NL9300144A - Werkwijze voor het bereiden van vloeibaar ijzer en gas. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor het bereiden van vloeibaar ijzer en gas.

Afsplitsing van de Nederlandse octrooiaanvrage 8103451

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van vloeibaar ijzer en gas in een ijzersmeltreactor, waarin zich een vloeibare ijzersmelt bevindt, waaraan koolstofhoudende, vaste of vloeibare brandstoffen en stoffen die ijzer ten minste gedeeltelijk in axidi-sche vorm bevatten worden toegevoerd en qp het oppervlak waarvan een ten minste ten dele uit zuurstof bestaande gasstraal wordt geblazen, waarbij de brandstoffen vergassen en zich in de gasruimte boven het oppervlak van de smelt verzamelen en van daar worden afgevoerd en de stoffen die ijzer ten minste gedeeltelijk in oxidische vorm bevatten gereduceerd worden en ijzer gewonnen wordt.

In de Eranse octrooiaanvrage 2.353.887 wordt een werkwijze als in aanhef genoemd, beschreven. Over de mogelijkheid het gevormde gas als brandbaar gas te gebruiken en qp die wijze de economische aantrekkelijkheid van de werkwijze te vergroten, wordt niet gerept.

In de Nederlandse octrooiaanvrage 8103451, waarvan de huidige aanvrage een afsplitsing is, wordt een werkwijze beschreven voor het bereiden van een economisch bruikbaar brandbaar gas hoofdzakelijk bestaande uit 00 en door brandstof en een gasstraal van een zuurstof bevattend gas toe te voeren aan een ij zersmeltreactor.

Hierin wordt niet vermeldt dat bij deze reaktie ijzerhoudende ertsen in ijzer kunnen worden omgezet.

Gebleken is nu dat ook bij de bereiding van ijzer uit ijzersmelten die ten minste gedeeltelijk ijzer in oxidische vorm bevatten, een gas met aantrekkelijke verbrandings- en/of reducerende eigenschappen bereid kan worden.

On dit doel te bereiken moet de gasstraal door de gasruimte boven het oppervlak van de smelt worden geblazen, en bij deze passage gas aanzuigen dat gedeeltelijk verbrand wordt, waarbij de hierbij ontstane warmte aan de ijzersmelt wordt overgedragen.

Volgens de uitvinding wordt de gasstraal door de gasruimte boven het oppervlak van de smelt heen geblazen, zuigt de gasstraal bij het doorlopen van de gasruimte gevormd gas aan, brengt gedeeltelijke verbranding ervan teweeg, en sleurt het gas zodanig mee naar het oppervlak van de smelt, dat de bij verbranding van het gevormde gas ontstane warmte wordt overgedragen aan de ijzersmelt.

Bij voorkeur worden de vaste of vloeibare brandstoffen ander het oppervlak van de ijzersmelt geblazen. Voor het transport kan men drager- gassen gebruiken, zoals bijv. lucht, stikstof, koolmonoxide, een inert gas of dergelijke. Het is echter ook mogelijk de brandstof boven het oppervlak van de smelt toe te voeren.

De ten minste ten dele uit zuurstof bestaande gasstraal kan uit lucht, of mengsels van lucht en zuurstof bestaan, maar in de meeste gevallen is technisch zuivere zuurstof het meest geschikt.

De zuurstof in de door de gasruimte en boven het oppervlak van de smelt ingeblazen gasstraal dient in het bijzonder voor de verbranding van een deel van het uit de brandstof bereide gas. De eigenlijke zuur-stoftoevoer voor het vergassingsproces vindt daarentegen gunstig plaats via onder het oppervlak van de smelt aanwezige blaasmondstukken. Deze kunnen bijv. bestaan uit een aantal concentrische buizen; voor het beschermen van de blaasmondstukken wordt aan de buitenzijde cp op zichzelf békende wijze een koolwaterstof gébruikt.

De hoeveelheid onder het oppervlak van de smelt toegevoerde zuurstof in verhouding tot de hoeveelheid van de in de gasstraal boven het oppervlak van de smelt toegevoerde zuurstof kan binnen willekeurige grenzen worden gewijzigd. Het is bijv. mogelijk 80%van de totale zuurstof met de gasstraal van bovenaf toe te voeren en slechts 20% onder het oppervlak van de smelt in te voeren, of ook precies omgekeerd 80% van de totale, aan de ijzersmeltreactor toegevoerde hoeveelheid zuurstof onder het oppervlak van de smelt in te blazen en slechts 20% van bovenaf met de gasstraal toe te voeren. Er is echter gebleken, dat ten minste 10% van de totale hoeveelheid aan de reactor toegevoerde zuurstof met de gasstraal bovenop het oppervlak van de smelt moet worden geblazen, om de voordelen van de uitvinding wat betreft de warmte-economie van het proces te benutten. Deze hoeveelheid kan tot 100% worden verhoogd. Daarbij is verrassenderwijs gebleken, dat deze zuurstof uit de gasstraal voor oxidatie van de brandstof in de ijzersmelt dient. Bij het op de gebruikelijke wijze werken met de ijzersmeltreactor wordt circa 40-90% van de totale hoeveelheid zuurstof in de gasstraal toegevoerd. De van bovenaf toegevoerde fractie houdt men reeds uit economische overwegingen zo hoog nogelijk, omdat deze fractie van de totale hoeveelheid in het algemeen onder een lagere druk in vergelijking tot de druk, die nodig is voor de onder het oppervlak van de smelt aanwezige blaasmondstukken, wordt ingeblazen.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding kan het erts in de ijzersmelt zowel via mondstukken in de bodem rechtstreeks of ook van boven af op de smelt worden geblazen. Bij een gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding vindt de toevoer van het erts ten minste ten dele plaats tezamen met de zuurstof die cp de smelt wordt geblazen. Bij deze wijze van werken wordt het stofvormige erts reeds in de gasatmosfeer voorwerwanod en voorgereduceerd, waardoor het thermisch rendement van de werkwijze wordt verhoogd. Ter verdere verbetering van deze effekten kan het doelmatig zijn, in de mondstukken voor het cpblazen voorzieningen toe te passen die bijdragen tot een vermenging van de straal net de ertsdeeltjes, bijv. doordat de straal in een wervelende beweging uit het mondstuk komt.

