CZ78297A3

CZ78297A3 - Process for producing liquid pig iron or a steel half-finished product and apparatus for making the same

Info

Publication number: CZ78297A3
Application number: CZ97782A
Authority: CZ
Inventors: Werner Leopold Kepplinger; Felix Wallner; Johannes Schenk
Original assignee: Voest Alpine Ind Anlagen; Po Hang Iron & Steel; Res Inst Ind Science & Tech
Priority date: 1995-07-19
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 1997-10-15
Also published as: BR9606532A; WO1997004137A1; RU2122586C1; ATE264404T1; EP0787213B1; ATA123595A; AT406482B; AU690856B2; EP0787213A1; CA2200322A1; ZA966100B; CN1158145A; JPH10509217A; KR100241616B1; DE59610981D1; US5948139A; SK36497A3; TW333557B; KR970706408A; AU6347896A

Description

Vynález se týká způsobu výroby tekutého surového železa nebo ocelového polotovaru z materiálu, obsahujícího železo, tvořeného jemnými částicemi, zejména z redukované železné houby, v tavící zplyňovací zóně tavícího generátoru, při kterém za přívodu materiálu obsahujícího uhlík a plynu obsahujícího kyslík se v loži, tvořeném pevným nosičem uhlíku, při současné tvorbě redukčního plynu taví při průchodu ložem materiál, obsahující železo, popřípadě po předchozí redukci.

Dosavadní stav techniky

Z EP B 010 627 je znám způsob výroby tekutého surového železa nebo ocelového polotovaru z částicového materiálu, obsahujícího železo, zejména z redukované železné houby, jakož i výroby redukčního plynu v tavícím generátoru, při kterém se vytváří přidáváním uhlí a dmýcháním plynu obsahujícího kyslík do vířivé vrstvy z částic koksu. Plyn obsahující kyslík popř. čistý kyslík se přitom vedmýchává ve spodní části tavícího generátoru. Částicový materiál, obsahující železo, zejména redukovaná železná houba, a kusové uhlí se přivádí vsázkovým otvorem v krytu tavícího generátoru shora, padající částice zabrzdí ve vířivé vrstvě a částice, obsahující železo, se v průběhu propadání koksovým fluidní vrstvou struskou pokrytý kov se generátoru. Kov a struska odpichů.

redukují a shromažďuj e se odtahují taví. Roztavený, na dně tavícího pomocí oddělených

Způsob tohoto druhu však není vhodný pro zpracování jemně dělené železné houby, neboť jemně dělená železná houba by z něho byla v důsledku silného proudění plynu v tavícím generátoru hned vynášena. Vynášení je ještě zvýhodněno teplotou v horní části tavícího generátoru, neboť ta je příliš nízká na to, aby se železná houba roztavila v místě jejího přivádění.

Z US 5 082 251 je známo redukovat jemnou rudu obsahující železo v procesu s vířivou vrstvou přímo pomocí redukčního plynu vyrobeného ze zemního plynu. Přitom se jemná ruda, bohatá železem, redukuje v systému do série uspořádaných reaktorů s vířivou vrstvou pomocí redukčního plynu za zvýšeného tlaku. Takto vyrobený prášek železné houby se návazně podrobí horkému a studenému briketování. Pro další zpracování prášku železné houby jsou upravena zvláštní tavící zařízení.

Z EP A 217 331 je známo přímo předredukovat jemnou rudu v procesu s vířivou vrstvou a předredukovanou jemnou rudu uvést do tavícího generátoru a redukovat a roztavit ji pomocí plazmového hořáku za přívodu redukčního prostředku obsahujícího uhlík. V tavícím generátoru se tvoří fluidní vrstva a nad ní vířivá vrstva z koksu. Předredukovaná jemná ruda popř. prášek železné houby se přivádí k plazmovému hořáku, uspořádanému ve spodní části tavícího generátoru, přitom je nevýhodné, že přiváděním předredukované jemné rudy bezprostředně do spodní oblasti tavení, tzn. do oblasti shromažďování taveniny, není zajištěna konečná redukce a v žádném případě nemůže být dosaženo chemického složení, potřebného pro další zpracování surového železa. Kromě toho pro přítomnost fluidní popř. pevné vrstvy tvořící se z uhlí ve spodní části tavícího generátoru není možné přivádění velkých množství předredukované jemné rudy, neboť není možné dostatečné odvádění produktů tavení z vysokoteplotní zóny plazmového hořáku. Přivádění velkých množství předredukované rudy by tak ihned vedlo k tepelnému a mechanickému selhání plazmového hořáku.

Z EP B 111 176 je známo vyrábět částice železné houby a tekuté surové železo z kusové železné rudy, přičemž železná ruda se přímo redukuje v agregátu pro přímou redukci a částice železné houby, vynášené z agregátu pro přímou redukci se dělí na hrubou a jemnou frakci. Jemná frakce se přivádí do tavícího generátoru, ve kterém se z dodaného uhlí a přivedeného plynu obsahujícího kyslík vyrábí teplo potřebné k tavení železné houby, jakož i redukční plyn přiváděný do agregátu pro přímou redukci. Jemnozrnná frakce se do tavícího generátoru přivádí spádovou trubkou, která vyčnívá z hlavy tavícího generátoru až do blízkosti fluidní vrstvy uhlí. Na konci spádové trubky je uspořádána odrážecí deska pro zmenšení rychlosti jemnozrnné frakce, takže výstupní rychlost jemnozrnné frakce ze spádové trubky je velmi malá. V místě přivádění je teplota panující v tavícím generátoru velmi nízká, takže nemůže docházet k okamžitému tavení přiváděné jemnozrnné frakce. To spolu s nízkou výstupní rychlostí ze spádové trubky způsobuje, že značný podíl přiváděné jemnozrnné frakce vystupuje z tavícího generátoru spolu s vyráběným redukčním plynem. Přivádění většího množství v jemných zrnech nebo výlučně v jemných zrnech podle tohoto způsobu není možné.

