CZ336798A3 - Způsob redukce a tavení sloučenin obsahujících kov - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu redukce a tavení sloučenin obsahujících kov.

Dosavadní stav techniky

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

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

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

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

76358 (76358a.doc) • · • ·

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

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

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

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

Podstata vynálezu

Při způsobu redukce a tavení sloučeniny obsahující kov podle vynálezu se provádí zavážení vsázky zahrnující směs sloučeniny obsahující kov a vhodného redukčního činidla v částicové formě do elektricky ohřívatelné nádoby, která obsahuje lázeň uvedeného kovu v kapalné formě, tak, že se ve vsázce vytváří reakční zóna, ve které se sloučenina obsahující kov redukuje, a pod reakční zónou se vytváří tavící zóna, ve které se redukovaný kov taví, a který se řídí takovým způsobem, že prakticky celá redukce uvedené • · » « • · β · · · sloučeniny obsahující kov probíhá v pevné fázi.

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

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

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

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

(2) velikosti částic vsázky;

(3) stupně promíchání vsázky;

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

Dále se podle vynálezu vsázka zaváží do nádoby takovým způsobem a takovou rychlostí, že se vsázka rozprostírá přes v podstatě celou kapalnou lázeň a všechnu strusku, která může být přítomna.

Toto uspořádání tedy brání tomu, aby nezreagovaná • · · ♦ • · • · • · vsázka přicházela přímo do styku s kapalným kovem nebo struskou. Takovéto krátké spojení, které by mohlo dovolit reakce ve fluidní fázi, je tedy v podstatě vyloučeno.

Když se vsázka zaváží do nádoby například prostřednictvím v odstupech umístěných jednotlivých vstupních otvorů pro vytvoření ve vzájemném sousedství umístěných hromad vsázky uvnitř nádoby, způsob zahrnuje krok zajištění, že toto zavážení provádí takovým způsobem, že spodky hromad splývají a určují tak spojitou vrstvu vsázky, která se rozprostírá na způsob mostu přes kapalnou lázeň a strusku.

Tento most tedy zabraňuje materiálu vsázky padajícímu z hromad přijít do styku s kapalným kovem nebo struskou.

Skutečnost, že je takový most vytvořen, může být zjištěna jakýmkoliv vhodným způsobem, jako například vizuálně a/nebo pomocí obrazového záznamového zařízení, jako kamerou atd.

V praxi může být takový vizuální záznam prováděn zasunutím tuhého prvku na způsob ponořené tyče z.horní části nádoby do vsázky.

Vytváření uvedeného mostu se může provádět jakýmkoliv obvyklým způsobem.

Například se může provádět řízením velikosti hromad vsázky uvnitř nádoby.

Alternativně a/nebo přídavně se může provádět strategickým umístěním otvorů, kterými se vsázka zaváží do ·· • 0 0 · 0 ·00

000 0 * 0 0 0

0« 0* nádoby a/nebo řízením počtu těchto otvorů a rychlosti, se kterou se jimi vsázka zaváží.

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

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

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

Tak například v případě železa jádro částice obvykle obsahuje FeO, která taje při teplotě 1 378 °C, zatímco krusta částice obsahuje Fe, které taje až při 1 535 °C. Při použití větších částic, než je specifikováno výše, může teplota jádra takové částice dosáhnout výše uvedené teploty 1 378 “předtím, než se Fe nebo FeO v částici redukuje, což může vést k unikání kapalného FeO z jádra.

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

Podle vynálezu může způsob podle vynálezu dále zahrnovat krok spalování nad vsázkou CO, který se vytváří v průběhu redukce sloučeniny obsahující kov, a který prostupuje vsázkou.

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

Je třeba si uvědomit, že takto vytvářené teplo také

slouží pro	zvýšení	teploty	uvnitř	nádoby,	zejména
prostřednictvím radiace	ze stropu	nádoby.
Reakční	nádoba s	výhodou	zahrnuje	ohřívací	komoru
indukční pece	kanálkového typu.

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

Podle vynálezu dále zařízení pro provádění výše uvedeného způsobu zahrnuje jedinou komoru indukční pece kanálkového typu, která je opatřena alespoň jedním zavážecím otvorem vsázky; alespoň jeden výstupní otvor pro kapalný kovový výrobek; a alespoň jeden otvor pro strusku vytvářenou při reakci.

Ve výhodném provedení vynálezu sloučenina obsahující kov s výhodou zahrnuje nebo obsahuje sloučeninu obsahující železo.

V dalším provedení vynálezu může kov nebo sloučenina obsahující kov zahrnovat nebo obsahovat některý další kov, jako například chrom a/nebo mangan a/nebo měď a/nebo zinek a/nebo olovo atd.

Přehled obrázků na výkresech

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

Příklady provedení vynálezu

V tomto vytvoření vynálezu je použita indukční pec 10 kanálkového typu, která zahrnuje podlouhlou tubulární komoru

11. která má v řezu kruhovou konfiguraci, a která je opatřena podél svého dna opatřena dvěma řadami elektricky ovládaných induktorů 12.. přičemž každá řada obsahuje pět takovýchto induktorů o kapacitě řádu 2,2 MW každý.

Komora 11 obsahuje dvě paralelně se táhnoucí řady zavážecích otvorů, z nichž jsou znázorněny jen dva, 13 a 14. které se které se táhnou podél protilehlých podélných stran komory 11. Tyto otvory se používají pro zavádění vsázky 15 do pece 10 pro vytvoření dvou podélně se táhnoucích hromad

16. a 17, které plavou na lázni 18 kapalného kovu. Je-li třeba, kov může být zaveden do nádoby 11 prostřednictvím neznázorněného zavážecího otvoru.

