CZ291965B6

CZ291965B6 - Způsob zpracování ocelových strusek a odpadů z metalurgie s obsahem železa pro získání surového železa a strusek šetrných k životnímu prostředí

Info

Publication number: CZ291965B6
Application number: CZ19991969A
Authority: CZ
Inventors: Alfred Edlinger
Original assignee: Holcim Ltd
Priority date: 1997-09-15
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2003-06-18
Also published as: ID21879A; AR009906A1; DE59814118D1; CA2271489A1; NZ335477A; ATE377659T1; US6332910B1; CN1085257C; CZ196999A3; HRP990143B1; HRP990143A2; EP0938591B1; BR9806267A; WO1999014381A1; AU8964198A; EP0938591A1; AU745254B2; CN1239516A; RU2172783C2

Abstract

Zp sob zpracov n ocelov²ch strusek a odpad z metalurgie s obsahem eleza jako jsou nap°. strusky z elektrick²ch pec , konvertor , jemn rudy, prachy vznikl p°i v²rob oceli nebo v lcovac okuje, pro z sk n surov ho eleza a strusek Üetrn²ch k ivotn mu prost°ed se prov d tak, e zpracov n se prov d ve sm si strusky s l zn roztaven ho eleza, p°i em objemov² pom r roztaven strusky k l zni roztaven ho eleza se zvol v tÜ ne 0,5:1, a e se ke strusk m p°idaj nosi e SiO.sub.2.n. jako jsou sl v rensk p sky, hutn p sky a/nebo jemn rudy k dosa en struskov bazicity (CaO/SiO.sub.2.n.) 1,0 a 1,8, p°i obsahu Al.sub.2.n.O.sub.3.n. mezi 10 a 25 % hmotn. vzta eno ke hmotnosti strusky, p°i em se do konvertoru vefukuje u jeho dna hork² vzduch a uhl , p° padn s p° davkem inertn ho plynu, a p° padn jeÜt zvl Ü kysl k nebo se hork²m vzduchem profukuje l ze roztaven ho eleza.\

Description

Způsob zpracování ocelových strusek a odpadů z metalurgie s obsahem železa pro získání surového železa a strusek šetrných k životnímu prostředí

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zpracování ocelových strusek a odpadů z metalurgie s obsahem železa pro získání surového železa a strusek šetrných k životnímu prostředí.

Dosavadní stav techniky

Ze spisu WO96/24696 je znám způsob výroby surového železa a cementových slinků ze strusek, kdy jsou tekuté strusky obsahující oxidy železa, jako jsou např. ocelářské strusky, smíchány s odpady z metalurgie s obsahem oxidů železa, tedy nosiči oxidů železa a vápníkem, načež se vytvoří feritová struska. Tato feritová struska se potom zpracuje v redukčním reaktoru za vytvoření ocelové lázně a aglomerované fáze při spalování redukovaného uhlíku, načež se aglomerovaná fáze vytěží jako slinek.

Strusky mají relativně nízkou tepelnou vodivost a vůči železu 1,5 až 2 krát nižší tepelnou kapacitu. Pro hospodárnost takového způsobu je podstatné, jakého se dosáhne přenosu tepla tedy tzv. gradientu dodatečného spalování. Gradient dodatečného spalování je zde definován následovně:

CO₂ + H₂O

Gradient dodatečného spalování =-------------------------------------------plynná fáze.

CO + CO₂ + H₂ + H₂O

U známých způsobů bylo zatím zajištěno pouze nedostatečného gradientu dodatečného spalování. Také přenos tepla, kterýje definován:

H_g-H_b

Přenos tepla = 1-------------------, kde

Hpc

H_g je entalpie plynu (při teplotě plynu)

H_b je entalpie plynu (při teplotě tavení)

Η,» je entalpie při spalování (při teplotě tavení) není u známých způsobů pro hospodárný provoz dostatečný.

U konvenčních vysokopecních technologií ani u jiných známých způsobů, např. u způsobu s fluidními vrstvami, se nedosahuje termického stupně účinnosti přes 70 %. Je tedy znám způsob, kdy se předem částečně redukované a alespoň částečně předehřáté dávky vefukují společně s uhlím do fluidní vrstvy, načež se dávka uhlí za redukce zplyňuje ve fluidní vrstvě a plovoucí železo se roztaví a stáhne. Ovšem tavící reaktory se zplyňováním tohoto druhu jsou zpravidla optimalizovány na žádanou výtěžnost surového železa, takže se netvoří struska šetrná k životnímu prostředí.

