CZ56098A3 - Způsob rafinace železné rudy - Google Patents

Description

Předložený vynález se tyká způsobu rafínace železné rudy, při němž se železná ruda převádí na produkty obsahující železo. Vynález se týká zejména takového způsobil, při kterém spodium tvořené látkou s obsahem uhlíku, jako je uhlí, se zplynuje redukcí železné rudy. Ještě více se vynález týká takového způsobu, při kterém je vytvořeno spodium a všechna nebo část železné rudy, kterou je třeba rafinovat je částečně redukována uvnitř sekundárního reaktoru a výsledné spodium a částečně redukovaná železná ruda se přivede na vyšší teplotu primárního reaktoru pro výrobu produktů obsahujících železo.

Dosavadní stav techniky

Dosavadní různé postupy k rafinaci železa používají elektrického oblouku, otevřeného ohniště, vysokých pecí, Corexova rafmačního procesu a reaktorů s primární tavící lázní, takových, jaké se používají při postupu podle Romelta. Ve všech těchto reaktorech se zavádí do reaktoru náplň železné rudy a látky s obsahem uhlíku, například uhlí nebo koksu. Do reaktoru se také přivádí kyslík nebo vzduch obohacený kyslíkem pro zplyňování materiálu obsahujícího uhlík , aby se vytvořil redukční plyn obsahující vodík a kysličník uhelnatý. Redukční plyn způsobuje redukci rudy, Čímž vytváří látku obsahující železo,jakou je směs oceli nebo železa a samostatné struskovité fáze.

V Corexově rafinačním procesu se zavádí do šachtové pece železná ruda a tavidlo, aby se železo převedlo v pevný kov a kalcinovalo tavidlo redukčním plynem vytvořeným v tavícím zplynovači. Uhlí nebo předehřáté uhlí spalováním uhelných těkavých látek, známých jako horké spodium, je zavedeno do tavícího zplynovače souběžně s přímo redukovaným železem a tavidlem z šachtové pece a kyslíkem. Spodium je zplynováno a ruda z šachtové pece je dále redukována a tavena, aby se vytvořila tavící směs železa a strusky, jež může být odebírána jako výchozí produkt. Do primární lázně tavícího reaktoru, například při postupu podle Romelta, je zaveden kyslík, železná ruda a uhlí, aby se vyrobilo železo a struskovité produkty.

V kterémkoli ze shora zmíněných postupů je žádoucí maximalisovat produktivitu reaktoru. Dále ve všech shora zmíněných postupech se používá k provozu kyslík, zejména kyslík o čistotě 95% nebo větší nebo vzduch obohacený kyslíkem. Takové použití kyslíku v provozu se podílí na výrobních nákladech. Potřebné snížení kyslíku v provozu tak umožňuje buď omezení výrobních nákladů nebo větší produktivitu, aniž by se zvýšily náklady, při nejmenším s ohledem na použití kyslíku. Jak bude dále vysvětleno, postup podle vynálezu poskytuje ve spojení s kterýmkoliv ze shora zmíněných postupů možnost zvýšení produktivity provázené redukcí ve spotřebě kyslíku při provozu.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je způsob rafinace železné rudy, jehož pods tátou j e, ž e obsahuje dodávání železné rudy, látky obsahující železo a plynu do sekundárního reaktoru k vytvoření produktů s obsahem topného plynu ve složení kysličníku uhličitého a kysličníku uhelnatého v poměru menším než 0.25 a žhavých suspendovaných tuhých látek včetně spodia a redukované železné rudy, oddělování nejméně asi 90% topného plynu z produktů vytvořených uvnitř sekundárního reaktoru pro utvoření mezilehlé dodávky, která se přivádí do primárního reaktoru bez podstatného ochlazení žhavých suspendovaných tuhých látek a redukce částečně redukované železné rudy v primárním reaktoru pro vytvoření nejméně částečného produktu s obsahem železa, přičemž sekundární reaktor pracuje při menší teplotě než primární reaktor.

·· ♦··· ·· ·· ·· ·· ··· ···· *··· ···· · · · · · to · • · · · · · · ···· · • ···· · to to ······· ·· ···· ·· ··

Vzhledem k tomu, že předložený vynález je aplikovatelný· na postup podle Corexe, předpokládá se, že produkt železa je vyroben z železné rudy a struskotvomých přísad., které se rozdělí mezi hlavní pec a sekundární reaktor. V takovém případě tvoří výsledná mezilehlá dodávka ze sekundárního reaktoru do primárního reaktoru jen produkt obsahující část železa. Do primánu' lázně tavícího reaktoru se nonnálně dodává ze sekundárního reaktoru všechna částečně redukovaná železná ruda, která má být zpracována. Další bod, o němž je třeba se zmínit, je termín „podstatné ochlazení“, uvedený v popisu a nárocích, znamená ochlazení mimo 200°C od teploty sekundárního reaktoru nebo v rozmezí 200°C okolní teploty.