Při způsobu podle EP A 576 414 se přímo redukují kusové suroviny s obsahem železa v redukční šachtové peci, a to pomocí redukčního plynu, vytvářeného v tavící zplyňovací zóně. Takto získaná železná houba se pak přivádí do tavící zplyňovací zóny. Aby se při tomto známém způsobu mohla navíc zhodnotit jemná ruda a/nebo prach z rudy, jako oxidický jemný železný prach, vyskytující se v hutích, přivádí se jemná ruda a/nebo prach z rudy s pevným nosičem uhlíku k prachovému hořáku, pracujícímu v tavící zplyňovací zóně, a přeměňuje se v podstechiometrické spalovací reakci. Tento způsob dovoluje účinné zpracování jemné rudy a/nebo prachu z rudy, vyskytujícího se v hutích, a to až do velikosti řádu 20 až 30% celkové vsázky rudy, takže kombinuje zpracování kusové rudy a jemné rudy.

Cílem vynálezu je odstranění těchto nevýhod a obtíží a jeho úkolem je, poskytnout způsob výše popsaného druhu jakož i zařízení pro provádění způsobu, při kterém je možné zpracování materiálu, obsahujícího železo, tvořeného jemnými částicemi, bez potřeby briketování, přičemž se na jedné straně spolehlivě zamezí vynášení přiváděných jemných částic, tedy materiálu obsahujícího železo, popřípadě v předredukovaném nebo zcela redukovaném stavu, reakčními plyny vyráběnými v tavícím generátoru, a na druhé straně ze zajistí popřípadě požadovaná úplná redukce. Úkolem vynálezu zejména je, poskytnout způsob, při kterém se může zpracovávat na surové železo a/nebo ocelový polotovar pomocí tavícího generátoru vsázka, tvořená ze 100% materiálem, obsahujícím železo, sestávajícím z jemných částic.

Podstata vynálezu

Tento úkol je u způsobu výše popsaného druhu vyřešen podle vynálezu tím, že v uklidňovací zóně, vytvořené nad ložem, se spalováním a/nebo zplyňováním materiálu obsahujícího uhlík za přímého přívodu kyslíku vytváří vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóna, do které se přímo zavádí materiál obsahující železo, tvořený jemnými částicemi, přičemž pomocí tepla, uvolňovaného přeměnou materiálu obsahujícího uhlík, se provádí alespoň povrchové tavení materiálu obsahujícího železo a jeho aglomerování.

Takto vytvořené aglomeráty mají velký hydraulický průměr a/nebo velkou hustotu a tím vyšší rychlost klesání. Tím, a také lepším tvarovým faktorem, tzn. příznivou hodnotou C_w v důsledku tvoření koulí, se zabraňuje vynášení materiálu obsahujícího železo redukčním plynem odváděným z tavícího generátoru.

Z EP A 174 291 je známo, prachovité sulfidické rudy neželezných kovů, zejména rudy barevných kovů, přivádět do tavícího generátoru nad tavící hořák. Přitom mohou být zpracována také větší množství sulfidických rud neželezných kovů, neboť teplo, potřebné k tavení částic rudy se vyvíjí exotermní přeměnou sulfidické rudy kyslíkem v hořáku, například podle následující přeměny:

Cu₂S + 3/2 0₂ = Cu₂O + S0₂

Uhlí pro vytváření uhlíkové vířivé vrstvy se při tomto známém způsobu do tavící zplyňovací zóny vsazuje zvlášť. Při způsobu tohoto druhu není možné používat oxidických jemných rud, neboť přitom by chybělo teplo pro tavení této oxidické jemné rudy. Důsledkem by bylo vynášení této rudy redukčním plynem vytvářeným v tavící zplyňovací zóně, odváděným z tavícího generátoru.

Pro dosažení co možná nej rovnoměrnějšího a nejdokonalejšího smísení a zpracování přiváděných pevných látek se vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóna vytváří centrálně na horním konci tavícího generátoru, a přívod materiálů se provádí směrem dolů, přičemž účelně se aglomerování materiálu, obsahujícího železo, ve vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóně urychluje a intenzifikuje vířením, a dále se s výhodou přivádění kyslíku do vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny provádí rovněž při víření.

Podle výhodného provedení se materiál, obsahující železo, do vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny přivádí smísen s pevným, jemně děleným materiálem, obsahujícím uhlík, což zejména při vsazování za horka přichází v úvahu jen pro jemně dělený koks.

Dále je výhodné, když se rychlost vstupu materiálu, obsahujícího železo, do vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny zvyšuje pomocí hnacího plynu, jako je dusík nebo vlastní procesní plyn.

Podle výhodné formy provedení se redukční plyn, vytvářející se v tavící zplyňovací zóně, pro předzpracování materiálu, obsahujícího železo, přivádí do předehřívací zóny a/nebo do zóny přímé redukce, přičemž předehřátý a/nebo redukovaný materiál, obsahující železo, se přivádí v horkém stavu do vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny. Přitom je výhodné, když se do předehřívací zóny popř. do zóny přímé redukce se navíc přivádí koksový prach.

Další výhodná varianta provedení se vyznačuje tím, že do tavícího generátoru se v blízkosti odvodu redukčního plynu zavádí jemné uhlí a/nebo jiný materiál obsahující uhlík s těkavým podílem spolu s plynem obsahujícím kyslík, jemné uhlí a/nebo jiný uhlík obsahující materiál s těkavým podílem se přeměňuje na jemný koks, a jemný koks se vynáší spolu s redukčním plynem z tavícího generátoru, odděluje se a přivádí se do vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny. Jako další materiály, obsahující uhlík, přichází v úvahu drcené plasty a jemně dělený ropný koks.

