NO143165B

NO143165B - Fremgangsmaate ved fremstilling av smeltet metall fra findelt materiale

Info

Publication number: NO143165B
Application number: NO800737A
Authority: NO
Inventors: Ingvar Anton Olof Edenwall; Douglas Sewerin Ekman; Hans Ivar Elvander; Karl Goeran Goerling; Carl-Johan Sigvard Hellestam; Karl-Axel Melkersson
Original assignee: Boliden Ab
Priority date: 1975-07-04
Filing date: 1980-03-14
Publication date: 1980-09-15
Also published as: FI66433B; IT1065052B; GB1554263A; DD126712A5; CA1077723A; NL7607352A; AU498857B2; NO800737L; ES449348A1; FR2326475A1; JPS528905A; NO143068B; DE2629743A1; LU75298A1; BR7604353A; US4087274A; DK288176A; NO143068C; ATA486376A; FR2326475B1

Description

.Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for fra findelte metall-.oxyd- og/eller metallsulfidholdige materialer, som malmkonsentrater eller oxydiske mellomprodukter, å fremstille smeltet metall ved eventuell røsting og reduksjon og smelting.

Ifølge de fleste vanlige metallutvinningsprosesser må finkornige, oxydiske materialer overføres til stykkform ved en eller annen form for agglomerering før de reduseres. Som regel anvendes båndsintring eller kulesintring. Fremstilling av kaldbundne (kjemisk bundne) kuler har også begynt å anvendes. Brikettering foretas også og har vist seg å være spesielt gunstig når det er ønsket med agglomerater som inneholder, reduksjonsmiddel.

Det er også blitt foreslått å redusere oxydiske, finkornige materialer før de agglomerers, f.eks. i US patentskrift nr. 3607217 hvor et jernoxydholdig råmateriale i findelt tilstand først forreduseres i en hvirvelskiktreaktor, hvorefter det findelte, forreduserte materiale sammen med tunge hydrocarboner innføres i ytterligere en hvirvelskiktreaktor, hvorved agglomerater dannes som inneholder forredusert jernoxyd og koks, og hvorved koksen som skriver seg fra hydrocarbonet, tjener som bindemiddel mellom jernoxydpartiklene.

Før de ovennevnte moderne metoder- for agglomerering ble utviklet, gikk bestrebelsene i retning av forskjellige former for sintring i en flamme. Gjennomgangsprinsippet ved de foreslåtte og prøvede flammesintringsprosesser har derved vært at det finkornige, oxydiske materiale gis en så høy temperatur ved fall gjennom en sjakt i kontakt med varme gasser som er blitt dannet ved forbrenning, at det ved bunnen av sjakten dannes en sammensintret masse eller en smelte av oxyder. Avkjøling og uttagning av det be-handlede gods foretas derefter på forskjellige måter. Som eksempler kan det her vises til US patentskrifter nr. 806774, nr. 865658, nr. 1812297 og nr. 1930010 og til de svenske patentskrifter nr. 68228 cg 90903.

Flammesintring er interessant fra flere synspunkter, og av disse kan nevnes:

- ingen forbehandling -kreves, og ikke engang tørking ved van-

lige fuktighetsinnhold

- metoden er prisipielt enkel og anleggsomkostningene lave

- en høy produksjon kan oppnås selv i forholdsvis middels anlegg

- en viss forrreduksjon av godset kan oppnås

- oxydenes eventuelle innhold av svovel og arsen avdrives i sterk grad, og en viss avdrivning av sink kan også oppnås.

Flammesintring har til tross for disse fordeler hittil aldri vært anvendt i større omfang. Grunnene til dette er flere, og av disse kan nevnes: - smeltet oxyd har angrepet foringen av ildfast sten i sjakten. Dette problem kan imidlertid overvinnes ved å avkjøle sjakten

og belegge sjaktens vegger med påfrosset materiale

- på grunn av vanskeligheter med å styre prosessen kan sinteren lett bli så kompakt at det blir vanskelig å redusere denne ved den fortsatte behandling - store mekaniske problemer oppstår ved uttagning av en kompakt sinter som nevnt ovenfor som i kald tilstand til og med kan bli monolittisk, fra bunnen av sjakten.

Det har nu vist seg mulig på en overraskende måte å løse disse problemer ved å utføre en prosess av den innledningsvis nevnte type, hvor metalloxydholdig materiale bringes til å smelte under fall nedad gjennom en sjakt ved kontakt med varme gasser dannet ved forbrenning under tilførsel av et carbonholdig reduksjonsmiddel til sjakten, når ifølge oppfinnelsen de nevnte varme gasser bringes til å passere oppad gjennom sjakten og det smeltede metalloxydholdige materiale i sjaktens nedre del omdannes til et forredusert produkt som inneholder fast carbonmateriale, ved delvis reduksjon av det smeltede metalloxydholdige materiale i kontakt med det tilførte reduksjonsmiddel, hvorefter det forreduserte produkt sluttreduseres og smeltes i en reaktor som er tilknyttet til sjaktens nedre del.

Det ligger også innenfor oppfinnelsens ramme helt eller delvis å utnytte sulfidiske råmaterialer for fremstilling av de angjeldende metaller. Det tilveiebringes således ifølge oppfinnelsen også en fremgangsmåte som hovedsakelig består i at i det minste endel av det metalloxydholdige materiale fremstilles ved røsting av findelt metallsulfidmateriale i en sone i sjakten som ligger over den del, den reduserende sone, hvori det metalloxydholdige materiale delvis reduseres. Derved erholdes en for-behandlingsmetode som er spesielt fordelaktig for en efterfølgende metallutvinning fra metallsulfidmaterialer, ved at behovet for

et separat utstyr for røsting av metallsulfidmaterialet til metalloxydmaterialet bortfaller, og ved at varme som dannes ved røstingen av sulfidsvovelet, utnyttes for smeltingen av metalloxydmaterialet.

