popsaného druhu, umožňující zpracovávání jemnozmných materiálů s obsahem kovu bez nutnosti briketování, a přitom jednak spolehlivě zamezují vynášení přiváděných jemných částic, popřípadě v předredukovaném nebo zredukovaném stavu, prostřednictvím redukčního plynu vytvářeného v tavícím generátoru, a jednak zajišťující případně požadované zredukování jemných částic. Pomocí vynálezu se dále má dosáhnout co možná nejrovnoměmějšího rozdělení materiálů s obsahem kovu a materiálů s obsahem uhlíku ve fluidním loži tavící zplyňovací zóny.

Tento úkol je podle vynálezu řešen tím, že alespoň jeden přívod materiálu s obsahem kovu je uspořádán v oblasti, s výhodou v centrální oblasti, kupole uzavírající nahoře taviči generátor; že uvnitř tavícího generátoru je pod zaústěním přívodu materiálu s obsahem kovu uspořádána žárovzdomá, vzhledem k vertikále skloněná šikmá stěna, na kterou vstupují materiály s obsahem kovu a klesají účinkem gravitace; a že nad šikmou stěnou je uspořádáno topné zařízení, s výhodou uhelný hořák, pro ohřívání oblasti mezi zaústěním přívodu pro materiál s obsahem kovu a šikmou stěnou.

V tomto uspořádání padají materiály s obsahem kovu na skloněnou šikmou stěnu a sjíždějí podél ní. Pomocí topného zařízení se oblast mezi šikmou stěnou a kupolí tavícího generátoru udržuje nad teplotou tavení materiálu s obsahem kovu, a částečně se natavují a aglomerují materiály s obsahem kovu, které se zbržďují nárazem na šikmou stěnu a sklouznutím podél ní. Takto vytvořené aglomeráty klesají navzdory působení silného proudu redukčního plynu, vystupujícího z tavícího generátoru, v oblasti kupole k tavící zplyňovací zóně tvořené fluidním ložem a procházejí skrze ni, přičemž se zcela roztaví. Vynášení jemnozmných materiálů s obsahem kovu z tavícího generátoru tak je efektivně zamezeno.

Podle výhodného provedení je šikmá stěna vytvořena jako plášťová stěna komolého kužele nebo komolého jehlanu, směřujícího špičkou dolů, a v kupoli tavícího generátoru je uspořádáno •7 několik přívodů pro materiály s obsahem kovu, které jsou všechny uspořádány vertikálně nad plášťovou stěnou a směřují proti vnitřní straně plášťové stěny. Plášťová stěna přitom uzavírá prostor, který je možné pokládat za spalovací komoru. Tento prostor je prostorově oddělen od zbývajícího volného prostoru tavícího generátoru, čímž je možné minimalizovat potřebný energetický výkon na částečné natavení, popřípadě aglomeraci materiálů s obsahem kovu.

Pro vytvoření rovnoměrné teploty je v takto vytvořené spalovací komoře s výhodou dále nad plášťovou stěnou uspořádáno několik topných zařízení, přičemž topná zařízení jsou s výhodou uspořádána mezi výstupními otvory přívodů materiálů s obsahem kovu a nasazením plášťové stěny na kupoli tavícího generátoru.

Pro zavážení kusového uhlí je s výhodou centrálně v oblasti kupole uspořádán přívod, který je uspořádán nad dolním otvorem plášťové stěny. Tím se může optimalizovat vytvoření fluidního lože v centru tavícího generátoru, přičemž s výhodou jsou dále mimo oblast nacházející se vertikálně nad plášťovou stěnou uspořádány další přívody pro kusové materiály s obsahem uhlíku, a popřípadě pro předredukované materiály s obsahem železa.

Vynález je vhodný zejména pro zařízení pro výrobu roztaveného kovu, zejména surového železa, ze vsázky tvořené rudou, zejména železnou rudou, a přísadami vykazující alespoň podíl jemných částic, které je charakteristické • alespoň dvěma v sérii za sebou zařazenými reaktory s vířivou vrstvou, přičemž ruda se z reaktoru s vířivou vrstvou do reaktoru s vířivou vrstvou vede prostřednictvím dopravních vedení v jednom směru, a redukční plyn se z reaktoru s vířivou vrstvou do reaktoru s vířivou vrstvou vede prostřednictvím propojovacího vedení redukčního plynu v opačném směru, a • tavícím generátorem podle nároku 1, do kterého ústí přívod produktu redukce z reaktoru s vířivou vrstvou, zařazeného jako posledního ve směru toku rudy, a jehož odvod plynu ústí do reaktoru s vířivou vrstvou, zařazeného ve směru toku rudy jako posledního.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím příkladu provedení, znázorněného na výkresech, na kterých představuje:

obr. 1 celé zařízení pro výrobu roztaveného kovu, zejména surového železa nebo tekutého ocelového polotovaru ve schematickém znázornění; a obr. 2 detail z obr. 1 ve zvětšeném měřítku.