Přitom je účelné, když se horký jemný koks přivádí do vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny ve směsi s horkým materiálem, obsahujícím železo.

Jestliže se do vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny přivádí jemné uhlí a/nebo jiný uhlík obsahující materiál s těkavým podílem, provádí se přivádění až k vysokoteplotní spalovací zóně odděleně od materiálu, obsahujícího železo, zejména když ten je předem předehřát, neboť kontakt uhlí s horkou železnou houbou by vedl k odplynění uhlí a tvorbě dehtu. Docházelo by k ucpání dopravních vedení a tím ke značným provozně technickým problémům.

Pro vytváření lože, tvořeného pevným nosičem uhlíku, se s výhodou do tavící zplyňovací zóny navíc dodává kusové uhlí.

Výhodná varianta se vyznačuje tím, že v předehřívací zóně a/nebo v zóně přímé redukce se provádí dělení materiálu, obsahujícího železo, na jemnou a hrubou frakci,

- 8 přičemž hrubá frakce s výhodou má částice mezi 0,5 a 8 mm, a jen jemná frakce se dodává do vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny a hrubá frakce se dodává přímo do tavícího generátoru, s výhodou do jeho uklidňovací zóny. Hrubší podíly redukované železné rudy mohou být vsazovány pouhou silou tíže, mohly by však při přidávání do vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny jen spotřebovat teplo. Tím je toto teplo k dispozici pro aglomerování jemných částic. Hořák, sloužící k vytváření vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny tak může pracovat efektivněji a může být, aniž by to ovlivnilo aglomerování, dimenzován menší.

Další výhodná varianta se vyznačuje tím, že redukční plyn se přivádí do předehřívací zóny a/nebo do zóny přímého ohřevu nečištěný. Tím je možné oddělit prach, obsahující uhlík, z tavícího generátoru v předehřívací zóně a/nebo zóně přímé redukce, a přímo jej zavádět do vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny a tam termicky využít.

Zařízení k provádění způsobu s tavícím generátorem s přiváděcími a odváděcími vedeními pro přidávání materiálu obsahujícího uhlík, materiálu obsahujícího železo, pro odtah vyvíjeného redukčního plynu a pro přívod plynu obsahujícího kyslík, dále s výpustí tekuté strusky a železa, přičemž je uspořádán spodní úsek tavícího generátoru pro zachycení roztaveného surového železa popř. ocelového polotovaru, a tekuté strusky, na něm ležící střední úsek pro uložení lože tvořeného pevným nosičem uhlíku, a návazně horní úsek jako uklidňovací prostor, se vyznačuje tím, že na horním konci uklidňovacího prostoru je opatřeno alespoň jedním hořákem pro přivádění plynu obsahujícího kyslík a materiálu, obsahujícího železo, tvořeného jemnými částicemi, a přiváděcím zařízením pro přívod pevného nosiče uhlíku, přičemž s výhodou je opatřeno jediným, tzn. ve vertikální podélné ose tavícího generátoru uspořádaným hořákem, jehož ústí hořáku směřuje proti povrchu lože.

Účelně se pevný nosič uhlíku, tvořený jemnými částicemi, rovněž přivádí pomocí hořáku, přičemž ten je s výhodou vytvořen jako kyslíko-uhlíkový hořák.

Pro docílení dobrého promísení pevných látek, přiváděných hořákem navzájem jakož i s přiváděným plynem, obsahujícím kyslík, je hořák s výhodou opatřen vířícím zařízením pro pevné látky, přiváděné hořákem, a výhodně dále vířícím zařízením pro plyn obsahující kyslík, přiváděný hořákem.

Jednoduché provedení hořáku představuje, když do hořáku ústí vedení směsi pro přívod materiálu, obsahujícího železo, tvořeného jemnými částicemi, a pevného nosiče uhlíku, tvořeného jemnými částicemi. Toto provedení je vhodné zejména pro vsázku koksu, tvořeného jemnými částicemi.

Výhodné provedení se vyznačuje tím, že do hořáku ústí vedení přivádějící horký materiál, obsahující železo, tvořený jemnými částicemi, a tento materiál je veden samostatným vedením až k ústí hořáku, a že dále je v hořáku uspořádáno samostatné vedení, vedené až k ústí hořáku, přivádějící pevný, jemnými částicemi tvořený nosič uhlíku, jako uhlí.

Podle dalšího výhodného provedení ústí odvod redukčního plynu, vycházející z uklidňovacího prostoru tavícího generátoru, do zařízení pro předehřev a/nebo přímou redukci materiálu, obsahujícího železo, tvořeného jemnými částicemi, přičemž s výhodou do odvodu redukčního plynu je vřazen oddělovač prachu, ze kterého je přivedeno zpětné vedení prachu do prachového hořáku, uspořádaného ve výši uklidňovacího prostoru.

Dále přitom s výhodou zařízení pro předehřev a/nebo pro přímou redukci slouží navíc pro předehřev koksového prachu smíšeného s materiálem, obsahujícím železo, tvořeným jemnými částicemi, a vedení směsi, vycházející od zařízení pro předehřev a/nebo předredukci, ústí do hořáku.

Další výhodné provedení se vyznačuje tím, že tavící generátor má v blízkosti otvoru odvodu redukčního plynu hořák pro přívod uhlí tvořeného jemnými částicemi a/nebo jiného materiálu obsahujícího uhlík s těkavým podílem, a že v odvodu redukčního plynu je uspořádán oddělovač prachu pro oddělování koksu, tvořeného jemnými částicemi, který je vynášen redukčním plynem, přičemž zpětné vedení prachu od oddělovače prachu ústí do vedení, přivádějícího do hořáku materiál obsahující železo, tvořený jemnými částicemi.