Det carbonholdige reduksjonsmiddel kan utgjøres av koks

eller av andre organiske produkter, som stenkull, lignitt eller torv. etc, som omdannes til koks i sjakten under avgivelse av brennbare gasser. Reduksjonsmidlet tilføres til sjakten fortrinnsvis nedenfor den eventuelle røstesone, dvs. den sone hvori metallsulfidmaterialet røstes. Det ovennevnte reduksjonsmiddel kan tilføres til den øvre del av den reduserende sone og derved forvarmes og eventuelt forkokses når det passerer ned gjennom denne sone. Reduksjonsmidlet kan imidlertid i enkelte tilfeller til-føres til sjakten lengre ned i den reduserende sone eller også til de,n reaktor som står i forbindelse med sjaktens nedre del og som anvendes for sluttredusering og smelting av sinteren.

Ifølge en foretrukken utførelsesform av den foreliggende fremgangsmåte tilføres reduksjonsmidlet til sjakten sammen med en bærergass som kan være mer eller mindre oxyderende og forvarmet. Strømmene fra tilførselsmunnstykkene rettes da slik at en hvirvel med en i det vesentlige vertikal akse dannes i den reduserende sone, hvorved dels oppnås en mer intensiv reaksjon mellom smeltet oxyd og gass og dels at reduksjonsmidlet spres ut over sjaktens tverrsnittsflate på ønsket måte. Hvirvlen kan med fordel dannes ved å rette strømmene fra tilførselsmunnstykkene skrått nedad og samtidig tangensielt i forhold til en tenkt horisontaiysirkei med mindre diameter enn sjaktens minste tverrsnittsdimensjon.

Ifølge en foretrukken utførelsesform av den foreliggende fremgangsmåte tilføres metallsulfidholdig materiale til toppen av sjakten som har en røstesone hvortil også forbrennings- eller røstegass tilføres som kan være forvarmet. Denne gass kan inne-holde 20-100 voluml fritt oxygen, men den kan også helt eller delvis utgjøres av vanndamp dersom det ved røstingen er ønsket å få en røstegass hvorfra elementært svovel skal utvinnes, f.eks. ved en Claus-prosess.

Det metallsulfidholdige materiale røstes når det passerer gjennom røstesonen, med avrøsting av sulfidsvovel, mens metallet oxyderes helt eller delvis.

De varme gasser for smelting av det metalloxydholdige materiale kan dannes ved forbrenning av faste, flytende eller gassformige brensler og/eller ved delvis forbrenning av det carbonholdige reduksjonsmiddel.

For denne forbrenning av brenslet og/eller reduksjonsmidlet

kan en oxyderende gass anvendes som inneholder 20-100 volum% oxygen. For å spare brensel kan denne forbrenningsgass forvarmes, fortrinnsvis ved utnyttelse av lavverdig avgassvarme fra prosessen.

Reduksjonsmidlet og det smeltede oxyd reagerer med hverandre

i sjaktens nedre del under delvis reduksjon av oxydet og dannelse av hovedsakelig carbonmonoxyd. For de fleste metalloxyder, f.eks. jernoxyder, er denne reaksjon varmekrevende. Det smeltede, metalloxydholdige materiale går derfor under den delvise reduksjon av dette over til en halvsmeltet tilstand og til slutt til et sintret, i det vesentlige fast produkt.

Under reduksjonen i den halvsmeltede tilstand gjør gassut-viklingen at sinteren blir porøs og nærmest blæreaktig.

Den reduserende gass som dannes ved den delvise reduksjon

av oxyd i sjakten, og den reduserende gass som kan ha blitt dannet i sluttreduksjons- og smeltereaktoren, ved den eventuelle forkoksning av et carbonholdig reduksjonsmiddel og ved delvis forbrenning av re-duks jonsmidlet med en oxyderende bærergass, kan helt eller delvis forbrennes i sjakten ved tilførsel av oxyderende gass til egnede deler av denne.

Det er som regel ønsket med en sterkt reduksjon av det forreduserte produkt. Dette kan oppnås ifølge oppfinnelsen ved at til-førselen av den oxyderende gass fordeles over sjaktens høyde slik at det fås sterkere oxyderende betingelser i sjaktens øvre del og mer reduserende betingelser i sjaktens nedre del, hvorved det metalloxydholdige materiale utsettes for en viss forreduksjon når det faller ned gjennom sjakten. En tilsvarende virkning kan også ifølge oppfinnelsen oppnås ved at reduksjonsmiddel og et eventuelt brensel og en slik av-passet del av den oxyderende gass tilføres til den nedre del av sjakten at reduserende betingelser fås i denne del av sjakten.

Når metallsulfidholdige materialer tilføres og røstes i sjakten, som beskrevet ovenfor, er den energi som utvikles ved røstingen, ofte tilstrekkelig til å smelte røstegodset. Uansett om smelting finner sted eller ikke,kan reduserende gass fra den underliggende reduserende sone forbrennes i røstesonen ved til-førsel av oxyderende gass til denne sone, hvorved den utviklede, energi kan utnyttes for sluttsmelting og/eller overopphetning av røstegods. Det ligger også innen oppfinnelsens ramme helt eller delvis å forbrenne den reduserende gass i sjakten under røstesonen. Denne utførelsesform er spesielt gunstig når en svovelrik røste-gass er ønsket, hvorved i det minste hoveddelen av den forbrente gass med fordel kan fjernes fra sjakten under røstesonen.