-1 CZ 291965 B6

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry způsob zpracování ocelových strusek a odpadů z metalurgie s obsahem železa pro získání surového železa a strusek šetrných 5 k životnímu prostředí podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se provádí ve směsi strusky s lázni roztaveného železa, přičemž objemový poměr roztavené strusky k lázni roztaveného železa se zvolí větší než 0,5:1, s výhodou 0,8:1 až 1,5:1 a že se ke struskám přidají nosiče SiO₂, jako jsou slévárenské písky, hutní písky a/nebo jemné rudy k dosažení struskové bazicity (CaO/SiO₂) v hodnotě mezi 1,0 a 1,8, s výhodou mezi 1,2 a 1,8 při obsahu A1₂O₃ mezi 10 10 a 25 % hmotnostními vztaženo ke hmotnosti strusky, přičemž se do konvertoru vefukuje u jeho dna horký vzduch a uhlí, které je případně s přídavkem inertního plynu, zvláště dusíku a případně ještě zvlášť kyslík nebo se horkým vzduchem profukuje lázeň roztaveného železa. Tím, že použije ve srovnání se známými způsoby podstatně zvýšeného specifického množství strusky, může struska plnit roli média převádějícího teplo z plynového prostoru na směs strusky 15 a taveniny. 1,5 až dvojnásobně větší tepelná kapacita strusky vůči železu zde dovoluje vysoké přenosy tepla, přičemž odpovídajícně velký podíl lázně roztaveného železa je podroben profoukávání uhlím a tím se vyloučí příliš malá výměnná plocha mezi nosičem redukčních prostředků, což je lázeň roztaveného železa a nosičem oxidů, kterým je struska. Tím, že se ke struskám přidají nosiče SiO₂, jako jsou slévárenské písky, hutní písky a/nebo jemné rudy 20 v hodnotě mezi 1,0 a 1,8, zvláště s výhodou mezi 1,2 a 1,8 podaří se bezprostředně vyrobit strusky šetrné k životnímu prostředí, přičemž jejich bezprostřední užitečnost se dá zlepšit ještě tím, že se upraví obsah A1₂O₃ mezi 10 a 25 % hmotnostními vztaženo ke hmotnosti strusky.

Tím, že je vefoukáván horký vzduch, se přenos tepla ještě zvýší, přičemž vefoukávání horkého 25 vzduchu kombinované s profukováním lázně roztaveného železa uhlím s dusíkem a přítomnost odděleného zdroje kyslíku, umožní intenzivní promíchávání strusky a lázně roztaveného železa a tím zvýšený přenos tepla do mícháním vzniklé suspenze strusky a lázně roztaveného železa.

Ve výhodném provedení odpovídá výška taviči lázně nejméně 20-ti násobku, s výhodou 30 30-ti násobku až 60-ti násobku průměru trysek pod lázní roztaveného železa. Takto se zajistí současně odpovídající víření, které usnadní vznik suspenze strusky a lázně roztaveného železa, čímž se zlepší přenos tepla do tekuté fáze.

V jiném výhodném provedení je rychlost horkého vzduchu zvolena na hodnotu mezi

0,4 a 0,8 machu. Tato hodnota je zvolena proto, protože nárazovým impulsem horkého vzduchu lze vylepšit přenos tepla, protože takový impuls zlepší intenzivní víření a promíchání strusky s lázní roztaveného železa.

V dalším výhodném provedení je struska granulována při vytvoření podílu skla více než 90 %, 40 s výhodou 93 %, což zvyšuje její šetrnost k životnímu prostředí.

Ke stanovení optimální rychlosti horkého vzduchu může ještě přenosu tepla prospět, když se zvětší specifická plocha povrchu lázně. Takového zvětšení lze dosáhnout např. poletem kapek v plynovém prostoru konvertoru při nasazení vysokotlakých trysek na dně, čímž lze zvětšit 45 plochu povrchu o faktor 20 v porovnání s klidnou struskovou taveninou. A právě toho se dosáhne správným dimenzováním výšky tavné lázně v relaci k průměru dnových trysek.

