FI88177B - Method and device for reduction of material containing metal oxide - Google Patents
Method and device for reduction of material containing metal oxide Download PDFInfo
- Publication number
- FI88177B FI88177B FI890588A FI890588A FI88177B FI 88177 B FI88177 B FI 88177B FI 890588 A FI890588 A FI 890588A FI 890588 A FI890588 A FI 890588A FI 88177 B FI88177 B FI 88177B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- flame chamber
- metal oxide
- containing material
- gases
- reactor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Description
88177 Förfarande och anordning för reduktion av metalloxidhaltigt material.88177 Method and apparatus for reducing metal oxide-containing material.
Metallioksidipitoisen materiaalin pelkistysmenetelmä ja laite.Metallic oxide dipotene materials in pelkistysmenetelmä ja laite.
Föreliggande uppfinning hänför sig tili ett förfarande för att förvärma och förreducera metalloxidhaltigt material 5 säsom slig eller malmkoncentrat, för att framställa en för slutreduktion lämpad förreducerad produkt, varvid det metalloxidhaltiga materialet inmatas i en ovanom ett siutreduktionssteg anordnad flamkammare, ätminstone delvis smältes och förreduceras i flamkammaren, bibringas en 10 roterande rörelse samt leds nedät tili slutreduktionssteget.The present invention relates to a process for preheating and pre-reducing metal oxide-containing material such as silk or ore concentrate, to produce a pre-reduced, pre-reduced product, wherein , a rotary motion is imparted and guided down to the final reduction stage.
*·*·' Föreliggande uppfinning hänför sig även tili en anordning för att förvärma och förreducera metalloxidhaltigt material . : : säsom slig eller malmkoncentrat, för att framställa en för : 15 slutreduktion lämpad förreducerad produkt, innefattande - en flamkammare, vars utlopp för smält och förreducerat material i f lamkammarens nedre del är (direkt) anslutet tili ett siutreduktionssteg, - anordningar för inmatning av förvärmt metalloxidhaltigt 20 material i flamkammaren och ’·' * - anordningar för att bibringa det metalloxidhaltiga : materialet en roterande rörelse i flamkammaren.The present invention also relates to a device for preheating and pre-reducing metal oxide-containing material. : as such or ore concentrate, to produce a pre-reduced product suitable for: final reduction, comprising - a flame chamber whose outlet for molten and pre-reduced material if the lower part of the chamber is (directly) connected to a side reduction stage, - devices for feeding preheated metal oxide-containing material in the flame chamber and devices for imparting the metal oxide-containing material to a rotary movement in the flame chamber.
2 881V72 881V7
Det har tidigare föreslagits förfaranden för direkt reduktion av metalloxidhaltigt material till smält metall t.ex. förfaranden där metalloxiden i direkt kontakt med metall-smälta i ett smältbad reduceras med i smältan upplöst 5 kolhaltigt material. Metalloxiden inmatas dä i smältbadet tillsammans med koi eller olja. Reaktionen i smältanMethods have been previously proposed for direct reduction of metal oxide-containing material to molten metal e.g. processes in which the metal oxide in direct contact with the metal melt in a melt bath is reduced with carbon-dissolved material dissolved in the melt. The metal oxide is then fed into the melt bath together with koi or oil. The reaction in the melt
C + MeO = Me + COC + MeO = Me + CO
är endoterm och fordrar tillskottsvärme. Värmet kan t.ex. fäs genom förbränning av den CO gas som bildas vid reduk-10 tionen.is endothermic and requires additional heat. The heat can e.g. is obtained by combustion of the CO gas formed at the reduction.
Det är emellertid svärt att överföra det vid CO förbrännin-gen frigjorda värmet i tillräcklig utsträckning tili smältan. Olika förfaranden har föreslagits genom vilka 15 värmet bättre kunde fäs att övergä tili smältan och metalloxiden. Det har bl.a. föreslagit att reduktionen skulle utföras i en roterande reaktor varvid värmet frän förbrän-ningen övergär tili smältan via ugns-fodret. Ett sädant förfarande skulle ställa stora krav pä ugnsfodringen.However, it is difficult to transfer the heat released during CO combustion sufficiently into the melt. Various methods have been proposed by which the heat could better be transferred to the melt and the metal oxide. It has among other things suggested that the reduction be carried out in a rotary reactor whereby the heat from the combustion transfers to the melt via the furnace liner. Such a procedure would place great demands on the furnace lining.
2020
Man har även föreslagit att värmebehovet vid reduktions-processen täcks med elektrisk energi. Enligt det förfarandet användes förbränningsvärmet av de vid reduktionen bildade gaserna för generering av elektrisk energi, som sedan helt 25 eller delvis utnyttjas för att värma smältan. Även om man skulle utnyttja avgasernas hela värmeinnehäll, skulle den ur avgaserna alstrade elektriska energin inte räcka tili för att täcka bäde energibehovet vid reduktionen av metal-loxiderna och värmeförlusterna. Tilläggsenergi skulle 30 fordras. Tillsattsbränslen kan användas för att förvärma och/eller förreducera det metalloxidhaltiga materialet eller för att alstra elektrisk energi för att täcka värmebehovet i reaktorn.It has also been suggested that the heat demand during the reduction process be covered with electrical energy. According to that process, the combustion heat of the gases generated by the reduction is used to generate electrical energy, which is then wholly or partially utilized to heat the melt. Even if the entire heat content of the exhaust gas was utilized, the electrical energy generated from the exhaust gases would not suffice to cover both the energy demand in the reduction of the metal loxides and heat losses. Additional energy would be required. Additive fuels can be used to preheat and / or pre-reduce the metal oxide-containing material or to generate electrical energy to meet the heat demand in the reactor.
35 Det är även tidigare känt, t.ex. genom den svenska patent-skriften SE 419 129, att helt eller delvis reducera finför-delat järnoxidhaltigt material i en cirkulerande flytbädd, bestäende av en tvädelad reaktor i vilken ett Övre och ett 3 88177 nedre reaktionsrum är anslutna till varandra. Slig inmatas i det nedre reaktionsrummet. I det Övre reaktionsrummet inmatas kolhaltigt material som dels ger den för reduk-tionen er-forderliga reducerande gasen dels täcker genom 5 partiell förbränning värmebehovet i reaktorn. Förbrännin-gsluft inmatas i det Övre reaktionsrummet. Frän reaktorn avskilda och renade avgaser ätercirkuleras till det undre reaktionsrummet och utnytjas dels för fluidisering i reaktorn dels som reducerande medel. Reduktionen sker i 10 den cirkulerande flytbädden vid en temperatur under järnets smältpunkt. Enligt ett exempel i patentskriften utgjorde kolpulvertillförseln 700 kg/ton Fe.It is also known previously, e.g. by Swedish patent specification SE 419 129, to reduce, in whole or in part, finely divided iron oxide-containing material in a circulating fluidized bed, consisting of a two-part reactor in which an Upper and a Lower reaction chamber are connected to each other. Such is fed into the lower reaction chamber. In the upper reaction room, carbonaceous material is fed which partly provides the reducing gas required for the reduction and partly covers the heat demand in the reactor by partial combustion. Combustion air is fed into the upper reaction room. From the reactor separated and purified exhaust gases are recirculated to the lower reaction chamber and utilized partly for fluidization in the reactor and partly as reducing agents. The reduction occurs in the circulating fluidized bed at a temperature below the iron melting point. According to an example in the patent, the carbon powder supply was 700 kg / ton Fe.
Kinetiken för reduktionsreaktionen Fe203 === FeO är oför-15 delaktig vid de läga temperaturer, som kan komma ifräga i reaktorer med fluidiserade bäddar t.ex. av ovan beskriven typ. Vid 800°C fäs reaktionstider pä flera minuter ev. tiotals minuter, beroende pä kornstorlek och önskad reduk-tionsgrad. En förhöjning av temperaturnivän tillräckligt 20 högt, för att ge en acceptabel reaktionshastighet, kan inte komma ifräga i en cirkulerande flytbädd emedan benägen-heten för partiklarna i bädden att sammansintra samtidigt skulle öka.The kinetics of the reduction reaction Fe2 O3 === FeO is disadvantageous at the low temperatures that may occur in fluidized bed reactors, e.g. of the type described above. At 800 ° C, reaction times of several minutes are allowed. tens of minutes, depending on the grain size and the desired degree of reduction. An increase in temperature level sufficiently high to provide an acceptable rate of reaction cannot occur in a circulating fluidized bed since the propensity for the particles in the bed to coincide simultaneously would increase.
