CZ302736B6

CZ302736B6 - Zpusob prímého tavení a nádoba na výrobu kovu

Info

Publication number: CZ302736B6
Application number: CZ20010764A
Authority: CZ
Inventors: Anne McCarthy@Carolyn; James Dry@Rodney; Ellen Goldsworthy@Tara
Original assignee: Technological Resources Pty Ltd
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1999-09-03
Publication date: 2011-10-12
Also published as: EP1114191B1; EP1114191A4; ID29849A; ZA200101736B; AUPP570098A0; DE69914612D1; CA2341898C; CN1207400C; JP2002524656A; ATE258995T1; MY123336A; KR20010079741A; WO2000014285A1; CA2341898A1; RU2221050C2; US6478848B1; CN1314954A; TW450998B; DE69914612T2; EP1114191A1

Abstract

Zpusob prímého tavení pro výrobu kovu ze vsázkového materiálu obsahujícího kov je zpusobem založeným na roztavené lázni, pri kterém dochází k tavení prevážne ve vrstve kovu, pricemž jsou nosný plyn, vsázkový materiál obsahující kov, a pevný uhlíkatý materiál vhánené do vrstvy kovu prívodními trubkami/dmyšnami, a pricemž je plyn obsahující kyslík vhánen do horního prostoru nad roztavenou lázní pro prídavné spalování reakcních plynu, uvolnovaných z roztavené lázne. Vhánení vsázkového materiálu, obsahujícího kov, a pevného uhlíkatého materiálu zpusobuje vypuzování roztaveného materiálu z roztavené lázne ve forme rozstrikovaných a šplíchajících kapicek a proudu, pricemž vytvárí prechodovou oblast. Podstatou zpusobu je vytvárení trubky z pevného materiálu na výstupním konci alespon jedné prívodní trubky/dmyšny pri vhánení vsázkového materiálu obsahujícího kov, a uhlíkatého materiálu prívodními trubkami/dmyšnami, jehož úcelem je prodloužení úcinné délky prívodní trubky/dmyšny nebo prívodních trubek/dmyšen.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu přímého tavení pro výrobu kovu z kovonosného vsázkového materiálu.

Vynález se rovněž týká nádoby na výrobu kovu z kovonosného vsázkového materiálu shora uvedeným způsobem přímého tavení.

Vynález se tedy týká způsobu výroby roztaveného kovu, přičemž tento výraz zahrnuje i slitiny kovů, a to zejména, avšak nikoli výlučně, způsobu výroby železa z výchozího materiálu, obsahujícího kov, jako jsou například rudy, částečně redukované nebo odkysličené rudy a odpadní materiály, obsahující kov, v metalurgické nádobě, která obsahuje roztavenou lázeň.

Vynález se týká zejména přímého tavícího procesu, využívajícího lázně roztaveného kovu, a určeného k výrobě roztaveného kovu z výchozího materiálu, obsahujícího kov.

Dosavadní stav techniky

Známý způsob přímého tavení, který je založen na vrstvě roztaveného kovu jako na reakčním médiu, a který je obecně nazýván jako tavící proces HISmelt, je popsán v mezinárodní patentové přihlášce PCT/AU 96/00197 (WO 96/31627) na jméno přihlašovatele.

Tento taviči proces HISmelt, tak jak je popsán ve shora uvedené mezinárodní patentové přihlášce, obsahuje:

(a) vytváření lázně roztaveného kovu a strusky v nádobě;

(b) přivádění či vhánění do této lázně:

(i) vstupního materiálu, obsahujícího kov, kterým jsou obvykle oxidy kovů; a (ii) pevného uhlíkatého materiálu, obvykle uhlí, které působí jako redukční Činidlo pro oxi35 dy kovů a jako zdroj energie; a (c) tavení vstupního materiálu, obsahujícího kov, na kov v kovové vrstvě.

Výraz „tavení“ je zde nutno chápat tak, že znamená tepelné zpracovávání, pří kterém dochází k chemickým reakcím, během nichž jsou odkysličovány nebo redukovány oxidy kovů za účelem výroby tekutého kovu.

Tavící proces HISmelt rovněž zahrnuje reakční plyny pro přídavné spalování, jako jsou například oxid uhelnatý CO a vodík H2, uvolňované z lázně v prostoru nad lázní prostřednictvím plynu, obsahujícího kyslík, a převádění tepla, vytvářeného prostřednictvím přídavného spalování, do lázně za účelem zvyšování tepelné energie, požadované pro tavení vstupních materiálů, obsahujících kov.

Tavící proces HISmelt rovněž zahrnuje vytváření přechodové oblasti nad nominálním nehybným povrchem lázně, ve které dochází ke stoupání a klesání rozstřikovaných a Šplíchajících kapiček nebo proudů roztaveného kovu a/nebo strusky, které vytvářejí účinné médium pro přenášení do lázně tepelné energie, která je vytvářena prostřednictvím přídavného spalování reakčních plynů v prostoru nad lázní.

-1 CZ 302736 B6

Podstata vynálezu

Přihlašovatel provedl rozsáhlé zkušební a provozní testy se zkušebním zařízením pri provádění tavícího procesu HISmelt, přičemž učinil celou řadu významných zjištění, týkajících se tohoto procesu.

Jedním z významných zjištění je to, zeje možno dosáhnout překvapivě vysokého stupně regulace procesu prostřednictvím:

(a) přivádění pevných materiálů, jako jsou vsázkový materiál, obsahující kov, a pevný uhlíkatý materiál, do vrstvy kovu prostřednictvím většího počtu přívodních ěi dmyšních trubic, umístěných nad vrstvou kovu, a směrujících do vrstvy kovu; a (b) vytváření trubky zpěvného materiálu, kterým je obvykle alespoň převážně struska, na koncích každé přívodní ěi dmyšní trubice, v důsledku čehož dochází k prodloužení délky přívodní či dmyšní trubice.

