CZ302435B6

CZ302435B6 - Zpusob najíždení procesu prímého tavení

Info

Publication number: CZ302435B6
Application number: CZ20002522A
Authority: CZ
Inventors: Peter Bates@Cecil; Damian Burke@Peter
Original assignee: Technological Resources Pty Ltd
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2011-05-18
Also published as: DE60031206D1; MXPA00006739A; ATE342381T1; CA2313622A1; JP2001032006A; CA2313622C; JP4916046B2; ID26477A; CN1280199A; EP1067201A2; EP1067201A3; AU4272500A; MY135442A; DE60031206T2; AUPQ152299A0; TW527422B; AU768952B2; EP1067201B1; KR100647232B1; BR0003469A

Abstract

Postup najíždení procesu prímého tavení pro výrobu železa z kovonosného vsázkového materiálu v metalurgické nádobe typu opatreného množstvím prívodních trubic nebo dmyšen (11, 13) pro zavádení vsázkového materiálu zahrnuje kroky : a) predehrev nádoby; b) zavedení vsázky roztaveného železa do nádoby a vytvorení lázne taveniny v nádobe; c) zavádení uhlíkatého materiálu a tavidla do lázne taveniny a zavádení plynu obsahujícího kyslík prostrednictvím jedné nebo více než jedné prívodní trubice nebo dmyšny pro zavádení vsázkového materiálu, a spalování uhlíku a plynu vznikajícího z lázne, je-li prítomen, pro ohrívání roztavené lázne a vytvárí strusky; a d) zavádení kovonosného vsázkového materiálu do nádoby, za stálého zavádení pevného uhlíkatého materiálu a tavidla a pokracování zavádení plynu obsahujícího kyslík, a tavení kovonosného vsázkového materiálu za vzniku roztaveného železa, címž je dokoncen postup najíždení.

Description

Způsob najíždění procesu přímého tavení

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby roztaveného železa z kovonosného vsázkového materiálu, jako například z rud, částečně redukovaných rud, a odpadů obsahujících kov, v metalurgické nádobě, obsahující roztavenou lázeň.

Vynález se zejména týká způsobu najíždění procesu přímého tavení pro výrobu železa z kovonosného vsázkového materiálu v metalurgické nádobě, přičemž tato nádoba obsahuje množinu přívodních či dmyšních trubic pro přivádění vsázkového materiálu.

Dosavadní stav techniky

Předložený vynález se týká zejména procesu přímého tavení založeného na lázni taveniny pro výrobu roztaveného železa z kovonosného vsázkového materiálu.

Termínem „proces přímého tavení“ se rozumí proces, který produkuje roztavený kov, v tomto případě železo, z kovonosného vsázkového materiálu.

Předložený vynález se týká konkrétněji procesu přímého tavení založeného na lázni taveniny, který spočívá ve využití vrstvy roztaveného kovu jako tavícího média, a obecně se označuje jako proces Hl tavení.

Proces Hl tavení zahrnuje kroky:

(a) vytvoření roztavené lázně mající vrstvu kovu a vrstvu strusky na vrstvě kovu v metalurgické nádobě, (b) zavádění kovonosného vsázkového materiálu a pevného uhlíkatého materiálu do vrstvy kovu prostřednictvím množiny dmyšních trubic, (c) tavení kovonosného materiálu ve vrstvě kovu, (d) vyvrhávání roztaveného materiálu ve formě vyšplíchnutí, kapek či proudů do prostoru nad jmenovitou klidovou hladinou lázně taveniny pro vytvoření přechodné zóny, a (e) zavádění plynu obsahujícího kyslík do nádoby prostřednictvím jedné nebo více dmyšních trubic pro dodatečné spalování reakčních plynů uvolňovaných z lázně taveniny, čímž vzestupná a poté sestupná vyšplíchnutí, kapky či proudy roztaveného materiálu v přechodné zóně usnadňují přestup tepla do lázně taveniny, a čímž přechodná zóna minimalizuje ztráty tepla z nádoby prostřednictvím stěn nacházejících se ve styku s přechodnou zónou.

Výhodná forma procesu Hl tavení je charakteristická vytvářením přechodné zóny zaváděním nosného plynu, kovonosného vsázkového materiálu, pevného uhlíkatého materiálu a volitelně tavidel do lázně prostřednictvím dmyšních trubic, které jsou protaženy směrem dolů a dovnitř skrze stěny nádoby tak, že nosný plyn a pevný materiál vniká do vrstvy kovu a zapříčiňuje vyvrhávání roztaveného materiálu z lázně.

Tato forma procesu Hl tavení představuje zlepšení proti starší formě procesu, kde se vytváří přechodná zóna spodním zaváděním nosného plynu a pevného uhlíkatého materiálu skrze dmyšní trubice do lázně pro zapříčinění vyvrhávání kapek a vyšplíchnutí a proudů roztaveného materiálu z lázně.

-1 CZ 302435 B6

Podstata vynálezu

Přihlašovatel provedl rozsáhlé práce na pilotním zařízení pro proces HI tavení a učinil četné významné poznatky týkající se tohoto procesu.