Røstegassene fra prosessen føres bort, eventuelt sammen med forbrent gass, fortrinnsvis fra toppen av sjakten. Sjaktens øvre del utformes derved fortrinnsvis slik at røstegodset skilles fra gassmassen ved syklonvirkning. Denne kan oppnås ved at tilførsels-munnstykkene for metallsulfid og røstegass anbringes langs omkretsen i toppen av sjakten, hvorved de er rettet skrått nedad eller sideveis innstilt slik at strålene tangerer omkretsen av en sirkel med mindre diameter enn sjaktens minste terrsnitts-dimensjon. De materialpartikler som ikke slynges direkte ned i den reduserende sone av sjakten, vil da ansamles ved veggen i sjaktens øvre del og bevege seg nedad langs denne til den reduserende sone. Syklonvirknigen forsterkes hvis også gassmassen fra den reduserende sone som nevnt ovenfor er blitt gitt en roterende bevegelse, og hvis den oxyderende gass som tilføres sjakten som nevnt ovenfor, også får forsterke den roterende bevegelse ved å innblåse denne tangensialt i sjakten på f.eks. den måte som er beskrevet ovenfor i forbindelse med tilførselsmunnstykkene. Materialet som inneholder metallsulfid og/eller metalloxyd, og/ eller det carbonholdige reduksjonsmiddel innblåses således fortrinnsvis i sjakten under utnyttelse av en oxyderende gass som bærergass.

Tilførselsmengden av det carbonholdige reduksjonsmiddel avpasses fortrinnsvis slik at carbonmaterialmengden i det forreduserte produkt i det minste er tilstrekkelig for sluttreduksjon av det metalloxydho] åige materiale i dette produkt.

Det nevnte produkt får også egenskaper som er spesielt egnede for den videre bearbeiding, og av disse kan nevnes.

- den høye porøsitet gir en meget god reduserbarhet

- koksmengden i produktet kan avpasses for direkte nedsmelting

i lavsjaktovner av elektrisk type eller av blesttypen. Tidligere er materialer for slike ovner blitt fremstilt ved brikettering med enkel stenkull og bindemidler for å spare koks#hvorefter brikettene vanligvis er blitt forkokset. - ved at det flammesintrede produkt får en betydelig reduksjons-grad nedsettes energibehovet for den påfølgende nedsmelting,

og dette er spesielt økonomisk av stor betydning hvis ned-smeltingen utføres elektrisk.

Det må dessuten nevnes at en ytterst viktig fordel ved den foreliggende fremgangsmåte beror på at reduksjonsmidlet, f.eks. lawerdig kull, som ikke har slike egenskaper som kreves for et utgangsmateriale for metallurgisk koks, kan anvendes uten ulemper. Tilgangen i verden på slikt lawerdig kull er rikelig i motsetning til tilgangen på kull for metallurgiske formål hvor det i nær frem-tid vil foreligge en alvorlig mangel.

Det er tidligere blitt foreslått forskjellige fremgangsmåter basert på direkte å fremstille metaller, spesielt jern, fra oxyder ved smelting og reduksjon i en flamme i en sjakt. Som eksempler på slike fremgangsmåter kan nevnes dem som er beskrevet i US patentskrifter nr. 774930, nr. 817414, nr. 1847527, nr. 1904683 og nr. 2630309, i kanadisk patentskrift nr. 8164451, i svensk patentskrift nr. 206113 og i tysk offentliggjørelsesskrift nr. 2351374.

De vanskeligheter som er blitt påtruffet når praktiske forsøk er blitt utført i overensstemmelse med de ovennevnte forslag, har dels vært at reduksjonen ikke har kunnet drives tilstrekkelig langt selv om gassen tillates å forlate sjakten i uforbrent tilstand og med et høyt reduksjonspotensial, og dels angrep på foringen av ild-

fast sten i sjakten som på grunn av varmebalansen for den autogene prosess ikke bør være avkjølt.

I f.eks. det ovennevnte US patentskrift nr. 1847527 foreslås således reduksjon av findelte, oxydiske malmer ved en medstrøms-prosess i en sjakt, dels ved hjelp av en vertikal elektrisk lysbue som varmekilde, hvorefter helt eller delvis redusert materiale oppsamles i et horisontalt anordnet smeltekammer som likeledes oppvarmes med en lysbue og hvori reduserende gass fra sjakten forbrennes ved tilførsel av luft, hvorved en oxyderende atmosfære fås i smeltekammeret, og dette innebærer bl.a. risiko for en gjenoxydasjon av dannet metall og en uønsket forslagging av metall-innholdet.

I forbindelse med den foreliggende fremgangsmåte overvinnes vanskeligheter av den ovennevnte type ved at

- sjakten lages med avkjølte vegger som holdes dekket av påfrosset materiale, hvorved avkjølingen fortrinnsvis finner sted ved fordampning av vann under trykk - gassene forbrennes fortrinnsvis fullstendig før de forlater sjakten - kravet til en nesten fullstendig reduksjon av metalloxydet utsettes .

Selv om forreduksjonen således ikke drives spesielt langt, f.eks. ved reduksjon av jernoxyder ikke lenger enn til FeO-stadiet, blir energibehovet for sluttreduksjonen og smeltingen av slagg og redusert metall når det anvendes en reaktor som står idirekte forbindelse med sjaktens nedre del, spesielt lavt takket være smeltingen av metalloxydmaterialet og en sterk overopphetning av det smeltede oxyd når det passerer ned gjennom sjakten, i sjakten.er det dessuten fordelaktig å forkokse reduksjonsmidlet og opphete dannet koks og å kalsinere og opphete eventuelt tilførte flussmidler. Dessuten bidrar strålingen fra flammen i sjakten mot overflaten av chargen i sjaktens nedre del til å dekke det nevnte energibehov.

