CZ288946B6 - Způsob redukce a tavení sloučenin obsahujících kov - Google Patents

Abstract

Zp sob redukce a taven slou eniny obsahuj c kov se prov d zav en m vs zky (15), kter je tvo°ena sm s slou enin obsahuj c kov a vhodn ho reduk n ho inidla v sticov form do oh° vac n doby (11) induk n pece (10) kan lov ho typu. Vs zka (15) se zav do n doby (11) takov²m zp sobem a rychlost , e vytv ° spojitou vrstvu (19) vs zky (15), kter se rozprost r na zp sob mostu p°es celou kapalnou l ze (18) kovu a v echnu strusku (23), kter m e b²t p° tomna, tak e se ve vs zce (15) vytv ° reak n z na, ve kter se m e redukovat ve ker slou enina obsahuj c kov, a pod z nou redukce kovu se vytv ° tavic z na (22), ve kter se m e tavit ve ker² redukovan² kov. Za° zen pro prov d n uveden ho zp sobu zahrnuje jedinou komoru induk n pece (10) typu, ve kter se prov d uveden redukce a taven , opat°enou alespo jedn m zav ec m otvorem (13, 14), kter² je um st n tak a m takovou velikost, e vs zka zav d n jeho prost°ednictv m se m e rozprost rat jako spojit vrstva (\

Description

(57) Anotace:

Způsob redukce a tavení sloučeniny obsahující kov se provádí zavážením vsázky (15), která je tvořena směsí sloučenin obsahující kov a vhodného redukčního činidla v částicové formě do ohřívací nádoby (11) indukční pece (10) kanálového typu. Vsázka (15) se zaváží do nádoby (11) takovým způsobem a rychlostí, že vytváří spojitou vrstvu (19) vsázky (15), která se rozprostírá na způsob mostu přes celou kapalnou lázeň (18) kovu a všechnu strusku (23), která může být přítomna, takže se ve vsázce (15) vytváří reakční zóna, ve které se může redukovat veškerá sloučenina obsahující kov, a pod zónou redukce kovu se vytváří taviči zóna (22), ve které se může tavit veškerý redukovaný kov. Zařízení pro provádění uvedeného způsobu zahrnuje jedinou komoru indukční pece (10) typu, ve které se provádí uvedená redukce a tavení, opatřenou alespoň jedním zavážecím otvorem (13,14), který je umístěn tak a má takovou velikost, že vsázka zaváděná jeho prostřednictvím se může rozprostírat jako spojitá vrstva (19) přes celou lázeň kapalného kovu (18) a strusku (23), která může být v komoře přítomna.

(13) Druh dokumentu: B6 (51) Int. Cl.’ ·

C22B 5/10

C22B 4/00

C21B 13/02

Způsob redukce a tavení sloučenin obsahujících kov

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu redukce a tavení sloučenin obsahujících kov, při kterém se provádí zavážení vsázky zahrnující směs sloučeniny obsahující kov a vhodného redukčního činidla v částicové formě do ohřívací nádoby indukční pece kanálového typu, která obsahuje lázeň uvedeného kovu v kapalné formě, tak, že se alespoň jedna hromada vsázky vytváří nad kovovou lázní.

Dosavadní stav techniky

Takovýto způsob je znám z US-A-5 411 570.

Nejobvyklejší způsoby redukce a tavení sloučenin obsahujících kov zahrnují ohřev sloučeniny obsahující kov (obvykle oxid kovu) v přítomnosti redukčního činidla jako například vhodné sloučeniny obsahující uhlík nebo obdobně. Sloučenina obsahující kov a redukční činidlo se obvykle souhrnně nazývají vsázka.

Ve výše uvedených známých způsobech je rychlost, se kterou tento ohřev probíhá, obvykle tak velká, že alespoň podstatná část vsázky se taví předtím, než je redukce ukončena. V souladu s tím probíhá redukce z podstatné části v kapalné fázi.

Na takto roztavené vsázce se tvoří struska, která nehledě na oxidy ve sloučenině obsahující kov, obsahuje také oxidy jiných kovů, které mohou být přítomny ve vsázce.

Pro zpětné získání uvedené sloučeniny obsahující kov z jeho oxidu ve strusce je třeba dalšího množství redukčních činidel v reakci, což může vést ke kovovému výrobku s nežádoucím vysokým obsahem uhlíku.