Příklady provedení vynálezu

Zařízení podle obr. 1 vykazuje tři v sérii za sebou zařazené reaktory 1, 2, 3 s vířivou vrstvou, přičemž se materiál obsahující oxid železa, vykazující alespoň jemnozmný podíl, například prášková ruda, přivádí prostřednictvím přívodu 4 rudy do prvního reaktoru 1 s vířivou vrstvou, ve kterém probíhá v předehřívacím stupni 5 předehřev práškové rudy a eventuálně předredukce, a návazně se vede prostřednictvím dopravního vedení 6 od reaktoru 1 s vířivou vrstvou k reaktoru 2, 3 s vířivou vrstvou. V reaktoru 2 s vířivou vrstvou probíhá v předredukčním stupni 7 předredukce a v reaktoru 3 s vířivou vrstvou ve stupni 8 konečné redukce probíhá konečná redukce, popřípadě zredukování práškové rudy na železnou houbu.

-3 CZ 286947 B6

Zredukovaný materiál, tedy železná houba, se vede prostřednictvím dopravního vedení 9 do tavícího generátoru 10, a to dále popsaným způsobem a cestou. V tavícím generátoru 10 se v tavící zplyňovací zóně 11 kusových materiálů s obsahem uhlíku, například uhlí, a plynu obsahujícího kyslík vyrábí redukční plyn obsahující oxid uhelnatý Co a vodík H₂, který se prostřednictvím přívodu 12 redukčního plynu zavádí do reaktoru 3 s vířivou vrstvou, zařazeného ve směru toku práškové rudy jako poslední. Redukční plyn se vede v protiproudu k toku rudy z reaktoru 3 s vířivou vrstvou do reaktoru 2 až J. s vířivou vrstvou, a to prostřednictvím propojovacího vedení 13, odvádí se z reaktoru 1 s vířivou vrstvou jako odplyn prostřednictvím odvodu 14 odplynu, a návazně se chladí a pere v mokré pračce 15.

Taviči generátor 10 vykazuje přívod 16 pro kusové materiály s obsahem uhlíku, přívod 17 pro plyny s obsahem kyslíku, a popřípadě přívody pro materiály s obsahem uhlíku, které jsou za teploty okolí kapalné nebo plynné, například uhlovodíky, jakož i přívody pro spalované přísady.

V tavícím generátoru 10 se shromažďuje pod tavící zplyňovací zónou 11 roztavené tekuté železo, popřípadě roztavený tekutý ocelový polotovar, a roztavená tekutá struska, které se odpichují prostřednictvím odpichu j_8.

V přívodu 12 redukčního plynu, který' vychází z tavícího generátoru 10 a ústí do reaktoru 3 s vířivou vrstvou, je uspořádáno odprašovací zařízení 19, jako například cyklon na horký plyn, přičemž prachové částice oddělené v tomto cyklonu se přivádějí do tavícího generátoru 10 prostřednictvím zpětného vedení 20 s dusíkem jako dopravním prostředkem a prostřednictvím hořáku 21 při vhánění kyslíku.

Reaktor 2 s vířivou vrstvou, ve kterém se provádí předredukce práškové rudy, je zásobován o mnoho menším množstvím redukčního plynu, který kromě toho vykazuje menší redukční potenciál, což je však dostačující pro požadovanou předredukci. Protože zde dosažený redukční stupeň redukovaného materiálu je nižší než ve stupni 8 konečné redukce, nenastává zde takzvaný „sticking“ (neboli ulpívání, zasednutí, či váznutí zavážky). Z reaktoru 2 s vířivou vrstvou se vystupující zreagovaný redukční plyn přivádí prostřednictvím vedení 13 do pračky 22. Část vypraného zreagovaného redukčního plynu se odtahuje prostřednictvím odtahu 23 exportního plynu; další část se přivádí do předehřívacího stupně 5, neboli do reaktoru 1 s vířivou vrstvou, prostřednictvím vedení 13 a kompresoru 24.