Produktivita a tepelná účinnost primárního reaktora je omezena jeho rychlostí a účinností tepelného ohřevu. Sekundární reaktor zvětšuje kapacitu primárního reaktoru snížením celkového energetického požadavku, aby se zredukovala ruda a roztavilo tavivo včetně zredukované rady k výrobě taveného kovu a produktů struskovité fáze. Sekundární reaktor také zvyšuje tepelnou účinnost primárního procesu odstraněním těkavých látek a částečnou redukcí přivádění železné rady o nižší teplotě v rozmezí přijatelného kysličníku uhličitého a kysličníku uhelnatého. Následkem toho, vzduch nebo vzduch obohacený velmi malým množstvím kyslíku, při menším obohacení kyslíkem než požadováno v primárním reaktoru, lze použít pro okysličovadlo uvnitř sekundárního reaktora, čímž se sníží požadavek na kyslík při provozu.

Přehled obrázků na výkresech

Zatímco v popise včetně nároků je zřetelně vylíčena podstata vynálezu, bude vynález dále podrobně vysvětlen se zřetelem k připojeným výkresům jak následuje:

• ·

Obr. 1 je schematický pohled na zařízení k provedení způsobu podle předloženého vynálezu; a

Obr. 2a, 2b a 2c jsou alternativní provedení sekundárního reaktoru použitého v zařízení na Obr. 1.

Příklady provedení vynálezu

Primární reaktor 10 může být opatřen otevřeným roštem se samostatnými vstupy k přivádění tepelné energie. Z dalších možností vysoké pece lze uvést dmychací oblast tavící zóny, tavící zplynovač Corexova procesu nebo primární lázeň tavení jako u Romeltova reaktora s primární lázní. V tomto případě znamená termín „tavící zplynovač“ jakýkoli reaktor, v němž částečně redukovaná nebo podstatně redukovaná železná ruda je redukována a tavena, aby se vytvořila fáze bohatá na tekuté kovové železo za přítomnosti Čemouhelného koksu nebo dřevěného uhlí, které je právě podrobeno zplynování. Pokud je v popise nebo v nárocích použito termínu „výfučná forma vysoké pece,, specifikuje se tím druh tavícího zplynovače. Nakonec pokud je zde nebo v nárocích použito termínu „drah lázně tavícího reaktoru“, míní se tím jakýkoli reaktor, do něhož se přidává železná ruda, nějaký zdroj uhlíku nebo kyslíku do tekuté taveniny.

Předložený vynález bude popsán podle příkladu vztahujícího se na tavící reaktor s primární lázní, kde do primárního reaktora IQ je přiváděna ruda, uhlí a struskotvomá přísada jako dodávka 12. Kyslíkem obohacený vzduch nebo dokonce zcela čistý kyslík je také jako další dodávka 14 přiváděna do primárního reaktora IQ, aby se vytvořil proud odcházejícího plynu 16 a proud železné rudy včetně struskovitých produktů 18. Do sekundárního reaktoru 24 je přiváděna železná ruda a optimální tavidlo, například vápenec, jako dodávka 20, kterou tvoří částečně všechna dosazovaná železná ruda k rafínaci a přidávané tavidlo, a uhelná dodávka 22. Uhlí se částečně okysličuje vzduchem přiváděným jako dodávka vzduchu 26 k vytvoření spodia. Těkavý obsah uhlí je tím výhodně zmenšen. Tímto způsobem lze rudu částečně redukovat, tavidlo kalcinovat a uhlí předehřívat s minimální ztrátou pevného uhlíku v původní uhelné zavážce, který je pro primární reaktor velmi žádanou surovinou na zpracování.

v

Železná ruda přivedená do sekundárního reaktoru 24 je částečně redukována uhelným spodiem a kalorickým plynem vytořeným částečnou oxydací uhlí tak, že se tvoří horká a zčásti redukovaná rudní celina.