Tento vysoký obsah uhlíku ve výrobku se obvykle následně redukuje oxidací, buď přidáním kyslíku ve formě plynného kyslíku, nebo vzduchu k výrobku, nebo využitím vhodného oxidu kovu přítomného vreakčním médiu. Tyto oxidační reakce v souladu stím také probíhají v kapalné fázi.

Je třeba si uvědomit, že nehledě na požadavek počátečního přebytku redukčních činidel, jejich následná oxidace si vynucuje další krok procesu.

Výsledkem obou výše uvedených reakcí, redukce a oxidace, je vytváření poměrně velkých objemů nežádoucího plynu pod povrchem kapalného kovu a strusky, který pak z kapalného kovu a strusky uniká ve formě bublin.

Ve výše uvedeném dokumentu US-A-5 411 570 je popsán způsob, ve kterém se vsázka přidává do pece ve dvou hromadách, které zůstávají navzájem odděleny vrstvou strusky, plovoucí na povrchu lázně kapalného kovu. V tomto uspořádání se vsázka může dostat přímo do kovové lázně nebo strusky, která může být přítomna, takže alespoň redukce vsázky alespoň zčásti probíhá v kapalné fázi, což dává vzniknout nejen nežádoucí tvorbě plynu v peci, ale také potenciálním ztrátám produktu.

Cílem vynálezu tedy je poskytnout způsob redukce kovu a tavení, pomocí něhož lze odstranit nebo alespoň minimalizovat výše uvedené problémy.

-1 CZ 288946 B6

Podstata vynálezu

Tohoto cíle je podle vynálezu dosaženo způsobem popsaného druhu, při kterém se vsázka zaváží do nádoby takovým způsobem a rychlostí, že vytváří spojitou vrstvu vsázky, která se rozprostírá na způsob mostu přes celou kapalnou lázeň a všechnu strusku, která může být přítomna, takže se ve vsázce vytváří reakční zóna, ve které se může redukovat veškerá sloučenina obsahující kov, a pod zónou redukce kovu se vytváří taviči zóna, ve které se může tavit veškerý redukovaný kov; a řízením tohoto procesu takovým způsobem, že uvedená spojitá vrstva může být udržována 10 v podstatě po celou dobu trvání procesu, a tak, že redukce uvedené sloučeniny obsahující kov může probíhat zcela v pevné fázi.

Je třeba si uvědomit že v procesu podle vynálezu prakticky neprobíhají reakce v kapalné fázi a proto je prakticky eliminováno výše uvedené nežádoucí vytváření plynu, a v praxi je v podstatě 15 nepřítomnost vytváření bublin v lázni kapalného kovu a vytvářené strusce pokládána za indikaci správného řízení procesu.

Dále je třeba si uvědomit, že protože se způsob může provádět tak, že v podstatě neexistuje potřeba následně odstraňovat žádné přebytečné redukční činidlo, je snížen počet kroků způsobu 20 proti počtu kroků ve výše uvedených známých způsobech.

Dále se podle vynálezu provádí řízení procesu řízením alespoň jednoho z následujících parametrů:

(1) způsobu a rychlosti, jakou se vsázka zaváží do nádoby;

(2) velikosti částic vsázky;

(3) stupně promíchání vsázky;

(4) rychlosti, jakou se do nádoby přivádí teplo.

Poněvadž se podle vynálezu vsázka zaváží do nádoby takovým způsobem a takovou rychlostí, že tvoří spojitou vrstvu vsázky přes v podstatě celou kapalnou lázeň a všechnu strusku, která může být přítomna, je zamezeno tomu, aby nezreagovaná vsázka přicházela přímo do styku s kapalným kovem nebo struskou. Takovéto krátké spojení, které by mohlo dovolit reakce ve fluidní fázi je tedy v podstatě vyloučeno.

Když se vsázka zaváží do nádoby například prostřednictvím v odstupech umístěných jednotlivých vstupních otvorů pro vytvoření ve vzájemném sousedství umístěných hromad vsázky uvnitř nádoby, zahrnuje způsob krok zajištění, že se toto zavážení provádí takovým způsobem, že spodky hromad splývají a určují tak spojitou vrstvu vsázky, která se rozprostírá na 40 způsob mostu přes kapalnou lázeň a strusku. Tento most tedy zabraňuje materiálu vsázky padajícímu z hromad, aby přišel do styku s kapalným kovem nebo struskou.

