NO137450B - Fremgangsm}te for kontinuerlig passivering av aktive jernsvamppartikler. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for passivering av direkte redusert, metallisk jernsvamp i partikkelform,

og mer spesielt en kontinuerlig fremgangsmåte for slik passivering.

I de senere år har det vært stor aktivitet på området produksjon av jernpartikler, pellets, briketter og lignende (og med-følgende finstoff) fra direkte reduksjon av jernoksydpellets eller naturlig malm, hvor forstnevnte vil i det folgende kollektivt betegnes som jernsvamp-partikler. Bruk av jernsvamp-partikler gjor det mulig å produsere stål ved å mate slike pellets direkte inn i en elektrisk bue-ovn uten de hoye anleggsomkostninger forbundet med bygging av store stålverk.

Et av problemene som er knyttet til bruk av jernsvamp-partikler er deres iboende tendens til å reoksydere når de utsettes for vanlig atmosfære. En slik reoksydasjon forårsaker problemer for trans-porten av partiklene, enten den foregår pr. skip, jernbane, lastebil eller lignende. Det har vært gjort mange forsok på å overvinne eller redusere reoksydasjonen av jernsvamp-partikler ved å bruke organiske eller uorganiske belegg og ved å redusere det utsatte overflateareal.

De fleste forsok har vært forholdsvis lite heldige fordi de ikke passiverer partiklene i vesentlig grad eller/og den resulterende pro-sess blir for kostbar. Videre har de fleste forskere arbeidet med små materialmengder som ikke har de' samme karakteristiske egenskaper på .alle punkter som jernsvamp-partikler lagret i. store masser.

I det siste har jernsvamp-partikler med hell vært passivert ved satsvis operasjon ved å innføre oksygenholdig gass i et sjikt av slike partikler inne i en egnet beholder. Til slike prosesser må man nødvendigvis benytte minst to relativt store behold-

ere eller tanker hvorav den ene er i drift mens den andre tømmes for

ferdigpassiverte jernsvamp-partikler.

Fra US patent nr. 36153^0 er det kjent en fremgangsmåte

til passivering av jernsvamp i et fluirisert sjikt med en blanding av oksygen og inert gass ved en temperatur over.ca. 32°C.

I DT-OS nr. 1927300 beskrives en metode for begensning av oksydasjon av jernsvamp i en beholder under lagring eller transport, hvorved luft og/eller nitrogen■sirkuleres gjennom en statisk masse. Dette representerer en satsvis prosesstype.

Ifølge 'foreliggende oppfinnélsé er det tilveiebragt en fremgangsmåte for passivering av aktive jernsvamp-partikler, hvor man bringer en søyle av jernsvamp-partikler til å falle kontinuerlig 'og under innvirkning av tyngdekraften i en vertikal beholder,

'og denne fremgangsmåte er kjennetegnet ved at 'det sirkuleres - en ikke-oksyderende 'gass kontinuerlig i motstrøm til de fallende partikler'i eh mengde'av minst 400 l/kg • jernsvamp som- skal. passi-'

veres,' hvilken gass holdes'ved en temperatur av-minst -50°C når den innføres' i søylen, og at' oksygen tilføres til den' sirkuler- - ende gass i en mengde av minst 0,25 1 oksygen pr. kg jern-

svamp som skal passiveres.

Ved foreliggende oppfinnelse blir således jernsvamp-partikler behandlet i én kontinuerlig fallende søyle, hvorved det passiverte produkt kontinuerlig fjernes fra bunnen- av passi-veringssøylen. Denne teknikk adskiller seg betydelig fra de' tidligere kjente satsvise passiveringsprosesser og fra prosesser •hvori det "anvendes fluidiserte sjikt, idet den sistnevnte teknikk krevet meget findelte partikler som tilførselsmateriale.