25 Förreduktion av metalloxid vid 800 °C i en reaktor med fluidiserad bädd kräver en viss reduktionspotential hos : den reducerande gasen. Detta leder vid jämvikt tili att : gasen ännu vid utloppet kommer att ha betydande mängder reducerande komponenter säsom CO och H2 . Genom ätercirkula-.*.·. 30 tion av gasen med bl.a. C02 och H20 avskiljning kan dock de reducerande komponenterna utnyttjas bättre. Genom . förgasning av en del av det kolhaltiga reduktionsmedlet i ... flytbädden kunde en tillräcklig reduktionspotential *-] ’ upprätthällas, men utan andra samtidiga ätgärder försämrar : : : 35 detta processens energiverkningsgrad.Pre-reduction of metal oxide at 800 ° C in a fluidized bed reactor requires some reduction potential of: the reducing gas. This leads to equilibrium that: the gas will still have significant amounts of reducing components such as CO and H2 at the outlet. Through the etheric circle -. *. ·. 30 of the gas with e.g. However, CO 2 and H 2 O separation can make better use of the reducing components. Through . gasification of a portion of the carbonaceous reducing agent in the ... fluid bed could maintain a sufficient reduction potential * -] ', but without other simultaneous measures, the energy efficiency of this process deteriorates.
Genom den svenska patentskriften SE 395 017 är det dessutom känt att förreducera metalloxidhaltigt material i ett 4 88177 schakt i smält tillständ, alltsä vid högre temperaturer än vad som beskrivits ovan. I den Övre delen av schaktet, där oxiderande atmosfär räder, alstras värme genom förbränning av fasta, flytande eller gasformiga bränslen. Det metal-5 loxidhaltiga materialet bringas under fall nedät i schaktet att uppvärmas och smälta genom kontakt med de alstrade heta gaserna. Materialet förreduceras delvis av förbrän-ningsgaserna. Den egentliga förreduktionen av materialet sker emellertid huvudsakligen först i schaktets nedre del 10 med kolhaltigt reduktionsmedel, som införs i den övre delen av schaktet, förkoksas och faller ned tili den nedre delen av schaktet och där ästadkommer en reducerande atmosfär. En del av det vid schaktets övre del inmatade kolhaltiga reducerande medlet utnyttjas ocksä för värme-15 alstring. Schaktet skall alltsä tillföras energi för säväl uppvärmning, smältning och reduktion av metalloxidhaltigt material. Avgaserna kommer följaktligen att innehälla en stor energimängd. Problemet i processen är att optimalt kunna utnyttja denna energimängd.In addition, the Swedish patent specification SE 395 017 is known to pre-reduce metal oxide-containing material in a 4,8177 shaft in a molten state, ie at higher temperatures than described above. In the upper part of the shaft, where oxidizing atmosphere prevails, heat is generated by combustion of solid, liquid or gaseous fuels. The metal oxide-containing material is caused to fall heated down in the shaft and fall through contact with the generated hot gases. The material is partially pre-reduced by the combustion gases. However, the actual pre-reduction of the material occurs mainly first in the lower part 10 of the shaft with carbonaceous reducing agent introduced into the upper part of the shaft, cooks and falls down to the lower part of the shaft, where a reducing atmosphere is achieved. Part of the carbonaceous reducing agent introduced at the top of the shaft is also utilized for heat generation. The shaft must therefore be supplied with energy for heating, melting and reduction of metal oxide-containing material. The exhaust gases will therefore contain a large amount of energy. The problem in the process is to be able to utilize this amount of energy optimally.
20 Dä dessutom de uppätstigande avgaserna ur schaktet drar med sig säväl droppar av smält metalloxid som fasta partik-lar av reduktionsmedel, metalloxider och eventuella andra processtillsatser blir avgasreningen mycket problematisk. 25 Metalloxidpartiklarna kan lämpligen avskiljas ur avgaserna först efter det att gasen kylts tili en temperatur under vilken alla smälta partiklar har stelnat och inte längre kan förorsaka igensättning av partikelavskiljare och gasrenare, lämpligen tili temperaturer under 1000¾. Efter 30 avkylningen och avskiljningen kan partiklarna äterinföras i processen, men fordrar dä en ny uppvärmning, vilket leder tili en försämrad energiverkningsgrad. Kylning av gaserna till under 1000°C eventuellt i förening med värmeä-tervinning erbjuder även praktiska svärigheter.In addition, where the rising exhaust gases from the shaft attract both droplets of molten metal oxide and solid particles of reducing agents, metal oxides and any other process additives, the cleaning of the exhaust becomes very problematic. The metal oxide particles may conveniently be separated from the exhaust gases only after the gas has been cooled to a temperature below which all molten particles have solidified and can no longer cause clogging of particulate separators and gas purifiers, preferably at temperatures below 1000 ° C. After cooling and separation, the particles can be re-introduced into the process, but require a new heating, leading to a degraded energy efficiency. Cooling the gases to below 1000 ° C, possibly in conjunction with heat recovery, also offers practical difficulties.
Den föreliggande uppfinningen har som avsikt att ästadkomma en förbättring av de ovan beskrivna förreduktionsprocesser- na.The present invention aims to provide an improvement of the pre-reduction processes described above.
35 5 8817735 5 88177
Den föreliggande uppfinningen har även som avsikt, att ästadkomma ett förfarande, vid vilket de vid delprocesserna bildade gasernas energiinnehäll tillgodogöres helhetsproces-5 sen för minimering av den vid framställningen av den smälta metalliska produkten behövliga energin.The present invention also intends to provide a process in which the energy content of the gases formed in the sub-processes is accommodated in the overall process to minimize the energy needed in the production of the molten metallic product.
Uppfinningen har alltsä som avsikt att ästadkomma ett förfarande med förbättrad energiekonomi och förbättrad 10 kinetik för reduktionen.The invention thus aims to achieve a process of improved energy economy and improved kinetics of the reduction.
Uppfinningen avser även att ästadkomma ett förfarande vid vilket de med avgaserna ur förreduktionssteget i flamkam-maren medföljande smälta och fasta partiklar enkelt kan 15 avskiljas och äterinföras tili förreduktionssteget och vid vilket det därmed uppstär mindre mängder och samtidigt renare avgaser.The invention also relates to a process in which the melted and solid particles accompanying the exhaust gases from the pre-reduction stage in the flame chamber can easily be separated and re-introduced into the pre-reduction stage and thereby thereby reduce smaller quantities and at the same time cleaner exhaust gases.
Genom föreliggande uppfinning har man ρά ett överraskande 20 enkelt sätt löst problemen med de tidigare beskrivna reduktionsprocesserna kännetecknat därav, att - det metalloxidhaltiga materialet, före inmatningen i flamkammaren, inmatas och förvärmes i en tili flamkammaren ansluten reaktor med fluidiserad bädd, varvid 25 - heta avgaser frän flamkammaren inmatas i reaktorns undre :.V del för fluidisering och förvärmning av det metalloxidhal- : tiga materialet i reaktorn, • · · - förvärmt metalloxidhaltigt material avskiljes frän de ur reaktorn utgäende avgaserna och 30 - avskilt metalloxidhaltigt material dels Atercirkuleras till reaktorn dels inmatas i flamkammaren, och att ... - det i flamkammaren inmatade förvärmda metalloxidhaltiga materialet ätminstone delvis smältes och/eller förreduceras I 35 under utnyttjande av heta reducerande gaser frän slutreduk-: tionssteget.By the present invention, a surprisingly simple way has been solved the problems with the reduction processes previously described, characterized in that - the metal oxide-containing material, prior to entering the flame chamber, is fed and preheated in a fluidized bed reactor connected to the flame chamber, whereby - from the flame chamber is fed into the bottom of the reactor: .V part for fluidization and preheating of the metal oxide-containing material in the reactor, • · · - preheated metal oxide-containing material is separated from the exhaust gases emitted from the reactor and - separated metal oxide-containing material is partly reacted into the reactor. in the flame chamber, and that ... - the preheated metal oxide-containing material fed into the flame chamber is at least partially melted and / or pre-reduced using hot reducing gases from the final reduction stage.