Skutečnost, že je takový most vytvořen, může být zjištěna jakýmkoliv vhodným způsobem, jako například vizuálně a/nebo pomocí obrazového záznamového zařízení, jako kamerou atd. V praxi 45 může být takový vizuální záznam prováděn zasunutím tuhého prvku na způsob ponořené tyče z horní části nádoby do vsázky.

Vytváření uvedeného mostu se může provádět řízením velikosti hromad vsázky uvnitř nádoby, nebo, alternativně a/nebo přídavně, se může provádět strategickým umístěním otvorů, kterými se 50 vsázka zaváží do nádoby a/nebo řízením počtu těchto otvorů a rychlosti, se kterou se jimi vsázka zaváží.

Podle vynálezu se volí velikost částic vsázky tak, že může procházet sítem 10 mm, s výhodou 6 mm, ještě výhodněji 3 mm.

-2CZ 288946 B6

Zjistilo se, že když se použije vsázka tak malé velikosti částic, redukuje se každá částice v podstatě celá na kov v reakční zóně a zůstává v pevném stavu dokud se teplota částice nezvýší na teplotu, potřebnou pro tavení nezredukovaných oxidů, které mohou být v částici přítomny.

Kapalný kov ve formě oxidu kovu, tavícího se při nižší teplotě než kov, má tedy jen malou tendenci unikat z takovýchto částic do strusky.

Tak například v případě železa jádro částice obvykle obsahuje FeO, která taje při teplotě 10 1378 °C, zatímco krusta částice obsahuje Fe, které taje až při 1535 °C. Při použití větších částic, než je specifikováno výše, může teplota jádra takové částice dosáhnout výše uvedené teploty 1378 °C předtím, než se Fe nebo FeO v částici redukuje, což může vést k unikání kapalného FeO z jádra.

Je třeba si uvědomit, že uvedené reakce v pevné fázi jsou řízeny difúzí, proto je požadovaná maximální rychlost vstupu tepla funkcí velikosti částic a stupně promíchání složek vsázky, přičemž stupeň promíchání je s výhodou takový, že vsázka zahrnuje homogenní směs.

Podle vynálezu může způsob podle vynálezu dále zahrnovat krok spalování CO, vytvářejícího se 20 v průběhu redukce sloučeniny obsahující kov a prostupujícího vsázkou, nad vsázkou.

Takovéto spalování se může provádět například pomocí vhodných kyslíkových a/nebo vzduchových hořáků umístěných v nádobě nad vsázkou.

Toto spalování se může provádět například pomocí vhodných kyslíkových a/nebo vzduchových hořáků, umístěných v nádobě nad vsázkou.

Je třeba si uvědomit, že takto vytvářené teplo také slouží pro zvýšení teploty uvnitř nádoby, zejména prostřednictvím radiace ze stropu nádoby.

Reakční nádoba s výhodou zahrnuje ohřívací komoru indukční pece kanálového typu.

Zjistilo se, že toto uspořádání je zvláště vhodné pro snadnost, s jakou lze řídit rychlost ohřevu v takovéto peci.

Zařízení podle vynálezu pro provádění výše uvedeného způsobu zahrnuje jedinou komoru indukční pece kanálového typu, ve které se provádí uvedená redukce a tavení, přičemž komora je opatřena alespoň jedním zavážecím otvorem vsázky a alespoň jedním výstupním otvorem pro kapalný kovový výrobek a/nebo pro strusku vytvářenou při reakci, přičemž alespoň jeden 40 zavážecí otvor je umístěn tak a má takovou velikost, že vsázka zaváděná jeho prostřednictvím se může rozprostírat jako spojitá vrstva přes celou lázeň kapalného kovu a strusku, která může být v komoře přítomna.

Podle výhodného provedení vynálezu sloučenina obsahující kov s výhodou zahrnuje nebo 45 obsahuje sloučeninu obsahující železo.

V jiném provedení vynálezu kov sloučeniny obsahující kov zahrnuje nebo obsahuje jeden nebo více z následujících kovů: chrom a/nebo mangan a/nebo měď a/nebo zinek a/nebo olovo atd.

Přehled obrázků na výkresech

Jedno vytvoření vynálezu bude nyní popsáno prostřednictvím příkladu provedení znázorněného na výkrese, který představuje řez pecí podle vynálezu.