Regulace je výsledkem délek trubek, které se automaticky mění spolu s hladinou roztaveného kovu, v důsledku čehož je udržována v podstatě konstantní vzdálenost mezi účinnými konci přívodních či dmyšních trubic a kovem.

Délka trubky na přívodní či dmyšní trubici je určována hladinou roztaveného kovu v roztavené lázni v blízkosti přívodní či dmyšní trubice. Pokud hladina roztavené lázně stoupá, je větší prav25 děpodobnost, že roztavený kov, který je rozstřikován nebo jiným způsobem vypuzován z vrstvy kovu, přijde do styku s koncem trubky a roztavení jej v důsledku vyššího přestupu tepla kovu v porovnání se struskou.

Pokud naopak hladina roztavené lázně klesá, je zde menší pravděpodobnost styku roztaveného

3o kovu s trubkou, v důsledku čehož se může konec trubky postupně zvětšovat směrem k vrstvě kovu.

Ke kolísání hladiny roztaveného kovu dochází jak při kontinuálním odvádění kovu, tak i při jeho odpichování v dávkách, takže předmět tohoto vynálezu je využitelný pro oba tyto typy procesů.

Kromě toho zajištění vysokého stupně regulace vhánění pevných materiálů do vrstvy kovu, což je velice důležité u způsobu přímého tavení, založených na kovu, jako je například taviči proces HISmelt, umožňuje předmět tohoto vynálezu provozovat daný způsob s pevnými přívodními či dmyšnímí trubicemi pro vhánění pevného materiálu. To je velice výhodné, jelikož pohyblivé pří40 vodní či dmyšní trubice vyžadují těsnění, přičemž u těsnění je z konstrukčního hlediska velice obtížné zaručit netěsnost a vyloučit poruchy.

Kromě shora uvedených výhod dále předmět tohoto vynálezu umožňuje umístit přívodní či dmyšní trubici přímo do oblasti rozstřikovaných a šplíchajících kapiček a proudů roztaveného kovu a tím zamezit poškození přívodní či dmyšní trubice prostřednictvím styku s roztaveným kovem, přičemž je však zajištěno, že účinný konec přívodní ěi dmyšní trubice je pokud možno co nejblíže k vrstvě kovu.

To umožňuje využít vodou chlazené přívodní Či dmyšní trubice, aniž by tyto přívodní či dmyšní trubice byly v přílišné blízkosti roztavené lázně, což by znamenalo vážné bezpečnostní riziko. To je obzvláště významný výsledek pro způsoby tavení, založené na roztavené vrstvě, jako je například tavící proces HISmelt.

Předmět tohoto vynálezu tak umožňuje uvést do souladu protichůdné požadavky na:

-2CZ 302736 B6 (i) bezpečnost, které diktuji umístit přívodní či dmyšní trubice co možno nejdále od vrstvy kovu; a (ii) provoz, které diktují umístit přívodní či dmyšní trubice pokud možno co nejblíže k vrstvě kovu pro účely vhánění reagujících látek do vrstvy kovu.

V souladu s předmětem tohoto vynálezu byl proto vyvinut způsob přímého tavení pro výrobu kovu z kovonosného vsázkového materiálu, který obsahuje následující kroky:

io (a) vytváření roztavené lázně, která má vrstvu kovu a vrstvu strusky, ležící na vrstvě kovu, v metalurgické nádobě, (b) přivádění nosného plynu, kovonosného vsázkového materiálu, a pevného uhlíkatého materiálu do vrstvy kovu prostřednictvím většího poctu přívodních Či dmyšních trubic pro přivádění i5 pevného materiálu, umístěných nad povrchem a směřujících směrem k povrchu vrstvy kovu, a zajištění pronikání roztaveného materiálu ve formě rozstřikovaných a šplíchajících kapiček a proudů do prostoru nad nominálním nehybným povrchem roztavené lázně pro vytvoření přechodové oblasti, (c) tavení kovonosného vsázkového materiálu, na kov ve vrstvě kovu, a (d) dmýchání plynu, obsahujícího kyslík, do nádoby jednou nebo více přívodního či dmyšními trubicemi a přídavné spalování reakčních plynů, uvolňujících se z roztavené lázně, přičemž stoupající a poté klesající rozstřikované a Šplíchající kapičky a proudy roztaveného materiálu v pře25 chodové oblasti usnadňují přestup tepla do roztavené lázně, a přičemž přechodová oblast minimalizuje tepelné ztráty z nádoby přes boční stěny ve styku s přechodovou oblastí, přičemž způsob obsahuje kroky:

(i) umístění výstupního konce každé přívodní či dmyšní trubice pro přivádění pevného materiálu ve vrstvě strusky, (ii) udržování výstupního konce každé přívodní či dmyšní trubice pro přivádění pevného materiálu na teplotě nižší, než je teplota tuhnutí strusky, prostřednictvím vodního chlazení výstupních konců pro podporu počátečního tuhnutí pevného materiálu na výstupních koncích, a (iii) přivádění kovonosného vsázkového materiálu a uhlíkatého materiálu přívodními či dmyšními trubicemi pro přivádění pevného materiálu v plynu, kterýje chudý na kyslík, pro vytváření trubky z pevného materiálu na výstupním konci alespoň jedné přívodní či dmyšní trubice a pro prodloužení účinné délky přívodní či dmyšní trubice nebo přívodních či dmyšních trubic.

Podstata předmětného řešení spočívá zejména v tom, že se shora uvedeným způsobem vytváří trubka z pevného materiálu na výstupním konci alespoň jedné přívodní ěi dmyšní trubice při přivádění vsázkového materiálu, obsahujícího kov, a uhlíkatého materiálu přívodními či dmyšními trubicemi pro přivádění pevného materiálu pro prodloužení účinné délky přívodní či dmyšní trubice nebo přívodních či dmyšních trubic.