s 88177 Förvärmning och förreduktion av metalloxidhaltigt material kan enligt föreliggande uppfinning genomföras i en anordning kännetecknad därav, att - en tili flamkammarens övre del ansluten reaktor med flui-5 diserad bädd, för förvärmning av det metalloxidhaltiga materialet före inmatning i flamkammaren, varvid - reaktorn i sin nedre del har ett intag för heta avgaser frän flamkammaren och i sin Övre del är ansluten tili en partikelavskiljare för avskiljning av förvärmt metalloxid- 10 haltigt material frän de ur reaktorn utgäende gaserna, och - partikelavskiljaren genom en äterföringsledning är ansluten tili reaktorns nedre del och genom en inmatnings-ledning tili flamkammaren, och - ett tili flamkammarens nedre del anslutet inlopp för heta 15 reducerande gaser frän slutreduktionssteget.s 88177 Preheating and pre-reduction of metal oxide-containing material can be carried out according to the present invention in a device characterized in that - a tiled chamber connected to the upper part of the flame chamber with a fluidized bed for preheating the metal oxide-containing material before entering the flame chamber, where - its lower part has an intake for hot exhaust gases from the flame chamber and in its upper part is connected to a particle separator for separating preheated metal oxide-containing material from the gases emitted from the reactor, and - the particle separator is connected to the reactor through a feed line. - an inlet connected to the lower part of the flame chamber for hot reducing gases from the final reduction stage.
Det förvärmda metalloxidhaltiga materialet kan enligt uppfinningen smältas i flamkammaren direkt medelst värmein-nehället i de heta uppätstigande gaserna frän slutreduk-20 tionssteget, varvid det metalloxidhaltiga materialet med fördel inmatas i f lamkammarens nedersta del. Det metalloxidhaltiga materialet inmatas sä att möjligast god kontakt fäs mellan materialet och de uppät stigande gaserna varvid bäde smältning och förreduktion av materialet kan ske i 25 flamkammarens nedersta del. De uppätstigande gaserna drar med sig det smälta och förreducerade materialet högre upp i flamkammaren där materialet bibringas en roterande rörelse och slungas ut pä flamkammarens väggar. I smält tillständ flyter sedan det förreducerade materialet nedät tili 30 slutreduktionssteget.According to the invention, the preheated metal oxide-containing material can be melted directly in the flame chamber by means of the heat content of the hot ascending gases from the final reduction stage, the metal oxide-containing material being advantageously fed into the lower part of the flame chamber. The metal oxide-containing material is fed so that as good as possible contact is made between the material and the rising gases whereby melting and pre-reduction of the material can take place in the lower part of the flame chamber. The rising gases pull the molten and pre-reduced material higher up into the flame chamber where the material is imparted in a rotary motion and thrown out onto the walls of the flame chamber. In the molten state, the pre-reduced material then flows down to the final reduction stage.
Det förvärmda materialet kan även smältas medelst värme frän förbränning av endel eller hela mängden av de reducerande gaserna i själva flamkammaren. Förbränningen kan ske i 35 flamkammarens Övre eller nedre del beroende pä inmatningen av förbränningenunderhällande medel. Luft, syrgasanrikad luft, syrgas el.dyl. kan användas vid förbränningen.The preheated material can also be melted by heat from the combustion of one part or all of the reducing gases in the flame chamber itself. The combustion can take place in the upper or lower part of the combustion chamber depending on the input of the combustion maintenance agents. Air, oxygen-enriched air, oxygen or the like. can be used in combustion.
7 881777 88177
Gaserna frän slutreduktionen inmatas med fördel uppät genom den öppning i flamkammarens botten genom vilken smält matalloxidhaltigt material flyter ned till slutreduk-tionssteget. Gaserna kan dock i vissa tillämpningar inmatas 5 via inmatningsportar i flamkammarens sidor eller Övre del. God kontakt mellan gaserna och det förvärmda metalloxidhal-tiga materialet bör ombesörjas.The gases from the final reduction are advantageously fed up through the opening in the bottom of the flame chamber through which molten metal oxide-containing material flows down to the final reduction stage. However, in some applications, the gases can be fed through inlet ports in the sides of the flame chamber or upper part. Good contact between the gases and the preheated metal oxide-containing material should be ensured.
De reducerande gaserna frän slutreduktionen kan brännas 10 delvis eller fullständigt i flamkammaren och utnyttjas för bäde smältning och reduktion av den förvärmda sligen utan att detta skulle inverka menligt p4 förreduktionsprocessen i flamkammaren, detta pä grund av att förbränning och förreduktion sker i olika zoner i flamkammaren. Detta 15 leder tili maximalt utnyttjande av gasernas reduktionspoten-tial och till minimal reduktionspotential hos de utgäende gaserna.The reducing gases from the final reduction can be partially or completely burned in the flame chamber and utilized for bed melting and reduction of the preheated sieve without affecting the p4 pre-reduction process in the flame chamber, due to combustion and pre-reduction in different zones. This leads to maximum utilization of the reduction potential of the gases and to minimal reduction potential of the outgoing gases.
Beroende pä hur stor del av den reducerande gasen som för-20 brukas vid förbränningen kan annat reducerande medel tillsättas för att täcka behovet av reducerande medel vid förreduktionen av det metalloxidhaltiga materialet. Enligt en utföringsform av uppfinningen utnyttjas kolhaltigt material som reducerande medel. Det kolhaltiga materialet 25 inmatas i flamkammaren, med fördel samtidigt som den förbränningenunderhällande gasen. Den förbränningunderhäl-: : j lande gasen förbränner uppätgäende reducerande gaser och :***: bildar heta flammor, zoner med hög förbränningspotential, företrädesvis i f lamkammarens mitt. Flyktiga ämnen i kolat 30 kan även förbrännas. Kolets uppehällstid i den heta flamman är fördelaktigt sä kort att kolet inte nämnvärt förbränns ^ . utan enbart förkoksas. Det metalloxidhaltiga materialet inmatas sä att det kommer i kontakt med de heta flammorna \ ’ och smälter. Smältan och den bildade koksen bibringas en ::: 35 roterande rörelse och slungas ut mot flamkammarväggen.Depending on how much of the reducing gas consumed during combustion, other reducing agents can be added to cover the need for reducing agents in the pre-reduction of the metal oxide-containing material. According to one embodiment of the invention, carbonaceous material is used as reducing agent. The carbonaceous material is fed into the flame chamber, advantageously at the same time as the combustion-maintaining gas. The combustion maintenance gas burning combustion reduces gases and: ***: forms hot flames, zones with high combustion potential, preferably in the middle of the flame chamber. Volatile substances in coal 30 can also be combusted. Advantageously, the carbon residence time in the hot flame is so short that the carbon is not significantly burned. without coking alone. The metal oxide-containing material is fed so that it comes into contact with the hot flames and melts. The melt and the resulting coke are imparted in a rotating motion and thrown out toward the flame chamber wall.
: Kokspartiklarna bidrar tili att bilda en reducerande zon vid väggen varvid metalloxiden i huvudsakligen smält tillständ reduceras. Gaserna vid flamkammar väggen behöver β 88177 alltsä inte vara i jämnvikt mad gaserna i mitten av flamkam-maren.: The coke particles help to form a reducing zone at the wall whereby the metal oxide in a substantially molten state is reduced. Thus, the gases at the flame chambers wall do not need β 88177 to be in equilibrium with the gases in the middle of the flame chamber.
Dä extra reduceringsmedel, som t.ex. kan utgöras av kolhal-5 tigt reducerande material, inmatas i flamkammaren, bör det företrädesvis ha en partikelstorlek som är tillräckligt stor för att reduktionsmedlet inte genast skall förbrännas i flamman, utan huvudsakligen förkoksas. Dä kommer det i värmen förkoksade kolhaltiga medlet att oförbrännt slungas 10 ut mot väggarna och där inblandas som kokspartiklar i metalloxidsmältan. Närvaron av kokspartiklar medför en hög reduktionspotential hos gasbläsor i smältan och i gasskiktet pä smältan, vilket resulterar i att ett nägon millimeter tjockt kontinuerligt nedät flytande skikt av smält, förre-15 ducerad metalloxid kommer att bibehällas pä väggytan.Where additional reducing agents, such as may be carbonaceous reducing material fed into the flame chamber, it should preferably have a particle size sufficient to cause the reducing agent not to be immediately combusted in the flame, but substantially coked. There, the carbon-containing carbon-containing agent in the heat will be poured out unburned onto the walls and mixed there as coke particles in the metal oxide melt. The presence of coke particles results in a high reduction potential of gas bubbles in the melt and in the gas layer of the melt, which results in the retention of a few millimeters of thick continuous continuous liquid layer of molten, pre-reduced metal oxide on the wall surface.