Účelně má zařízení pro předehřev a/nebo přímou redukci frakcionační zařízení pro dělení materiálu obsahujícího železo na hrubou a jemnozrnnou frakci, a jemnozrnná frakce je vedena přes vedení směsi popř. vedení k hořáku, přičemž hrubá frakce se přivádí přes vedení přímo do tavícího generátoru.

S výhodou odvod redukčního plynu ústí přímo, tzn. bez vřazení odlučovače prachu, do zařízení pro předehřev a/nebo přímou redukci.

Přehled obrázku na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím několika příkladů provedení schematicky znázorněných na výkresech, na kterých představuje obr. 1 až 4 různá provedení zařízení podle vynálezu obr. 5 detail z obr. 3 ve zvětšeném měřítku

Příklady provedení vynálezu

Vztahová značka 1 označuje tavící generátor, ve kterém se z uhlí a plynu obsahujícího kyslík vyrábí redukční plyn, obsahující CO a H₂. Tento redukční plyn se z tavícího generátoru 1 odvádí přes odvod 2 redukčního plynu, který ústí do cyklonu 3 pro čištění plynu, a z cyklonu 3 se pomocí vedení 4_ pro dodávku plynu přivádí spotřebiteli. Část redukčního plynu, odváděného přes vedení 4_ pro dodávku plynu, se prostřednictvím vedení 5 zpětného toku pro ochlazení redukčního plynu recirkuluje přes pračku 6 a kompresor J_ zpět do odvodu 2 redukčního plynu.

Prach oddělený v cyklonu 3 se přivádí přes sběrný zásobník 8 prachu do prachového hořáku 9 pomocí hnacího plynu (např. dusíku), přiváděného přes injektor 10, přes zpětné vedení 11 prachu a spaluje se v prachovém hořáku 9 spolu s kyslíkem popř. kyslík obsahujícím plynem, přiváděným přes kyslíkové přívodní vedení 12.

Tavící generátor má na svém horním konci, tzn. ve své hlavě 13 popř. krytu, centrálně uspořádaný hořák 14, pomocí kterého se materiál 15, obsahující železo, tvořený jemnými částicemi, jako například prachy, obsahující železo, zejména prachová ruda, prachová železná houba a pod., a jemně dělený pevný nosič uhlíku, jako koksový prach 16^z, uhelný prach 16^{z z}, drť z plastů, ropný koks atd., dodává do tavícího generátoru _1. Podle provedení znázorněného na obr. 1 se jemně dělený pevný nosič 16', 16'' mísí s materiálem, obsahujícím železo, tvořeným jemnými částicemi, a přes vedení 17 směsi se přivádí do hořáku 14, přičemž pro zvýšení vstupní rychlosti pevných látek 15, 16', 16'^z přiváděných do hořáku 14, ústí přes injektor 19 do vedení 17 směsi vedení 18 hnacího plynu. Jako nosného plynu může být použito například dusíku. Do hořáku 14 dále ústí vedení 20, přivádějící plyn, obsahující kyslík.

Ústí 14' hořáku může být vytvořeno například jak je popsáno v EP A 481 955, přičemž vedení 17 směsi ústí do centrální vnitřní trubky hořáku 14, který je obklopen prstencovou štěrbinou přivádějící plyn, obsahující kyslík. V zásadě by se pevný jemně dělený nosič mohl dodávat k ústí 14' hořáku také vlastní přívodní trubkou. S výhodou se pevná látka, přiváděná hořákem 14, na výstupu z hořáku 14 uvádí do spirálového pohybu pomocí zařízení pro uvádění do spirálového pohybu (např. šroubovité vytvořených výstupních kanálů). Navíc se může uvádět do spirálového pohybu také proud kyslíku, přiváděný přes prstencový prostor, čímž se dosáhne zvlášť dobré směsi.

Tavící generátor 1 má dále na svém horním konci 13 přívod 21 pro kusový nosič uhlíku, jako uhlí, jakož i dále ve spodní části uspořádané přívody 22 pro plyn obsahující kyslík, a popřípadě přívody pro nosič uhlíku, při teplotě okolí kapalný nebo plynný, jako uhlovodík, a pro spalované přísady.

V tavícím generátoru 1 se ve spodním úseku 1 shromaždúje tekuté roztavené surové železo 23 popř. tekutý roztavený ocelový polotovar a tekutá roztavená struska 24, které se odpichují výpustí 25.

V úseku II uspořádaném nad spodním úsekem I tavícího generátoru dochází k vytvoření pevné a/nebo fluidní vrstvy z pevného nosiče uhlíku. V tomto úseku II ústí přívody 22 pro plyn, obsahující kyslík. Horní úsek III, uspořádaný nad středním úsekem II, funguje jako uklidňovací prostor pro redukční plyn, vytvářený v tavícím generátoru 1, jakož i pro pevné částečky, strhávané proudem plynu. Do tohoto horního úseku III ústí prachový hořák 9, sloužící ke zpětnému vedení prachu.

U ústí 14' hořáku se vytváří vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóna 27, ve které se jemné částice materiálu 15, obsahujícího železo, taví a vytvářejí kapičky, nebo se alespoň povrchově natavují, čímž dochází k aglomeraci jemných částeček, obsahujících železo. Tím se účinně zabraňuje tomu, aby byl materiál z jemných částic, obsahující železo, vynášen s redukčním plynem, odváděným z tavícího generátoru 1.

Vytvářející se aglomeráty kapiček mají větší hydraulický průměr a/nebo větší hustotu a tím také větší rychlost klesání, než jemné částečky. Tato rychlost klesání se dále zlepšuje lepším faktorem tvaru, tzn. hodnotou C_wtvořících se aglomerátú kapiček.