Možnost nastavení teploty redukčního plynu poskytuje s výhodou uspořádané zpětné vedení 25 redukčního plynu, které vychází z přívodu 12 redukčního plynu a odvádí část redukčního plynu přes pračku 26 a kompresor 27 zpět do tohoto přívodu 12 redukčního plynu, a to před cyklon 19 na horký plyn.

Pro nastavení teploty předehřevu práškové rudy se může do předehřívacího stupně 5, tedy do reaktoru 1 s vířivou vrstvou, prostřednictvím vedení 28 přivádět plyn s obsahem kyslíku, například vzduch nebo kyslík, čímž nastává částečné spalování zreagovaného redukčního plynu přiváděného do předehřívacího stupně 5.

Podle vynálezu se zavážení železné houby a materiálu s obsahem uhlíku provádí prostřednictvím zavážecího zařízení 29, které je ve zvětšení znázorněno na obr. 2.

Zavážecí zařízení 29 má centrálně ve vnitřním prostoru 31 kupole 30, uzavírající nahoře taviči generátor 10, uspořádanou šikmou stěnu 33, skloněnou k vertikální ose 32 tavícího generátoru, která je podle znázorněného výhodného provedení vytvořena jako plášťová stěna komolého kužele nebo komolého jehlanu. Špička 34 komolého kužele, popřípadě komolého jehlanu leží ve vertikální, popřípadě podélné středové ose 32 tavícího generátoru JO. Plášťová stěna 33 je zhotovena ze žárovzdomého materiálu a uvnitř je popřípadě zesílena pomocí opěrné konstrukce 35. Tato opěrná konstrukce 35 může být vytvořena z ocelového plechu.

-4CZ 286947 B6

V oblasti průmětu plochy plášťové stěny 33 na kupoli 30 tavícího generátoru 10 ve směru podélné osy 32 ústí přívody 9 pro železnou houbu do tavícího generátoru JO. Částice železné houby, prostřednictvím těchto přívodů 9 účinkem tíže padající dolů do tavícího generátoru ]0, narážejí na plášťovou stěnu a sklouzávají, jak je naznačeno šipkami, přes tuto plášťovou stěnu 33 ke spodnímu otvoru 36 plášťové stěny 33, vystupují z něho a klesají až ke fluidnímu loži tavící zplyňovací zónou 11 a taví se v ní.

Oblast 37, ohraničená plášťovou stěnou 33, se ohřívá pomocí topných zařízení 38, vytvořených s výhodou jako hořáky na prachové uhlí a kyslík. Hořáky 38 udržují teplotu v oblasti 37 ohraničené plášťovou stěnou 33, kterou lze nazývat spalovací komorou, nad teplotou tavení železné houby. Tím dochází k aglomeraci a částečnému nastavení částic železné houby, takže větší částice, tím vytvořené z jemných částic, se navzdory silnému protisměrnému proudění redukčního plynu dostávají až k fluidnímu loži tavící zplyňovací zóny a nemohou být vynášeny redukčním plynem.

Prostřednictvím hořáku 38 se může provádět zpětné zavádění prachu do tavícího generátoru 10, například se může zavádět zpět do tavícího generátoru 10 prach pocházející z odprašovacího zařízení 19, a to prostřednictvím vedení 38’.

Tím, že železná houba vstupuje na šikmou stěnu 33 a sklouzává podél ní, se zbržďuje a takto zbývá dostatek času, aby vysoká teplota, panující ve spalovací komoře 37, skutečně způsobila aglomeraci. Vytvoření spalovací komory 37 podle znázorněného příkladu provedení není nezbytně nutné. Tak například může být uspořádána jediná rovná šikmá stěna, na kterou vstupuje jemný materiál, spalovací komora však má tu výhodu, že se může minimalizovat spotřeba energie a přesto se dosahuje efektivní aglomerace, popřípadě částečného nastavení jemných částic železné houby. Dále by mohlo být v kupoli 10 tavícího generátoru 10 uspořádáno více šikmých stěn 33.