Det har vist seg spesielt fordelaktig at den energi som er nødvendig for sluttreduksjonen, tilføres elektroinduktivt til

reaktoren. Derved kan de i de svenske patentskrifter nr. 372177

og nr. 372176 angitte fremgangsmåter med fordel utnyttes. Den foreliggende fremgangsmåte er imidlertid ikke begrenset til det frekvensområde for vekselstrømmen i induksjonsviklingen som er angitt i disse patentskrifter.

Ved en annen metode for tilførsel av den nødvendige varme

til reaktoren forbrennes overskuddscarbon i det forreduserte produkt. En anordning som f.eks. ligner på anordningen i forbindelse med den vanlige masovnsprosess, kan da anvendes. Dette innebærer at en rekke former plasseres rundt reaktorens omkrets på et egnet nivå over reaktorens bunn og at en restgass som ut-gj øres av luft som eventuelt er anriket med oxygen og fortrinnsvis er forvarmet, innføres gjennom formene. Samtidig <me>^ blestgassen kan faste, flytende eller gassformige brensler eventuelt innføres for å dekke energibehovet, og også for regulering av oxygenpotensialet til det ønskede nivå, f.eks. slik at reduksjon og avdrivning av innholdet av sink sikres.

Blant de øvrige metoder for å tilføre den nødvendige energi

til reaktoren innen rammen for den foreliggende oppfinnelse kan nevnes anvendelse av såkalte plasmabrennere.

Ved fremstilling av et smeltet sluttredusert produkt,

hvor kalkholdige slaggdannelsesmidler tilføres under reduksjonen og den dannede smeltede slagg tappes fra reaktoren, kan ifølge oppfinnelsen en .del av den følbare varme i den tappede, smeltede slagg med fordel utnyttes. Slaggdannelsesmidlet fremstilles da fra en del av den tappede, smeltede slagg og av ubrent, kalkstenholdig, fast materiale som i det minste delvis brennes ved å føre dette sammen med den nevnte del av slaggen. Ved denne rasjonelle utnyttelse av varmeinnholdet i den tappede slagg kan effektivtslagg-dannelsesmiddel fås' fra et billig råmateriale .hovedsakelig under utnyttelse av en slik energi som ellers hovedsakelig ville ha gått tapt. Betydelige mengder av et reduksjonsmiddel og brensel og elektrisk energi innspares således ved at det ikke er nødvendig å utføre en brenning av kalksten i sjakten eller i reaktoren, og dertil kommer at slaggdannelsesmidlet kan tilføres i varm tilstand. Blant de metallsulfider som med fordel kan behandles ved den foreliggende fremgangsmåte, kan nevnes svovelkis, magnet-

kis, kobberkis, blyglans, pentlanditt, arsenikkis, sinkblende eller visse blandinger av to eller flere av disse sulfidmaterialer.

Ved utførelsen av den foreliggende fremgangsmåte kan det i forbindelse med visse metallsulfider, f.eks. sulfider av bly eller kobber, oppnås et røstegods med et høyt innhold av metallisk materiale. Innholdet av direkte fremstilt metall er ved den praktiske utførelse av den foreliggende fremgangsmåte avhengig av det svovelinnhold som er tillatelig i det ferdige forreduserte produkt. Hvis et lavt svovelinnhold er ønsket, må en større del av metallsulfidet overføres til metalloxyd i røstesonen.

På tegningen er skjematisk vist tre utførelseseksempler på sjaktkonstruksjoner som med fordel kan anvendes i forbindelse med den foreliggende fremgangsmåte.

Det på fig. 1 viste anlegg som er beregnet for produksjon av smeltet råjern fra finkornig jernoxyd som kan være blitt erholdt ved røsting av svovelkis i et fluidisert skikt, omfatter en sjakt 1 for smelting og forreduksjon av jernoxyd. Sjaktens 1 nederste del gar direkte over i en reaktorsone 2, hvori det.forreduserte jernoxyd sluttreduseres og smeltes for dannelse av smeltet råjern.

Gasser inneholdende en viss støvmengde og fordampede eller forgassede bestanddeler dannet fra materialet som er blitt til-ført til sjakten 1, forlater sjaktens overdel via en avgassledning 3 til anordninger 4, 5, 6 for rensing av gassene og utvinning av varmeinnholdet i disse. På tegningen er de sistnevnte anordninger vist å bestå av en dampkjele 4, en syklonanordning 5 og en gass-renseanordning 6 som f.eks. er utformet for våtgassrensing og hvorfra de rensede gasser som er blitt - berøvet hoveddelen av sitt varmeinnhold, fjernes til en skorsten via en ledning 7. I det minste den øvre del av sjakten 1 og også avgassledningen er oppbygget av metallrør hvorigjennom vann sirkuleres under koking. Avgassledningen 3 er fordelaktig forsynt med anordninger for å rense disse rørkledde vegger for belegg, mens derimot et beskyttende belegg av påfrosset jernoxydmateriale er tilstrebet for de rør-kledde sjaktvegger som med fordel kan være forsynt med påsveisede tapper eller stusser som letter påfrysingen av smeltet materiale. Dampen som dannes i rørene, fraskilles sammen med den i dampkjelen

4 dannede damp i dampkjelens dampdom 8, hvorfra den ledes til en

kondenseringsturbin 11 gjennom ledninger 9 og 10 og via en over-oppheterdel som ikke er vist og som fører inn i dampkjelen 4. Dampen som har passert gjennom turbinen 11, kondenseres i et kjøleapparat 12, og det dannede kondensat som fjernes via ledningen

13, kan tilbakeføres til dampkjelen 4. Dersom det finnes avset-ningsmuligheter for varmeenergi i form'av lavtrykksdamp eller varmtvann, kan kondenseringsturbinen 11 med fordel erstattes med en mottrykksturbin.