En foretrukket utførelse av'oppfinnelsen skal i det følgende beskrives detaljert i forbindelse med den vedlagte tegning, hvor figuren skjematisk viser et apparat for gjennomføring av en • passiveringsprosess -i henhold til oppfinnelsen. Den lukkede beholder eller hus 10 inneholder en søyle av jernsvamp-partikler 11, som faller nedover'etterhvert på grunn av tyngdekraften. En innmatingstrakt 12 for påfylling av aktive jernsvamp-partikler fører partiklene, gjennom en matestuss 13 inn i beholderen 10'. Trakt-stussen 13 er forlenget og ender endel lavere enn beholderens lukkede topp slik at det dannes et gassutløpskåmmer 14 mellom søyletoppen og rislevinkelen eller påfyllingstoppen for partiklene, angitt ved 15.. En beltetransportør eller en annen type transportorgan 16 fører de passiverte jernsvamp-partikler fra beholderen 10 og utløpsrøret 17, med hjelp av tyngdekraften. Trahsportorganet 16 er forbundet med en mengde-måler l8 av den typen som vanligvis er brukt i en beltetrans-portor-vekt. Et gassinforings-organ 19 med form som en omvendt V-ut-skjæring i det kryssede ror, tjener som innforingsåpning for gassen i partikkelsjiktet i nedre del av søylen 10. Et gassutlbp 20 har forbindelse med gassutlopskamret 14 over partiklene og gassinnlopet 21 med nevnte gassinforingsorgan 19. En resirkulasjonsvifte 30 resirkul-erer gassen fra uttaket 20 til inntaket 21 og frembringer en oppad-stigende gass-stromning i søylen 10 i motstrom til de fallende jernsvamp-partikler.

Gassresirkulasjonssystemet som er vist omfatter en in-direkte varmeveksler 31 som forvarmer eller avkjoler gassen fra uttaket 20. Denne varmeveksler kan for eksempel være en vanlig rorvarme-veksler forsynt med ror-finner, med tilforsel enten av et oppvarmet medium som damp fra forrådet 3^ eller et kjblemedium som for eksempel vann fra forrådet 33 mec* tilhorende reguleringsventiler 34 °S 35* En gassmåler 36 som for eksempel et venturimeter er innkoblet i -et strom-ninsmåleanlegg 37- En resirkulasjonsgass-reguleringsventil 38 regulerer gass-strommen på en måte som skal beskrives noyere senere. En gass-temperaturfoler 39 som f°r eksempel et termoelement er forbundet med en temperaturregulator /\. 0 som regulerer ventilene 34 eller 35 avhengig av om resirkulasjonsgassen skal oppvarmes eller avkjoles i varmevek-sleren 31> for å opprettholde en onsket gasstemperatur omkring foleren 39- En oksygenholdig gass som luft innfores i den resirkulerende gass-strom fra en kilde 50 gjennom reguleringsventilen 51 hvor mengden .reguleres som beskrevet noyere i det folgende.

Jernsvamp-partikler i form av reduserte pellets eller klumper fremstilt av oksydpellets eller klumpformet malm i redusert form og utsatt for luft vil oksydere med forskjellig hastighet avhengig av den fysikalske og kjemiske tilstand og egenskaper for oksydmateri-alet som for eksempel porositet og innhold av gangarter. Ved mange forsok på laboratoriet og i felten i teknisk målestokk har man funnet at aktive jernsvamp-partikler effektivt kan passiveres under minimal oksydasjon ved eksponering med en gass som inneholder oksygen i en eller to dager under regulerte forhold vedrorende oksygeninnhold og temperatur. Ved en slik behandling dannes et meget tynt skinn av magnetitt på jernsvampens overflate og et lite stykke inn i partikkelen, som hin-drer videre oksydasjon. Under behandlingen vil partiklene progresivt passiveres og forbruke oksygen i stadig mindre hastighet og mengde som nærmer seg null etter en eller to dager.

Man har funnet at effektiv passivering kan skje ved å holde partiklene på en temperatur mellom 50 og 80°C i behandlings-siden. Ved 38°C vil -oksygenatmosfære ikke passivere effektivt i lopet av to dager. Ved 94° C °g hoyere er passiveringen effektiv men det er en tendens til å oksydere mer av jernet enn onsket for å oppnå effektiv passivering.

Ved eksponering innenfor nevnte- foretrukne temperaturområde på 50 - 80°C er oksygenforbruket som medgår for å oppnå effektiv passivering 0,25 - 0,62 1 oksygen pr. kg jernsvamp-partikler.

Detter er ekvivalent til -oksydasjon av 0,1 - 0,25 prosent av jernet

i partiklene.

Under eksponeringsperioden (behandlingsperioden) har man .funnet at oksygenkonsentrasjoner i området $ 00 til 20.000 deler

. -.pr. million er effektive for å oppnå passivering. Imidlertid er oksydasjonsreaksjonen ekspterm og oksygenkonsentrasjoner på "500 til 2.000 deler pr. million foretrekkes for å begrense startreaksjons-hastigheten og den folgende temperaturøkning. For å opprette og opprettholde partikkeltemperaturen innenfor det foretrukne område uten å være avhengig av temperaturen på.de inngående partikler er det nodvendig at ikke bare temperaturen -. på.;den inngående gass reguleres innenfor et gitt område men også at ..'•-gassens :varmekapasitet må være minst like stor som partiklenes varme-.-• .kapasitet. Med like stor varmekapasitet vil en forandring på 1°C i ... gasstemperaturen dreie, seg om samme varmemengde som 1°C forandring i partikkeltemperaturen. Dén■.spesifike varme for jernsvamp er ca. 0,12 kcal/kg°C og den spesifike varme for alle gasser er ca. 0,000296 kcal/ 1°C innenfor et temperaturområde på 50 - 80°C. Således vil ca. 0,12 dividert med 0,000296 vise at 4^5 1 gass vil ha samme varmekapasitet som 1 kg- jernsvamp..