Flamkammaren i ovan beskrivna utföringsform kan lämpligen formas som en cyklon där fasta och flytande partiklar separeras frän gaserna. Uppehällstiden för gaserna i 20 flamkammaren är i genomsnitt nägra tiondedels sekunder. Trots den korta uppehällstiden hinner gaserna avge värme och partiklarna värmas och bringas att smälta, tack väre den intensive turbulensen i cyklonen. Turbulensen förstärker värmeöverföringen genom strälning och konvektion tili de 25 suspenderade partiklarna. Uppehällstiden för den smälta metalloxiden och det förkoksade reduktionsmedlet rör sig om ett antal sekunder, räknat som den tid materialet uppehäller sig pä väggarna.The flame chamber in the embodiment described above can conveniently be formed as a cyclone where solid and liquid particles are separated from the gases. The residence time of the gases in the flame chamber is on average several tenths of seconds. Despite the short residence time, the gases are able to emit heat and the particles are heated and melted, thanks to the intense turbulence in the cyclone. The turbulence enhances the heat transfer through radiation and convection to the suspended particles. The residence time of the molten metal oxide and the cured reducing agent moves for a number of seconds, calculated as the time the material settles on the walls.
30 Tili exempel i en flamkammare med den Övre diametern dl = 2460 mm och den undre diametern d2 = 1920 mm och vars höjd h = 1700 mm inmatas 7,5 t/h järnslig. Flamkammarens temperatur är 1600 - 1700 °C. Härvid uppstär ett smält, förreducerat skikt pä flamkammarens vägg. Uppehällstiden 35 för gaserna blir ungefär 0,2 sekunder. Däremot fär smältan, som rinner ner längs väggen en uppehällstid pä ca. 10 sekunder.For example, in a flame chamber with the upper diameter d1 = 2460 mm and the lower diameter d2 = 1920 mm and whose height h = 1700 mm is fed 7.5 t / h ironically. The temperature of the flame chamber is 1600 - 1700 ° C. In this way, a melted, pre-reduced layer on the wall of the flame chamber is raised. The residence time of the gases is about 0.2 seconds. In contrast, the melt, which flows down the wall, gives a residence time of approx. 10 seconds.
9 88177 Förreduktionen i flamkammaren sker snabbt emedan det metal-loxidhaltiga materialet tack väre förvärmningen, snabbt uppnär en för reduktionen förmänlig temperatur. Det metal-loxidhaltiga materialet har alltsä redan vid inmatningen 5 tili förreduktionssteget en relativt hög temperatur. Materialet förvärmes tili en temperatur, som dock inte bör överstiga materialets kladdningstemperatur för att undvika agglomerering i den fluidiserade bädden. En temperatur mellan 600 - 950 °C har vanligen funnits lämplig. Speciellt 10 del det metalloxidhaltiga materialet inmatas i närä kontakt med heta flammor i flamkammaren eller med heta reducerande gaser, kommer materialet snabbt att hettas upp tili en för förreduktionen fördelaktig temperatur varvid förreduktionen sker mycket snabbt. T.ex reaktionen Fe203 == Fe304 == FeO 15 sker nästan spontant vid temperaturer över 1200 °C - 1300°C.9 88177 The pre-reduction in the flame chamber takes place quickly because the metal-oxide-containing material thanks to the preheating, quickly attains a temperature which can be reduced to the reduction. Thus, the metal oxide-containing material already has a relatively high temperature at the feed-in to the pre-reduction stage. The material is preheated to a temperature which, however, should not exceed the material's cladding temperature to avoid agglomeration in the fluidized bed. A temperature between 600 - 950 ° C has usually been found suitable. Particularly the metal oxide-containing material is fed in close contact with hot flames in the flame chamber or with hot reducing gases, the material will quickly be heated to a temperature advantageous to the pre-reduction, whereby the pre-reduction takes place very quickly. For example, the reaction Fe 2 O 3 == Fe 3 O 4 == FeO 15 occurs almost spontaneously at temperatures above 1200 ° C - 1300 ° C.
En av de viktigaste fördelarna med förfarandet enligt uppfinningen ligger i förbättrad energiekonomi. Behovet av utifrän tillförd energi för förreduktion och smältning 20 minimeras dä metalloxiderna inmatas förvärmda tili flamkam-maren. Ocksä energibehovet vid själva slutreduktionen minimeras genom att metalloxiderna inmatas förreducerade och i huvudsakligen smält tillständ tili slutreduktionen.One of the most important advantages of the process according to the invention lies in improved energy economy. The need for externally supplied energy for pre-reduction and melting is minimized as the metal oxides are fed preheated to the flame chamber. Also, the energy demand at the final reduction itself is minimized by introducing the metal oxides pre-reduced and essentially melted state into the final reduction.
25 De bildade gasernas energiinnehäll utnyttjas maximalt. Dels tas gasernas värmeinnehäll optimalt tillvara vid : förvärmningen av sligen i den fluidiserade bädden, dels kan förvärmningen ske med s.g. s. slutförbrända avgaser. I tidigare kända processor med fluidiserad bädd har förvärmn-30 ing skett företrädesvis med reducerande gaser varvid avgaserna frän processerna ännu har haft ett betydande . kemiskt energiinnehäll, som inte kunnat utnyttjas optimalt.The energy content of the gases formed is utilized to the maximum. Firstly, the heat content of the gases is optimally utilized at: the preheating of the fluidized bed, and secondly, the preheating can be done with s.g. s. exhausted exhaust gases. In the prior art fluidized bed processor, preheating has preferably occurred with reducing gases, the exhaust gases from the processes having still been significant. chemical energy content, which could not be utilized optimally.
’ En förreduktion med metalloxid i fast fas säsom den utföres 35 t.ex. i en fluidiserad bädd skulle däremot fordra en högre hait av CO i de reducerande gaserna. Detta skulle äter leda tili ökat behov av reducerande gaser frän slutreduk- 10 381 77 tionssteget och följaktligen ökad kolätgäng vid slutreduk-tionssteget.A pre-reduction with solid phase metal oxide as it is carried out e.g. in a fluidized bed, on the other hand, would require a higher amount of CO in the reducing gases. This would lead to increased need for reducing gases from the final reduction stage and, consequently, increased carbonate thread at the final reduction stage.
Förreduktion i smälta minskar betydligt behovet av reduk-5 tionsmedel. Om förreduktionen däremot skulle ske i fluidi-serad bädd, skulle behovet av koi vara betydligt större, för att tillräcklig reduktionspotential i gasen skulle erhällas. X förreduktion vid 1500°C i smält tillständ kommer avgaserna frän förreduktionen att innehälla endast 10 ca 5 % CO medan de vid förreduktion i 800°C i fast fas t.ex. i fluidiserad bädd fortfarande skulle innehälla ca 30 % CO.Preduction in melt significantly reduces the need for reducing agents. On the other hand, if the pre-reduction were to take place in a fluidized bed, the need for koi would be considerably greater in order to obtain sufficient reduction potential in the gas. X pre-reduction at 1500 ° C in the molten state, the exhaust gases from the pre-reduction will contain only about 5% CO, while at pre-reduction in 800 ° C solid phase e.g. in fluidized bed would still contain about 30% CO.