Jedním z těchto poznatků, který je předmětem předloženého vynálezu, je účinný a efektivní postup najíždění procesu HI tavení.

V obecném vyjádření je předmětem vynálezu způsob najíždění procesu přímého tavení pro výrobu železa zkovonosného vsázkového materiálu v metalurgické nádobě, přičemž tato nádoba obsahuje množinu přívodních či dmyšních trubic pro přivádění vsázkového materiálu, přičemž postup zahrnuje kroky:

(a) předehřívání nádoby, prostřednictvím spalování palivového plynu a vzduchu v nádobě, (b) zavádění vsázky roztaveného železa do nádoby a vytváření lázně taveniny v nádobě, (c) přivádění uhlíkatého materiálu a tavidla do lázně taveniny a vhánění plynu obsahujícího kyslík prostřednictvím jedné nebo více než jedné přívodní či dmyšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu, spalování uhlíku a plynu vznikajícího z lázně pro ohřívání roztavené lázně, vytváření strusky a zahájení ustavení přechodové zóny a zvyšování tlaku v nádobě, a (d) přivádění kovonosného vsázkového materiálu do nádoby při kontinuálním přivádění uhlíkatého materiálu a tavidla a vhánění plynu, obsahujícího kyslík, a tavení kovonosného vsázkového materiálu a vytváření přídavného roztaveného železa, pokud předem stanovené podmínky, zahrnující jakoukoliv jednu nebo více z podmínek, jako je teplota roztavené lázně alespoň 1400 °C, koncentrace uhlíku alespoň 4 % hmotnostní v roztavené lázni, a úroveň přídavného spalování pod úrovní, která znamená nasycení roztavené lázně uhlíkem, dosáhnou předem stanovené prahové hodnoty.

Krok (c) s výhodou zahrnuje zavádění uhlíkatého materiálu a tavidla prostřednictvím vhánění uhlíkatého materiálu a tavidla s pomocí jedné nebo více než jedné přívodní či dmyšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu.

Způsob podle tohoto vynálezu s výhodou zahrnuje vhánění jednoho nebo více uhlíkatého materiálu, tavidla a kovonosného vsázkového materiálu s nosným plynem přes jednu nebo více přívodních či dmyšních trubic pro vhánění materiálu.

Krok (d) s výhodou obsahuje přivádění kovonosného vsázkového materiálu prostřednictvím vhánění vsázkového materiálu přes jednu nebo více přívodní či dmyšní trubici pro přivádění vsázkového materiálu.

Způsob podle tohoto vynálezu mezi kroky (b) a (c) obsahuje vhánění plynu, obsahujícího kyslík, přes jednu nebo více přívodní nebo dmyšní trubici před započetím přivádění uhlíkatého materiálu a tavidla v kroku (c) pro spalování oxi dováté 1 ného materiálu v lázni taveniny pro zvýšení teploty lázně.

Nádoba s výhodou obsahuje předpecí a krok (b) obsahuje přivádění vsázky prostřednictvím předpecí.

Krok (a) předehřívání s výhodou obsahuje umístění víka na předpecí pro minimalizaci tepelných ztrát prostřednictvím předpecí.

- 9 .

Způsob s výhodou obsahuje čištění nádoby před krokem (a) pro odstranění strusky, která zůstala v nádobě po ukončení předchozího běhu procesu přímého tavení.

Nádoba s výhodou obsahuje vodou chlazené panely, které tvoří alespoň část bočních stěn nádoby, přičemž postup najíždění zahrnuje nastřikování licího žáruvzdorného materiálu na panely před krokem (a) pro snížení počátečních ztrát tepla z panelů během postupu najíždění.

Roztavené železo, přiváděné v kroku (b), s výhodou obsahuje alespoň 3 % hmotnostní uhlíku.

Roztavené železo, přiváděné v kroku (b), může s výhodou obsahovat křemík a/nebo hliník a/nebo jakýkoliv jiný vhodný oxidovatelný materiál.

Krok (c) s výhodou obsahuje vhánění nosného plynu při tlaku alespoň o 100 kPa vyšším, než je tlak v nádobě s vháněným uhlíkatým materiálem a tavidlem.

Způsob s výhodou obsahuje zvýšení průtokové rychlosti plynu, obsahujícího kyslík, v průběhu každého z kroků (c) a (d).

Způsob s výhodou obsahuje vhánění plynu, obsahujícího kyslík, při průtokové rychlosti alespoň 12 000 Nm /h v kroku (c).

Způsob s výhodou obsahuje vhánění plynu, obsahujícího kyslík, při průtokové rychlosti alespoň 20 000Nm³/h v kroku (d).

Způsob s výhodou obsahuje stanovení doby pro provádění kroku (c) monitorováním koncentrací kyslíku a/nebo oxidu uhelnatého a/nebo oxidu uhličitého v odplynu z nádoby.

Kovonosným vsázkovým materiálem je s výhodou směs železné rudy a vysoce redukovaného kovonosného vsázkového materiálu, a postup najíždění zahrnuje redukci množství vysoce redukovaného kovonosného vsázkového materiálu zaváděného do lázně taveniny za časový úsek, nahrazení tohoto vysoce redukovaného kovonosného materiálu železnou rudou, a pokračování vhánění plynu, obsahujícího kyslík do dosažení procesních podmínek stacionárního stavu.