-3CZ 288946 B6

Příklady provedení vynálezu

V tomto vytvoření vynálezu je použita indukční pec 10 kanálového typu, která zahrnuje 5 podlouhlou tubulámí komoru 11. která má v řezu kruhovou konfiguraci, a která je podél svého dna opatřena dvěma řadami elektricky ovládaných induktorů 12, přičemž každá řada obsahuje pět takovýchto induktorů o kapacitě řádu každý 2,2 MW.

Komora 11 obsahuje dvě paralelně se táhnoucí řady zavážecích otvorů, z nichž jsou znázorněny io jen dva, 13 a 14, které se táhnou podél protilehlých podélných stran komory JT. Tyto otvory se používají pro zavádění vsázky 15 do pece 10 pro vytvoření dvou podélně se táhnoucích hromad 16 a 17. které plavou na lázni 18 kapalného kovu. Je-li třeba, kov může být zaveden do nádoby 11 prostřednictvím neznázoměného zavážecího otvoru.

Vsázka 15 zahrnuje homogenní směs, ve formě částic, sloučeniny obsahující uhlík jako například uhlí, a oxidu železa, přičemž sloučenina obsahující uhlík je přítomna v koncentraci poněkud menší, než je koncentrace představující stechiometrické množství uhlíku nezbytné pro redukci rudy, a přičemž velikost částic vsázky 15 je taková, že může procházet sítem 3 mm.

Vsázka 15 se zavádí do nádoby 11 takovým způsobem a takovou rychlostí, že spodky hromad 16 a 17 splývají a vytvářejí tak most 19 vsázkového materiálu rozprostírající se přes kapalnou lázeň 18.

Skutečnost, že se vytváří most 19. může být zjišťována například vizuálně pomocí ponořené 25 tyče, která se zasouvá shora do nádoby 11, nebo pomocí vhodného kontrolního okénka (neznázoměného) ve stěně nádoby U. Může být zjišťována také pomocí vhodného obrazového záznamového zařízení (také neznázoměného) umístěného uvnitř nádoby H..

Nádoba H je také opatřena podél své horní části množstvím kyslíkových hořáků 20 a 21, z nichž 30 jsou znázorněny jen dva, prostřednictvím nichž se může spalovat CO vznikající při reakci a pronikající horní vrstvou vsázky 15.

Za provozu se ve vsázce 15 v hromadách 16 a 17 vytváří reakční zóna, která se rozprostírá zdánlivě od spodní části hromad k jejich horním koncům. Současně se vytváří tavící zóna 22, 35 která se rozprostírá mezi spodky hromad 16 a 17 a horním povrchem kapalné lázně 18. V průběhu reakce se redukovaná vsázka 15 pohybuje vlivem gravitace z reakční zóny do taviči zóny 22.

Struska, která se vytváří v průběhu tohoto tavení, plave na povrchu lázně 18 v tunelu 23. který se 40 také táhne pod taviči zónou 22. Tunel 23 vede k výstupnímu otvoru strusky (neznázoměnému) v nádobě 11. a otvory 13 a 14 jsou uspořádány vzhledem k tomuto výstupnímu otvoru tak, že struska v tunelu 22 směřuje proti němu.

V průběhu procesu slouží most 19 pro zabránění padání vsázkového materiálu 15 přímo 45 z hromad 16 a 17 do strusky v tunelu 23, nebo do kapalného kovu v lázni 18, čímž zabraňuje jakémukoliv krátkému spojení.

Teplo dodávané do lázně 18 prostřednictvím induktorů 12 se rozptyluje do vsázky 15 v hromadách 16 a 17. a spolu s teplem z CO, spalovaného hořáky 20 a 21, umožňuje reakci oxidů 50 železa a uhlíku ve vsázce 15, což má za následek redukci oxidů železa. Tato redukce, která tedy probíhá v pevné fázi, probíhá téměř úplně ve svrchní 20 mm vrstvě hromad 16 a 17, hlavně v důsledku tepla dodávaného do této vrstvy spalováním CO pomocí hořáků 20 a 21. Zároveň se pevné redukované železo taví v zóně 22. ze které se účinkem gravitace dostává do lázně 18.

-4CZ 288946 B6

Je třeba si uvědomit, že nehledě na překonání problémů uvedených v úvodu tohoto popisu, s nimiž je nutno počítat u známých zařízení, je další výhodou způsobu podle vynálezu to, že protože může pracovat se vsázkou o tak malé velikosti částic, mohou být použity vsázky, které by normálně nebyly použitelné jinak, než při předběžné peletizaci a/nebo sintrování.