I sjaktens 1 tak er en krans av brennere 14 anordnet hvorigjennom findelt jernoxyd, findelt kull eller et annet carbonholdig reduksjonsmiddel, findelt kalksten og/eller et annet slaggdannelsesmiddel eller flussmiddel, returstøv fra dampkjelen 4 og syklonanordningen 5, og oxygengass eller en annen gass som underholder forbrenning, som luft eller oxygenanriket luft, tilføres. I det viste eksempel tilføres oxygengass til brennerne 14 som er blitt dannet i et oxygengassverk 15 hvortil trykkluft tilføres fra en kompressor 16 som drives av turbinen 11. Kompressorens 16 luft-innløps- og-utløpsledninger er betegnet med hhv. 17 og 18.

Jernoxydet, carbonet, kalken og returstøvet oppbevares i lommer 19-22 hvorfra de tas ut i egnede porsjoner og tilføres til

en blande- og utjevningslomme 24 på et transportbånd 22. Material-blandingen tilføres fra lommen 24 til brennerne 14 via ledninger

25, 26. Oxygengassen tilføres til brennerne via ledningene 27 og 28, hvorav de senere munner ut i ledningene 26.

Brennerne 14 hvorav bare to er vist på fig. 1, er rettet skrått nedad og tangensialt til en tenkt sirkel ved sjaktens 1

bunn. Denne sirkels diameter er opp til ca. en fjerdedel av sjaktens diameter, og brennerne er slik plassert og skråstilt at det materiale som tilføres gjennom disse, treffer sirkelomkretsen i områder som ligger symmetrisk langs denne. Ekstra oxygengass for sluttforbrenning tilføres til sjaktens 1 øvre del via horisontale munnstykker 29 som blir tilført oxygengass fra ledningen 27 via ledninger 30 som er avgrenet fra denne. Munnstykkene 29 er i en viss grad tangensialt rettet, fortrinnsvis slik at de avgitte oxygengasstrømmer tangerer en tenkt sirkel med en diameter opp til ca. en tredjedel av sjaktens diameter.

Når jernoxydet passerer fra brennerne 14 ned gjennom sjakten

1, smeltes og forreduseres dette noe, og kullet forkokses og kalkstenen brennes. Til og med returstøvet som hovedsakelig består av jernoxyd, smeltes og forreduseres i en viss grad. Det smeltede og noe forreduserte jernoxyd og koks og brent kalk treffer den øvre overflate av materiallaget som befinner seg i sjaktens bunn

og i reaktorsonen, og det smeltede jernoxyd reagerer med koksen i materiallagets øvre område under ytterligere forreduksjon og avkjøling. Materialet i laget får derved en halvflytende eller deigaktig konsistens.

I reaktorsonen 2 sluttreduseres og smeltes jernoxydmaterialet under forbruk av ytterligere koks, hvorved smeltet råjern dannes og ansamles sammen med smeltet slagg i reaktorsonens bunndel. Fra denne fjernes smeltet råjern og slagg kontinuerlig eller periodevis via en egnet tappeanordning 31. Kulltilsetningen velges med fordel slik at et kokslag 39 opprettholdes som flyter på råjerns-og slaggbadet 38. Når den smeltede slagg passerer gjennom kokslaget 39, får den et lavt jerninnhold, siliciumdioxyd reduseres,

og redusert smeltet jern oppkulles.

Den energi som er nødvendig for smeltingen og sluttreduksjonen av jernoxydet, tilføres til reaktorsonen 2 ved elektroinduktiv oppvarming av materialet i denne. For dette formål er en induksjons-vikling 32 anordnet rundt reaktorsonen 2, og vekselstrøm til-føres til induksjonsviklingen fra en generator 33 via en omformer 34.

Ved induktiv oppvarming øker energiutviklingen pr. volum-enhet av lagmaterialet fra midten av reaktorsonen og ut mot dens omkrets. Materialet som tilføres til laget vil derfor under fortsatt reduksjon av jernoxydet bevege seg skrått nedad og utad under tiltagende smelting, som antydet med piler på fig. 1.

I dampkjelen 4 og syklonanordningen 5 fraskilles ét støv som hovedsakelig består av jernoxyd. Dette støv fjernes på transportbånd 35, 36 og ledes ved hjelp av ikke viste anordninger videre til den av lommene 19-22 som anvendes for oppbevaring av retur-støv. Metaller som avdrives under prosessen, som bly og sink i form av finkornige oxyder og arsentrioxyd i dampform, bringes til å passere gjennom dampkjelen 4 og syklonanordningen 5 og fraskilles i fast tilstand i gassrenseanordningen 6. Støvet som oppsamles i anordningen 6, ledes bort via en ledning 37 for separat behandling og tilbakeføres således ikke til noen av lommene 19-22.

Den damp som dannes i sjakten 1, avgassledningen 3 og dampkjelen 4, utnyttes for drift av turbinen 11 som foruten kompres-soren 16 også driver generatoren 33.

Energiutviklingen i flammesmeltesjakten 1 kan fordelaktig innstilles slik ved avpasning av tilførselen av brennbart materiale at det dannes en dampmengde som er tilstrekkelig til å dekke det samlede energibehov for smelting og reduksjon og for drift av oxygengassverket 15.