Krok (d) vytváření trubky nebo trubek s výhodou zahrnuje přivádění kovonosného materiálu, a/nebo uhlíkatého materiálu přívodními či dmyšními trubicemi pro přivádění pevného materiálu tak, že endotermická povaha těchto materiálů vytváří oblast kolem výstupních konců přívodních či dmyšních trubic pro přivádění pevného materiálu, ve které je teplota nižší, než je teplota tuhnutí strusky.

Nosným plynem v kroku (b) je s výhodou plyn s nedostatečným obsahem kyslíku.

Způsob podle tohoto vynálezu s výhodou zahrnuje přivádění kovonosného vsázkového materiálu, a/nebo uhlíkatého materiálu v kroku (b) tak, že trubka nebo každá trubka vytváří souosé prodloužení každé přívodní či dmyšní trubice pro přivádění pevného materiálu.

Způsob podle tohoto vynálezu dále rovněž s výhodou zahrnuje regulování hmotnostního průtokového množství kovonosného vsázkového materiálu, a uhlíkatého materiálu a/nebo rychlosti nosného plynu, kovonosného vsázkového materiálu, a uhlíkatého materiálu.

Způsob podle tohoto vynálezu dále rovněž s výhodou zahrnuje udržování výstupního konce každé přívodní či dmyšní trubice pro přivádění pevného materiálu na teplotě, která je nižší, než je teplota tuhnutí strusky pro podporu počátečního tuhnutí pevného materiálu na koncích.

Způsob podle tohoto vynálezu může rovněž s výhodou zahrnovat umístění každé přívodní či dmyšní trubice pro vhánění pevného materiálu tak, že výstupní konec leží pod povrchem roztavené lázně a nad vrstvou kovu.

V souladu s dalším aspektem předmětu tohoto vynálezu byla dále vyvinuta nádoba na výrobu kovu z kovonosného vsázkového materiálu způsobem přímého tavení podle nároku t, přičemž nádoba obsahuje roztavenou lázeň, mající vrstvu kovu a vrstvu strusky na této vrstvě kovu, přičemž nádoba obsahuje:

(a) nístěj, vytvořenou ze žáruvzdorného materiálu, jejíž základna (3) a strany (55) jsou ve styku s roztaveným kovem, (b) boční stěny (5), které vybíhají směrem vzhůru ze strany nístěje a jsou ve styku s vrstvou strusky, (e) jednu nebo více přívodních či drnyšních trubic (13), zasahujících směrem dolů do nádoby pro dmýchání plynu, obsahujícího kyslík, do nádoby, (d) množinu přívodních či dmyšních trubic (11) pro přivádění pevného materiálu, směřujících dolů a dovnitř do nádoby a vhánějících nosný plyn, kovonosný vsázkový materiál, a uhlíkatý materiál do vrstvy kovu, přičemž výstupní konec alespoň jedné přívodní či dmyšní trubice (11) je umístěn nad povrchem vrstvy kovu během provozování způsobu přímého tavení v nádobě, (e) prostředky pro odvádění roztaveného kovu a strusky z nádoby, přičemž alespoň jedna z přívodních či dmyšních trubic pro přivádění nosného plynu, kovonosného vsázkového materiálu a uhlíkatého materiálu má na sobe trubku ze ztuhlého pevného materiálu, která vytváří prodloužení výstupního konce přívodní ěi dmyšní trubice.

Výstupní konec každé přívodní či dmyšní trubice pro přivádění pevného materiálu leží s výhodou alespoň 150 mm nad nehybným povrchem vrstvy kovu.

Výstupní konec každé přívodní čí dmyšní trubice pro přivádění pevného materiálu leží však s výhodou nejvýše 500 mm nad nehybným povrchem vrstvy kovu.

Každá přívodní či dmyšní trubice pro přivádění pevného materiálu obsahuje:

(a) dutý podélný člen, který vymezuje středový kanál pro vsázkový materiál a který má vstupní konec a výstupní konec, a

-4 CZ 302736 B6 (b) vnější vodní chladicí plášť.

Shora uvedený člen s výhodou zasahuje za vodní chladicí plášť na výstupním konci každé přívodní ěi dmyšní trubice.

Každá přívodní ěi dmyšní trubice pro přivádění pevného materiálu s výhodou probíhá dolů a směrem dovnitř do nádoby pod úhlem o velikosti 30 až 60° vzhledem ke svislici.

Roztavený kov je obvykle hlavní součástí, přičemž struska je zbývající součástí roztaveného materiálu v rozstřikovacích a Špllehajících kapičkách a proudech roztaveného materiálu, vypuzovaného z vrstvy kovu. Rozstřikované a šplíchající kapičky a proudy roztaveného materiálu zpravidla unášejí další roztavený materiál (obvykle strusku) při svém pohybu směrem vzhůru. Postupně tyto rozstřikované a šplíchaj ící kapičky a proudy roztaveného materiálu ztrácejí hybnost a padaj í zpět dolů do vrstvy kovu.

Z hlediska vyšší hustoty kovu, než má struska, pak relativní množství kovu v roztaveném materiálu v rozstřikovaných a špl lehajících kapičkách a proudech roztaveného materiálu klesá se vzdáleností od vrstvy kovu do bodu, kde přechodová oblast může obsahovat malé nebo žádné množství kovu.

Výraz „vrstva kovu“ je zde třeba chápat tak, že znamená tu oblast lázně, ve které je převážně kov. Tento výraz zejména pokrývá oblast nebo zónu, která zahrnuje rozptýlenou roztavenou strusku v souvislém objemu kovu.

Výraz „vrstva strusky“ je zde třeba chápat tak, že znamená tu oblast lázně, ve které je převážně struska. Tento výraz zejména pokrývá oblast nebo zónu, která zahrnuje rozptýlený roztavený kov v souvislém objemu strusky.

Prostor nad nominálním nehybným povrchem lázně je zde nazýván jako „horní prostor“.