Dále je třeba si uvědomit, že bez opuštění myšlenky a/nebo rozsahu připojených nároků jsou bezpochyby možné četné obměny v jednotlivostech způsobu redukce sloučeniny obsahující kov a tavení podle'vynálezu, a zařízení pro provádění tohoto způsobu.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (4)

1. Způsob redukce a tavení sloučenin obsahující kov, při kterém se provádí zavážení vsázky (15) zahrnující směs sloučeniny obsahující kov a vhodného redukčního činidla v částicové formě do ohřívací nádoby (11) indukční pece (10) kanálového typu, která obsahuje lázeň (18) uvedeného kovu v kapalné formě tak, že se alespoň jedna hromada (16, 17) vsázky (15) vytváří nad kovovou lázní (18), vyznačující se tí m , že vsázka (15) se zaváží do nádoby (11) takovým způsobem a rychlostí, že vytváří spojitou vrstvu (19) vsázky (15), která se rozprostírá na způsob mostu přes celou kapalnou lázeň (18) a všechnu strusku (23), která může být přítomna, takže se ve vsázce (15) vytváří reakční zóna, ve které se může redukovat veškerá sloučenina obsahující kov, a pod zónou redukce kovu se vytváří taviči zóna (22), ve které se může tavit veškerý redukovaný kov, a že se řídí takovým způsobem, že uvedená spojitá vrstva (19) může být udržována v podstatě po celou dobu trvání procesu, přičemž redukce uvedené sloučeniny obsahující kov může probíhat zcela v pevné fázi.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se vsázka (15) zaváží do nádoby (11) prostřednictvím v odstupech umístěných jednotlivých vstupních otvorů (13, 14) pro vytvoření ve vzájemném sousedství umístěných hromad (16, 17) vsázky (15) uvnitř nádoby (11), jejichž spodky splývají a určují tak spojitou vrstvu (19) vsázky (15).

3. Způsob podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se vytváření spojité vrstvy (19) provádí řízením velikosti hromad (16,17) vsázky uvnitř nádoby (11).

4. Způsob podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že se vytváření spojité vrstvy (19) provádí strategickým umístěním otvorů (13, 14), kterými se vsázka (15) zaváží do nádoby (11) a/nebo řízením počtu těchto otvorů (13, 14) a rychlosti, se kterou se jimi vsázka (15) zaváží a/nebo řízením hladiny kapalného kovu (18) v nádobě (11).

5. Způsob podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že řízení procesu se provádí řízením alespoň jednoho z následujících parametrů:

(1) způsobu a rychlosti, jakou se vsázka (15) zaváží do nádoby (11);

(2) velikosti částic vsázky (15);

(3) stupně promíchání vsázky (15);

(4) rychlosti dodávání tepla do nádoby (11).

6. Způsob podle některého z předcházej ících nároků, vyznačující se tím, že velikost částic vsázky (15) je taková, že může procházet sítem 10 mm, s výhodou 6 mm, ještě výhodněji 3 mm.

-5CZ 288946 B6

7. Způsob podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zahrnuje kroky spalování veškerého CO, který se vytváří v průběhu redukce sloučeniny obsahující kov, a který prostupuje vsázkou, nad vsázkou, a využití takto získaného tepla v reakci.

5 8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že se uvedené spalování provádí kyslíkovými a/nebo vzduchovými hořáky (20,21) umístěnými v nádobě (11) nad vsázkou (15).

9. Způsob podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že kov sloučeniny obsahující kov zahrnuje nebo obsahuje jeden nebo více z následujících kovů: železo,

10 chrom, mangan, měď, zinek, olovo.

10. Způsob podle některého z nároků laž8, vyznačující se tím, že kov sloučeniny obsahující kov zahrnuje železo.

15 11. Zařízení pro provádění způsobu podle některého z nároků 1 až 10, které zahrnuje jedinou komoru indukční pece (10) kanálového typu, ve které se provádí uvedená redukce a tavení, přičemž komora je opatřena alespoň jedním zavážecím otvorem (13,14) pro vsázku (15), alespoň jedním výstupním otvorem pro kapalný kovový výrobek a/nebo pro strusku vytvářenou při reakci, vyznačující se tím, že alespoň jeden zavážecí otvor (13, 14) je umístěn tak 20 a má takovou velikost, že vsázka zaváděná jeho prostřednictvím se může rozprostírat jako spojitá vrstva (19) přes celou lázeň kapalného kovu (18) a strusku (23), která může být v komoře přítomna.