Ved et anlegg av den ovenfor beskrevne type med en kapasitet av

30 tonn smeltet råjern pr. time krever hele prosessen ca. 590 kg stenkull pr. tonn råjern med en varmeverdi for stenkullet av 26,4 GJ/tonn (6,3 Gkal/tonn), hvorved prosessen ved vanlige virk-ningsgrader i de forskjellige energiomvandlingstrinn, som dampkjele, turbin, generator og omformer etc., blir selvforsørgende hva gjelder energi for smelting, reduksjon og fremstilling av oxygengass. Prosessen har således et behov for primærenergi i form av stenkull på bare 15,6 GJ (3,7 Gkal) pr. tonn råjern. Til sammenligning kan nevnes at behovet for primærenergi for den vanlige masovnsprosess er 18,2 GJ/tonn (4,35 Gkal/tonn) inklusive koksffemstilling. Samtidig er kvalitetskravet til stenkullet meget lavt ved den foreliggende fremgangsmåte sammenlignet med kvalitetskravet til de kull som anvendes for fremstilling av masovnskoks.

Den på fig. 2 viste sjakt 41 som har en øvre og en nedre

sone 55 hhv. 56, forutsettes å inngå i et anlegg av den generelle type som er vist på og beskrevet i forbindelse med fig. 1, men som er blitt modifisert for produksjon av smeltet råjern fra finkornig svovelkisslig. Sjaktens 41 nederste del går direkte over i en reaktorsone 4 2 hvori forredusert jernoxyd sluttreduseres og smeltes under dannelse av smeltet råjern.

En krans av brennere er anordnet i sjaktens 41 tak, og gjennom disse tilføres findelt slig, findelt kalk og/eller andre slaggdannelsesmidler eller flussmidler, returstøv og oxygengass eller en annen gass, som luft eller oxygenanriket luft, som underholder forbrenningen eller røstingen. I det viste eksempel tilføres det faste materiale til brennerne 43 gjennom ledninger 44, 45 og oxygengass gjennom en le*dning 46 og gjennom ledninger 47 og 48 som er avgrenet fra denne.

Brennerne 43, hvorav bare to er vist på tegningen, er rettet skrått nedad og tangensialt i forhold til en tenkt sirkel med en diameter som er mindre enn sjaktens minste tverrsnittsdimensjon, slik at det fås en hvirvelbevegelse i sjakten. Oxygengass tilføres til sjakten 41 også gjennom horisontalt anordnede munnstykker 49 som tilføres oxygengass fra ledningene 47 via ledninger 50

som er avgrenet fra disse og som til en viss grad er rettet tangensialt for å understøtte hvirvelbevegelsen som avstedkommes av munnstykkene 43. Ytterligere munnstykker for tilførsel av oxygengass til ønskede nivåer i sonen 55 og/eller sonen 56 kan være anordnet, som antydet ved 49a hhv. 49b, og disse munnstykker tilføres oxygengass fra ledningene 47. Gjennom munnstykkene 51

som er anordnet i det vesentlige på samme måte som brennerne 43, tilføres et fast carbonholdig reduksjonsmiddel til sjakten og som danner koks ved den i sjakten forekommende temperatur, idet det faste carbonholdige reduksjonsmiddel tilføres til munnstykkene gjennom ledninger 52 og 53. I det viste eksempel anvendes oxygengass som bærergass for reduksjonsmidlet, og oxygengassen tilføres til munnstykkene 51 gjennom ledninger 54 som er avgrenet fra ledningene 47 .

Sligen røstes og returstøv og dannet røstegods smeltes når de passerer fra brennerne 43 ned gjennom sjaktens 41 sone 55.

Under den fortsatte gjennomgang ned gjennom■sjaktens sone 56 forreduseres jernoxydet og returstøvet til en viss grad. Det smeltede og noe forreduserte jernoxyd og koks dannet av reduksjonsmidlet og brent kalk treffer den øvre overflate av materiallaget som fore-ligger ved sjaktens 41 bunn og i reaktorsonen 42, og i lagets øvre område reagerer det smeltede jernoxyd med koksen under ytterligere forreduksjon og under samtidig avkjøling. Lagmaterialet får derved en halvflytende eller deigaktig konsistens.

Jernoxydmaterialet sluttreduseres og smeltes i reaktorsonen

42 under forbruk av ytterligere koks, hvorved smeltet råjern dannes og smeltet slagg ansamles i reaktorsonens bunndel. Ved reduksjonen dannes carbonmonoxydholdige gasser som strømmer oppad i sjakten sammen med gassene som er blitt dannet ved forkoksingen. Disse gasser oxyderes delvis ved omsetning med det smeltede metalloxydholdige materiale i sonen 56 og sluttforbrennes med oxygengassen som tilføres gjennom munnstykkene 49 eller eventuelt gjennom munnstykkene 49a. Smeltet råjern og slagg fjernes kontinuerlig eller periodevis fra reaktorsonens bunndel gjennom en egnet tappeanordning 57. Den tilsatte mengde reduksjonsmiddel velges fortrinnsvis slik at et flytende kokslag 59 opprettholdes på råjerns- og slaggbadet 58. Når den smeltede slagg passerer gjennom kokslaget 59, får den et lavt jerninnhold, siliciumdioxyd reduseres, og redusert smeltet jern oppkulles.