Výraz „nehybný povrch“ je v souvislosti s roztavenou lázní nutno chápat tak, že znamená povrch roztavené lázně za provozních podmínek, kdy nedochází k žádnému vhánění plynů ani pevných látek, takže nedochází k žádnému promíchávání lázně.

Obdobě pak výraz „nehybný povrch“ v souvislosti s vrstvou kovu je nutno chápat tak, že znamená povrch vrstvy kovu za provozních podmínek, kdy nedochází k žádnému vhánění plynů ani pevných látek, takže nedochází k žádnému promíchávání lázně.

Trubka nebo trubky jsou obvykle vytvářeny alespoň převážně ze ztuhlé strusky. Trubka nebo každá trubka může obsahovat určité množství ztuhlého kovu.

Způsob podle tohoto vynálezu s výhodou zahrnuje umístění každé přívodní či dmyšní trubice pro vhánění pevného materiálu tak, že její výstupní konec leží pod povrchem roztavené lázně a nad vrstvou kovu.

Daný způsob s výhodou zahrnuje umístění každé přívodní či dmyšní trubice pro přivádění pevného materiálu tak, že její výstupní konec leží alespoň 150 mm nad nehybným povrchem vrstvy kovu.

Předmětný způsob s výhodou zahrnuje umístění každé přívodní či dmyšní trubice pro přivádění pevného materiálu tak, že její výstupní konec neleží výše, než 500 mm, s výhodou pak nejvýše 400 mm nad nehybným povrchem vrstvy kovu.

V souvislostí s výškami přívodních či dmyšních trubic pro vhánění pevného materiálu nad nehybným povrchem vrstvy kovu, uvedenými v předcházejících dvou odstavcích, je třeba konsta-5 CZ 302736 B6 tovat, že tyto výšky závisejí na takových parametrech, jako je hmotnostní průtokové množství pevného materiálu, procházející přívodními či dmyšními trubicemi, přičemž přihlašovatel zjistil při zkušebním provozu zkušebního zařízení, že délka trubky nebo trubek byla až do velikosti 600 mm, obvykle alespoň 200 mm.

Je proto nutno zdůraznit, že délka trubky o velikosti 600 mm a úhel přívodní či dmyšní trubice o velikosti 30 až 60° vzhledem ke svislici nevyhnutelně znamená, že trubka nebo trubky mohou směřovat dolů pod nehybný povrch vrstvy kovu. To představuje významné zjištění pro způsob, při kterém k tavení dochází alespoň převážně ve vrstvě kovu, neboť to znamená, že zde dochází k výraznému pronikání pevného materiálu do kovové vrstvy.

Způsobem je s výhodou způsob, který je popsán v mezinárodní patentové přihlášce PCT/AU 99/00538 o názvu „Způsob přímého tavení“ na jméno přihlašovatele, přičemž veškerý obsah shora uvedené patentové přihlášky je zde uváděn ve formě odkazu.

Nádoba na redukční tavení je s výhodou nádobou, která je popsána v mezinárodní patentové přihlášce PCT/AU 99/00537 o názvu „Nádoba na přímé tavení“ na jméno přihlašovatele, přičemž veškerý obsah shora uvedené patentové přihlášky je zde uváděn ve formě odkazu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladech jeho konkrétního provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:

obr. 1 znázorňuje pohled ve svislém řezu na metalurgickou nádobu, zobrazenou schematicky pro výhodné provedení způsobu podle tohoto vynálezu;

obr. 2 znázorňuje nárysný pohled v částečném řezu na příkladné provedení přívodní či dmyšní trubice pro přivádění pevného materiálu;

obr. 3 znázorňuje koncový pohled na přívodní či dmyšní trubici ve směru šipky, označené písmenem C na obr. 2; a obr. 4 znázorňuje pohled v řezu, přičemž řez je veden podél Čáry A—A z obr. 2.

Příklady provedení vynálezu

Následující popis se týká přímého tavení železné rudy pro účely výroby roztaveného železa, přičemž je však pochopitelné, že předmět tohoto vynálezu se neomezuje pouze na toto dané provedení, neboť je uplatnitelný i pro jakékoliv jiné vhodné kovové rudy a/nebo koncentráty a pro jiný vhodný vsázkový materiál, obsahující kov, jako jsou například částečně redukované či oky s líčené rudy kovů nebo odpadní materiály, obsahující kovy, které mohou být předehřátý.

Nádoba, která je znázorněna na vyobrazení podle obr. 1, má:

nístěj, která obsahuje základnu 3 a stěny 55, vytvořené ze žáruvzdorných cihel;

boční stěny 5, které vytvářejí obecně válcovitý buben, probíhající směrem vzhůru od stěn 55 nístěje, a které zahrnují horní válcový úsek 51 a spodní válcový úsek 53;

klenbu 7;

výstup 9 pro odcházející plyny;

-6CZ 302736 B6 před pecí 57 pro kontinuální odvádění roztaveného kovu; a odpichový otvor 6! pro odvádění roztavené strusky.

Za provozu uvedená nádoba obsahuje roztavenou lázeň železa a strusky, která sestává z vrstvy 15 roztaveného kovu a z vrstvy 16 roztavené strusky, která se nalézá na vrstvě 15 roztaveného kovu. Šipka, která je na obrázku označena vztahovou značkou 17 vyznačuje polohu nominálního nehybného povrchu vrstvy 15 roztaveného kovu, přičemž šipka, označená vztahovou značkou 19. vyznačuje polohu nominálního nehybného povrchu vrstvy 16 roztavené strusky.

Pod výrazem „nehybný povrch“ je třeba rozumět povrch, kdy nedochází k žádnému přivádění plynu nebo pevných látek do nádoby.