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

A · · 999 9 9

9 9 9 9 ·· ·* že může procházet sítem 3 mm.

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

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

Nádoba 11 je také opatřena podél své horní části množstvím kyslíkových hořáků, z nichž jen dva, 20 a 21, jsou znázorněny, prostřednictvím nichž se může spalovat CO vznikající při reakci a pronikající horní vrstvou vsázky 15.

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

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

··· · ·· ··

I · · ♦ » · · · • · · · · • · * ·· ··

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

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

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

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

Zastupuje ·.

Dr. Miloš Všetečka v.r.

-40• · «6 · · » · · · · < » · · · · ·

Seznam vztahových značek indukční pec komora induktor vstupní otvor vstupní otvor vsázka hromada hromada lázeň most hořák hořák tavící zóna tunel

JUDr. Miloš VŠetečka advokát

120 00 Praha 2, Hálkova 2

• ·· ρν 3Ζ6Ϊ ·· ·· • · · ·· • · ··· · · • · · ·· ··

Claims (15)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob redukce a tavení sloučeniny obsahující kov, při kterém se provádí zavážení vsázky zahrnující směs sloučeniny obsahující kov a vhodného redukčního činidla v částicové formě do elektricky ohřívatelné nádoby, která obsahuje lázeň uvedeného kovu v kapalné formě, tak, že se ve vsázce vytváří reakční zóna, ve které se sloučenina obsahující kov redukuje, a pod reakční zónou se vytváří tavící zóna, ve které se redukovaný kov taví, a který se řídi takovým způsobem, že prakticky celá redukce uvedené sloučeniny obsahující kov probíhá v pevné fázi.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené řízení procesu se provádí řízením alespoň jednoho z následujících parametrů:

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

   (2) velikosti částic vsázky;

   (3) stupně promíchání vsázky;
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že uvedené řízení procesu se provádí tak, že se v kapalné lázni ani ve vytvářené strusce v podstatě nevytvářejí bubliny plynu, a tato nepřítomnost bublin se pokládá za indikaci, že všechny reakce probíhají v pevné fázi.

   76358 (76358a.doc) ··«

   I • ·· ·· ·· > · · « ► · ·· ··· · « • · « ·· ··
4. 4. Způsob podle některého z nároků 1 vyznačující se tím, že vsázka zaváží do takovým způsobem a takovou rychlostí, že se rozprostírá přes v podstatě celou kapalnou lázeň a strusku, která může být přítomna.

   až 3, nádoby vsázka všechnu
5. 5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se vsázka zaváží do nádoby například prostřednictvím v odstupech umístěných jednotlivých vstupních otvorů pro vytvoření ve vzájemném sousedství umístěných hromad vsázky uvnitř nádoby, přičemž způsob zahrnuje krok zajištění, že toto zavážení provádí takovým způsobem, že spodky hromad splývají a určují tak spojitou vrstvu vsázky, která se rozprostírá na způsob mostu přes kapalnou lázeň a strusku, která může být přítomna.
6. 6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že se vytváření mostu provádí řízením velikosti hromad vsázky uvnitř nádoby.
7. 7. Způsob podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že se vytváření mostu provádí strategickým umístěním otvorů, kterými se vsázka zaváží do nádoby a/nebo řízením počtu těchto otvorů a rychlosti, se kterou se jimi vsázka zaváží a/nebo řízením hladiny kapalného kovu v nádobě.
8. 8. Způsob podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že velikost částic vsázky je taková, že může procházet sítem 10 mm, s výhodou 6 mm, ještě výhodněji 3 mm.

   Způsob podle některého z předcházejících nároků, • 00 · · 0 0 0 0 0 • ··· 0 0000 0·0 0 · • 0 00· 000 000 00 000 ·· ·· ·· vyznačující se tím, že zahrnuje kroky spalování všeho CO, který se vytváří v průběhu redukce sloučeniny obsahující kov, a který prostupuje vsázkou, nad vsázkou, a využití takto získaného tepla v reakci.
9. 10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že se uvedené spalování provádí kyslíkovými a/nebo vzduchovými hořáky umístěnými v nádobě nad vsázkou.
10. 11. Způsob podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že reakční nádoba zahrnuje topnou komoru indukční pece kanálkového typu.
11. 12. Způsob podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že sloučenina obsahující kov zahrnuje nebo obsahuje sloučeninu obsahující železo.
12. 13. Způsob podle některého z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že kov sloučeniny obsahující kov zahrnuje nebo obsahuje jeden nebo více z následujících kovů: železo, chrom, mangan, měď, zinek, olovo.
13. 14. Zařízení pro provádění způsobu podle některého z nároků 1 až 13, které zahrnuje jedinou komoru indukční pece kanálkového typu, ve které se provádí uvedená redukce a tavení, přičemž komora je opatřena alespoň jedním zavážecím otvorem vsázky, alespoň jedním výstupním otvorem pro kapalný kovový výrobek, a alespoň jedním výstupním otvorem pro strusku vytvářenou při reakci.
14. 15. Způsob redukce a tavení sloučeniny obsahující kov v podstatě zde popsaný a znázorněný na výkresu.

    • · • · • · · · · · • * · · · · • « * · · · · · • · · · · • · φ · · ·
15. 16. Zařízení pro provádění způsobu redukce a tavení sloučeniny obsahující kov v podstatě zde popsané a znázorněné na výkresu.

    Zastupuje:

    Dr. Miloš Všetečka v.r.

    pl/ -?a φ ·· w *· ·· ·· • t · · ···· * · · · • · · · · · w · ·· « ··· · · · · · ··· · · λ » ······· ··· ·· ··· ·· ·· ··

    1/1