Den energi som er nødvendig for smeltingen og sluttreduksjonen av det forreduserte jernoxyd, tilføres til reaktorsonen 42 ved hjelp av elektroinduktiv oppvarming av materialet i denne. For dette formål er en induksjonsvikling^om tilføres vekselstrøm via ledninger 60, anordnet rundt reaktorsonen 42. Endel av den tappede slaggs følbare varmeinnhold kan, som vist, med fordel gjenvinnes ved å anvende slaggen for brenningen av kalksten som derefter anvendes som slaggdannelsesmiddel i prosessen. For dette formål overføres råjern og slagg fra tappeanordningen 57 til en slaggfraskillelsesanordning 62, hvorfra smeltet råjern og smeltet slagg fjernes hver for seg, som antydet ved pilen 63 hhv. 64. Endel av slaggen overføres til en beholder 65, hvori den føres sammen med kalkstenholdig materiale som tilføres gjennom et innløp 66. Derved brennes kalkstenen, og slaggen størkner, hvorved carbondi-oxyd dannes som avledes gjennom et utløp 67, mens den varme blanding av slagg og brent kalk males i et måleapparat 68 til en egnet kornstørrelse og tilføres til sjakten, fortrinnsvis i fremdeles varm tilstand , via en lomme for slaggdannelsesmiddel eller direkte til brennerne 43. Slagg som ikke utnyttes for kalkbrenning, fjernes ved 69.

Det på fig. 3 viste utførelseseksempel er nedenfor nærmere beskrevet bare i den grad dette utførelseseksempel skiller seg fra utførelseseksemplet vist på fig. 2, idet overensstemmende eller i det vesentlige overensstemmende detaljer er betegnet med de samme henvisningstall på fig. 2 og 3. Ved utførelseseksemplet ifølge fig. 3 ønskes en forholdsvis svovelrik gass fra røstesonen 55, nærmere bestemt en gass hvorfra svovel i elementær form kan utvinnes ved f.eks. en Claus-prosess. For dette kreves en røste-gass som inneholder både I^S og SG^ som i Claus-prosessen reagerer med hverandre under dannelse av H20 og S. For dette formål anvendes en blanding av vanndamp og oxygengass som bærergass for materialet som tilføres gjennom brennerne 43, og en slik blanding tilføres også gjennom munnstykkene 49. Hvis munnstykkene 49a anordnes ved den øvre del av sonen 55, kan en mer vanndamprik gass tilføres til disse enn til munnstykkene 49. Som bærergass for reduksjonsmidlet som tilføres gjennom ledningene 52 og 53, anvendes en i det vesentlige ren oxygengass som tilføres via ledninger 70, hvorfra ledninger 71 kan være avgrenet som tilfører oxygengass til munnstykkene 72. Disse kan være anordnet i det vesentlige på samme måte som munnstykkene 49b ifølge fig. 2 og tjener til i det minste delvis å forbrenne brennbar gass i den øvre del av sjaktsonen 56. Den forbrente gass fjernes fra sonen 56 gjennom en utløpsledning 73 for å hindre fortynning av røste-gassen. Det gjenværende varmeinnhold i den fjernede gass kan utvinnes i dampkjelen på samme måte som vist for de gasser som ifølge det på fig. 1 viste eksempel forlater sjakten.

Det skal til slutt fremheves at takket være apparaturens enkelhet ved utførelsen av den foreliggende fremgangsmåte og at behovet for et forkoksningsanlegg og sintringsanlegg og eventuelt også et eget røsteanlegg er falt bort, blir investeringsomkostningene for utførelse av denne fremgangsmåte langt lavere enn for utfør-else av den vanlige masovnsprosess, selv for sammenlignbare små enheter regnet pr. tonn kapasitet.

Eksempel 1

I et anlegg av den generelle type som er beskrevet i forbindelse med fig. 1 innføres pr. time 45 tonn oxydisk jernmalm-konsentrat inneholdende 65,5 vekt% jern med en oxydasjonsgrad av 95% (95 vekt% av jernet som Fe20.j) , 6,9 tonn kalksten og 19 tonn stenkull som inneholder 6 vekt% fuktighet og 20 vekt% aske, kontinuerlig i sjakten. Oxygenholdig gass tilføres også kontinuerlig til sjakten, og den tilførte oxygenmengde er 16 700 Nm 3/time, beregnet som 100% 02. Under fallet ned gjennom sjakten smeltes og forreduseres malmkonsentratet og utsettes derefter for en ytterligere reduksjon i kontakt med det tilførte reduksjonsmiddel i laget i sjaktens nedre del under avkjøling av materialet. Det smeltede og i det vesentlige til FeO forreduserte materiale har en temperatur av ca. 1500°C når det når lagoverflaten i sjaktens nedre del, hvor det avkjøles til ca. 1000°C under fortsatt re-duks jon.

Den dannede sinter ble efterhvert nedsmeltet i den induktivt oppvarmede reaktor. Sluttproduktene utgjordes

av smeltet råjern og slagg. I løpet av en time ble 30 tonn råjern med et carboninnhold av 2,5 vekt% og et siliciuminnhold av under 1 vekt% og 9,9 tonn slagg produsert og tappet ved en temperatur av ca. 14 50°C. Avgassen fra sjakten med en temperatur

av ca. 1930°C ble overført til dampkjelen, hvori høytrykksdamp med et energiinnhold på 58 MWh ble produsert. Dampturbinen produserte i løpet av den samme tid en elektrisk energimengde på 20,3 MWh ved hjelp av den tilførte høytrykksdamp, og av denne elektriske energimengde gikk 6,2 MWh med for drift av oxygengassverket, 11,1 MWh for induktiv oppvarming av reaktoren og de øvrige 3,0 MWh for drift av hjelpeutstyr.

Eksempel 2

I et anlegg av den i forbindelse med fig. 2 beskrevne type og beregnet for fremstilling av bly fra blysulfid med en produksjon av ca. 15 tonn bly pr. time ble 20 440 kg blysulfidkonsentrat inneholdende 75 vekt% bly kontinuerlig tilført pr. time til sjaktens røstesone. 1500 kg kalksten, 310 kg koks og 170 kg tung fyrings-olje og returstøv i det vesentlige i form av blysulfater i en mengde av 6000 kg ble også i løpet av den samme tid tilført til sjakten. Oxygenbehovet var derved 3000 Nm 3/h, beregnet som 100% <o>2.