Bij voorkeur worden een aantal gasstralen qp het oppervlak van de smelt gericht. Het cpblazen vindt plaats vanaf een betrekkelijk grote afstand vanaf het oppervlak van de smelt en de plaats waar de gasstralen het oppervlak van de smelt treffen ligt ongeveer in het midden van het oppervlak van de smelt. Beslissend is een voldoende grote lengte (baan) voor de gasstralen in de gasruimte boven het oppervlak van de smelt. Normaliter moet een afstand tussen de blaasmondstukken van de gasstraal en het oppervlak van de smelt worden aangehouden van ten minste circa 2 meter. De blaasmondstukken worden in de vuurvaste bekleding in het bovenste gedeelte van de ijzersmeltreactor gemonteerd. Ze kunnen, in hoofdzaak bij het cpblazen van lucht, bestaan uit een enkelvoudige buis of, zoals bijv. bij toepassing van technisch zuivere zuurstof, uit twee concentrische buizen. Bij de laatstgenoemde uitvoeringsvorm stroomt de zuurstof door de centrale buis en wordt ter bescherming van het blaas-mondstuk door de ringvormige ruimte stikstof, koolmonoxide, een inert gas, een koolwaterstof of dergelijke in een geringe hoeveelheid (0,1-5% berekend op het oxiderende gas) ingeblazen.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt bij de gedeeltelijke naverbranding van de in de ij zersmeltreactor gevormde gassen ontstane warmte ten minste ten minste ten dele benut voor de reductie van de ij-zerbevattende stoffen, in het bijzonder erts. Aan de ijzersmelt in het reactorvat worden naast de stoffen, die ijzer ten minste ten dele in oxidische vorm bevatten, zoals bijv. erts, de koolstofhoudende, vaste of vloeibare brandstoffen, alsmede zuurstof en slakkenvormers toegevoerd. Het essentiële economische voordeel van deze uitvoeringsvariant van de werkwijze volgens de uitvinding is, dat met geringe technische inspanning erts door een betrekkelijk kleine hoeveelheid kolen rechtstreeks gereduceerd wordt en tegelijkertijd daarbij een gas ontstaat, dat cp velerlei wijze toegepast kan worden. Er zijn voor de vorming van 1 ton ijzer door reductie van ijzererts circa 1,1 t kolen (samenstelling circa 78% C, 5% E,, 3% Bp, 5% as, 5% Cfe, 1% S, verbrandingswaarde Hu 7500 kcal /m3 = 31400 kJ/rn3) nodig. Tegelijkertijd ontstaat een industrieel toepasbaar gas roet ongeveer een samenstelling van 57% 00, 14% 002, 14% Hg, 14% H20 met een verbrandingswaarde van circa 2100 kcal/ro3 = 8790 kJ/rrt3.

De werkwijze volgens de uitvinding maakt dus een economisch optimalisering van de ijzerbereiding in kombinatie met de bereiding van het gas in een ijzersrreltreactor mogelijk. Voert men bijv. een dergelijke werkwijzetrap uit zonder zoals volgens de uitvinding voorgeschreven de terugoverdracht van energie uit de gedeeltelijke naverbranding van het in de ijzersmelt gevormde gas, dan zou bij toepassing van dezelfde kolen voor de bereiding van 1 t ijzer uit ijzererts circa 3 t kolen nodig zijn. Het afvalgas zou dan een samenstelling hebben van circa 70% GO, 1% GOj, 27% Ha, 1% HP en een verbrandingswarmte Hu hébben van circa 2700 kcal/nf = 11305 kJ/rrt3.