Slutreduktion av färdigt smält FeO tili metall fordrar naturligtvis även mindre energi än slutreduktion av fast 15 FeO. Reduktionen av FeO i slutreduktionssteget sker med C via CO, där det bildade C02 omedelbart tack väre det närvarande kolet äterbildas tili CO. Frän reaktionszonen fäs alltsä huvudsakligen CO. Om syre eller luft tillföres själva badet sker förbränning endast tili CO. En slutför-20 bränning av det bildade CO kan däremot ske ovanför badytan. En förbränning ovanför badytan tillför badet tillskot-tsvärmeenergi. Den ovanför badet bildade gasen kan innehälla upp tili 60 % C02 utan menlig inverkan pä slutreduktionen. Den bildade gasen innehäller fortfarande tillräckligt CO 25 för att täcka reduktionspotentialen och värmebehovet i flamkammaren. Värmebehovet är tack väre förvärmningen av sligen i den fluidiserade bädden mindre än om icke förvärmd slig skulle mätäs in i förreduktionssteget.Of course, final reduction of fully molten FeO to metal requires less energy than final reduction of solid FeO. The reduction of FeO in the final reduction step occurs with C via CO, where the formed CO 2 is immediately thanks to the carbon present being re-formed to CO. Thus, from the reaction zone, mainly CO. If oxygen or air is supplied to the bath itself, combustion will only take place at CO. However, final combustion of the formed CO can occur above the bath surface. A combustion above the bath surface adds additional heat to the bath. The gas formed above the bath can contain up to 60% CO 2 without detrimental effect on the final reduction. The gas produced still contains enough CO to cover the reduction potential and heat demand in the flame chamber. The heat requirement is, thanks to the preheating of the fluidized bed less than if the unheated sieve would be measured in the pre-reduction stage.
30 Förfarandet enligt uppfinningen har ett betydligt lägre energibehov, kolätgäng, än ett förfarande där förreduktion sker i flytbädd, i vilken förbrännings- och förreducerande gaser blandas. I SE 419 129 anges ett totalt kolbehov pä 700 kg/ton Fe, en stor del av koltillskottet innehälls i 35 avgaserna som förbränningsvärme. Energibehovet enligt uppfinningen rör sig kring 400 - 500 kg /ton Fe. Därvid kan 5 - 30 % av det totala kolbehovet inmatas i förreduktionssteget.The process according to the invention has a much lower energy demand, carbonate thread, than a process in which pre-reduction takes place in a fluidized bed, in which combustion and pre-reducing gases are mixed. SE 419 129 specifies a total coal demand of 700 kg / tonne Fe, a large part of the carbon supplement is contained in the exhaust gases as combustion heat. The energy demand according to the invention is around 400 - 500 kg / ton Fe. In this way, 5 - 30% of the total carbon demand can be fed into the pre-reduction stage.
11 8817711 88177
Som ytterligare fördel för uppfinningen mä nämnas att de slutliga avgas volymerna i processor enligt uppfinningen kommer, som en följd av det mindre kolbehovet, att vara 5 betydligt mindre än hos motsvarande andra processer. Dä avgaserna frän virvelbäddsreaktorn dessutom är huvudsakligen slutförbrända bidrar uppfinningen tili en mera arbetsmil-jövänlig process. I förfarandet enligt uppfinningen kan man undvika de besvär, som uppstär med avkylda explosiva 10 giftiga gaser, t.ex. oförbrända gaser innehällande CO och H2 . Rent anläggningstekniskt kan enklare konstruktioner uppnäs. I processer vilka resulterar i oförbrända gaser har dessa normalt förbränts med luft i nägot slutskede, vilket leder tili stora avgasvolymer och följaktligen 15 större kostnader. Förbränning med luft bidrar dessutom tili en ökning av NOx halterna i avgaserna.As a further advantage of the invention, it is mentioned that the final exhaust volumes in the processor according to the invention will, as a result of the smaller carbon demand, be considerably smaller than in the corresponding other processes. In addition, where the exhaust gases from the fluidized bed reactor are essentially final combustion, the invention contributes to a more environmentally friendly process. In the process according to the invention, the inconveniences caused by cooled explosive toxic gases, e.g. unburned gases containing CO and H2. Purely plant technology, simpler designs can be achieved. In processes that result in unburned gases, these have normally been combusted with air at some final stage, leading to large exhaust volumes and consequently greater costs. Combustion with air also contributes to an increase in NOx levels in the exhaust gases.
Den fluidiserade bäddens fördelaktiga inverkan pä stoft-mängderna i avgaserna är beaktansvärd. Med gaserna frän 20 flamkammaren följande smälta droppar och partiklar kommer att uppfängas av de kalla sligpartiklarna, genast kylas tili den temperatur som räder i reaktorn och kommer inte att orsaka besvär vid gasrening eller äterföring tili flamkam-. . maren. Eventuella med avgaserna utströmmande kolpartiklar, 25 slaggbildande ämnen el.dyl. kommer pä motsvarande sätt att tas tili vara och returneras tili flamkammaren.The beneficial effect of the fluidized bed on the amounts of dust in the exhaust gases is noteworthy. With the gases from the flame chamber, the following molten droplets and particles will be trapped by the cold silt particles, immediately cooled to the temperature which rises in the reactor and will not cause any trouble in gas cleaning or return to the flame chamber. . chamber. Possible carbon particles emitted with the exhaust gases, slag-forming substances or the like. will in the same way be taken to be returned to the flame chamber.
·...* I det följande beskrives uppfinningen närmare med hänvisning '} * tili bifogade ritningar, varav r 30 Fig. 1 visar schematiskt en anordning för utövande av förfarandet enligt uppfinningenIn the following, the invention is described in more detail with reference to the accompanying drawings, of which Fig. 1 shows schematically a device for carrying out the method according to the invention.
Fig. 2 visar en uppförstoring av flamkammarväggenFig. 2 shows an enlargement of the flame chamber wall
Fig. 3 visar ett annat utförande av anordningen ochFig. 3 shows another embodiment of the device and
Fig. 4 visar ytterligare ett utförande av anordningen. 35Fig. 4 shows a further embodiment of the device. 35
Anordningen i FIG 1 visar i huvuddrag en flamkammare 1, en pä den anordnad virvelbädds- eller flytbäddsreaktor 2 i2 881 77 med fluidiserad bädd ansluten till en partikelseparator 3. Flamkammaren är anordnad pä en slutreduktionsanläggning t-ex. en konverter 4, som genom en öppning 5 i dess övre del är ansluten till flamkammarens nedre del.The device of FIG. 1 shows in essence a flame chamber 1, a fluidized bed fluidized bed reactor or fluidized bed reactor 2 882 77 connected to a particle separator 3. The flame chamber is arranged on a final reduction plant, for example. a converter 4 which is connected to the lower part of the flame chamber through an opening 5 in its upper part.
55
Metalloxidhaltigt material t.ex. järnhaltig slig eller malmkoncentrat 6, som skall reduceras inmatas i virvelbädd-reaktorns 2 nedre del. Genom en öppning 7 strömmar sam-tidigt heta gaser vid en temperatur av ca. 1400 - 1800 °C 10 frän den nedanom belägna flamkammaren in i reaktorn och fluidiserar den inmatade sligen. Temperaturen i flamkammaren och dä även avgasernas temperatur varierar beroende p4 vilka metalloxider som förreduceras. Ni-oxider fordrar högre temperaturer än ovan angivet och Cu-oxider lägre tempera-15 turer. Sligen förvärmes i reaktorn 2 av de heta gaserna till ca. 600 - 950 °C, till en temperatur som understiger materialets kladdningstemperatur. Temperaturerna beror även i detta fall pä vilka metall-oxider som skall up-pvärmas, Ni-oxider till högre Cu-oxider till lägre tempe-20 ratur än Fe-oxiderna. Om de inkommande reducerande gasernas temperatur är för hög, kan de genast efter eller före inloppet till virvelbäddreaktorn sänkas, t.ex. genom att ätercirkulera en del av de renade och avkylda avgaserna. Normalt utnyttjas hela gasmängden frän flamkammaren för :25 uppvärmning av sligen men om sligens temperatur tenderer ; att bli för hög i virvelbäddsreaktorn kan en del av avgaserna frän flamkammaren i stället användas för förvärmning av luft, bränsle eller slaggbildare.Metal oxide-containing material e.g. ferrous sieve or ore concentrate 6 to be reduced is fed into the lower part of the fluidized bed reactor 2. At the same time through an opening 7, hot gases flow at a temperature of approx. 1400 - 1800 ° C from the flame chamber located below into the reactor and fluidize the feed. The temperature in the flame chamber and also the temperature of the exhaust gases vary depending on which metal oxides are pre-reduced. Ni oxides require higher temperatures than above and Cu oxides lower temperatures. Thus, in the reactor 2 the hot gases are preheated to approx. 600 - 950 ° C, to a temperature below the material's cladding temperature. The temperatures in this case also depend on the metal oxides to be heated, Ni oxides to higher Cu oxides to lower temperatures than the Fe oxides. If the incoming reducing gases temperature is too high, they can be lowered immediately after or before the inlet to the fluidized bed reactor, e.g. by recirculating part of the purified and cooled exhaust gases. Normally, the entire amount of gas is utilized from the flame chamber for: heating the sieve but if the temperature of the sieve tends; to become too high in the fluidized bed reactor, some of the exhaust gases from the flame chamber can instead be used for preheating air, fuel or slag generators.