Nádoba je rovněž opatřena dvěma pevnými přívodními trubkami či dmyšními trubicemi JJ. pro přivádění pevného materiálu, které procházejí dolů směrem dovnitř přes boční stěny 5 a vedou do vrstvy 16 roztavené strusky pro účely přivádění železné rudy, pevného uhlíkatého materiálu a tavidel neboli strus kotvo mých přísad, obsažených v nosném plynu, který má nedostatek kyslíku, do vrstvy 15 roztaveného kovu. Poloha těchto přívodních trubek či dmyšních trubic JJ. pro přivádění pevného materiálu je zvolena tak, že jejich výstupní konce 35 leží nad povrchem vrstvy 15 roztaveného kovu během provádění daného způsobu.

Shora uvedená poloha přívodních trubek Či dmyšních trubic 11 pro přivádění pevného materiálu přispívá ke snížení rizika poškození těchto přívodních trubek či dmyšních trubic JJ. pro přivádění pevného materiálu v důsledku jejich styku s roztaveným kovem. Tato poloha přívodních trubek či dmyšních trubic JJ. rovněž umožňuje provádět vodní chlazení přívodních trubek čí dmyšních trubic JJ., při kterém dochází k výraznému snížení bezpečnostních rizik, která jsou s používáním vodního chlazení spojena.

Za provozu jsou přívodní trubky Či dmyšní trubice 11 chlazeny vodou v takovém rozsahu, který je dostatečný k udržování jejich výstupních konců pod úrovní teploty, při které struska tuhne. Tím je podporováno počáteční tuhnutí pevného materiálu na výstupním konci 35 každé přívodní trubky či dmyšní trubice 11, přičemž je ztuhlý materiál základnou pro trubku 81 pevného materiálu, která následně vytváří prodloužení každého výstupního konce 35 přívodní trubky či dmyšní trubice 11. Tímto pevným materiálem je alespoň převážně struska.

Hlavním mechanismem pro vytváření uvedené trubky je endotermická povaha přiváděné železné rudy a uhlíkatého materiálu přes přívodní trubky či dmyšní trubice JJ., přičemž dochází k vytváření oblasti kolem výstupních konců 35 přívodních trubek či dmyšních trubic 11, ve kterých panuje teplota nižší, než je teplota tuhnutí strusky. Používání nosného plynu, který je chudý na kyslík, kterého je v něm nedostatek, je velice významné z hlediska podporování endotermických reakcí.

Kromě toho regulace takových parametrů, jako jsou průtokové hmotnostní množství železné rudy a uhlíkatého materiálu a rychlost proudění nosného plynu z přívodních trubek či dmyšních trubic JJ., zaručuje, že trubky 81 vytvářejí souosá prodloužení přívodních trubek či dmyšních trubic JJ..

Délky trubek 81 jsou regulovány automaticky prostřednictvím hladiny roztaveného kovu ve vrstvě J5 roztaveného kovu. Jak již bylo shora uvedeno, tak pokud hladina roztaveného kovu stoupá, tak roztavený kov, který nevyhnutelně šplíchá nebo je jiným způsobem vypuzován z vrstvy 15 roztaveného kovu do vrstvy 16 roztavené strusky, přichází do styku s konci trubek 81 a tyto konce taví (v důsledku vyššího přestupu tepla kovu v porovnání se strus kou). Kromě toho, pokud hladina roztaveného kovu klesá a dochází ke zmenšenému styku roztaveného kovu s konci trubek 81, tak struska na těchto koncích tuhne a tak prodlužuje konce trubek 81.

Ze shora uvedeného je zcela zřejmé, že vzdálenost mezi vnějšími konci trubek 81 a roztaveným kovem určuje délku trubky 81. Významný výstup tohoto vzájemného vztahu spočívá v tom, zeje zde v podstatě stejnoměrná vzdálenost mezi přívodními konci přívodních trubek či dmyšních trubic J_L a vrstvou J_5 roztaveného kovu, což výrazně napomáhá při regulaci daného způsobu.

s

Výhodné provedení přívodní trubky či dmyšní trubice I 1 je znázorněno na vyobrazeních podle obr. 2 až obr. 4.

Přívodní trubka či dmyšní trubice 11 sestává z dutého členu 71, který vymezuje středový kanál io pro přivádění Železné rudy, pevného uhlíkatého materiálu a tavidel či strus kotvo rných přísad, unášených ve vhodném nosném plynu od vstupu 73 k výstupu 75 a k výstupnímu konci 35 přívodní trubky či dmyšní trubice JJ..

Přívodní trubka či dmyšní trubice 11 je rovněž opatřena vodním chladicím pláštěm 77, který obklopuje a uzavírá dutý člen 71 přes podstatnou část délky tohoto dutého členu 71. Přední konec dutého členu 7Ί přesahuje za přední konec vodního chladicího pláště 77. Toto prodloužení 78 dutého členu 71 má menší průměr, než ie průměr zbývající Části dutého Členu 71.

Dutý člen Hje opatřen osazením 79, které vytváří přechod mezi úseky dutého členu 71 o větším

2o a menším průměru. Toto osazení 79 je umístěno v blízkosti předního konce 83 vodního chladicího pláště 77 tak, že osazení 79 a přední konec 83 vodního chladicího pláště 77 vymezují prsteneovité zahloubení, které je obecně označeno vztahovou značkou 8U Toto prstencovité zahloubení 81 a prodloužení 78 dutého Členu 71 napomáhá při udržování struskové trubky na výstupním konci 35 přívodní trubky čí dmyšní trubice 11.

2?