Reakce uvnitř sekundárního reaktoru 24 se uskutečňuje tak, že kalorický plyn obsahuje kyličník uhličitý a kyličník uhelnatý v poměru ne menším než 0.25. Kalorický plyn je oddělen od horkých celin obsahujících v zásadě částečně redukovanou železnou rudu, kalcinované tavidlo a spodium, které je potom vypuštěno ze sekundárního reaktoru 24 jako kalorický plynový proud 27. Jak bude dále vysvětleno, takovéto oddělení je realizováno zkapalňovacím základním reaktorem, jenž může oddělit více než asi 90% kalorického plynu od horkých celin. Horké celiny a jakékoli množství kalorického plynu neodděleného od horkých celin se přivádí do primárního reaktoru 10 jako přechodná dodávka 28. V primárním reaktoru 10 zkapalní žhavé spodium a tím vytvoří teplo pro tavení rudy, struskotvomé přísady a redukčního plynu s obsahem primárního vodíku, kyličníku uhelnatého a malá množství kyličníku uhličitého a vodních produktů. Kysličník uhelnatý a vodík redukují částečně okysličené železo jakož i železnou rudu, jež nebyla ještě redukována. Tepelnou reakcí se taví výsledné železo a struska, která se odebírá jsko žezná ruda a struskotvomý proud 18,

Sekundární ruda obsažená ve třetí dodávce 20 je v průměru výhodně o velikosti v rozmezí mezi asi 100 a asi 5,000 mikrony. Poměrně velké uhelné částice jsou s výhodou uhelnou dodávkou 22 a jsou preferenčně ve velikosti rozmezí mezi asi 1 a asi 50 milimetru v průměru. Použití takového uhlí omezuje potřebu nákladných mechanismů na drcení uhlí.

Dodávání vzduchu 26 lze uskutečňovat s uhlím a železnou rudou rozdílnými způsoby. Například sekundární reaktor 24 znázorněný na na Obr.2A může být vnější recirkulačni průtokový reaktor, se zkapalňováním celin jak patrno z Obr.2B nebo vnitrním cirkulačním zkapalňováním jak patrno z Obr. 2C. Dodávání vzduchu 26 íze alternativně s výhodou provádět dvěma pomocnými proudy 26A a 26B nad a pod roztaženými celinami 30 vytvořenými uvnitř každého z reaktoru znázorněného typu na Obr. 2A, 2B. a 2C. Kysličník uhelnatý v topném plynu z rudy, struskotvomé přísady a podkladu spodia bude vyvolávat reakci s kyslíkem dodávaným pomocným proudem 26A, aby se vytvořila větší výhřevnost okysličeného sekundárního reaktoru a zvýšila tepelná účinnost sekundárního reaktoru 24. Výsledné teplo se převede na roztažené celiny 30 primárně vedením ke stěnám sekundárního reaktoru a zářením ze stěn sekundárního reaktoru 24.

Jak dříve uvedeno poměr kysličníku uhličitého ku kysličníku uhelnatému v topném plynu sekundárního reaktoru 24 neměl by být menší než asi 0.25. Účelem zmíněného poměru spočívá v potlačení rovnováhy mezi tepelnou účinností a potřebou redukovat železnou rudu.. Oddělené napájení kyslíkem značně ovlivňuje opiinální poměr kysličníku uhličitého ke kysličníku uhelnatému. Jinými slovy, čím více kysličníku uhličitého tím větší tepelná účinnost, ale menší výroba kysličníku uhelnatého k dokončení redukce železa a naopak. Poměr lze regulovat vhodnou úpravou vzduchu a dodávaného uhlí jakož i dobu styku plynu s celinou. Výška podloží se stává následkem toho ddůleřitou , neboť ovlivňuje dobu styku plynu s celinou. Čím vyšší je podloží tím větší je účinnost převodu hmoty mezi plynem a celinami. Vyšší účinnosti převodu hmoty snižují koncentraci kysličníku uhelnatého, která je výhodná s ohledem na účinnost redukce rudy. Vysoké výšky podloží nicméně nejsou výhodné ze stanoviska procesu tepelné rovnováhy. Rovnováhu mezi těmito složkami stanoví výšku podloží v rozsahu asi od 1 do 5 metrů při poměrech výšky podloží ku průměru nádoby zpravidla mezi asi 0.2 a 5 metry. Poměr výšky podloží k průměru nádoby je mnohem méně důležitý než absolutní hodnota výšky podloží.