Flammesmeltet og delvis redusert materiale med et blyinnhold hvorav 30 vekt% var oxydert til PbO, kom inn i den induktivt oppvarmede sluttreduksjons- og smeltereaktor som sto i forbindelse med sjaktens nedre del, ved en temperatur av 1200°C. Fra reaktoren ble det pr. time tappet 15000 kg smeltet bly ved en temperatur av 800°C og dessuten 2700 kg slagg ved en temperatur av 1250°C. En gass i en mengde av 4100 Nm^/h og med en temperatur av 1200°C og inneholdende 52 volum! SO,, og 4400 kg støv i form av PbO ble fjernet fra sjakten. Dette støv ble sulfatert av SO2 og O~ i gassen og ble fraskilt i dampkjelen og i gassrenseanlegget og derefter tilbakeført til sjakten som blysulfatholdig returstøv. Høytrykksdamp med et energiinnhold på 2100 kWh og som drev en d.arnpturbin som pr. time leverte elektrisk energi i en mengde av 690 kWh, hvorav 130 kWh gikk med for oxygengassfremstilling og 560 kWh gikk med for drift av reaktoren, ble i løpet av en time produsert i dampkjelen.

Claims

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av smeltet metall fra findelt metalloxyd- og/eller metallsulfidholdig materiale, som malmkonsentrat eller oxydiske mellomprodukter, ved eventuell røsting samt reduksjon og smelting, hvor metalloxydholdig materiale under fall nedad gjennom en sjakt smeltes ved kontakt med varme gasser dannet ved forbrenning under tilførsel av et carbonholdig reduksjonsmiddel til sjakten, karakterisert ved at de nevnte varme gasser bringes til å passere oppad gjennom sjakten og at det smeltede metalloxydholdige materiale i sjaktens nedre del omdannes til et forredusert produkt som inneholder fast carbonmateriale, ved delvis reduksjon av det smeltede metalloxydholdige materiale i kontakt med det tilførte reduksjonsmiddel, hvorefter det forreduserte produkt sluttreduseres og smeltes i en reaktor som er tilknyttet til sjaktens nedre del.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at i det minste endel av det metalloxydholdige materiale fremstilles ved røsting av findelt metallsulfidholdig materiale, eventuelt i nærvær av vanndamp, i en røstesone i sjakten som ligger over den del hvori det metalloxydholdige materiale reduseres delvis.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det som carbonholdig reduksjonsmiddel anvendes et organisk materiale som under avgivelse av brennbare gasser omdannes til koks i sjakten.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at det carbonholdige reduksjonsmiddel tilføres til sjakten nedenfor røstesonen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved at materialet som inneholder metallsulfid og/eller metalloxyd, og/eller det carbonholdige reduksjonsmiddel tilføres til sjakten gjennom munnstykker som er rettet slik at de fører til en hvirvelbevegelse rundt en i det vesentlige vertikal akse.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1-5, karakterisert ved at de varme gasser for smelting av det metalloxydholdige materiale dannes ved forbrenning av brensel og/eller ved delvis forbrenning av det carbonholdige reduksjonsmiddel med en-oxyderende gass, hvorved tilførselen av den oxyderende gass fordeles over sjaktens høyde på en slik måte at mer oxyderende forhold fås i sjaktens øvre del og mer reduserende forhold i dens nedre del, hvorved det metalloxydholdige materiale forreduseres i en viss grad når det faller ned gjennom sjakten.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1-6, karakterisert ved at reduksjonsmidlet og eventuelt brensel og en slik av-passet del av den oxyderende gass tilføres til den undre del av sjakten at reduserende betingelser opprettholdes i denne del av sjakten.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at den oxyderende gass tilføres til sjakten i røstesonen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 6-8, karakterisert ved at forbrenningen utføres i det minste hovedsakelig under røstesonen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at hoveddelen av den forbrente gass fjernes fra sjakten under røstesonen.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 6-10, karakterisert ved at den oxyderende gass tilføres til sjakten gjennom munnstykker som er slik rettet at de fører til en hvirvelbevegelse rundt en i det vesentlige vertikal akse.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 6-11, karakterisert ved at munnstykkene for den oxyderende gass er rettet skrått nedad.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 6-12, karakterisert ved at materialet som inneholder metallsulfid og/eller metalloxyd, og/eller det carbonholdige materiale innblåses i sjakten med en oxyderende gass som bærergass.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 1-13, karakterisert ved at mengden av carbonmateriale i det forreduserte produkt avpasses slik at den i det minste er tilstrekkelig for sluttreduksjonen av det metalloxydholdige materiale i det forreduserte produkt.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 1-14, karakterisert ved at energi for sluttreduksjon og smelting tilføres til reaktoren ved elektroinduktiv oppvarming.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 1-15, karakterisert ved at energi for sluttreduksjon og smelting tilføres til reaktoren ved forbrenning av carbonoverskudd i det forreduserte produkt.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 1-16, karakterisert ved at energi for sluttreduksjon og smelting tilføres ved til-førsel av et fast, flytende eller gassformig brensel og oxygenholdig blestgass til reaktoren.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 1-17, hvor et kalkholdig slaggdannelsesmiddel tilføres under reduksjonen og redusert metall og dannet smeltet slagg tappes fra reaktoren, karakterisert ved at det anvendes et slaggdannelsesmiddel som fremstilles fra en del av den tappede smeltede slagg og ubrent kalkstenholdig fast materiale som i det minste delvis brennes ved å føre dette sammen med den nevnte del av sl&ggen.