Vysoce redukovaný kovonosný vsázkový materiál, přiváděný v kroku (d), je s výhodou alespoň ze 60 % kovový.

Vysoce redukovaným kovonosným vsázkovým materiálem je s výhodou přímo redukované železo.

Krok (a) předehřevu nádoby zahrnuje spalování topného plynu a vzduchu v nádobě. Termín „topný plyn“ zde zahrnuje například koksárenský plyn, vysokopecní plyn a zemní plyn.

Zavádění uhlíkatého materiálu a/nebo tavidla v kroku (c) se provádí prostřednictvím jedné nebo více než jedné dmyšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu.

Zavádění kovonosného vsázkového materiálu v kroku (d) se provádí prostřednictvím jedné nebo více než jedné dmyšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu.

Pevné látky, tj. některý nebo více materiálů ze skupiny kovonosný vsázkový materiál, uhlíkatý materiál a tavidlo, které se zavádějí prostřednictvím jedné nebo více než jedné dmyšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu, se zavádějí prostřednictvím dmyšní trubice spolu s nosným plynem.

Dmyšní trubice pro zavádění pevných látek mohou být pohyblivé v průběhu postupu najíždění mezi dolní pracovní polohou a zdviženou zataženou polohou.

-3CZ 302435 B6

Alternativně, dmyšni trubice pro zaváděni pevných látek mohou být během postupu najíždění pevné a mohou například procházet stěnami nádoby.

V situaci, kdy dmyšni trubice pro zavádění pevných látek jsou pevné, krok (b) zahrnuje zavádění takového průtoku nosného plynu bez pevných látek skrze dmyšni trubice pro zavádění pevných látek, který zabraňuje vnikání roztaveného kovu do dmyšních trubic.

Způsob najíždění zahrnuje mezi kroky (b) a (c) mezioperaci zavádění plynu obsahujícího kyslík ío skrze jednu nebo více než jednu dmyšni trubici před započetím zavádění uhlíkatého materiálu a tav idei v kroku (c), pro spálení ox i dováté Iného materiálu v lázni taveniny a tím zvýšení teploty lázně.

Krok (d) zavádění kovonosného vsázkového materiálu začíná tehdy, když předepsané procesní podmínky dosáhnou předem stanoveného prahu. Předepsané procesní podmínky zahrnují například jednu nebo více z veličin:

(i) teplota lázně taveniny (s výhodou alespoň 1400 °C), (ii) koncentrace uhlíku v lázni taveniny (s výhodou alespoň 4 % hmotn.), a (iii) úrovně dodatečného spálení (s výhodou pod úrovní, která představuje nasycení lázně taveniny uhlíkem).

Nádoba s výhodou zahrnuje předpecí, a krok (b) zavádění vsázky roztaveného železa zahrnuje zavádění vsázky prostřednictvím předpecí.

Krok (a) předehřevu s výhodou zahrnuje umístění víka na předpecí pro minimalizaci tepelných ztrát prostřednictvím předpecí.

S výhodou zahrnuje postup najíždění čištění nádoby před krokem (a) předehřevu pro odstranění strusky z nádoby.

S výhodou zahrnuje nádoba vodou chlazené panely, které tvoří alespoň část stěn nádoby a postup najíždění zahrnuje nastřikování licího žáruvzdorného materiálu na panely před krokem (a) předehře vu pro snížení počátečních ztrát tepla z panelů během postupu najíždění.

S výhodou je licím žáruvzdorným materiálem spinel s vysokým obsahem oxidu hlinitého.

S výhodou zahrnuje postup najíždění připojení prodloužení ke koncům dmyšních trubic před krokem (a) předehřevu pro zvýšení efektivnosti zavádění pevných látek během postupu najíždění, když je hladina roztavené lázně poměrně nízká. Prodloužení jsou vytvořena s výhodou z materiálu, který se taví v lázni taveniny když hladina lázně taveniny stoupá a prodloužení se do ní postupně ponořují.

S výhodou obsahuje roztavené železo zaváděné v kroku (b) alespoň 3 % hmotn. uhlíku.

S výhodou obsahuje roztavené železo zaváděné v korku (b) křemík a/nebo hliník a/nebo jiný vhodný oxidovatelný materiál.

S výhodou zahrnuje krok (c) a mezíoperace mezi kroky (b) a (c) zavádění nosného plynu při tla50 ku alespoň o 100 kPa vyšším než je tlak v nádobě, měřeno přes dmyšni trubice pro zavádění pevných látek.

S výhodou zahrnuje postup najíždění zvýšení průtoku plynu obsahujícího kyslík v průběhu každého z kroků (c) a (d).

-4CZ 302435 B6

S výhodou zahrnuje krok (c) zavádění plynu obsahujícího kyslík prostřednictvím jedné nebo více než jedné dmyšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu v množství alespoň 12 000 Nm³/h.

