FI88177B - Method and device for reduction of material containing metal oxide - Google Patents

Description

88177 Förfarande och anordning för reduktion av metalloxidhaltigt material.

Metallioksidipitoisen materiaalin 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.

*·*·' 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.

2 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 smältan

C + 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.

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.

20

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Den föreliggande uppfinningen har som avsikt att ästadkomma en förbättring av de ovan beskrivna förreduktionsprocesser- na.

35 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.

Uppfinningen har alltsä som avsikt att ästadkomma ett förfarande med förbättrad energiekonomi och förbättrad 10 kinetik för reduktionen.

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.

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.

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.

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.

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.

7 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.

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.

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.

: 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

’ 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.

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.

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.

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.

11 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.

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.

·...* 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 uppfinningen

Fig. 2 visar en uppförstoring av flamkammarväggen

Fig. 3 visar ett annat utförande av anordningen och

Fig. 4 visar ytterligare ett utförande av anordningen. 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.

5

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.

. 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.

i3 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.

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.

: 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.

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.

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.

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.

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.

is 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.

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.

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.

:.:.: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.

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.

5

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.

. 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.

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.

: 35 17 881 77 20 - 60 % av de bildade reducerande gaserna kan brännas ovanför slaggskiktet i en konverter.

Om tilläggsenergi tili smältan fäs via elektroder kan 5 enbart 4 - 20 % av de bildade gaserna brännas ovanför slaggskiktet. Högre temperaturer kan skada elektroderna.

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.

För rekuperativ eller regenerativ förvärmning kan en del 15 av de bildade gaserna tas ut frän slutreduktionssteget.

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.

"· * 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.

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.

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.

Uppfinningen är inte begränsad tili de ovan beskrivna 20 utföringsformerna, utan kan varieras inom ramen för de angivna patentkraven.

Claims (21)

1. Förfarande för att förvärma och förreducera metalloxid-haltigt material sAsom slig eller malmkoncentrat, för att 5 framställa en för slutreduktlon lämpad förreducerad produkt, varvid det metalloxidhaltiga materialet - inmatas i en ovanom ett slutreduktionssteg anordnad flamkammare, - Atminstone delvis smältes och förreduceras i flamkam-10 maren, - bibringas en roterande rörelse samt - leds nedAt till slutreduktionssteget kännetecknat därav att 15 a) det metalloxidhaltiga materialet, före inmatningen i flamkammaren, inmatas och förvärmes i en till flamkammaren ansluten reaktor med fluidiserad bädd, varvid - heta avgaser frAn flamkammaren inmatas i reaktorns undre del för fluidisering och förvArmning av det metalloxidhal- 20 tiga materialet i reaktorn, - förvärmt metalloxidhaltigt material avskiljes frAn de ur reaktorn utgAende avgaserna och - avskilt metalloxidhaltigt material dels Atercirkuleras ' - till reaktorn dels inmatas i flamkammaren och att L: : 25 b) det i flamkammaren inmatade förvärmda metalloxidhal-.:-. tiga materialet Atminstone delvis smältes och/eller för reduceras under utnyttjande av heta reducerande gaser frAn slutreduktionssteget. . . 30

; ’· 2. Förfarande enligt patentkrav 1 kännetecknat därav att förbränningunderhAllande gas inmatas i flamkammaren.

3. Förfarande enligt patentkrav 2 kännetecknat därav att 35 den förbränningunderhAllande gasen är luft.

4. Förfarande enligt patentkrav 2 kännetecknat därav att den förbränningunderhAllande gasen är syrgas. 20 88177

5. Förfarande enligt patentkrav 2 kännetecknat därav att den förbränningunderhällande gasen inmates i flamkammaren för förbränning av uppätstigande heta reducerande gaser 5 frän slutreduktionssteget för smältning av det metalloxid-haltiga materialet.

6. Förfarande enligt patentkrav 2 kännetecknat därav att kolhaltigt material inmatas i flamkammaren. 10

7. Förfarande enligt patentkrav 2 kännetecknat därav att kolhaltigt material och den förbränningen underhällande gasen inmatas i flamkammaren varvid det 1 flamkammarens inre bildas en het zon med hög förbänningsgrad eller heta 15 flammor och vid flamkammarens väggar en reducerande zon.

8. Förfarande enligt patentkrav 7 kännetecknat därav att det förvärmda metalloxidhaltiga materialet inmatas och Atminstone delvis smältes i zonen med hög förbränningsgrad 20. flamkammaren.

9. Förfarande enligt patentkrav 8 kännetecknat därav att det kolhaltiga materialet och den förbränningen under-hällande gasen inmatas sA 25. att i flamkammarens mitt bildas en het oxiderande zon för smältning av det metalloxidhaltiga materialet och för Atminstone delvis förkoksning av det kolhaltiga materialet och - att det smälta metalloxidhaltiga materialet och det 30 förkoksade kolhaltiga materialet slungas ut tili flamkammarens väggar där en reducerande zon för reduktion av det smälta metalloxidhaltiga materialet bildas.