De verder bekende meertrapswerkwijzen voor de reductie van ijzererts en voor de bereiding van vloeibaar ijzer, bijv. volgens het DE-A 2401909 hébben het nadeel, dat de ontstane gassen vanwege hun lage verbrandingswarmte zonder het wat de kosten betreft nadelige bijmengen van energierijke gassen slechts nog voor doeleinden van ondergeschikt belang bruikbaar zijn. Bij deze werkwijze voor de bereiding van 1 ton ijzer zijn circa 650 kg kolen nodig. Er ontstaat daarbij een gas met ongeveer als analyse 41% 00, 30% 002, 18% Hp, 10% 1¾ en met een verbrandingswarmte Hu van 1100 kcal/m? = 4605 kJ/m3.

Als toe te passen stoffen die ijzer ten minste ten dele in oxidi-sche vorm bevatten, zijn naast erts van allerlei kwaliteit, in het bijzonder "pellets" en briketten uit onvolledig gereduceerd erts geschikt.

De werkwijze volgens de uitvinding kan bijzonder gunstig worden toegepast cp die plaatsen waar het mogelijk is het gevormde gas in de onmiddellijke nabijheid als brandstofgas te gébruiken, bijv. als vervanging voor aardgas. Het bij de werkwijze volgens de uitvinding ontstane en ten dele naverbrande gas heeft, in hoofdzaak vanwege het betrekkelijk hoge 00-gehalte ongeveer dezelfde vlamterrperatuur als aardgas en kan derhalve zonder belangrijke wijzigingen aan de inrichting van ovens als vervanging van aardgas worden gébruikt.

Het hierna volgende voorbeeld beschrijft de toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding in een convertor-vormig reactievat met 60 t ijzersmelt. In de bodem van de convertor· zijn 10 mondstukken met een inwendige diameter van 28 mm aangébracht. Door 2 van de mondstukken wordt koolstof in een hoeveelheid van 350 kg/min ingeblazen, waarbij als dragergas stikstof, kooldioxide of reductiegas uit de convertor zelf gebruikt kan worden. Door 3 mondstukken wordt zuurstof tezamen met erts ingeblazen, terwijl aan de andere 5 mondstukken zuurstof, ten dele tezamen met slakkenvormers, zoals bijv. kalk, wordt toegevoerd. Door een zijdelings, in het bovenste konische gedeelte van de convertor aangebracht mondstuk wordt circa 50% van de zuurstof qp de smelt geleid. Met kolen met de genoende samenstelling en met een erts dat 85% bevat worden per uur 20 t ijzer met een koolstofgehalte van circa 3* bereid. Het zuurstofverbruik voor de vergassing van een tan kolen bij gelijktijdig smelten van 1450 kg erts bedraagt 580 m3. Er ontstaat een kolengas of stookgas net de genoende samenstelling (circa 75% CD, 14% A, 14% Ha, 14% Bp en net een verbrandingswaarde Hu van circa 8790 kJ m? (2100 kcal/m3)) .

«

Claims (8)

1. Werkwijze voor het bereiden van vloeibaar ijzer en gas in een ijzersmeltreactor , waarin zich een vloeibare ijzersmelt bevindt, waaraan koolstofhoudende, vaste of vloeibare brandstoffen en stoffen die ijzer ten minste gedeeltelijk in oxidische vorm bevatten, worden toegevoerd en qp het oppervlak waarvan een ten minste ten dele uit zuurstof bestaande gasstraal wordt geblazen, waarbij de brandstoffen vergassen en zich in de gasruimte boven het oppervlak van de smelt verzamelen en van daar worden afgevoerd en de stoffen die ijzer ten minste gedeeltelijk in oxidische vorm bevatten gereduceerd worden en ijzer gewonnen wordt, met het kenmerk dat de gasstraal door de gasruimte boven het oppervlak van de snelt heen wordt geblazen, en de gasstraal bij het doorlopen van de gasruimte gevormd gas aanzuigt, en gedeeltelijke verbranding ervan teweegbrengt en dat gas zodanig meesleurt naar het oppervlak van de smelt, dat de bij de verbranding van het gevormde gas ontstane warmte wordt overgedragen aan de ijzersmelt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met kenmerk dat de op het oppervlak van de smelt gerichte gasstraal uit technisch zuivere zuurstof bestaat.

3. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat aanvullend cp de door de gasruimte en cp het oppervlak van de smelt geblazen gasstraal onder het oppervlak van de smelt een ten minste ten dele uit zuurstof bestaand gas in de ijzersmelt wordt geleid.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de hoeveelheid van het op het oppervlak van de smelt geblazen zuurstof ten minste 10% bedraagt van de totale aan de ijzersmeltreactor toegevoerde hoeveelheid zuurstof.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de brandstof onder het oppervlak in de ijzersmelt wordt gebracht.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de lengte van de gasstraal in de gasruimte groter is dan 2 meter.

7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat als stoffen die ijzer ten minste ten dele in oxidische vorm bevatten in het bijzoner erts, gedeeltelijk voorgereduceerd erts, zoals pellets en/of briketten aan de ijzersmeltreactor worden toegevoerd.

8. Werkwijze volgens een der conclusies 1-7, met het kenmerk, dat de stoffen die ijzer in ten minste gedeeltelijk oxidische vorm bevatten, in het bijzonder erts, tezamen met het oxiderende gas, in hoofdzaak zuurstof, qp de smelt worden geblazen.