S výhodou zahrnuje krok (d) zavádění plynu obsahujícího kyslík v množství alespoň 20 000 Nm³/h.

S výhodou zahrnuje postup najíždění stanovení doby pro provádění kroku (c) monitorováním obsahu kyslíku a/nebo oxidu uhelnatého a/nebo oxidu uhličitého v odplynu z nádoby.

S výhodou zahrnuje postup najíždění stanovení doby pro provádění mezioperace mezi kroky (b) a (c) monitorováním obsahu kyslíku a/nebo oxidu uhelnatého a/nebo oxidu uhličitého v odplynu z nádoby.

S výhodou zahrnuje postup najíždění zvýšení tlaku v nádobě během kroku (c).

Struskový materiál, včetně případného struskového materiálu z předcházejícího provozního cyklu nádoby, se může zavádět do nádoby během kroku (c) pro minimalizaci nadbytečné oxidace železa v lázni taveniny během kroku (c) při vytváření vrstvy strusky na lázni.

S výhodou se struskový materiál zavádí prostřednictvím jedné nebo více než jedné dmyšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu.

Kovonosným materiálem může být jakýkoliv vhodný železo obsahující vsázkový materiál. 25 Výhodným vsázkovým materiálem je železná ruda.

Železná ruda může být předehřátá.

Železná ruda může být částečně redukovaná.

V některých situacích, jako například když je nádoba vystavena vysokým tepelným ztrátám, kovonosným materiálem může být směs železné rudy a vysoce redukovaného kovonosného vsázkového materiálu. V tomto případě s výhodou zahrnuje postup najíždění kroky redukce množství vysoce redukovaného kovonosného vsázkového materiálu zaváděného do lázně taveniny, nahra35 zení tohoto kovonosného materiálu železnou rudou, a pokračování zavádění plynu obsahujícího kyslík do dosažení procesních podmínek stacionárního stavu.

Termínem „procesní podmínky stacionárního stavu“ se rozumí, že proces funguje s cílovou vsázkou kovonosného materiálu a v rámci cílové tepelné a látkové bilance.

Výše uvedená definice znamená v kontextu, že proces HI tavení počítá s významným promícháváním roztaveného materiálu v nádobě, a v důsledku toho může proces podléhat značným krátkodobým fluktuacím.

S výhodou je vysoce redukovaný kovonosný vsázkový zaváděný v kroku (d) alespoň ze 60 % kovový.

Výhodněji je vysoce redukovaný kovonosný materiál přímo redukované železo (DRI, Diret Reduced Iron).

S výhodou je plyn obsahující kyslík tvořen až z 50 % obj. kyslíkem.

Předmětem předloženého vynálezu je také způsob přímého tavení, který zahrnuje výše popsaný postup najíždění.

-5 CZ 302435 B6

Břeh led obrázku na výkrese

Předložený vynález je dále popsán prostřednictvím příkladu provedení za pomoci přiloženého výkresu, kde je vertikální řez výhodným vytvořením nádoby pro přímé tavení, pro provádění procesu HI tavení k přímému tavení železné rudy pro výrobu roztaveného železa.

Příklady provedení vynálezu

Nádoba znázorněná na obrázku má nístěj, která zahrnuje základnu 3 a stěny 55 vytvořené ze žáruvzdorných cihel; boční stěny 5, které tvoří obecně válcový plášť rozprostírající se vzhůru ze stěn 5,5 nístěje, a které zahrnují horní plášťový úsek 51 a spodní úsek 53 pláště; klenbu 7; výstup 9 pro odplyny; predpecí 77 pro kontinuální odtahování roztaveného kovu; připojení 71 předpecí, které propojuje nístěj a předpecí 77; a odpichový otvor 61 pro odtahování roztavené strusky.

Za provozu, za procesních podmínek stacionárního stavu, nádoba obsahuje lázeň roztaveného železa a strusky, která zahrnuje vrstvu J5. roztaveného kovu a vrstvu J_6 roztavené strusky na vrstvě 15 kovu. Šipka 17 naznačuje polohu jmenovité klidové hladiny vrstvy 15 kovu a šipka 19 naznačuje polohu jmenovité klidové hladiny vrstvy 16 strusky. Termínem „klidová hladina“ se rozumí hladina, když se do nádoby nezavádí plyn a pevné látky.

Nádoba také zahrnuje dvě dmyšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu ve formě dmyšních trubic 11 protažených směrem dolů a dovnitř pod úhlem 30 až 60° k vertikále skrze boční stěny 5 do vrstvy 16 strusky. Poloha dmyšních trubic H je zvolena tak, že spodní konce jsou nad klidovou hladinou 17 vrstvy 15 kovu za procesních podmínek stacionárního stavu.