Uspořádání hořáku 14 v centrální oblasti hlavy 13 tavícího generátoru 1_ umožňuje rovnoměrné míchání přiváděných jemných částeček a tím úplnou aglomeraci. Výsledkem je rovnoměrné navázání nosiče 15 železa na pevný nosič uhlíku pevné popř. fluidní vrstvy 26 vytvořené v tavícím generátoru 1. Tím se podařilo uskutečnit tavný redukční proces se 100% jemné rudy a zamezit vynášení nosiče 15 železa v pevném stavu z tavícího generátoru 1.

Podle provedení znázorněného na obr. 2 se redukční plyn přivádí přes vedení £ pro dodávku plynu do předehřívacího a/nebo předredukovacího a/nebo redukovacího reaktoru 28, do kterého se dodává jak koksový prach 16 ^z, tak také materiál 15 obsahující železo, tvořený jemnými částicemi, jako prachová ruda nebo prach železné houby. Po projití tímto reaktorem 28 v protiproudu k dodávaným pevným částicím se popřípadě částečně spotřebovaný redukční plyn odtahuje vedením 29 jako exportní plyn. Předehřátý a popřípadě předredukovaný nebo také zcela redukovaný pevný materiál, vystupující na spodním konci reaktoru 28, se dostává přes vedení 17 směsi k hořáku 14, přičemž v tomto případě se rovněž zvyšuje výstupní rychlost pomocí hnacího plynu, přiváděného injektorem 19, jako dusíku. Velikost zrn koksového prachu je taková, že rychlost klesání částic koksového prachu je poněkud vyšší než rychlost ve volné trubce v reaktoru 28.

Reaktor 28, sloužící pro předehřev popř. pro redukci, je s výhodou vytvořen jako šachtová pec. Místo šachtové pece ²⁸ také může být uspořádána rotační pec. Dále místo jediného reaktoru 28 může být uspořádáno několik v sérii za sebou zapojených reaktorů s vířivou vrstvou, přičemž jemná ruda se vede od jednoho reaktoru s vířivou vrstvou ke druhému pomocí dopravního vedení v protiproudu k redukčnímu plynu, a to podobně jak je popsáno v US A 5 082 251.

Zpětné vedení prachu přes 3, 8, 9, 11 znázorněné na obr. 2 může být podstatně redukováno a popřípadě může odpadnout, když se prach, přiváděný do reaktoru 28 pomocí čárkovaně znázorněného vedení 4' (vedení 4. pak může odpadnout), z reaktoru 28 opět vynáší s předehřátými popř. také předredukovanými pevnými látkami a přivádí se k hořáku 14 a termicky se využije ve vysokoteplotní zóně 27. V tomto případě je možno cyklonu 3 vynechat, popř. jej dimenzovat jen pro recirkulované množství redukčního plynu (to platí také pro provedení, znázorněná na obr. 3 a 4). Tím vzniká při provedení znázorněné na obr. 2 a 3 menší množství prachu pro prachový hořák _9·

Podle provedení znázorněného na obr. 3 se do reaktoru 28, protékaného redukčním plynem, přivádí jen materiál 15, obsahující železo, tvořený jemnými částicemi. Jako pevný nosič uhlíku se k hořáku 14 přivádí jemné uhlí 16' ', přičemž se v tomto případě jemné uhlí 16'' vede odděleně od předehřátého popř. předredukovaného materiálu, pocházejícího z reaktoru 28, přiváděného pomocí vedení 17', až k ústí 14' hořáku, aby se zamezilo zplynění uhlí a tvoření dehtu.

Na obr. 5 je znázorněn hořák 14, který se může použít v tomto případě. Skrze střední trubku 30 hořáku 14 se přivádí jemné uhlí 16'' a skrze prstencovou .štěrbinu 31, obklopující středovou trubku 30, se odděleně od jemného uhlí 16'' přivádí předehřátá železná houba popř. předehřátá jemná ruda 15. Tato prstencová štěrbina 31 je obklopena další prstencovou štěrbinou 32 pro přívod plynu obsahujícího kyslík.

Podle provedení znázorněného na obr. 4 ústí do tavícího generátoru _1 v blízkosti otvoru 33 odvod 2_ redukčního plynu hořák 34 pro přívod uhlí 16' ' tvořeného jemnými částicemi. To se přivádí do hořáku 14 pomocí hnacího plynu, jako je dusík, který se přivádí injektorem 35. Do hořáku 14 ústí vedení 36, přivádějící plyn obsahující kyslík. Místo uhlí 16^z s jemnými částicemi se popř. navíc může použít také jiný materiál s těkavým podílem, obsahující uhlík, jako drť z plastů, ropný koks atd.

Dochází k přeměně - částečnému spalování - přiváděného jemného uhlí 16^{z z} na koksový prach 16^z. Ten se pomocí uspořádání hořáku 14 v blízkosti otvoru 33 odvodu 2 redukčního plynu téměř úplně vynáší redukčním plynem a odděluje se v cyklonu 3, do kterého ústí odvod 2 redukčního plynu. Přes zpětné vedení 11 prachu se koksový prach 16' mísí s materiálem 15, obsahujícím železo, tvořeným jemnými částicemi, předehřátým v reaktoru 28 a popř. předredukovaným, a pomocí hnacího plynu, jako je dusík, se přes vedení 17 směsi přivádí do hořáku 16.

U příkladu provedení podle obr. 2 až 4 může být reaktor 28 vybaven frakcionačním zařízením, přičemž hrubozrnná frakce (částice mezi 0,5 a 8 mm) se vede přímo do tavícího generátoru _1 přes vedení 17 ^z, např. silou tíže, a jemné částice se přivádějí do vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny 27. To oblehčuje hořáku 14, takže jeho teplo je k dispozici výlučně pro jemné částice, které se pro zamezení jejich vynášení bezpodmínečně musí aglomerovat.