Na rozdíl od obvyklých vysokopecních procesů a konvenčních postupů při získávání oceli či surového železa, které jsou nastaveny na co nejmenší specifické množství strusky, dá se při 50 použití způsobu podle vynálezu výhodným způsobem přeměnit na surové železo řada dosud těžko zužitkovatelných nosičů železa, a to energeticky výhodným a tím hospodárným způsobem. Toto platí zvláště pro jemné strusky, k jejichž hospodárnému zpracování dochází dnes jen zřídka. Tímto způsobem lze zužitkovat rovněž různé prachy vzniklé při výrobě oceli, které mají kromě vysokého podílu železa i relativně vysoký podíl těžkých kovů. Platí to přirozeně i o okujích

-2CZ 291965 B6 vzniklých při válcování, přičemž při konvenčních zpracování vznikají problémy s přilnulými oleji, které však při postupu podle vynálezu nezpůsobují žádné potíže.

Způsob podle vynálezu je vhodný především pro ocelářské provozy používající elektrická zařízení, protože tato nedisponují žádnými technologiemi pro výrobu surového železa a zvláště žádnými vysokopecními technologiemi. Elektroocelámy musí zpravidla poměrně draho kupovat surové železo, pokud chtějí vyrábět kvalitní výrobky. To platí především v případech, kdy má díky zředění dojít ke snížení podílu mědi a zinku, které se do elektrické pece dostanou se šrotem. Kromě výhodného zužitkování a likvidace hutnických zbytků, jako jsou strusky z elektrické pece, prachy, okuje a případně i slévárenský písek, se dají způsobem podle vynálezu zpracovat i brusné prachy obsahující kysličníky hliníku, vysušené rzi, které vznikají při zpracování bauxitu podle metody Bayer a další těžko likvidovatelné zbytkové látky.

Ve výhodném provedení je lázní roztaveného železa vedeno uhlí v množství 60 až 350 kg na tunu strusky společně s 6 až 9 Nm³ dusíku na tunu strusky jako nosného plynu, jakož i 25 až lOONm³ kyslíku na tunu strusky případně společně s uhlovodíky, kdy plyny slouží k ochraně trysek.

V dalším výhodném provedení jsou plyny přiváděny pod tlakem o hodnotě 5 až 10 barů, přičemž N₂ s vyšším tlakem než O₂ a uhlovodíky, a to zvláště 7 až 10 barů. Tím se podpoří intenzivní promíchávání. Jako uhlovodík může být použit např. zemní plyn.

V jiném výhodném provedení je horký vzduch vefoukáván horní kopinovou tryskou pod tlakem 0,8 až 1,2 barů případně i se studeným vzduchem v množství od 400 do 1200 Nm³ na tunu strusky.

V dalším výhodném provedení je teplota konvertorových odpadních plynů regulována na 1600 až 1800 °C s výhodou 1650 až 1750 °C.

V jiném výhodném provedení jsou přidávány jemné rudy v množství od 200 do 1500 kg na tunu ocelářské strusky. Tím se zajistí odpovídající snížení podílu Cu a Sn při odpovídajícně omezeném objemu odpadních plynů a umožní se tak hospodárné zpracování jemných rud. Při použití způsobu se vyrobí se životním prostředím kompatibilní strusky obsahující poměr mezi CaO a SiO₂ 1,3 až 1,6 a s obsahem A1₂O₃ 10 až 20 % hmotnostních při obsahu skla větším než 93 %, které se pak dají použít ve formě směsného cementu nebo bezeslinkového sulfátového hutního cementu. Způsobem podle vynálezu vyrobitelné surové železo odpovídá specifikaci konvenčního vysokopecního surového železa s tendencemi k nižšímu obsahu Si.