Vodní chladicí plášť 77 jc opatřen důlkovaným povrchem, kterýje obecně označen vztahovou značkou 85, a jehož úkolem je zvýšit exponovanou povrchovou plochu vodního chladicího pláště 77 a napomáhat při podpoře tuhnutí struskové vrstvy na vodním chladicím plášti 78, jehož úkolem je chránit přívodní trubku čí dmyšní trubici Iljo

Pří provozu za stabilních provozních podmínek jsou železná ruda (obvykle v prachové formě), pevný uhlíkatý materiál (obvykle uhlí) a tavidla nebo struskotvorné přísady (obvykle vápno a oxid hořečnatý), unášené v nosném plynu (obvykle dusík N₂), přiváděny do vrstvy 15 roztaveného kovu prostřednictvím přívodních trubek či dmyšních trubic 11. Hybnost pevného materiálu a nosného plynu způsobuje, že tento pevný materiál a nosný plyn pronikají do vrstvy 15 roztaveného kovu. Uhlí ztrácí těkavost avdůsledku toho vytváří plyn ve vrstvě 15 roztaveného kovu. Uhlík se částečně rozpouští do kovu a částečně zde zůstává jako pevný uhlík. Železná ruda se taví na kov, přičemž při této tavné reakci se vyvíjí plynný oxid uhelnatý.

to Plyny, přiváděné do vrstvy J_5 roztaveného kovu a vytvářené prostřednictvím ztráty těkavosti a prostřednictvím tavení, vytvářejí výrazný vztlakový zdvih roztaveného kovu, pevného uhlíku a roztavené strusky (která je do vrstvy 15 roztaveného kovu přitahována z prostoru nad vrstvou J_5 roztaveného kovu v důsledku přivádění pevných látek a nosného plynu) z vrstvy 15 roztaveného kovu, v důsledku čehož dochází k pohybu směrem vzhůru rozstřikovaných a špllehajících čás45 tic, kapiček a proudů roztaveného materiálu, přičemž tyto rozstřikované a šplíchající částice kapičky a proudy vstupují do strusky při svém pohybu přes vrstvu 16 roztavené strusky.

Vztlakové zdvihání roztaveného kovu, pevného uhlíku a strusky způsobuje výrazné promíchávání vrstvy J_5 roztaveného kovu a vrstvy J_6 roztavené strusky, čehož výsledkem je, že vrstva 16 roztavené strusky nabývá na objemu a má povrch, kterýje na obrázku označen šipkou 30. Rozsah tohoto promíchávání je takový, že ve vrstvě 15 roztaveného kovu a ve vrstvě 16 roztavené strusky jsou v každé této oblasti přiměřeně jednotné teploty, které mají obvykle hodnotu 1450 až 1550 °C, přičemž kolísání teploty nepřesahuje 30 °C v každé oblasti, přičemž v každé této oblasti je rovněž přiměřeně jednotné složení materiálu.

-8CZ 302736 B6

Kromě toho vzhůru směřující pohyb příslušně rozstřikovaných špllehajících kapiček a proudů roztaveného kovu a strusky, kteréje způsobeno vztlakovým zdviháním roztaveného kovu, pevného uhlíku a roztavené strusky zasahuje do horního prostoru 31 nad roztaveným materiálem v nádobě a:

(a) vytváří tak přechodovou oblast 23; a (b) vypuzuje určité množství roztaveného materiálu (především strusky) za přechodovou oblast a do části horního válcového úseku 51 bočních stěn 5, tj. nad přechodovou oblast 23 a na klenbu

7.

Obecně řečeno představuje vrstva 16 roztavené strusky kapalný nepřetržitý objemový prostor s plynovými bublinkami a kovem (obvykle ve formě kapiček), přičemž přechodová oblast 23 představuje plynný nepřetržitý objemový prostor, ve kterém jsou obsaženy rozstřikované a šplí15 chající kapičky a proudy roztaveného materiálu (kterým je v této etapě alespoň převážně struska).

Výrazné promíchávání vrstvy 15. roztaveného kovu a vrstvy 16 roztavené strusky, způsobované shora uvedeným vztlakovým zdviháním, zajišťuje, že dochází k velmi výraznému promíchávání kovu ve vrstvě 16 roztavené strusky. Vhánění pevného uhlíkatého materiálu do vrstvy 15 rozta20 veného kovu zajišťuje, že je zde vysoká hladina rozpuštěného uhlíku v kovu, ktetý je promícháván do vrstvy 16 roztavené strusky. V důsledku tohoto rozpuštěného uhlíku v kovu ve vrstvě 16 roztavené strusky a v důsledku výrazného promíchávání kovu ve vrstvě 16 roztavené strusky je v této vrstvě 16 roztavené strusky výhodně nízká hladina FeO ve strusce (obvykle méně, než 5 % hmotnostních).

Nádoba je dále opatřena přívodní ěi dmyšní trubicí 13 pro dmýchání plynu, obsahujícího kyslík (obvykle předehřátý kyslíkem obohacený vzduch), která je umístěna ve středu a rozprostírá se svisle směrem dolů do nádoby. Poloha této přívodní trubice 13. a rychlost proudění plynu touto přívodní trubicí 13 jsou zvoleny tak, že plyn, obsahující kyslík, proniká středovou oblastí přecho30 dové oblasti 23, přičemž je zde udržován v podstatě volný prostor 25, který je bez kovu a strusky, a který leží kolem konce přívodní trubice J_3.

Při provozu za stabilních provozních podmínek pak dmýchání plynu s obsahem kyslíku přívodní trubice 13 způsobuje reakci přídavného spalování plynného oxidu uhelnatého CO a plynného vodíku H₂ v přechodové oblasti 23 a ve volném prostoru 25 kolem konce přívodní trubice 13, v důsledku čehož jsou v plynovém prostoru vytvářeny vysoké teploty o velikosti zhruba 2000 °C nebo vyšší. Teplo je převáděno do stoupajících a klesajících rozstřikovaných a Šplíchajících kapiček a proudů roztaveného materiálu v oblasti dmýchání plynu, přičemž je toto teplo poté částečně předáváno do vrstvy 15 roztaveného kovu, jak se kov a struska navrací do vrstvy 15 roztaveného kovu.

Úroveň přídavného spalování je svýhodou alespoň 40 %, přičemž je přídavné spalování definováno jako:

[CO₂] + [j/₂O] [CO₂]+[//₂O] + [CO]+[//₂] kde:

[CťT] - znamená objem oxidu uhličitého CO₂ v odváděných plynech v procentech;

[tf₂O] - znamená objem vody H₂O v odváděných plynech v procentech;

[CO] - znamená objem oxidu uhelnatého CO v odváděných plynech v procentech; a [//?] - znamená objem vodíku H₂ v odváděných plynech v procentech.