10. Förfarande enligt patentkrav 1 kännetecknat därav att 35 det förvärmda metalloxidhaltiga materialet inmatas i flamkammarens nedersta del i närä anslutning tili inmatnin-gen av heta reducerande gaser frAn slutreduktionssteget sA 2i 88177 att god kontakt erhälles mellan den reducerande gasen och det metalloxidhaltiga materialet.

11. Förfarande enligt patentkrav 1 kännetecknat därav att 5 gas Inmatas 1 flamkammaren för att blbrlnga i flamkammaren Inmatat metalloxidhaltigt material en roterande rörelse sä att smält metalloxidhaltigt material slungas ut till flamkammarens väggar. 10

12. Förfarande enligt patentkrav 11 kännetecknat därav att avgaser frän reaktorn med fluidiserad bädd ätercirku-leras till flamkammaren för att bibringa materialet den roterande rörelsen. 15

13. Förfarande enligt patentkrav 11 kännetecknat därav att kolhaltigt material förgasas i anslutning till flamkam-maren för att bibringa materialet i flamkammaren den roterande rörelsen. 20

14. Förfarande enligt patentkrav 1 kännetecknat därav att det metalloxidhaltiga materialet i flamkammaren huvudsak-ligen reduceras medelst reducerande gaser frän slutreduk-tionssteget. 25

15. Förfarande enligt patentkrav 1 kännetecknat därav att reducerande medel inmatas i flamkammaren för reduktion av det metalloxidhaltiga materialet.

16. Förfarande enligt patentkrav 1 kännetecknat därav att - . 30 det metalloxidhaltiga materialet förvärms i reaktorn med fluidiserad bädd tili en temperatur, som inte överstiger materialets kladdningstemperatur, företrädesvis 600-950°C.

17. Förfarande enligt patentkrav 1 kännetecknat därav att 35 det metalloxidhaltiga materialet värms i flamkammaren till en temperatur vid vilken materialet huvudsakligen är smält, företrädesvis 1400 - 1800eC. 22 8 817 7

18. Förfarande enligt patentkrav 1 kAnnetecknat därav att material som förAngats och smält i flamkammaren och som eventuellt medföljer avgaserna fr An flamkammaren tili reaktorn med fluidiserad bädd bringas att kondensera och 5 stelna pA eller pA annat sätt uppfAngas av kallare partik-lar i den fluidiserade bädden.

19. Förfarande enligt patentkrav 1 kAnnetecknat därav att ur metalloxidhaltigt material framställs en smält metallisk 10 produkt i följande tre direkt pA varandra följande process-steg: a) förvärmning av det metalloxidhaltiga materialet i ett första processteg, b) förreducering och Atminstone delvis smältning av det 15 förvärmda materialet i ett andra processteg, c) slutreduktion av det förreducerade materialet i ett tredje processteg, varvid vid andra och tredje processteget bildade gasers energiinnehAll tillgodogöres samma eller närmast föregAende 20 processteg för minimering av den vid framställningen av den smälta metalliska produkten erforderliga energin.

19 881 77

20. Förfarande enligt patentkrav 1 kAnnetecknat därav att i slutreduktionssteget det förreducerade och Atminstone 25 delvis smälta metalloxidhaltiga materialet slutreduceras i en reaktor innehAllande ett smält bad av metall och ett därpA flytande sklkt av slagg och att de vid slutreduktionen bildade gaserna delvis förbränns med en förbränningunder-h AI lande gas som bringas att svepa över ytan av nämnda 30 slaggskikt.

21. Anordning för att förvärma och förreducera metalloxidhaltigt material sAsom slig eller malmkoncentrat, för att framställa en för slutreduktion lämpad förreducerad produkt, 35 innefattande - en flamkammare, vars utlopp för smält och förreducerat material i flamkammarens nedre del är (direkt) anslutet tili ett slutreduktionssteg, 23 8 81 7 7 - anordningar för inmatnlng av förvärmt metalloxidhaltigt material i flamkammaren och - anordningar för att bibringa det metalloxidhaltiga materialet en roterande rörelse i flamkammaren 5 kännetecknad därav att anordningen innefattar a) en tili flamkammarens (1) Övre del ansluten reaktor (2) med fluidiserad bädd, för förvärmning av det metal-loxidhaltiga materialet före inmatning i flamkammaren, 10 varvid - reaktorn (2) i sin nedre del har ett intag (7) för heta avgaser frän flamkammaren (1) och i sin Övre del är ansluten tili en partikelavskiljare (3) för avskiljning av förvärmt metalloxidhaltigt material frän de ur reaktorn utgäende 15 gaserna, och - partikelavskiljaren (3) genom en äterföringsledning (10) är ansluten tili reaktorns nedre del och genom en inmatningsledning (11) tili flamkammaren, och 20 b) ett tili flamkammarens (1) nedre del (34) anslutet inlopp för heta reducerande gaser frän slutreduktionssteget (4). CO 24 8 81 77