Při provádění způsobu podle vynálezu je velmi důležité nastavit správné parametry pro zpracovávání strusek. Zvláště platí, že když do konvertoru ve kterém je kovová lázeň mají být přidány strusky, které mají v případě ocelářských strusek bazicitu asi 3, se tato bazicita sníží přidáním kyselých nosičů SiO₂ na cílovou úroveň 1 až 1,8, s výhodou kolem 1,5. Tato změna bazicity musí být samozřejmě snesitelná pro vyzdívku konvertoru, aniž by se drasticky snížila její životnost, přičemž je zároveň třeba dbát na to, aby kvůli snížení bazicity strusky nebyla podstatně změněna viskozita strusky. Snižující se bazicitou přechází struska do tekutého stavu při nižší teplotě, což se znovu projeví ve způsobu zpracování strusky, takže se zdá zvláště výhodné snižovat bazicitu strusky na požadovanou míru buď po krocích, nebo již před vsazením do konvertoru. Zatímco vefoukávání jemné rudy může v zádadě probíhat i přes dnové trysky přes lázeň roztaveného železa, je při zvážení výše uvedeného výhodnější, když jsou kyselé části, jako např. jemné rudy, hutnické písky nebo slévárenské písky smíchány již před roztavením ve zvláštní pánvi s ocelářskou struskou. Ve výhodném provedení se tedy bazicita strusky u ocelářské strusky sníží v pánvi, která je předřazena před konvertor s lázní roztaveného železa.

-3 CZ 291965 B6

Aby bylo možno provést efektivně smíchání kyselých přísad a zvláště nosičů SiO₂ s ocelářskými struskami je výhodné tyto produkty co nejvíce předehřát nebo dokonce roztavit, 1 přesto, že při míchání dochází kvůli neutralizační reakci k dalšímu ohřevu, přičemž tento ohřev je ale využíván zvláště ktomu, aby se nemusela dodatečně ohřívat předřazená pánev, zvláště ne elektrickým ohřevem. Toho se dosáhne ve výhodném provedení tak, že pro snížení bazicity nutné nosiče SiO₂, jako jsou slévárenské písky, hutní písky a/nebo jemné rudy, jsou ohřátý v tavícím cyklónu konvertorovými odpadními plyny za současného čištění těchto odpadních plynů. Použití tavících cyklónů zde nemá výhodu pouze v tom, že se dá efektivně využít teplo z konvertorových odpadních plynů, ale že mohou být zároveň tyto plyny i čištěny, pročež mohou vyčištěné odpadní plyny vycházející z tavícího cyklónu být vedeny bezprostředně do běžného výměníku tepla nebo regeneračního výměníku tepla. V jednom z výhodných provedení se však obsah CO v konvertorových odpadních plynech spálí už v tavícím cyklónu..

Aby se zajistilo, že se vsazené nosiče SiO₂ a zvláště slévárenské písky nebo hutní písky roztaví už při teplotách v tavícím cyklónu mohou být s výhodou přidány nosiče oxidů železa, jako jemné rudy resp. nosiče Fe_xO_y k vytvoření fayalitických strusek a vytvořená tavenina se smíchá před přidáním do konvertoru. Fayalitické strusky mají na rozdíl od křemených písků, které mají teplotu tavení asi 2000 °C, taviči teplotu už při 1200 až 1250 °C, čímž se dosáhne toho, že už při teplotě odpadních plynů dojde k roztavení. Taková tavenina, která zároveň efektivně váže prachy z konvertorových odpadních plynů, se dá následně v pánvi rychle smíchat s roztavenou ocelářskou struskou, takže prodlení v pánvi a tím i zatížení pánve je minimální.

Ve výhodném provedení se do tavícího cyklónu přidávají nosiče A1₂O₃ jako jsou bauxit a/nebo hutní prachy. V zásadě je možno nosiče A1₂O₃ nechat bezprostředně vefouknout do konvertoru bez zvláštního zatížení vystélky, pokud je však možno dopravovat je pneumaticky.

Když se v rámci použití ocelářských strusek nasadí struska z ušlechtilé oceli, je třeba brát v úvahu odpovídající přítomnost chrómu. Aby se dosáhlo strusek, které by šly bezprostředně použít, musí se zajistit, aby chrom zůstal v lázni roztaveného železa a musí proběhnout odfosforování lázně roztaveného železa s výhodou za redukčních podmínek. Ve výhodném provedení se tedy kovová lázeň v konvertoru stáhne a tříděné zbaví fosforu za redukčních podmínek pomocí CaO, CaC₂, metalického magnézia, metalického vápníku a/nebo CaF₂.