φ φ • ΦΦΦ φ φ • ···

Sekundární reaktor 24 by měl pracovat při tlaku zhruba stejném nebo větším než je provozní tlak primárního reaktoru a s prostředky k dopravě tuhých látek. V případě, že se přechodná dodávka 28 vykonává postupovou linkou krátkých tuhých těles nebo mechanickým zařízením, například horkým šroubovitým napajačem nebo hvězdicovým šoupátkem, bude tlak mezi oběma reaktory téméř stejný. V případe dopravy plynuje třeba nastavit tlak sekundárního reaktoru 24 vyšší než primárního reaktora 10 z důvodů kompenzace tlakových ztrát v potrubí mezi reaktory'. Při kterémkoli druhu použité dopravy je důležité, aby se tuhé látky přiváděly do primárního reaktoru 10 aniž by vznikly značné teplotní ztráty v průběhu dopravy mezi reaktory o více než asi 200° C. Provozní teplota sekundárního reaktoru 24 musí být větší než samozápalná teplota uhlí, ale menší než spékavá teplota jakékoli přidávané složky. Rozmezí teploty provozu sekundárního reaktora pohybuje se tedy výhodně v rozsahu mezí asi 400° C a 1200° C. Preferovaný teplotní rozsah je mezi asi 700° C a asi 950° C. Provozní teploty sekundárního reaktoru 24 mohly by se přirovnat k teplotě, při níž by měl pracovat primární reaktor 10 a leží v rozsahu mezi asi 1500° C a asi 1800° C. Nižší teplota sekundárního reaktoru umožní použít vzduch pro sekundární reaktor 26 a může podstatně snížit požadavky na provozní kyslík.

Zatímco předložený vynález byl popsán se zřetelem k preferovanému provední, jak patrno specialistům z oboru, lze provádět četná přidání, vynechání a změny, aniž by vzniklo odchýlení od pojetí a podstaty předloženého vynálezu.

Claims (10)

1. PATE N ΤO VÉ NÁROKY

   1. Způsob rafmace žc dodávání železné rudy, látl reaktoru k vytvoření prod kysličníku uhličitého a kyslit jlezné rudy, vyznačující se tím,že obsahuje ;y obsahující uhlík a plynu do sekundárního aktů s obsahem topného· plynu ve složení íníku uhelnatého v poměru menším než 0.25 a

   žhavých suspendovaných tuhých látek včetně spodia a částečně redukované železné rudy, oddělování nejméně asi 90% topného plynu z produktů vytvořených uvnitř sekundárního reaktoru pro realizaci mezilehlé dodávky, která se přivádí do primárního reaktoru bez podstatného ochlazení žhavých suspendovaných tuhých látek a reduko částečně redukované železné rudy v primárním reaktoru pro vytvoření nejméně částečného produktu s obsahem železa, přičemž sekundární reaktor pracuje při menší teplotě než primární reaktor.
2. 2. Způsob rafmace železné rudy podle nároku 1, vyznačující se tím,že dodávaná železná ruda a látka obsahující uhlí tvoří podloží sekundárního reaktoru a plyn obsahující kyslík je přiveden do sekundárního reaktoru v místech nad a pod jejich podložím pro vznik tepelné reakce kysličníku uhelnatého s kyslíkem, jež se převede na podloží.
3. 3. Způsob rafmace železné rudy podle nároku 1, vyznačující se tím,že teplota leží v teplotním rozsahu mezi asi 400° C a 1200° C.
4. 4. Způsob rafmace železné rudy podle nároku 1, vyznačující se tím,že teplota leží v teplotním rozsahu mezi asi 400° C a 1200° C.

   ·· ··«· • · • ··· • ·· · ···
5. 5. Způsob rafinace železné rudy podle nároku 1, vyznačující se tím,že železná ruda obsahuje práškovou železnou rudu o velikosti zrn železné rudy mezi asi 100 a 500 mikrony, přičemž látku obsahující uhlík tvoří zrnité uhlí o velikosti zni mezi asi 1 a asi 50 mm.
6. 6. Způsob rafinace železné rudy podle nároku 1, vyznačující se tím,že sekundární reaktor je reaktor se zkapalňovacím podložím, reaktor se zkapalňovacím podložím s vnitrní cirkulací nebo reaktor s cirkulačním průtokem.
7. 7. Způsob rafinace železné rudy podle nároku 3, vyznačující se tím,že sekundární reaktor je reaktor se zkapalňovacím podložím, reaktor se zkapalňovacím podložím s vnitřní cirkulací nebo reaktor s cirkulačním průtokem.
8. 8. Způsob rafinace železné rudy podle nároku 1, vyznačující se tím,že primární reaktor je tavící zplynovač nebo tavíma druhu lázně.
9. 9. Způsob rafinace železné rudy podle nároku 7, vyznačující se tím,že primární reaktor je tavící zplynovač nebo tavíma druhu lázně.
10. 10 Způsob rafinace železné rudy podle nároku 1, vyznačující se tím,že dále obsahuje v sekundárním reaktoru dodávání tavidla.