Velikost zrna jemné rudy, určené pro vsázku pro způsob podle vynálezu, je s výhodou v rozmezí 8 až 0 mm.

Příklad 1:

Pro výrobu 40 t/h surového železa pomocí zařízení podle obr. 1 se do tavícího generátoru 1 dodává 970 kg uhlí/t SŽ (surového železa), z toho 250 kg jemného uhlí/t SŽ (16^{z z}) a zbytek jako kusové uhlí (u 21), jakož i 1134 kg materiálu 15, obsahujícího železo, tvořeného jemnými částicemi/t SŽ.

Uhlí:

Chemické složení uhlí (jemné uhlí 16 ^{z z} a kusové uhlí, v hmotnostních procentech vztaženo na sušinu)

C

H

N

S popel

C-fix

81, 4% 4,3% 1,7% 2,9% 0,7% 9, 0%

75, 3%

Rozdělení	velikosti zrna jemného	uhlí 16 ^{z z}
- 500 μιη	100%
- 250 pm	85%
- 100 pm	51%
63 pm	66%
25 pm	21%
Materiál 15, obsahující	železo, tvořený

j emnými částicemi (odpad z hutního provozu): Chemické složení (v hmotnostních procentech)

F e_celk.	86, 6%
F e kov.	45, 0%
F e₀	49,0%
Fe₂O₃	5,0%
ztráty žíháním	0,2%
vlhkost	1, 0%
Rozdělení	velikosti zrna
- 250 gm	100%
- 100 gm	90%
63 gm	71%
25 gm	38%
10 gm	15%
Přísady:
Složení (hmotnostní procenta)
CaO	34,2%
MgO	6,0%
SiO₂	22, 0%
Al₂0₃	0,3%
Fe₂O₃	2,1%
MnO	0,2%
ztráty žíháním	33, 8%
Pomocí přívodů, vytvořených jako
lože 26 22347	Nm³ 0₂/t SŽ pro zplynění

je 247 Nm³ 0₂/t SŽ.

, se přivádí do spotřeba hořáku

Surové železo 23:

Složení (hmotnostní procenta) C 4,3%

Si 0,4%

Mn	0, 05%
P	0, 03%
S	0,05%
Fe	95,1%

Exportní plyn:

Množství 1640 Nm³/t SŽ

Složení (objemová procenta)

CO 73,3%

co₂	6,4%
h₂	14,3%
h₂o	2%
N₂ + Ar	2,9%
ch₄	1,1%

výhřevnost 11200 kJ/Nm³

Příklad II:

Pro výrobu 40 t/h surového železa pomocí zařízení podle obr. 2 se do tavícího generátoru 1 dodává 758 kg kusového uhlí/t SŽ (u 21) a do reaktoru 28 222 kg koksového prachu/t SŽ a 1457 kg materiálu 15, obsahujícího železo, tvořeného jemnými částicemi/t SŽ.

Kusové uhlí:

Chemické složení uhlí (v hmotnostních sušiny)

C	81,4%
H	4,3%
N	1,7%
O	2,9%
S	0,7%
popel	9,0%
C-fix	75,3%

Koksový prach 16':

Chemické složení (v hmotnostních procentech sušiny)

c	87,4%
H	0,1%
N	0,1%
0	0, 4%
s	0, 6%
popel	11,4%
C-fix	0, 9%

Rozdělení velikosti zrna koksového prachu 16'

- 500	pm	100%
- 250	pm	85%
- 100	pm	51%
- 63	pm	66%
- 25	pm	21%

Materiál 15, částicemi:

Chemické složení (v Fe_ceik. 6 6,3%

F θο 0,4%

Fe₂O₃ 94,5% ztráty žíháním 1,0% vlhkost 1,0% obsahující železo, tvořený j emnými hmotnostních procentech)

Rozdělení velikosti zrna

- 4 000 pm 100%

- 1 000 pm 97%

- 500 pm

89%

250 μπι

66%

125 μπι

25%

Přísady:

Složení (hmotnostní procenta)

CaO

MgO

Si0₂

AI2O3

34,2% 9, 9%

14,1%

0,3%

Fe₂O₃

1,1

MnO

0, 5 ztráty žíháním 39,1%

Pomocí přívodů, vytvořených jako dmyšny, se přivádí do lože 26 22416 Nm³ 02/t SŽ pro zplynění uhlí, spotřeba hořáku 14 je 236 Nm³ 02/t SŽ.

Surové železo 23:

Složení (hmotnostní procenta)

C 4,3%

Si 0,4%

Mn 0,1%

P 0,12%

S 0,05%

Fe 95,1%

Exportní plyn:

Množství 1690 Nm³/t SŽ

Složení (objemová procenta)

CO

C0₂H₂

44,8%

36,2%

12,8%

H₂0

N₂ + Ar CH₄ výhřevnost

Příklad III:

2%

3, 0%

1,0%

425 kJ/Nm³

Pro výrobu 40 t/h surového železa pomocí zařízení podle obr. 4 se dodává 1 020 kg uhlí/t SŽ, z toho 340 kg jemného uhlí/t SŽ 16^z ' a zbytek jako kusové uhlí (u 21), a 1460 kg materiálu 15, obsahujícího železo, tvořeného jemnými částicemi/t SŽ.