V následujícím bude provedeno shrnutí technických parametrů, které jsou potřebné k provádění způsobu podle vynálezu:

Technické parametry

Pro dnové trysky:

Uhlí

Kyslík

Dusík (nosič pro uhlí) Zemní plyn (ochranný plyn pro kyslíkovou trysku) Kyslík a zemní plyn

Dusík až 350 kg/t strusky až 100 Nm³/t strusky až 9 Nm³/t strusky až 10 Nm³/t strusky až 8 baru až 10 baru

Pro kopinatou horní trysku:

Přetlak horkého plynu na trysce Horký vzduch

0,8 až 1,2 baru

400 až 1200 Nm³/t strusky

-4 CZ 291965 B6

Pro odpadní plyny z konvertoru:

Teplota Složení	1650 až 1750 °C 50až55%N₂ 7 až 20% CO 18až25%CO₂ 0,5 až 5 % H₂ 7ažl2%H₂O
Množství	400 až 1200 Nm³/t strusky

Při přípravě příkladu provedení s použitím způsobu podle vynálezu byly použity následující materiály:

Uhlí (podle DIN 23003)

LOI

19%

Popel

8%

Analýza uhlí a popela (v %)

SiO₂	52
A1₂O₃	25
TiO₂	1
Fe₂O₃	10
CaO	8

Struska (složení v %) p₂o₅CaO MnO A1₂O₃Fe (FeO) Fe, met. Cr₂O₂MgO SiO₂TiO₂

1,5

15(22)

15,4

Železná ruda (složení v %)

LOI	3,2
SiO₂	2,5
A1₂O₃	1,5
p₂o₅	0,1
CaO	0,1
Fe₂O₃	92
MgO	0,03
SO3	0,03

-5CZ 291965 B6

Bauxit (s/ožení v %)

A1₂O₃ 95

Písek (složení v %)

SiO₂ 98

Ocelářské strusky, které byly vyrobeny v konvertorech s tryskami na dně vykazují zpravidla nižší FeO a metalizovatelné železné podíly než např. LD strusky nebo strusky z elektrických pecí. Hospodárnost postupu podle vynálezu lze zvýšit přídavky nosičů SiO₂ a A1₂O₃ jako jsou např. slévárenské písky, brusný prach z automobilového průmyslu či z výroby motorů a přídavkem nosiče železa, jako jsou jemné rudy, prach z konvertorů, okuje z válcování a případně i nasazení dioxinem zatíženého aktivního koksu, a to vše přidáním přes dnové trysky. Do konvertoru se vsadilo 580 kg ocelářské strusky, 280 kg železné rudy, 60 kg bauxitu a 80 kg písku, přičemž bylo ještě zavedeno 185 kg uhlí, 48 Nm³ kyslíku a 670 Nm³ horkého vzduchu. Bylo získáno 313 kg surového železa a 615 kg strusky šetrné k životnímu prostředí.

Teplota odpichu vyrobené strusky a surového železa byla zvolena na 1500 °C. Vstupní teplota strusky byla 1400 °C.

Jemná ruda byla vefukována pomocí dnových strusek, čímž se vefukovaná železná ruda dostává bezprostředně do kontaktu s redukovanou lázní roztaveného železa a tím je metalízována. Podobné vsazování železné rudy přes dnové trysky má oproti vsázce jemné rudy shora přes kopinatou trysku výhodu vtom, že se podstatně sníží tvorba prachu a tím se sníží odpady z konvertoru.

Jemnou rudu lze svefukováním do lázně podle vynálezu okamžitě metalizovat, aniž by se předtím rozpouštěla ve strusce. Takto se podstatně zvýší životnost žáropevné vystélky konvertoru.

Vefukování kyslíku a uhlíku nebo jiných přísad tříděným systémem přes dnové trysky do lázně se ukázalo jako zcela bezproblémové, protože nikdy nenaoxidovalo druhotřídní železo v železné rudě. Bauxit písky a jemná ruda zde mohou být společně s kyslíkem vefukovány do lázně či pouze do konvertoru. Uhlí zvláště, zvláště směsi ze stejného podílu hořlavého uhlí a antracitu, může být profukováno lázní pomocí inertního plynu jako je např. dusík.