Volný prostor 25 kolem konce přívodní trubice 13 je velice důležitý pro dosahování vysoké úrovně přídavného spalování, neboť umožňuje strhování a unášení plynů v prostoru nad přechodovou oblastí 23 do koncové oblasti přívodní trubice 13. v důsledku čehož je zvyšováno vystavení dostupných reakčních plynů přídavnému spalování.

Kombinovaný účinek polohy přívodní trubice _[3, průtokové rychlosti a množství proudění plynů touto přívodní trubicí 13 a pohybu směrem vzhůru rozstřikovaných a špllehajících kapiček a proudů roztaveného kovu a strusky způsobuje tvar přechodové oblasti 23 kolem spodní oblasti přívodní trubice 13, který je obecně označen vztahovou značkou 27. Tato tvarovaná oblast způsobuje částečnou překážku pro přenos tepla zářením do bočních stěn 5.

Kromě toho stoupající a klesající rozstřikování a šplíchání kapiček a proudů roztaveného materiálu představuje velice účinný prostředek pro přenos tepla z přechodové oblasti 23 do roztavené lázně, důsledkem čehož je, že teplota v přechodové oblasti 23 v úseku bočních stěn 5 má velikost zhruba 1450 až 1550 °C.

V souladu s výhodným provedením předmětu tohoto vynálezu je nádoba konstruována s ohledem na hladiny vrstvy J_5 roztaveného kovu, vrstvy 16 roztavené strusky a přechodové oblasti 23 v nádobě, pokud způsob pracuje za normálních provozních podmínek, a s ohledem na rozstřikování a šplíchání kapiček a proudů roztaveného materiálu (převážně strusky), které jsou vypuzovány do prostoru 31 nad přechodovou oblastí 23, pokud je způsob provozován za stabilních provozních podmínek tak, že:

(a) nístěj a spodní válcový úsek 53 bočních stěn 5, který je ve styku s vrstvou 15 roztaveného kovu a s vrstvou 16 roztavené strusky, jsou vytvořeny z cihel ze žáruvzdorného materiálu (znázorněných čárkovaným šrafováním na obrázcích výkresů);

(b) alespoň část spodního válcového úseku 53 bočních stěn 5 je obložena vodou chlazenými panely 8; a (c) část horního válcového úseku 51 bočních stěn 5 a klenba 7, které jsou ve styku s přechodovou oblastí 23, a horní prostor 31 jsou vytvořeny z vodou chlazených panelů 57, 59.

Každý vodou chlazený panel 8, 57, 59 (na vyobrazeních neznázorněno) v horním válcovém úseku 51 bočních stěn 5 má rovnoběžné horní a spodní okraje a rovnoběžné boční okraje, přičemž je zakřiven tak, aby vymezoval úsek válcového bubnu.

Každý vodou chlazený panel je opatřen vnitřní vodní chladicí trubkou a vnější vodní chladící trubkou. Tyto vodní chladicí trubky jsou vytvarovány do hadovitého uspořádání, přičemž jsou tvořeny rovnoběžnými vodorovnými úseky, které jsou vzájemně spojeny zakřivenými úseky. Vodní chladicí trubky jsou dále opatřeny vodními vstupy a vodními výstupy.

Voní chladicí trubky jsou posunuty ve svislém směru, takže vodorovné úseky vnější trubky neleží bezprostředně za vodorovnými úseky vnitřní trubky při pohledu z exponované strany panelu, to znamená z té strany, která směruje do vnitřního prostoru nádoby. Každý panel je dále opatřen pěchovaným nebo pistolí nanášeným žáruvzdorným materiálem, který vyplňuje prostory mezí přiléhajícími přímými úseky každé trubky a mezi trubkami. Každý panel je dále opatřen opěrnou nosnou deskou, která tvoří vnější povrchovou plochu panelu.

Vodní vstupy a vodní výstupy vodních chladicích trubek jsou připojeny k okruhu přívodu vody (na vyobrazení neznázorněno), s jehož pomocí voda cirkuluje vysokou průtokovou rychlostí vodními chladicími trubkami.

- 10CZ 302736 B6

Zkušební provoz zkušebního zařízení, který byl přihlašovatelem prováděn, prokázal, že shora popsaný způsob a shora popsané zařízení vytvářejí velice efektivní a účinnou technologií pro tavení železné rudy.

U shora popisovaného příkladného provedení předmětu tohoto vynálezu je možno provádět celou řadu různých modifikací, aniž by došlo k úniku z myšlenky a rozsahu předmětu tohoto vynálezu.

Přestože například popisované příkladné provedení zahrnuje přivádění železné rudy, pevného uhlíkatého materiálu a tavidel či struskotvomých přísad každou přívodní trubkou/dmyšní trubicí, je zcela pochopitelné, že předmět tohoto vynálezu není omezen pouze na takovéto provedení, neboť se vztahuje i na taková provedení, u kterých je pouze jeden nebo dva z těchto vsázkových materiálů přiváděn každou přívodní trubkou/dmyšní trubicí.