Materiály s obsahem uhlíku, jako například uhlí, se mohou přivádět prostřednictvím přívodů 16, ústících radiálně mimo plášťovou stěnu 33 do oblasti kupole 30 tavícího generátoru 10. Kusové uhlí se může do tavícího generátoru 10 přivádět také přes spalovací komoru 37, tvořenou plášťovou stěnou 33, například centrálně uspořádaným zaústěním dalšího přívodu J6’ pro kusový materiál s obsahem uhlíku, jakož i popřípadě předredukovaného materiálu s obsahem železa. Prostřednictvím tohoto uspořádání přívodů 16, 16’ pro kusové materiály s obsahem uhlíku se podařilo optimalizovat vytvoření fluidního lože, takže se železná houba rozděluje přibližně rovnoměrně v celém průřezu fluidního lože.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Taviči generátor (10) pro výrobu roztaveného kovu, s výhodou roztaveného surového železa, z alespoň částečně redukovaných, jemný podíl obsahujících materiálů s obsahem kovu, zejména železné houby, a redukčního plynu zplyňováním uhlí, přičemž do tohoto tavícího generátoru (10) ústí přívody (17, 16, 9) plynu obsahujícího kyslík, materiálu s obsahem uhlíku, a materiálu s obsahem kovu, přičemž tyto přívody (17) plynu obsahujícího kyslík jsou uspořádány ve spodní oblasti tavícího generátoru (10), přičemž z tavícího generátoru (10) vychází alespoň jeden odvod (12) plynu pro redukční plyn vytvářený v tavícím generátoru (10), a přičemž taviči generátor (10) má alespoň jeden odpich (18) pro kovovou taveninu a pro strusku, vyznačující se tím, že alespoň jeden přívod (9) materiálu sobsahem kovu je uspořádán v oblasti, s výhodou v centrální oblasti, kupole (30) uzavírající nahoře taviči generátor

   -5CZ 286947 B6 (10); že ve vnitřku (31) tavícího generátoru (10) je pod zaústěním přívodu (9) materiálu s obsahem kovu uspořádána žárovzdomá, vzhledem k vertikále skloněná šikmá stěna (33), na kterou vstupují materiály s obsahem kovu, klesající účinkem gravitace; a že nad šikmou stěnou (33) je uspořádáno topné zařízení (38), s výhodou uhelný hořák, pro ohřívání oblasti mezi zaústěním přívodu (9) pro materiál s obsahem kovu a šikmou stěnou (33).
2. 2. Tavící generátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že šikmá stěna (33) je vytvořena jako plášťová stěna (33) komolého kužele nebo komolého jehlanu, směřujícího špičkou (34) dolů; a že v kupoli (30) tavícího generátoru (10) je uspořádáno několik přívodů (9) pro materiály s obsahem kovu, které jsou všechny uspořádány vertikálně nad plášťovou stěnou (33) a směřují proti vnitřní straně plášťové stěny (33).
3. 3. Taviči generátor podle nároku 2, vyznačující se tím, že nad plášťovou stěnou (33) je dále uspořádáno několik topných zařízení (38).
4. 4. Taviči generátor podle nároku 3, vyznačující se tím, že topná zařízení (38) jsou uspořádána mezi výstupními otvory přívodů (9) materiálů s obsahem kovu a nasazením plášťové stěny (33) na kupoli (30) tavícího generátoru (10).
5. 5. Taviči generátor podle některého z nároků 2 až 4, vyznačující se tím, že centrálně v oblasti kupole (30) je uspořádán přívod (16’) pro kusový materiál s obsahem uhlíku, který je uspořádán nad dolním otvorem (36) plášťové stěny (33).
6. 6. Taviči generátor podle nároku 5, vy z n a č uj í c í se t í m , že mimo oblast nacházející se vertikálně nad plášťovou stěnou (33) jsou uspořádány další přívody (16) pro kusové materiály s obsahem uhlíku a popřípadě pro předredukované materiály s obsahem železa.
7. 7. Zařízení pro výrobu roztaveného kovu, zejména surového železa, ze vsázky tvořené rudou, zejména železnou rudou, a přísadami, která vykazuje alespoň podíl jemných částic, vyznačující se • alespoň dvěma v sérii za sebou zařazenými reaktory (1; 2, 3) s vířivou vrstvou, přičemž ruda se z reaktoru (1) s vířivou vrstvou do reaktoru (2, 3) s vířivou vrstvou vede prostřednictvím dopravních vedení (6) v jednom směru, a redukční plyn se z reaktoru (3) s vířivou vrstvou do reaktoru (2; 1) s vířivou vrstvou vede prostřednictvím propojovacího vedení (13) redukčního plynu v opačném směru; a • tavícím generátorem (10) podle nároku 1, do kterého ústí přívod (9) produktu redukce z reaktoru (3) s vířivou vrstvou, zařazeného jako posledního ve směru toku rudy, a jehož odvod (12) plynu ústí do reaktoru (3) s vířivou vrstvou, zařazeného ve směru toku rudy jako posledního.