V rámci způsobu podle vynálezu lze dopravovat kyslíkem 15 až 30 kg železné rudy o zrnitosti menší než 5 mm/Nm³. Celkově lze dopravit v rámci způsobu podle vynálezu pomocí kyslíku jak požadované množství rudy tak i požadované množství bauxitu a písku stejně jako přídavky přes dnové trysky do konvertoru. Pokud mají být dále vsazeny přídavky se špatnou pneumatickou dopravitelností jako jsou např. aditiva nebo ruda, může se tak dít přes centrální trubici horní kopinaté trysky, neboje sázet do konvertoru skluzem.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším objasněn pomocí výkresů, na kterých obr. 1 představuje zařízení k provádění způsobu podle vynálezu a obr. 2 znázorňuje upravené zařízení k zavádění nosičů SiO₂.

-6CZ 291965 B6 i

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je vidět sklopný konvertor 1. Horkovzdušná horní kopinová tryska 2 prochází ve vertikálním směru ve smyslu zdvojené šipky 3 přestavitelným ustavovacím kroužkem 4, takže lze kopinovou trysku 2 ustavit v požadované poloze. Přes horkovzdušnou trysku 4 je možno i poměrně hospodárně dodávat termické uhlí přes horní otočný dávkovač 5, přičemž horký vzduch je do horkovzdušné trysky 4 přiváděn přívodem 6.

Hospodárnost způsobu se dá zlepšit použitím vhodného způsobu pro výměnu tepla a regeneraci tepla. Např. lze přes vedení 7 odvádět odpadní plyny a s odkloněným proudem horkého vzduchu, který je veden přes smyčkové vedení 8 společně s odpadními plyny do spalovací komory 9, se mohou spalovací plyny podrobit dodatečnému spalování. Tímto způsobem získaná energie se může použít k dalšímu ohřevu horkého vzduchu. Dle potřeby lze vřadit i konvenční první výměník tepla jO.

Z druhého výměníku tepla 11 odebraný a se studeným vzduchem pro ohřev horkého vzduchu ochlazené odpadní plyny ze spalovací komory 9 může být přiveden za teploty 200 °C přes vedení 12 ke konvenční úpravně plynu 13..

Uvnitř konvertoru 1 se vytvoří suspenze 14 ze strusky a lázně roztaveného železa, přičemž přes dnovou trysku 15 je přiváděno metalurgické uhlí a dusík a přídavnou tryskou 16 kyslík s aditivy, přičemž tato je případně opatřena obalem z ochranného plynu. Aditiva sestávají z nosičů SiO₂17, nosičů Á1₂O₃ 18 a jemné rudy 19, které jsou přidávány přes otočné dávkovače 20, podávači zařízení 21 a další směsný otočný dávkovač 22 do proudu tlakového kyslíku, který je veden vedením 23.

Nad suspenzí 14 ze strusky a lázně roztaveného železa se v důsledku vefukování horkého vzduchu vytvoří inverzní plamen, přičemž dodatečně mohou být přidávány nosiče SiO₂, A1₂O₃a FeO i z horního otočného podavače 5, pokud tato aditiva lze pneumaticky transportovat s proudem tlakového kyslíku přes dnové trysky.

Na obr. 2 je provedení pro kyselé přídavky ke snížení bazicity. Do tavícího cyklónu 24 jsou vedením 25, které navazuje na vedení 7 z obr. 1 přiváděny horké odpadní plyny z konvertoru. Horké odpadní plyny z konvertoru zde ústí v zásadě tangenciálně do tavícího cyklónu 24, přičemž ktomu, společně shorkými odpadními plyny, jsou do tavícího cyklónu 24, např. koaxiálně, vefoukávány písky a/nebo jemná ruda, případně bauxit. Přes vedení 26 může být přiváděn kyslík pro využití chemického tepla horkých konvertorových plynů ke spálení zbylých spalitelných částí horkých konvertorových odpadních plynů.

V tavícím cyklónu 24 se nosiče SiO₂ odpovídajícím způsobem ohřejí, přičemž poté, když nosiče SiO₂ sestávají z jemných rud neboje nosič FeO nasazen spolu s hutnickými nebo slévárenskými písky, může být bezprostředně vytvořena tavenina. Očištěný horký konvertorový plyn se odvádí přes v zásadě axiální vedení 27 z tavícího cyklónu 24. Protože tyto odpadní plyny jsou nyní bez prachu, mohou být bezprostředně vedeny do výměníku tepla.