. 30 Slig partiklarna bör ha en för förvärmning och reduktion lämplig kornstorlek. I de fiesta fall har partiklar med en diameter < 1 mm visat sig lämpliga. De fluidiserande gaserna transporterar slig tili reaktorns övre del och genom en : kanal 8 ut ur reaktorn till partikelavskiljaren 3. I figuren . .35 visas en partikelavskiljare av vertikal cyklonavskiljartyp, men nägon annan för ändamälet lämplig avskiljare eller lämpligt avskiljnings system kan likaväl användas. De renade avgaserna leds ut ur avskiljaren genom utloppet 9.. Such particles should have a grain size suitable for preheating and reduction. In most cases, particles with a diameter <1 mm have proved suitable. The fluidizing gases then transport to the upper part of the reactor and through a: channel 8 out of the reactor to the particle separator 3. In the figure. .35 shows a vertical cyclone separator particle type separator, but any other suitable separator or suitable separator system can be used as well. The purified exhaust gases are led out of the separator through the outlet 9.
i3 881 77i3 881 77
De avskilda partiklarna leds frän cyklonavskiljarens nedre del endera genom en äterföringsledning 10 tillbaka i virvelbäddreaktorn 2 eller via en inmatningsledning 11 5 tili flamkammaren. Med en anordning 12 kan förhällandet mellan material som ätercirkuleras och material som leds direkt tili flamkammaren regleras. I en del fall behövs ingen ätercirkulation till reaktorn 2, men för att uppnä jämn och snabb uppvärmning av sligen är den cirkulerande 10 bädden i de fiesta fall fördelaktig. Den cirkulerande bäddens massivitet har en stabiliserande effekt pä värme-övergängen i reaktorn utan att inverka pä själva ener-gibalansen. Uppehällstiden för partiklarna är förlängd i en cirkulerande bädd och kan dessutom lätt regleras vilket 15 leder tili en mycket flexibel process.The separated particles are conducted from the lower part of the cyclone separator either through an feed line 10 back into the fluidized bed reactor 2 or via an input line 11 to the flame chamber. With a device 12, the relationship between materials which are recirculated and materials that are directed directly into the flame chamber can be controlled. In some cases, no feed circulation is needed to the reactor 2, but in order to achieve even and rapid heating of the circulating bed, in most cases, it is advantageous. The mass of the circulating bed has a stabilizing effect on the heat transfer in the reactor without affecting the energy balance itself. The residence time of the particles is extended in a circulating bed and can also be easily controlled which leads to a very flexible process.
Till materialet i ledning 11 inblandas före flamkammaren partikelformigt reducerande medel säsom koi eller koks 13 och förbränningunderhällande gas säsom luft, syreanrikad 20 luft, med t.ex. >17 % syre, eller syrgas 14. I ett förfa-rande enligt uppfinningen kan lämpligen även lägvärdiga kolhaltiga reduktionsmedel säsom torv, lignit och stenkol användas. Vid vissa processer räcker reduktionspotentialen hos de reducerande gaserna frän slutreduktionssteget tili 25 för att förreducera malmkoncentratet. I dessa fall kan inmatning av reduktionsmedel tili flamkammaren uteslutas.Particulate reducing agents such as koi or coke 13 and combustion-entertaining gas such as air, oxygen-enriched air, with e.g. > 17% oxygen, or oxygen gas 14. In a process according to the invention, low carbonaceous reducing agents such as peat, lignite and coal can also conveniently be used. In some processes, the reduction potential of the reducing gases from the final reduction step is sufficient to pre-reduce the ore concentrate. In these cases, the input of reducing agent into the flame chamber can be excluded.
: Slaggbildare eller flussmedel kan även tillsättas flamkam- maren eller flytbäddsreaktorn tillsammans med sligen eller direkt genom särskilda intag. Även kolet och syret kan .. 30 tillsättas direkt i flamkammaren genom egna intag.: Sludge generators or fluxes can also be added to the flame chamber or floating bed reactor together with sieve or directly through special inlets. The carbon and the oxygen can also be added directly into the flame chamber through its own inlets.
Ledningen 11 förgrenar sig före utmynnandet i flamkammaren ’ / i flera ledningar 15, vars antal kan vara t.ex. 2 - 8 ’* * stycken, vilka i en krans utmynnar via munstycken 16 i : 35 flamkammaren. Om f lytbäddsreaktorn förses med flere paral- lella partikelseparatorer kan ledningen 11 frän varje enskild separator utmynna i flamkammaren via ett eget munstycke.The conduit 11 branches before the discharge into the flame chamber / into several conduits 15, the number of which may be e.g. 2 - 8 '* *, which in a wreath open out via nozzles 16 in: the flame chamber. If the floating bed reactor is provided with several parallel particle separators, the conduit 11 from each individual separator can open into the flame chamber via a separate nozzle.
i4 881 7 7 I det visade förfarandet är munstyckena anordande 1 en krans i flamkammarens nedre del. Munstyckena rlktar det inmatade materialet snett uppät och inät i flamkammaren 5 sä att det inmatade materialet träffar tangentiellt tänkta horisontella cirklar i flamkammaren. Dessa cirklar har en diameter som är mindre än flamkammarens tvärsnitt.In the process shown, the nozzles disposing 1 are a wreath in the lower part of the flame chamber. The nozzles reflect the input material obliquely upturned and inert in the flame chamber 5 so that the input material strikes tangentially imagined horizontal circles in the flame chamber. These circles have a diameter smaller than the cross-section of the flame chamber.
Via öppningen 5 strömmar heta reducerande brännbara gaser 10 säsom CO och H2 frän slutreduktionssteget 4 upp i flamkammaren. Den via munstyckena 15 inmatade luften eller syre-haltiga gasen omblandas väl med de brännbara gaserna och förbränner effektivt i en oxiderande zon i flamkammarens mitt de uppätstigande gaserna, vilket genererar värme för 15 smältning av det inmatade metalloxidhaltiga materialet. Den snett uppät-inät inmatade gasen som getts en tangen-tiell riktning med lämplig hastighet ästadkommer en cyklon-verkan medförande en roterande rörelse av materialet i flamkammaren, vilket bidrar tili en effektiv omblandning 20 av gas och partiklar. Samtidigt kommer det smälta metalloxidhaltiga materialet, säsom visats i figur 2, att slungas ut mot f lamkammarens väggar 18 och där bilda ett tunt skikt 19 av metalloxidsmälta. Oförbrända kokspartiklar 20 inblandas i metalloxidsmältan 19 och ästadkommer en kon-•25 tinuerlig reduktion varvid ett tunt reducerande gasskikt 21 bildas pä och delvis i smältan vid väggen. En del av de : kokshaltiga partiklarna följer smältan tili slutreduk tionssteget.Through the opening 5, hot reducing combustible gases such as CO and H2 flow from the final reduction stage 4 up into the flame chamber. The air or oxygen-containing gas supplied via the nozzles 15 is well mixed with the combustible gases and effectively combust in an oxidizing zone in the middle of the flame chamber the rising gases, which generates heat for melting the input metal oxide-containing material. The obliquely upwardly fed gas given a tangential direction at a suitable velocity results in a cyclone action resulting in a rotary movement of the material in the flame chamber, which contributes to an efficient mixing of gas and particles. At the same time, the molten metal oxide-containing material, as shown in Figure 2, will be thrown out against the walls of the flame chamber 18 and there form a thin layer 19 of metal oxide melt. Uncombusted coke particles 20 are mixed into the metal oxide melt 19 and produce a continuous reduction whereby a thin reducing gas layer 21 is formed on and partially in the melt at the wall. Some of the coke-containing particles follow the melt in the final reduction step.