Za provozu, za procesních podmínek stacionárního stavu, se pevný uhlíkatý materiál (zpravidla uhlí) a tavidla (zpravidla vápenec a hořčík), unášené v nosném plynu (zpravidla N₂), zavádí do vrstvy J_5 kovu prostřednictvím dmyšních trubic li- Hybnost pevného materiálu a nosného plynu zapříčiňuje vnikání pevného materiálu a nosného plynu do vrstvy 15 kovu. Uhlí se zbavuje těkavých látek a vytváří tak plyn ve vrstvě 15 kovu. Uhlík se částečně rozpouští do kovu a částečně zůstává ve formě pevného uhlíku. Železná ruda se taví na kov a reakce v tavenině vytváří plynný oxid uhelnatý. Plyny dopravované do vrstvy L5 kovu a vytvářené prostřednictvím zbavování těkavých látek a tavení způsobují zdvihání do vznosu roztaveného kovu, pevného uhlíku a strusky (vznikající ve vrstvě 15 kovu jako důsledek zavádění pevné látky a plynu) z vrstvy 15 kovu, čímž se vytváří vyšplíchnutí, kapky a proudy roztaveného kovu a strusky směrem vzhůru, a tato vyšplíchnutí, kapky a proudy při svém pohybu skrze vrstvu 16 strusky unášejí strusku.

Zdvihání roztaveného kovu, pevného uhlíku a strusky do vznosu zapříčiňuje podstatné rozmíchávání vrstvy 15 kovu a vrstvy 16 strusky, s tím výsledkem že vrstva 16 strusky objemově expanduje a má povrch naznačený šipkou 30. Intenzita rozmíchávání je taková, že v oblastí kovu a strusky je rozumně stejnoměrná teplota, zpravidla 1450 až 1550 °C s variací teploty přibližně 30 °C.

Kromě toho, vzestupný pohyb vyšplíchnutí, kapek a proudů roztaveného kovu a strusky zapříčiněný uváděním do vznosu roztaveného kovu, pevného uhlíku a strusky pokračuje do horního prostoru 31 nad roztaveným materiálem v nádobě, a:

(a) tvoří přechodnou zónu 23; a (b) vyvrhuje část roztaveného materiálu (především strusky) nad přechodnou zónu a na část horního úseku 51 pláště tvořeného bočními stěnami 5 nad přechodnou zónou až ke klenbě 7.

-6CZ 302435 B6

Obecně vyjádřeno, vrstva 16 strusky je spojitý objem kapaliny s bublinami plynu uvnitř, a přechodná zóna 23 je spojitý objem plynu s vyšplíchnutí, kapkami a proudy roztaveného kovu a strusky.

Nádoba dále zahrnuje další dmyšní trubici 13 pro zavádění vsázkového materiálu pro zavádění plynu obsahujícího kyslík (zpravidla předehřátého, kyslíkem obohaceného vzduchu), která je umístěna centrálně a rozprostírá se vertikálně směrem dolů do nádoby. Poloha dmyšní trubice 13 a průtok plynu skrze dmyšní trubici 13 jsou zvoleny tak, že při procesních podmínkách stacionárního stavu plyn obsahující kyslík proniká do centrální oblasti přechodné zóny 23 a udržuje volný prostor 25 kolem dmyšní trubice 13 v podstatě bez kovu a strusky.

Za provozu, při procesních podmínkách stacionárního stavu, zavádění plynu obsahujícího kyslík prostřednictvím dmyšní trubice J_3 napomáhá dodatečnému spalování reakčních plynů CO a H2 v přechodové zóně 23 a ve volném prostoru 25 kolem konce dmyšní trubice 13 a vytváří prostoru plynu vysokou teplotu kolem 2000 °C nebo vyšší. Teplo se přenáší do vzestupných a sestupných vyšplíchnutí, kapek či proudů roztaveného materiálu v prostoru zavádění plynu a tak se teplo částečně přenáší do vrstvy 15 kovu když se roztavený materiál vrací do lázně taveniny.

Volný prostor 25 je důležitý pro dosažení vysoké úrovně dodatečného spalování protože umožňuje vstup plynů do prostoru nad přechodnou zónou 23 do koncové oblasti dmyšní trubice a zvyšuje vystavení reakčních plynů dodatečnému spalování.

Spojený účinek umístění dmyšní trubice 13. průtoku skrze dmyšní trubici 13, a vzestupného pohybu vyšplíchnutí, kapek či proudů roztaveného materiálu a strusky dává tvar přechodné zóně 23 kolem spodní oblasti dmyšní trubice 13, obecně označené vztahovou značkou 27. Tato tvarovaná oblast poskytuje částečnou bariéru přestupu tepla radiaci do bočních stěn 5.

Kromě toho za procesních podmínek stacionárního stavu jsou vzestupná a sestupná vyšplíchnutí, kapky či proudy kovu a strusky účinným prostředkem pro přestup tepla z přechodné zóny 23 do lázně taveniny s tím výsledkem, že teplota přechodné zóny 23 v oblasti bočních stěn 5 je přibližně 1450 až 1550 °C.