V tavícím cyklónu 24 vytvořená tavenina může být přiváděna trubkou 28, která může být vytvořena např. jako barometrická ponorná trubka, do struskové pánve 299, kde se nachází tekutá ocelářská struska. Při převodu kyselé taveniny s bazickou ocelářskou struskou se uvolní dodatečné neutralizační teplo, přičemž se zároveň sníží teplota tavení, takže se vytvoří řídká a snadno do následujícího konvertoru převoditelná struska.

V rámci příkladu provedení byla vyrobena struska, přičemž strusková analýza byla následující:

-7 CZ 291965 B6

Komponenta podíl v %

FeO MnO SiO₂A1₂O₃TiO₂CaO Na₂O K₂O MgO SO₂

0,576

0,019

33,173

14,943

43,317

0,13

0,042

3,14

0,418

Tekutý produkt byl granulován a pomlet.

Jak je vidět ze schematického znázornění zařízení k provádění způsobu podle vynálezu na obr. 1, dá se čistý zisk tepla ještě zvýšit smyčkovým vedením 8 pro horký vzduch mezi horkým a studeným výměníkem tepla 10 a 11 nebo regenerátorem. Asi 15 % horkého vzduchu může být vždy přiváděno ke studenému výměníku tepla, přičemž z konvertoru přicházející odpadní plyny, který obsahuje zbytkové množství CO a H₂, dodatečně spálit. Dodatkové teplo se vede zpět přes výměníky tepla k horkému vzduchu přičemž dodatkové spalování může probíhat po stupních. Tak se mohou podél proudu odpadních plynů střídat spalovací komory periodicky se zásobníky tepla. Tímto způsobem lze omezit vznik vysokých teplotních špiček resp. přílišné koncentraci tepla ve výměnících tepla.

Jako další příklad provedení byla vyrobena ocelářská struska, přičemž strusková analýza byla následující:

Komponenta podíl v %

Fe FeO

Fe₂O₃

SiO₂

Cr₂O₃

A1₂O₃ p₂0₅

TiO₂CaO

Na₂O

K₂O MgO

17,6

2,2

14,1

0,9

3.2

1.3

44,3

0,1

0,03

3,5

Po přidání hrubé rudy s následujícím složením:

Komponenta podíl v %

SO₃

H₂O

Sio₂

A1₂O₃ p₂0₅

Fe₂O₃

MnO

0,05

3.3

5.4

0,3

82,8

0,1

-8CZ 291965 B6

CaO 0,2

MgO 0,1

Byla získána cílová struska s následujícím složením:

Komponenta	podíl v %
FeO MnO SiO₂Cr₂O₃A1₂O₃P₂O₅TiO₂CaO Na₂O K₂O MgO SO₃	2,6 0,3 32,3 0,05 12,5 0,09 0,74 32,3 0,14 0,007 2,6 0,9
CaO/SiO₂	1

s bazickou CaO/SiO₂ asi 1. Zároveň bylo vytvořeno surové železo s následující analýzou:

Železo (1500 °C) podíl v %

Komponenta

c	4,5
Mn	0,2
Cr	0,16
P	0,27
S	0,08
Fe	zbytek

K dosažení požadované bazicity byla smíchána část ocelářské strusky s asi čtyřmi díly uvedené hrubé rudy, přičemž tato ruda byla předtím roztavena v tavícím cyklónu. Žádaný obsah A1₂O₃ byl dosažen vefouknutím bauxitu do konvertoru.

Jak bylo uvedeno výše, množství rudy může být sníženo přidáním dalších nosičů SiO₂, jako je např. písek, přičemž přídavek jemných rud ke křemenným pískům drasticky sníží oblast tavení kvůli tvorbě fayalitu. Pro snížení bodu tavení z 2000 °C díky křemenným pískům na asi 1200 °C vytvořením fayalitové strusky postačuje v zásadě přídavek 20 % hmotnostních FeO vzhledem k hmotnosti čistého písku (SiO₂).