Kromě toho přestože výhodné provedení předmětu tohoto vynálezu zahrnuje kontinuální odvádění kovu prostřednictvím předpecí 57, není předmět tohoto vynálezu omezen pouze na toto provedení, neboť se vztahuje rovněž na dávkové odpichování roztaveného kovu.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Způsob přímého tavení pro výrobu kovu z kovonosného vsázkového materiálu, který obsahuje následující kroky:

(a) vytváření roztavené lázně, která má vrstvu kovu a vrstvu strusky, ležící na vrstvě kovu, v metalurgické nádobě, (b) přivádění nosného plynu, kovonosného vsázkového materiálu, a pevného uhlíkatého materiálu do vrstvy kovu prostřednictvím většího počtu přívodních či dmyšních trubic pro přivádění pevného materiálu, umístěných nad povrchem a směrujících směrem k povrchu vrstvy kovu, a zajištění pronikání roztaveného materiálu ve formě rozstřikovaných a šplíchajících kapiček a proudů do prostoru nad nominálním nehybným povrchem roztavené lázně pro vytvoření přechodové oblasti, (c) tavení kovonosného vsázkového materiálu, na kov ve vrstvě kovu, a (d) dmýchání plynu, obsahujícího kyslík, do nádoby jednou nebo více přívodními či dmyšními trubicemi a přídavné spalování reakčních plynů, uvolňujících se z roztavené lázně, přičemž stoupající a poté klesající rozstřikované a šplíchajíeí kapičky a proudy roztaveného materiálu v přechodové oblasti usnadňují přestup tepla do roztavené lázně, a přičemž přechodová oblast minimalizuje tepelné ztráty z nádoby přes boční stěny ve styku s přechodovou oblastí, vyznačující se tím, že způsob obsahuje kroky:

(i) umístění výstupního konce každé přívodní či dmyšní trubice pro přivádění pevného materiálu ve vrstvě strusky, (ii) udržování výstupního konce každé přívodní či dmyšní trubice pro přivádění pevného materiálu na teplotě nižší, než je teplota tuhnutí strusky, prostřednictvím vodního chlazení výstupních konců pro podporu počátečního tuhnutí pevného materiálu na výstupních koncích, a (iii) přivádění kovonosného vsázkového materiálu a uhlíkatého materiálu přívodními či dmyšními trubicemi pro přivádění pevného materiálu v plynu, kterýje chudý na kyslík,

-11CZ 302736 Β6 pro vytváření trubky z pevného materiálu na výstupním konci alespoň jedné přívodní či dmyšní trubice a pro prodloužení účinné délky přívodní či dmyšní trubice nebo přívodních či dmyšníeh trubic.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že krok vytváření trubky nebo trubek zahrnuje přivádění kovonosného materiálu, a/nebo uhlíkatého materiálu přívodními či dmyšními trubicemi pro přivádění pevného materiálu tak, že endotermická povaha těchto materiálů vytváří oblast kolem výstupních konců přívodních či dmyšníeh trubic pro přivádění pevného materiálu, ve které je teplota nižší, než je teplota tuhnutí strusky.

3. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím. že zahrnuje přivádění kovonosného vsázkového materiálu, a/nebo uhlíkatého materiálu v kroku (b) tak. že trubka nebo každá trubka vytváří souosé prodloužení každé přívodní či dmyšní trubice pro přivádění pevného materiálu.

4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že zahrnuje regulování hmotnostního průtokového množství kovonosného vsázkového materiálu, a uhlíkatého materiálu a/nebo rychlosti nosného plynu, kovonosného vsázkového materiálu, a uhlíkatého materiálu.

5 (b) vnější vodní chladicí plášť (77).

5. Nádoba na výrobu kovu z kovonosného vsázkového materiálu způsobem přímého tavení podle nároku I, přičemž nádoba obsahuje roztavenou lázeň, mající vrstvu kovu a vrstvu strusky na této vrstvě kovu, přičemž nádoba obsahuje:

(a) nístěj, vytvořenou ze žáruvzdorného materiálu, jejíž základna (3) a strany (55) jsou ve styku s roztaveným kovem, (b) boční stěny (5), které vybíhají směrem vzhůru ze strany nístěje a jsou ve styku s vrstvou strusky, (c) jednu nebo více přívodních či dmyšníeh trubic (13), zasahujících směrem dolů do nádoby pro dmýchání plynu, obsahujícího kyslík, do nádoby, (d) množinu přívodních či dmyšníeh trubic (11) pro přivádění pevného materiálu, směřujících dolů a dovnitř do nádoby a vhánějících nosný plyn, kovonosný vsázkový materiál, a uhlíkatý materiál do vrstvy kovu, přičemž výstupní konec alespoň jedné přívodní či dmyšní trubice (11) je umístěn nad povrchem vrstvy kovu během provozování způsobu přímého tavení v nádobě, (e) prostředky pro odvádění roztaveného kovu a strusky z nádoby, vyznačující se t í m , že alespoň jedna z přívodních Či dmyšníeh trubic (II) pro přivádění nosného plynu, kovonosného vsázkového materiálu a uhlíkatého materiálu má na sobě trubku ze ztuhlého pevného materiálu, která vytváří prodloužení výstupního konce přívodní či dmyšní trubice (11).

6. Nádoba podle nároku 5, vyznačující se tím, že výstupní konec každé přívodní či dmyšní trubice (11) pro přivádění pevného materiálu leží alespoň 150 mm nad nehybným povrchem vrstvy kovu.

7. Nádoba podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že výstupní konec každé přívodní či dmyšní trubice (11) pro přivádění pevného materiálu leží nejvýše 500 mm nad nehybným povrchem vrstvy kovu.

8. Nádoba podle kteréhokoliv z nároků 5 až 7, vyznačující se tím, že každá přívodní či dmyšní trubice (11) pro přivádění pevného materiálu obsahuje:

- 12CZ 302736 B6 (a) dutý podélný člen (71), který vymezuje středový kanál pro vsázkový materiál a který má vstupní konec (73) a výstupní konec (75), a

9. Nádoba podle nároku 8, vyznačující se tím, že člen (71) zasahuje za vodní chladicí plášť (77) na výstupním konci (75) každé přívodní či dmyšní trubice (11).

io

10. Nádoba podle kteréhokoliv z nároků 5až9, vyznačující se tím, že každá přívodní či dmyšní trubice (11) pro přivádění pevného materiálu probíhá dolů a směrem dovnitř do nádoby pod úhlem o velikosti 30 až 60° vzhledem ke svislici.