Nádoba je konstruována s ohledem na úrovně vrstvy 15 kovu, vrstvy 16 strusky a přechodné zóny 23 v nádobě když se způsob provádí za procesních podmínek stacionárního stavu, a s ohledem na to, že vyšplíchnutí, kapky a proudy roztaveného kovu a strusky jsou vystřikovány do horního prostoru 31 nad přechodnou zónu 23, když se způsob provádí za podmínek stacionárního stavu procesu, tak, že:

(a) mstěj a spodní usek 53 pláště bočních stěn 5. které jsou ve styku s vrstvami ΐ 5, 16 kovu a strusky jsou vytvořeny z cihel ze žáruvzdorného materiálu (naznačeno křížovým šrafováním na obrázku);

(b) alespoň část spodního úseku 53 pláště bočních stěn 5 je obložena vodou chlazenými panely 8; a (c) homí plášťový úsek 51 bočních stěn 5 a klenby 7, kteréjsou ve styku s přechodnou zónou 23 a horním prostorem 3i jsou vytvořeny z vodou chlazených panelů 57, 59,

Každý z vodou chlazených panelů 8, 57, 59 v horním úseku 51 pláště bočních stěn 5 má paralelní homí a spodní okraje a paralelní boční okraje a je zakřiven tak, že definuje úsek válcového pláště. Každý panel obsahuje vnitřní trubky vodního chlazení a vnější trubky vodního chlazení. Trubky jsou tvarovány do hadovité konfigurace s horizontálními úseky propojenými zakřivenými úseky. Každá trubka dále má vstup vody a výstup vody. Trubky jsou vertikálně rozmístěny tak, že horizontální úseky vnější trubky nejsou, v pohledu z exponované strany panelu, tzn. ze strany přivrácené vnitřku nádoby, bezprostředně za horizontálními úseky vnitřní trubky. Každý panel dále

-7CZ 302435 B6 zahrnuje dusaný žáruvzdorný materiál, který vyplňuje mezery mezi sousedními přímými úseky každé trubky a mezi trubkami. Kazdy panel dále zahrnuje nosnou desku, která tvoři vnější povrch panelu.

Vstupy vody a výstupy vody trubek jsou připojeny k (neznázorněnému) vodnímu okruhu, který žene vodu s vysokým průtokem trubkami.

Výše zmíněné práce na pilotním zařízení byly přihlašovatelem prováděny v řadě dlouhotrvajících cyklů na jeho pilotním zařízení v Kwinaně v Západní Austrálii.

Práce na pilotním zařízení byly prováděny s nádobou znázorněnou na obrázku a popsanou výše, za výše popsaných procesních podmínek stacionárního stavu.

Při práci na pilotním zařízení byla vyhodnocována nádoba a zkoumán proces v širokém rozmezí proměnných:

(a) vsázkových materiálů;

(b) množství zaváděného plynu a pevných látek;

(c) charakteristik strusky - měřených v termínech hloubky vrstvy strusky a poměru struska:kov;

(d) provozních teplot; a (e) konstrukce zařízení.

Prací na pilotním zařízení byly stanoveny výhodné najížděcí postupy, které fungovaly efektivně a účinně. Výhodný postup najíždění je shrnut níže.

(1) Vyčistí se nádoba pro odstranění úsad strusky z nístěje, bočních stěn 5 a klapky 7, které byly uloženy v předchozím cyklu. Odstranění strusky je důležité kvůli potenciálnímu snížení spolehlivosti, které může nastat, během najíždění, jestliže se roztavená struska dostane do předpecí 77. Po vyčištění nádoby se nastříkají spinelem s vysokým obsahem oxidu hlinitého vodou chlazené panely pro snížení ztrát tepla prostřednictvím panelů během postupu najíždění. Před nebo po předchozí operaci se přišroubují nebo jinak připojí prodloužení (neznázoměná) na dmyšní trubice 11 pro zavádění pevných látek pro zvětšení efektivní délky dmyšních trubic během procesu najíždění v době, kdy je hladina roztaveného materiálu v nádobě poměrně nízká. Prodloužení jsou vytvořena z nerezové oceli nebo jiného vhodného materiálu, který se v roztavené lázni taví, když se zvyšuje hladina lázně a zaplavuje tato prodloužení.

(2) Předehřeje se nádoba.

Výhodný způsob předehřevu je spalování plynu a vzduchu v nádobě. V praxi je výhodné omezit teplotu předehřevu na 1400 °C, protože teplota plamene pro vytvoření této teploty předehřevu je značně vyšší a mohla by zapříčinit poškození žáruvzdorného materiálu nádoby. Pro zlepšení účinnosti přestupu teplaje na předpecí 77 umístěno víko 73 a směrem dolů protažené krycí desky 75.

Jiná výhodná volba ohřevu, v situaci kdy jsou k dispozici ohřívače větru, je předehřívat vzduch dmýchaný skrze dmyšní trubici 13 a postupně zvyšovat množství vzduchu, které je předehřáto prostřednictvím ohřívačů větru, až všechen vzduch vstupuje prostřednictvím ohřívačů větru, a pak doplnit předehřev v posledních 400 °C pomocí palivového horáku, jak je výše popsáno.

(3) Připraví se vsázka 40 až 45 tun roztaveného železa, která obsahuje 4 % hmotn. uhlíku,

0,75 % hmotn. křemíku a 0,5 % hmotn. hliníku, a má průměrnou teplotu 1360 °C.