Nutné taviči teplo v tavícím cyklónu 24 se získá na základě relativně vysokého tepla z konvertorových odpadních plynů o 1700 °C a zároveň díky té okolnosti, že v konvertorových odpadních plynech je ještě relativně vysoké chemické teplo (asi 20 % CO a H₂O). Svedení a spálení těchto konvertorových plynů vede k vytvoření fayalitové strusky v tavícím cyklónu 24, přičemž další teplo se uvolní neutralizací v následné ocelářské pánvi. Toto ne nepodstatné množství tepla vede k optimálnímu zkapalnění a homogenizaci vytvořené směsné strusky. Současně se podíl prachu v konvertorových odpadních plynech vyváže do taveniny a tím se prach odejme z odpadních plynů. Zbytkovým teplem lze předehřívat přes odpovídající výměník tepla např. horký vzduch pro konvertor.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob zpracování ocelových strusek a odpadů z metalurgie s obsahem železa jako jsou například strusky z elektrických pecí, konvertorů, jemné rudy, prachy vzniklé při výrobě oceli nebo válcovací okuje, pro získání surového železa a strusek šetrných k životnímu prostředí, vyznačující se tím, že se provádí ve směsi strusky s lázní roztaveného železa, přičemž io objemový poměr roztavené strusky k lázni roztaveného železa se zvolí větší než 0,5:1, s výhodou

0,8:1 až 1,5:1, a že se ke struskám přidají nosiče SiO₂ jako jsou slévárenské písky, hutní písky a/nebo jemné rudy k dosažení struskové bazicity (CaO/SiO₂) v hodnotě mezi 1,0 a 1,8, s výhodou mezi 1,2 a 1,8, při obsahu A1₂O₃ mezi 10 a 25 % hmotnostními vztaženo ke hmotnosti strusky, přičemž se do konvertoru vefukuje u jeho dna horký vzduch a uhlí, které je případně s přídavkem 15 inertního plynu, zvláště dusíku a případně ještě zvlášť kyslík nebo se horkým vzduchem profukuje lázeň roztaveného železa.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že bazicita strusky se nastaví na hodnotu 1,3 až 1,6.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že výška taviči lázně odpovídá nejméně 20-ti násobku, s výhodou 30-ti násobku až 60-ti násobku průměru trysek pod lázní roztaveného železa.

25
4. Způsob podle nároků 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že rychlost horkého vzduchu se zvolí na hodnotu mezi 0,4 a 0,8 machu.
5. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že struska se granuluje při vytvoření podílu skla více než 90 %, s výhodou 93 %.
6. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že lázní roztaveného železa se vede uhlí v množství 60 až 350 kg na tunu strusky společně s 6 až 9 Nm³ dusíku na tunu strusky jako nosného plynu, jakož i 25 až 100 Nm³ kyslíku na tunu strusky případně společně s uhlovodíky, kdy plyny slouží k ochraně trysek.
7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že plyny se přivádějí pod tlakem o hodnotě 5 až 10 barů, přičemž N₂ s vyšším tlakem než O₂ a uhlovodíky, a to zvláště 7 až 10 barů.

40
8. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že horký vzduch se vefoukává horní kopinovou tryskou pod tlakem 0,8 až 1,2 barů případně i se studeným vzduchem v množství od 400 do 1200 Nm³ na tunu strusky.
9. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že teplota 45 konvertorových odpadních plynů se reguluje na 1600 až 1800 °C s výhodou 1650 až 1750 °C.
10. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že se přidávají jemné rudy v množství od 200 do 1500 kg na tunu ocelářské strusky.

50
11. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že bazicita strusky u ocelářské strusky se sníží v pánvi, která je předřazena před konvertor s lázní roztaveného železa.

-10CZ 291965 B6
12. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že pro snížení bazicity se nutné nosiče SiO₂, jako jsou slévárenské písky, hutní písky a/nebo jemné rudy, ohřejí v tavícím cyklónu konvertorovými odpadními plyny za současného čištění těchto odpadních plynů.
13. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že do tavícího cyklónu s nosiči SiO₂ se přidají jemné rudy resp. nosiče Fe_xO_y k vytvoření fayalitických strusek a vytvořená tavenina se smíchá před přidáním do konvertoru.
14. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že obsah CO v konvertorových odpadních plynech se spálí v tavícím cyklónu.
15. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 14, vyznačující se tím, že do tavícího cyklónu se přidají nosiče A1₂O₃ jako jsou bauxit a/nebo hutní prachy.
16. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 15, vyznačující se tím, že se lázeň roztaveného železa v konvertoru stáhne a tříděné zbaví fosforu za redukčních podmínek pomocí CaO, CaC₂, metalického magnézia, metalického vápníku a/nebo CaF₂.