30 Material, som inmatas i flamkammaren, kan naturligtvis inmatas via öppningar i flamkammarens väggar eller taket utan att regelrätta munstycken används, fördelaktigt är att det inmatade materialet kan riktas i önskad riktning. Alit material, t.ex. slig och syre eller ev. luft, behöver inte .35 blandas före flamkammaren, huvudsaken är att den förbrännin-genunderhällande gasen effektivt omblandas med gaserna i flamkammaren och att det metalloxidhaltiga materialet effektivt kan uppta värme ur flammorna.Of course, materials fed into the flame chamber can be fed through openings in the walls or ceiling of the flame chamber without the use of regular nozzles, advantageously that the input material can be directed in the desired direction. Alit material, e.g. sly and oxygen or possibly air, need not be mixed before the flame chamber, the main thing is that the combustion-maintaining gas is effectively mixed with the gases in the flame chamber and that the metal oxide-containing material can effectively absorb heat from the flames.
is 88177is 88177
Flamkammarens väggar utgöres företrädesvis av membranväggar, vilkas tuber genomströmmas av vatten eller änga. Membran-väggen kyl det närmast väggen befintliga skiktet av metal-5 loxidsmältan, som kommer att stelna tili ett fast skikt. Det fasta skiktet skyddar väggarna för slitage. Den smälta metalloxiden flyter kontinuerligt ned längs väggen och kommer smält och förreducerad att flyta ned i ett slutreduk-tionssteg t.ex. en konverter 4 som är anslutet tili flamkam-10 maren.The walls of the flame chamber are preferably made up of membrane walls, whose tubes are flooded with water or meadow. The membrane wall cools the layer closest to the wall of the metal oxide melt, which will solidify into a solid layer. The solid layer protects the walls from wear. The molten metal oxide continuously flows down the wall and will melt and pre-reduced to flow down in a final reduction step e.g. a converter 4 connected to the flame chamber.
De reducerande gaserna som stiger uppät i flamkammaren kommer att brännas fullständigt i flamkammarens oxiderande zon av det tillförda syret och ledas frän flamkammaren 15 genom öppningen 7 in i reaktorn 2.The reducing gases which rise up in the flame chamber will be completely burned in the oxidizing zone of the flame chamber by the supplied oxygen and passed from the flame chamber 15 through the opening 7 into the reactor 2.
I figur 1 har en anordning med inmatning av material i flamkammarens nedre del visats. Inmatning i flamkammarens mittdel eller övre del kan vara att föredra i vissa till-20 lämpningar. Även dä riktas inmatningsmunstyckena sä att de uppätstigande reducerande gaserna kommer att brännas i heta flammor i kammarens mitt och sä att ett reducerande skikt kommer att bibehällas vid kammarens väggar.In Figure 1, a device with input of material in the lower part of the flame chamber has been shown. Input in the middle or upper part of the flame chamber may be preferable in some applications. Also there, the feed nozzles are directed so that the ascending reducing gases will burn in hot flames in the center of the chamber and that a reducing layer will be maintained at the walls of the chamber.
:.:.:25 I det i figur 3 visade förfarandet enligt uppfinningen är munstyckena 16 anordnade i en krans i flamkammarens Övre : del. Munstyckena riktar det inmatade materialet snett nedät och inät i flamkammaren sä att det inmatade materialet träffar tangentiellt tänkta horisontella cirklar 17 i - - 30 flamkammaren. Dessa cirklar har en diameter som är mindre än flamkammarens diameter. Den roterande rörelse som uppstär i materialet kommer att slunga ut smält material pä kammarens väggar 18. De uppätstigande gaserna och inriktnin-V : gen av munstyckena kan göras sädan att smältan fördelas pä .1.35 önskat sätt över väggen.In the method of the invention shown in Figure 3, the nozzles 16 are arranged in a wreath in the upper part of the flame chamber. The nozzles direct the input material obliquely down and inset into the flame chamber so that the input material hits tangentially imagined horizontal circles 17 in the - 30 flame chamber. These circles have a diameter smaller than the diameter of the flame chamber. The rotary movement which is upset in the material will throw out molten material on the walls of the chamber 18. The rising gases and the alignment V of the nozzles can be made such that the melt is distributed in the desired manner over the wall.
Det förreducerade och ätminstone delvis smälta metalloxid-i " haltiga materialet flyter nedät längs väggarna i flamkam- 16 881 77 maren och till slutreduktionsreaktorn 4, som kan vara t.ex.en konverter. I reaktorn bildar slutreducerad metall ett smältbad 27 pä bottnen av konvertern och ett slagg skikt 26 pä metallsmältan.The pre-reduced and at least partially molten metal oxide-containing material flows downstream along the walls of the flame chamber and to the final reduction reactor 4, which may be, for example, a converter. In the reactor, the final reduced metal forms a melt bath 27 on the bottom of the converter. and a slag layer 26 on the metal melt.
55
Det förreducerade nedflytande smälta materialet slutredu-ceras huvudsakligen i slaggskiktet och i skiktet mellan slaggen och smältan under bildning av reducerande gaser. I reaktorväggen strax ovanom slaggskiktet är anordnat minst 10 tvä munstycken 24 för injicering av syre eller syrehaltig gas för förbränning av den bildade reducerande gasen. Munstyckena är riktade tangentiellt tili en tänkt horison-tell cirkel med mindre diameter än reaktorn varigenom gasblandningen i konvertern kommer att bilda en virvlande 15 rörelse. Syrgasen kommer att svepa över slaggskiktets yta och förbränna de bildade reducerande gaserna i omedelbar anslutning tili deras bildande vid slaggskiktet och kommer dä att avge värme tili slaggskiktet och badet. En gas med 17 - 100 % syre kan lämpligen användas. En god omröring 20 av badet t.ex. med inert gas bidrar tili bättre värmeö-vergäng frän förbränningsgaserna tili badet. De i slutreduk-tionssteget bildade gaserna stiger enligt förfarandet som belyses i figuren direkt rakt upp i flamkammaren motströms mot det nedät flytande förreducerade materialet. Det kan i ' 25 vissa fall vara fördelaktigt att leda in gaserna i flamkammaren frän sidan. Detta kan göras sä att förbränningen i flamkammaren huvudsakligen kommer att ske i flamkammaren i en oxiderande zon och sä att dessutom en reducerande zon bibehälls i flamkammaren.The pre-reduced liquefied molten material is substantially reduced in the slag layer and in the layer between the slag and the melt to form reducing gases. In the reactor wall just above the slag layer are arranged at least 10 nozzles 24 for injecting oxygen or oxygen-containing gas for combustion of the reducing gas formed. The nozzles are directed tangentially to an imaginary horizontal circle of smaller diameter than the reactor, whereby the gas mixture in the converter will form a swirling motion. The oxygen gas will sweep across the surface of the slag layer and burn the formed reducing gases in immediate connection to their formation at the slag layer and will then heat to the slag layer and the bath. A gas having 17 - 100% oxygen can conveniently be used. A good stirring of the bath e.g. with inert gas, tili contributes to better heat dissipation from the combustion gases to the bath. The gases formed in the final reduction stage rise according to the procedure illustrated in the figure directly straight up in the flame chamber countercurrent to the downstream liquid pre-reduced material. In some cases it may be advantageous to introduce the gases into the flame chamber from the side. This can be done so that combustion in the flame chamber will mainly take place in the flame chamber in an oxidizing zone and furthermore that a reducing zone is maintained in the flame chamber.
. 30. 30
Kolhaltigt slutreduktionsmedel säsom stenkol eller koks kan tillföras konvertern via inlopp 28 in i metallsmältan eller via ett inlopp in i slaggskiktet eller ovanför slaggskiktet. Syre inmatas via inloppet 29.Carbonaceous final reducing agents such as coal or coke can be supplied to the converter via inlet 28 into the metal melt or via an inlet into the slag layer or above the slag layer. Oxygen is fed through the inlet 29.
Bränsle och syrgas kan injekteras tili slaggskiktet eller smältan för att täcka en del av energibehovet vid slutreduk-tion och smältning av osmälta metalloxider i konvertern.Fuel and oxygen can be injected into the slag layer or melt to cover part of the energy demand in the final reduction and melting of unmelted metal oxides in the converter.
: 35 17 881 77 20 - 60 % av de bildade reducerande gaserna kan brännas ovanför slaggskiktet i en konverter.: 35 17 881 77 20 - 60% of the reducing gases formed can be burned above the slag layer in a converter.
Om tilläggsenergi tili smältan fäs via elektroder kan 5 enbart 4 - 20 % av de bildade gaserna brännas ovanför slaggskiktet. Högre temperaturer kan skada elektroderna.If additional energy to the melt is supplied via electrodes, only 4-20% of the gases formed can be burned above the slag layer. Higher temperatures can damage the electrodes.