-8 CZ 302435 B6 (4) Ukončí se předehřívání a dopraví se vsázka roztaveného železa do nádoby prostřednictvím předpecí 77 a zavádí se dusík (nebo jiný vhodný nosný plyn) skrze dmyšní trubice 11 do nádoby při tlaku alespoň 100 kPa nad tlakem v nádobě, čímž se brání vnikání roztaveného materiálu do dmyšních trubic J_L (5) Po vsazení roztaveného železa se pokračuje v zavádění dusíku jako v kroku (4) a zavádí se plyn obsahující kyslík skrze dmyšní trubici 13 pri počátečním průtoku 12 000 Nm³/h s nárůstem na 20 000 Nm³/h (minimální průtok, požadovaný pro zavádění pevných látek) pro spálení křemíku a hliníku a dekarburizaci vsázky roztaveného železa a pro vytváření oxidu uhelnatého a oxidu uhličitého a tím se zahřívá lázeň roztaveného železa. Zároveň se zvýší tlak v nádobě na minimální tlak potřebný pro zavádění pevných látek (zpravidla 20 kPa). Doba potřebná pro tento krok je zpravidla 5 až 10 minut.

(6) Po stabilizování zavádění plynu obsahujícího kyslík na 20 000 Nm³/h se začne zavádět uhlí a tavidlo (zpravidla vápenec) prostřednictvím dmyšních trubic ϋ pri počátečním množství uhlí 3 tuny/h a začne se monitorovat obsah kyslíku a/nebo CO a/nebo CO₂ v odplynu pro zjištění, zda lázeň reaguje. Pokles obsahu kyslíku a/nebo CO a/nebo CO₂ naznačuje, že lázeň reaguje. Po zjištění tohoto trendu se množství uhlí a průtok plynu obsahujícího kyslík může zvyšovat. Cílem tohoto kroku je (a) zvýšit teplotu a obsah uhlíku v roztaveném železe co nejrychleji na minimální teplotu roztaveného železa 1540 °C a minimální obsah uhlíku 4,5 % hmotn., (b) vytvořit strusku mající požadovanou bazicitu, a (c) započít ustavování přechodné zóny 23. V průběhu tohoto kroku dochází k velkému tepelnému zatížení vodou chlazených panelů. Průtok plynu obsahujícího kyslík se zvýší na 28 000 Nm³/h. To má za následek zvýšení tlaku v nádobě na 70 až 75 kPa. Tento krok zpravidla probíhá po dobu 30 minut.

(7) Po dosažení teploty roztaveného železa minimální teploty 1450 °C a minimálního obsahu uhlíku 4,5 % hmotn. se začne zavádět směs prachové železné rudy a přímo redukovaného železa (DRI) skrze dmyšní trubice JT při počátečním množství 6 tun/h za pokračujícího zavádění uhlí a tavidla a směs se taví a vytváří se proud roztaveného železa z předpecí a vytváří se dodatečné spalování a přestup tepla v přechodné zóně 23. Poté, co začnou narůstat úrovně dodatečného spalování začnou klesat tepelná zatížení panelů a prosazení směsi se může zvýšit.

(8) Zároveň se přímo redukované železo (DRI) může postupně nahrazovat částečně redukovanou železnou rudou nebo železnou rudou až do dosažení cílového stavu, kdy je jediným kovonosným vsázkovým materiálem cílový vsázkový materiál, a kdy je proces ve stacionárním stavu.

(9) Po 2 až 3 hodinách provozu se nádoba odpíchne pro získání vzorku strusky a stanoví se procesní podmínky.

Počáteční zavádění směsi prachové železné rudy a přímo redukovaného železa (DRI) ve výše uvedeném kroku (7) je funkcí velikosti nádoby a tepelných ztrát. V případě pilotního zařízení byly velmi velké tepelné ztráty ve fázi najíždění a přidávání přímo redukovaného železa (DRI) bylo nezbytné pro ustavení produkce kovu. Ve větších nádobách průmyslové velikosti se nepředpokládají tak velké ztráty tepla a přidávání přímo redukovaného železa (DRI) nemusí být nezbytné.

Jsou možné četné modifikace výše popsaného výhodného provedení způsobu podle předloženého vynálezu bez opuštění myšlenky a rozsahu předloženého vynálezu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob najíždění procesu přímého tavení pro výrobu železa zkovonosného vsázkového materiálu v metalurgické nádobě, přičemž tato nádoba obsahuje množinu přívodních či dmyšních trubic pro přivádění vsázkového materiálu, přičemž postup zahrnuje kroky:

(a) předehřívání nádoby, prostřednictvím spalování palivového plynu a vzduchu v nádobě, (b) zavádění vsázky roztaveného železa do nádoby a vytváření lázně taveniny v nádobě, (c) přivádění uhlíkatého materiálu a tavidla do lázně taveniny a vhánění plynu obsahujícího kyslík prostřednictvím jedné nebo více než jedné přívodní či dmyšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu, spalování uhlíku a plynu vznikajícího z lázně pro ohřívání roztavené lázně, vytváření strusky a zahájení ustavení přechodové zóny a zvyšování tlaku v nádobě, a (d) přivádění kovonosného vsázkového materiálu do nádoby při kontinuálním přivádění uhlíkatého materiálu a tavidla a vhánění plynu, obsahujícího kyslík, a tavení kovonosného vsázkového materiálu a vytváření přídavného roztaveného železa, pokud předem stanovené podmínky, zahrnující jakoukoliv jednu nebo více z podmínek, jako je teplota roztavené lázně alespoň 1400 °C, koncentrace uhlíku alespoň 4 % hmotnostní v roztavené lázni, a úroveň přídavného spalování pod úrovní, která znamená nasycení roztavené lázně uhlíkem, dosáhnou předem stanovené prahové hodnoty.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že krok (c) zahrnuje zavádění uhlíkatého materiálu a tavidla prostřednictvím vhánění uhlíkatého materiálu a tavidla s pomocí jedné nebo více než jedné přívodní či dmyšní trubice pro zavádění vsázkového materiálu.
3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že zahrnuje vhánění jednoho nebo více uhlíkatého materiálu, tavidla a kovonosného vsázkového materiálu s nosným plynem přes jednu nebo více přívodních či dmyšních trubic pro vhánění materiálu.
4. Způsob podle kteréhokoliv z nároků laž3, vyznačující se tím, že krok (d) obsahuje přivádění kovonosného vsázkového materiálu prostřednictvím vhánění vsázkového materiálu přes jednu nebo více přívodní či dmyšní trubici pro přivádění vsázkového materiálu.
5. Způsob podle kteréhokoliv z nároků laž4, vyznačující se tím, že mezi kroky (b) a (c) obsahuje vhánění plynu, obsahujícího kyslík, přes jednu nebo více přívodní nebo dmyšní trubici před započetím přivádění uhlíkatého materiálu a tavidla v kroku (c) pro spalování oxidovatelného materiálu v lázni taveniny pro zvýšení teploty lázně.
6. Způsob podle kteréhokoliv z nároků Íaž5, vyznačující se tím, že nádoba obsahuje předpecí a krok (b) obsahuje přivádění vsázky prostřednictvím předpecí.
7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že krok (a) předehřívání obsahuje umístění víka na předpecí pro minimalizaci tepelných ztrát prostřednictvím předpecí.
8. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že obsahuje čištění nádoby před krokem (a) pro odstranění strusky, která zůstala v nádobě po ukončení předchozího běhu procesu přímého tavení.
9. Způsob podle kteréhokoliv z nároků laž8, vyznačující se tím, že nádoba obsahuje vodou chlazené panely, které tvoří alespoň část bočních stěn nádoby, přičemž postup najíž-10CZ 302435 Bó dění zahrnuje nastřikování licího žáruvzdorného materiálu na panely před krokem (a) pro snížení počátečních ztrát tepla z panelů během postupu naj íždění.
10. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že roztavené

5 železo, přiváděné v kroku (b), obsahuje alespoň 3 % hmotnostní uhlíku.
11. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že roztavené železo, přiváděné v kroku (b), obsahuje křemík a/nebo hliník a/nebo jakýkoliv jiný vhodný oxidovatelný materiál.

to
12. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 3ažll, vyznačující se tím, že krok (c) obsahuje vhánění nosného plynu při tlaku alespoň o 100 kPa vyšším, než je tlak v nádobě s vháněným uhlíkatým materiálem a tavidlem.

15
13. Způsob podle kteréhokoliv z nároků lažl2, vyznačující se tím, že obsahuje zvýšení průtokové rychlosti plynu, obsahujícího kyslík, v průběhu každého z kroků (c) a (d).
14. Způsob podle nároku 13, vyznačující se tím, že obsahuje vhánění plynu, obsahujícího kyslík, při průtokové rychlosti alespoň 12 000 Nm³/h v kroku (c).
15. Způsob podle nároku 13 nebo 14, vyznačující se tím, že obsahuje vhánění plynu, obsahujícího kyslík, při průtokové rychlosti alespoň 20 000 Nm³/h v kroku (d).
16. Způsob podle kteréhokoliv z nároků lažl5, vyznačující se tím, že obsahuje sta25 novení doby pro provádění kroku (c) monitorováním koncentrací kyslíku a/nebo oxidu uhelnatého a/nebo oxidu uhličitého v odplynu z nádoby.
17. Způsob podle kteréhokoliv z nároků lažló, vyznačující se tím, že kovonosným vsázkovým materiálem je směs železné rudy a vysoce redukovaného kovonosného vsázkového

30 materiálu, a postup najíždění zahrnuje redukci množství vysoce redukovaného kovonosného vsázkového materiálu zaváděného do lázně taveniny za časový úsek, nahrazení tohoto vysoce redukovaného kovonosného materiálu železnou rudou, a pokračování vhánění plynu, obsahujícího kyslík do dosažení procesních podmínek stacionárního stavu.

35
18. Způsob podle nároku 17, vyznačující se tím, že vysoce redukovaný kovonosný vsázkový materiál, přiváděný v kroku (d), je alespoň ze 60 % kovový.
19. Způsob podle nároku 18, vyznačující se tím, že vysoce redukovaný kovonosný vsázkový materiál je přímo redukované železo.