Uhlí:

Chemické složení uhlí (jemné uhlí 16^{x z} a kusové uhlí, hmotnostních procentech sušiny)

C

H

N

O

S popel

C-fix

77,2% 4, 6% 1, 8% 6, 8% 0, 5% 9, 0%

63%

Rozdělení velikosti zrna jemného uhlí 16^{z z}

- 500	Rm	100%
- 250	μπι	85%
- 100	μπι	51%
- 63	μπι	66%
- 25	μπι	21%

Materiál 15, obsahující železo, tvořený částicemi:

Chemické složení (v hmotnostních procentech) j emnými

Fe_cei]t. F e₀

Fe₂0₃
ztráty vlhkost	žíháním
Rozdělení
- 4000	μια
- 1000	μια
- 500	μια
- 250	μια
- 125	μια

66, 3%

0, 4%

94,5%

1,0%

1, 0% velikosti zrna

100%

97%

89%

66%

25%

Přísady:

Složení (hmotnostní procenta) CaO 34,2%

MgO 9,9%

Si0₂ 14,1%

A1₂O₃ 0,3%

Fe₂O₃ 1,1% MnO 0,5% ztráty žíháním 39,1%

Pomocí přívodů, vytvořených jako dmyšny, se přivádí do lože 26 22 321 Nm³ 0₂/t SŽ pro zplynění uhlí, spotřeba hořáku je 255 Nm³ O2/t SŽ a hořáku 34 75 Nm³ 02/t SŽ.

Surové železo 23:

Složení (hmotnostní procenta)

C

Si

Mn

P

S

Fe

4,3% O, 4% O, 09% 0,1% O, 05%

95, 0%

Exportní plyn:

Množství 1 720 Nm³/t SŽ

Složení (objemová procenta)

CO

CO₂

H₂ h₂o

N₂ + Ar CH₄

38,7%

37,2%

16,4%

2%

4, 6% 1,1% výhřevnost 7 060 kJ/Nm³

Zastupuje:

Dr. Miloš Všetečka v.r

JUDr. Miloš Všetečka advokát

120 00 Praha 2, Hálkova 2

Claims

PATENTOVÉ

NÁROKY

1. Způsob výroby tekutého surového železa (23) nebo ocelového polotovaru z materiálu (15), obsahujícího železo, tvořeného jemnými částicemi, zejména z redukované železné houby, v tavící zplyňovací zóně tavícího generátoru (1), při kterém za přívodu materiálu obsahujícího uhlík a plynu obsahujícího kyslík se v loži (26), tvořeném pevným nosičem uhlíku, při současné tvorbě redukčního plynu taví při průchodu ložem (26) materiál (15), obsahující železo, popřípadě po předchozí redukci, 'vyznačující se tím, že v uklidňovací zóně (III), vytvořené nad ložem (26), se spalováním a/nebo zplyňováním materiálu (16', 16'') obsahujícího uhlík za přímého přívodu kyslíku vytváří vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóna (27), do které se přímo zavádí materiál (15), obsahující železo, tvořený jemnými částicemi, přičemž pomocí tepla, uvolňovaného' přeměnou materiálu (16', 16'') obsahujícího uhlík, se provádí alespoň povrchové tavení materiálu (15), obsahujícího železo, a jeho aglomerování.
2. Způsob podle nároku 1, -vyznačující se tím, že vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóna (27) se vytváří centrálně na horním konci (13) tavícího generátoru (1), a přívod materiálů (15, 16', 16'') se provádí směrem dolů.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, λ/yznačuj ící se tím, že aglomerování materiálu (15), obsahujícího železo, ve vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóně (27) se urychluje a intenzifikuje vířením.
4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že přivádění kyslíku do vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny (27) se provádí rovněž při víření.
5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že materiál (15), obsahující železo, se zavádí do vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny (27) smísený s pevným, jemně děleným materiálem (16, 16), obsahujícím uhlík.

6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že rychlost vstupu materiálu (15), obsahující železo, do vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny (27) se zvyšuje pomocí hnacího plynu, j ako je dusík nebo vlastní procesní plyn. 7. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že redukční plyn, vytvářející , se v