Ocksä plasma upphettad syrgas eller pä regenerativ eller rekuperativ väg upphettad syrgas och/eller luft kan användas 10 för att förbränna bildade gaser ovanför slaggskiktet. Själva smältan kan tillföras energi via ljusbäge i en plasma upphettad gas.Also, plasma heated oxygen or in the regenerative or recuperative way heated oxygen and / or air can be used to burn formed gases above the slag layer. The melt itself can be supplied with energy by light in a plasma heated gas.
För rekuperativ eller regenerativ förvärmning kan en del 15 av de bildade gaserna tas ut frän slutreduktionssteget.For recuperative or regenerative preheating, some of the gases formed can be extracted from the final reduction stage.
I figur 4 visas en anordning för en nägot annorlunda tillämpning av uppfinningen. Flamkammaren 1 har i detta fall en avsmalnande nedersta del 34 tili vilken inmat-20 ningsledningen 11 för förvärmt metalloxidhaltigt material anslutits. Avsikten är i detta fall att bäde smälta och förreducera det förvärmda materialet med de heta reducerande gaserna frän slutreduktionssteget, i huvudsak utan förbränn-ing av de heta gaserna eller utan tillsatts av extra *.:.*25 reducerande medel. Därvid bör i flamkammaren ästadkommas en mycket god kontakt mellan förvärmt material och heta : : : reducerande gaser frän slutreduktionssteget 4. I den i figuren visade tillämpningen har flamkammarens nedersta del 34 gjorts avsmalnande för att en god omblandning där .•.*.30 skall ske. Temperaturen i den nedersta delen kan stiga tili 1600 - 1700°C varvid smältning och reduktion sker mycket snabbt.Figure 4 shows a device for a somewhat different application of the invention. The flame chamber 1 has in this case a tapered lower part 34 to which the pre-heated metal oxide-containing material feed line 11 is connected. In this case, the intention is to both melt and pre-reduce the preheated material with the hot reducing gases from the final reduction stage, essentially without combustion of the hot gases or without the addition of additional reducing agents. In this case, a very good contact between preheated material and hot should be established in the flame chamber:: reducing gases from the final reduction stage 4. In the application shown in the figure, the lower part 34 of the flame chamber has been made tapered to allow a good mixing there. . The temperature in the lower part can rise to 1600 - 1700 ° C, with melting and reduction occurring very quickly.
"· * Reaktionerna enligt detta utförande kan ske i stort sett :;':35 utan förbränningenunderhällande gas, varvid en större del av de vid slutreduktionen bildade reducerande gaserna kan brännas i anslutning tili deras bildande i själva kon- “ vertern än om de reducerande gaserna skulle behövas i en 18 381 77 förbränningsprocess i flamkammaren. En förbränning av gaserna i den konvertern är ur energiekonomisk synpunkt fördelaktigare än en förbränning i flamkammaren.The reactions of this embodiment can be carried out substantially: without burning combustion gas, whereby a greater proportion of the reducing gases formed at the final reduction can be burned in conjunction with their formation in the converter itself than if the reducing gases would be needed in a combustion process in the combustion chamber A combustion of the gases in that converter is more economically advantageous than combustion in the combustion chamber.
5 Den roterande rörelsen hos materialet i f lamkammaren, vilket behövs för att det smälta materialet skall slungas ut mot väggarna och inte ledas upp i flytbäddsreaktorn 2, ästad-koms genom att inmata avgaser via ledning 33 frän flytbädds-reaktorn i flamkammaren. Frän partikelavskiljaren 3 leds 10 avgaserna via en värmeväxlare 30 dels ut ur processen dels via en ledning 33 tili flamkammarens Övre del och inmatas sä att en drall uppstär i materialet i flamkammaren.The rotary movement of the material in the flame chamber, which is needed for the molten material to be thrown out against the walls and not led up into the floating bed reactor 2, is achieved by feeding exhaust gases via line 33 from the floating bed reactor into the flame chamber. From the particle separator 3, the exhaust gases are conducted via a heat exchanger 30 partly out of the process and partly via a conduit 33 to the upper part of the flame chamber and are fed so that a buzz arises in the material in the flame chamber.
Den roterande rörelsen kan även ästadkommas med andra medel säsom inmatning av gas frän en förgasare i närä 15 anslutning tili flamkammaren. Gasen kan förbrännas i flamkammaren och sä Öka värmeinnehället i flamkammaren.The rotary motion may also be accomplished by other means such as supply of gas from a carburetor in close proximity to the flame chamber. The gas can be combusted in the flame chamber and say Increase the heat content of the flame chamber.
Uppfinningen är inte begränsad tili de ovan beskrivna 20 utföringsformerna, utan kan varieras inom ramen för de angivna patentkraven.The invention is not limited to the above-described embodiments, but can be varied within the scope of the claimed claims.
Claims (21)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI890588A FI88177C (en) | 1988-03-30 | 1989-02-08 | REFERENCE TO A REDUCTION OF A METALLOXIC MATERIAL |
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI881486A FI83670C (en) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | FOERREDUKTION AV METALLOXIDHALTIGT MATERIAL. |
| FI882975 | 1988-06-22 | ||
| FI881486 | 1988-06-22 | ||
| FI882975A FI84841C (en) | 1988-03-30 | 1988-06-22 | FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER REDUKTION AV METALLOXIDHALTIGT MATERIAL. |
| FI890588 | 1989-02-08 | ||
| FI890588A FI88177C (en) | 1988-03-30 | 1989-02-08 | REFERENCE TO A REDUCTION OF A METALLOXIC MATERIAL |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI890588A0 FI890588A0 (en) | 1989-02-08 |
| FI890588A FI890588A (en) | 1989-10-01 |
| FI88177B true FI88177B (en) | 1992-12-31 |
| FI88177C FI88177C (en) | 1993-04-13 |
Family
ID=27241268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI890588A FI88177C (en) | 1988-03-30 | 1989-02-08 | REFERENCE TO A REDUCTION OF A METALLOXIC MATERIAL |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FI (1) | FI88177C (en) |
-
1989
- 1989-02-08 FI FI890588A patent/FI88177C/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI890588A0 (en) | 1989-02-08 |
| FI88177C (en) | 1993-04-13 |
| FI890588A (en) | 1989-10-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI84841B (en) | FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER REDUKTION AV METALLOXIDHALTIGT MATERIAL. | |
| US6270553B1 (en) | Direct reduction of metal oxide agglomerates | |
| RU2077595C1 (en) | Method and apparatus (alternatives) for producing iron and/or alloys thereof from iron oxide materials | |
| KR930009970B1 (en) | Process for smelting or melting ferrous or non-ferrous metal from self-reducing agglomerates or metal | |
| KR100241616B1 (en) | Method for manufacturing molten pig iron or steel prototype and plant for performing the same | |
| FI83670B (en) | FOERREDUKTION AV METALLOXIDHALTIGT MATERIAL. | |
| CN1345381A (en) | Direct iron and steelmaking | |
| SK124299A3 (en) | Apparatus for manufacturing molten pig iron and reduced iron by utilizing fluidized bed, and method therefor | |
| KR20010072468A (en) | Method for producing liquid pig iron | |
| FI88177B (en) | Method and device for reduction of material containing metal oxide | |
| US7220293B2 (en) | Thermal synthesis production of steel | |
| CN1190995A (en) | Processfor producing liquid pig iron or intermediate steel products and installation for implementing it | |
| FI93027B (en) | Method and apparatus for making iron | |
| SK283453B6 (en) | Melting gasifier and device for producing molten metals | |
| RU2192476C2 (en) | Method of production of hot reducing gas for reduction of metal ore and plant for realization of this method | |
| JPH0332612B2 (en) | ||
| CN110157917A (en) | Metal solid waste cooperates with melting continuously device with organic liquid waste | |
| JPS6311609A (en) | Prereduction device for iron ore | |
| JPS62228868A (en) | Fluidized bed furnace with out-of-core circulating mechanism | |
| PH26062A (en) | Method for melting and refining a powdery ore containing metal oxides and apparatus for melting said ore |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Owner name: FOSTER WHEELER ENERGIA OY |
|
| PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: FOSTER WHEELER ENERGIA OY |
|
| MM | Patent lapsed | ||
| MM | Patent lapsed |
Owner name: FOSTER WHEELER ENERGIA OY |