Det vises til figuren hvor den foretrukne driftsmetode skal- beskrives.

Temperaturen på den resirkulerte gassen som innfores i partikkelsjiktet.gjennom organet 19.reguleres ved hjelp av temperatur-regulatoren 40 som virker på regulatorventilen 34 eller ventilen 35 på kjent måte for å holde innforingstemperaturen innenfor det foretrukne område på 50. - 80°C.

Tilmåtingen av oksygen til den resirkulerte gass, fra forrådet. 50, reguleres ved hjelp av partikkelvéktmåleren l8 som virker på reguleringsventilen 51på kjent måte og slipper inn'mellom 0,25 °g 0,62 1 oksygen pr. kg partikler som tas ut av transportøren l6. Alter-nativt kan regulatorventilen 51 styres av en oksygen-analyseregulator (ikke vist) som holder oksygennivået innenfor $ 00 til 2.000 ppm i den resirkulerte gass. Viften 30 tjener til å blande den innforte oksygen med den resirkulerte gass samtidig som den besorger selve resirkula-sjonen. ,

Stromningsmendgen pr. tidsenhet for den resirkulerende gass reguleres ved hjelp av transportor-vekten 18 som er koblet til en stromningsmåler 37 som igjen styrer stromningsregulatorventilen 38 på kjent måte, slik at det opprettholdes en stromning på minst 4-05 1 resirkulert gass pr. kg partikler som tas ut av transportororganet l6.

Som en del av det forskningsarbeide som er utfort i sammenheng med oppfinnelsen ble det utviklet en aktivitetsprove for jernsvamp, for å undersoke aktiviteten når jernsvampen var ■ utsatt for luftpåvirkning. Forsoket består i å fylle en litersbeholder med jernsvamp-partikler og sette på et tett lokk med en innlbps- og en utlops-ventil, gjennomspyle med nitrogen og derpå stenge begge ventiler. Beholderen veies og oppvarmes til en regulert temperatur på 38°^ i en ovn hvor beholderen står for temperaturutjevning i.noen.timer slik at alle partiklene holder 38°C. Beholderen gjennomblåses med luft, en av ventilene i lokket stenges og et trykkmanometer forbindes med den andre ventilen som står åpen. Etterhvert som oksygen fra luften i beholderen forbrukes vil trykket i beholderen synke. Ut fra trykkfallets hastighet beregnes oksygenforbrukets hastighet og jernsvampens aktivitet uttrykkes i antall 1 oksygen forbrukt pr. time pr. tonn jernsvamp-partikler.

Som et typisk eksempel på virkningen av passiveringspro-sessen i henhold til oppfinnelsen viste ferske aktive jernsvamp-partikler som sto i kontakt med 5°0 ppm oksygen i nitrogen il, 2 og 3 dager ved 52°C folgende aktiviteter:

Det er således hovedidéen ved oppfinnelsen å tilveie-bringe en fremgangsmåte, for kontinuerlig passivering av jernsvamp-partikler ved bruk av et gassformig medium med nøyaktig regulert innhold.

Claims (4)

1. Fremgamgsmåte for passivering av aktive jernsvamp-partikler hvor man bringer en søyle av jernsvamppartikler til å falle kontinuerlig og under innvirkning av tyngdekraften i en vertikal beholder, karakterisert ved at det sirkuleres en ikke-oksyderende gass kontinuerlig i motstrøm til de fallende partikler i en mengde av minst 400 l/kg jernsvamp som skal passiveres, hvilken gass holdes ved en temperatur av, minst 50°C når den innføres i søylen,, og at oksygen tilføres til den sirkulerende gass i en mengde av minst 0,25 liter oksygen pr. kg jernsvamp som skal passiveres.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at temperaturen holdes mellom 50 og 80°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at det tilføres oksygen i en mengde, av 0,25-0,62 liter oksygen pr. kg jernsvamp som skal passiveres.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det tilføres oksygen i en slik mengde at oksygenkonsentrasjonen i gassen som innføres i søylen holdes mellom 500 og 2000 ppm.