tavící zplyňovací zóně, se pro předzpracování materiálu (15), obsahujícího železo, přivádí do předehřívací zóny a/nebo do zóny přímé redukce, přičemž předehřátý a/nebo předredukovaný materiál (15), obsahující železo, se přivádí v horkém stavu do vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny (27) (obr. 2, 3, 4).
8. Způsob podle nároku 7, -vyznačující se tím, že do předehřívací zóny popř. do zóny přímé redukce se navíc přivádí koksový prach (16) (obr. 2).
9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že do tavícího generátoru (1) se v blízkosti odvodu (2) redukčního plynu zavádí jemné uhlí (16) a/nebo jiný materiál obsahující uhlík s těkavým podílem spolu s plynem obsahujícím kyslík, jemné uhlí (16'') a/nebo jiný uhlík obsahující materiál s těkavým podílem se přeměňuje na jemný koks (16'), a jemný koks (16') se vynáší spolu s redukčním plynem z tavícího generátoru (1), odděluje se a přivádí se do vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny (obr. 2, 4) .
10. Způsob podle některého z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že horký jemný koks (16') se přivádí do vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny ve směsi s horkým materiálem (15), obsahujícím železo (obr. 2, 4).
11. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, 6 a 7, vyznačující se tím, že do vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny (27) se přivádí jemné uhlí (16'') a/nebo jiný uhlík obsahující materiál s těkavým podílem odděleně od materiálu (15), obsahujícího železo (obr. 3)
12. Způsob podle některého z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že do tavící zplyňovací zóny se navíc dodává kusové uhlí.
13. Způsob podle některého z nároků 7 až 12, vyznačující se tím, že v předehřívací zóně a/nebo v zóně přímé redukce se provádí dělení materiálu, obsahujícího železo, na jemnou a hrubou frakci, přičemž hrubá frakce s výhodou má částice mezi 0,5 a 8 mm, a jen jemná frakce se dodává do vysokoteplotní spalovací a/nebo zplyňovací zóny (27) a hrubá frakce se dodává přímo do tavícího generátoru (1), s výhodou do jeho uklidňovací zóny (III).
14. Způsob podle některého z nároků 7 až 13, vyznačující se tím, že redukční plyn se přivádí do předehřívací zóny a/nebo do zóny přímého ohřevu nečištěný.
15. Zařízení k provádění způsobu podle některého z nároků 1 až 14, s tavícím generátorem (1) s přiváděcími a odváděcími vedeními (2, 12, 20, 17, 30, 31) pro přidávání materiálu (16', 16') obsahujícího uhlík, materiálu (15) obsahujícího železo, pro odtah vyvíjeného redukčního plynu a pro přívod plynu obsahujícího kyslík, dále s výpustí (25) tekuté strusky a železa, přičemž je uspořádán spodní úsek (I) tavícího generátoru (1) pro zachycení roztaveného surového železa (23) popř. ocelového polotovaru, a tekuté strusky (24), na něm ležící střední úsek (II) pro uložení lože (26) tvořeného pevným nosičem uhlíku, a návazně horní úsek (III) jako uklidňovací prostor, vyznačující se tím, že na horním konci (13) uklidňovacího prostoru (III) je opatřeno alespoň jedním hořákem (14) pro přivádění plynu obsahujícího kyslík a materiálu (15), obsahujícího železo, tvořeného jemnými částicemi, a přiváděcím zařízením (14) pro přívod pevného nosiče (16', 16'') uhlíku.
16. Zařízení podle nároku 15, vyznačující se tím, že je opatřeno jediným, tzn. ve vertikální podélné ose tavícího generátoru (1) uspořádaným, hořákem (14), jehož ústí (14') hořáku směřuje proti povrchu lože (26).
17. Zařízení podle nároku 15 nebo 16, vyznačující se tím, že hořák (14) je vytvořen jako kysli ko-uhlíkový hořák, tzn. také sloužící pro přívod pevného nosiče (16', 16'') uhlíku, tvořeného jemnými částicemi.
18. Zařízení podle některého z nároků 15 až 17, vyznačující se tím, že hořák (14) je opatřen vířícím zařízením pro pevné látky, přiváděné hořákem (14).
19. Zařízení podle některého z nároků 15 až 18, λ/yznačující se tím, že hořák (14) je opatřen vířícím zařízením pro plyn obsahující kyslík, přiváděný hořákem (14) .

20. Zařízení podle některého z nároků 15 až 19, vyznačující se tím, že do hořáku ústí vedení (17) směsi pro přívod materiálu (15) , obsahuj ícího železo, tvořeného jemnými částicemi, a pevného nosiče (16', 16) uhlíku, tvořeného jemnými částicemi (obr. 1, 2, 4) . 21. Zařízení podle některého z nároků 15 až 19,

λ/yznačující se tím, že do hořáku (14) ústí vedení (17') přivádějící horký materiál (15), obsahující železo, tvořený jemnými částicemi, a tento materiál je veden samostatným vedením (31) až k ústí (14') hořáku, a že dále je v hořáku (14) uspořádáno samostatné vedení (30), vedené až k ústí (14') hořáku, přivádějící pevný, jemnými částicemi tvořený nosič uhlíku, jako uhlí (16'') (obr. 3, 5).
22. Zařízení podle některého z nároků 15 až 21, λ/yznačující se tím, že odvod (2) redukčního plynu, vycházející z uklidňovacího prostoru (III) tavícího generátoru (1), ústí do zařízení (28) pro předehřev a/nebo přímou redukci materiálu (15), obsahujícího železo, tvořeného jemnými částicemi (obr. 2, 3, 4) .
23. Zařízení podle nároku 22, vyznačující se tím, že do odvodu (2) redukčního plynu je vřazen oddělovač (3) prachu, ze kterého je přivedeno zpětné vedení (11) prachu do prachového hořáku (9), uspořádaného ve výši uklidňovacího prostoru (III).
24. Zařízení podle nároku 22 nebo 23, vyznačující se tím, že zařízení (28) pro předehřev a/nebo pro přímou redukci slouží navíc pro předehřev koksového prachu (16') smíšeného s materiálem (15), jemnými částicemi, a vedení obsahujícím železo, tvořeným (17) směsi, vycházející od zařízení (28) pro předehřev a/nebo předredukci ústí do hořáku (obr. 2).
25. Zařízení podle některého z nároků 15 až 23, vyznačující se tím, že tavící generátor (1) má v blízkosti otvoru (33) odvodu (2) redukčního plynu hořák (34) pro přívod uhlí (16'') tvořeného jemnými částicemi a/nebo jiného materiálu obsahujícího uhlík s těkavým podílem, a že v odvodu (2) redukčního plynu je uspořádán oddělovač (3) prachu pro oddělování koksu (16'), tvořeného jemnými částicemi, který je vynášen redukčním plynem, přičemž zpětné vedení (11) prachu od oddělovače (3) prachu ústí do vedení, přivádějícího do hořáku materiál, s obsahem železa, tvořený jemnými částicemi (obr. 4).
26. Zařízení podle některého z nároků 22 až 25, vyznačující se tím, že zařízení (28) pro předehřev a/nebo přímou redukci má frakcionační zařízení pro dělení materiálu obsahujícího železo na hrubou a jemnozrnnou frakci, a jemnozrnná frakce je vedena přes vedení (17) směsi popř. vedení (17') k hořáku (14), přičemž hrubá frakce se přivádí přes vedení (17'') přímo do tavícího generátoru (1).
27. Zařízení podle některého z nároků 22 až 26, vyznačující se tím, že odvod (2) redukčního plynu ústí přímo, tzn. bez vřazení odlučovače (3) prachu, do zařízení (28) pro předehřev a/nebo přímou redukci.
28. Obchodně použitelný výrobek, jako válcované zboží, vyrobený ze surového železa nebo ocelového polotovaru, vyrobeného způsobem podle některého z nároků 1 až 14.