NO144833B - Fremgangsmaate til chargevis reduksjon av jernoksyder til svampjern - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte til chargevis reduksjon av jernoksyder til svampjern ved kontakt med en oppvar-

met reduksjonsgass i et reaktorsystem med flere enheter av den

type hvor., separate fikserte legemer av metallholdig materiale samtidig behandles i en flerhet av reaktorer innbefattende i det minste én kjølereaktor og i det minste én reduksjonsreaktor, og en

kald karbonholdig reduksjonsgass føres gjennom en kjølereaktor i systemet, oppvarmes til en temperatur på 950-1100°C og deretter fø-res gjennom en reduksjonsreaktor i systemet, karakterisert ved at man forvarmer en strøm av den. kalde reduksjonsgass til en temperatur på 250-800°C, fører den oppvarmede strøm av reduksjonsgass gjennom laget av metallholdig materiale i nevnte kjølereaktor i en første tidsperiode for karburering av metallet og reduksjon av metalloksyd deri og deretter fører en strøm av den kalde reduksjonsgass gjennom laget av metallholdig materiale i kjølereaktoren i .en . annen tidsperiode for fullføring av kjølingen av materialet. Fore-trukne utførelsesformer er angitt i krav 2-6.

Ifølge et aspekt ved oppfinnelsen.omfatter denne en for-bedring ved en kjent charge-vis prosess for fremstilling av svampjern, hvilken prosess er av den generelle type som er beskrevet f.eks. i USA-patentene nr. 2 900 247, nr. 3 423 201, rir. 3 890 142

og nr. 3 904 397. Ved slike prosesser anvendes ét reaktorsystem omfattende flere enheter hvor separate legemer av jernmateriale behandles samtidig. De.hovedoperasjoner som utføres i. reaktor-systemet, er (1) chargering og tømning av reaktorene,. (2).reduk-

sjon og (3) kjøling av den reduserte malm. For enkelhets skyld betegnes disse tre operasjoner her som produksjonstrinnet, reduk-sjonstrihnet og kjøletrinnet. I det spesielle system som nedenfor

er beskrevet i illustrasjonsøyemed, anvendes to reduksjonstrihn,.

og følgelig anvendes fire reaktorer til utførelse av de tre hoved-operas jonene . Reaktorene er således forbundet at reduserende gass fra en passende kilde, vanligvis en blanding som stort sett består av karbonmonoksyd og hydrogen dannet på hvilken som helst passende måte så som f.eks. ved katalytisk omsetning av en vanndamp-hydro-karbon-blanding, under en gitt syklus av operasjoner suksessivt

strømmer gjennom en reaktor i kjøletrinnet, en reaktor i det annet reduksjonstrinn og en reaktor i det første reduksjonstrinn. Den fjerde reaktor er utkoblet fra systemet for tømning og ny på-fylling.

Systemet er forsynt med omkoblingsventiler hvorved man etter hver syklus kan omkoble gasstrømmen slik at reaktoren i kjøletrinnet blir produksjonsreaktor, reaktoren i det annet reduksjonstrinn blir kjølereaktor, reaktoren i det første reduksjonstrinn blir reaktor for annet reduksjonstrinn, og produksjons-reaktoren blir reaktor for det første reduksjonstrinn. I løpet av et sett på fire cykler vil således hver reaktor suksessivt anvendes i hvert av de fire operasjonstrinn. For å forenkle an-skueliggjørelsen ved hjelp av tegningen og beskrivelsen har man tillatt seg å sløyfe omkoblingsforbindelsene, som i og for seg er velkjente, og driften av systemet er beskrevet i forbindelse med en spesiell syklus.

Svampjern fremstilt ved en fremgangsmåte av den i oven-nevnte USA-patenter beskrevne type er vanlig anvendt som kilde

for jern ved fremstilling av stål i elektriske lysbueovner.

Sådant svampjern inneholder normalt en viss andel av jernoksyd,

f.eks. 10-20 vekt-%, da det er uøkonomisk å forsøke å oppnå 100% metallutbytte av malmen. Når graden av reduksjon av det jernholdige materiale nærmer seg 100% omdannelse til metall, blir det stadig vanskeligere og mer tidkrevende - og krever overdrevent

store mengder, reduserende gass - å fjerne det gjenværende oksygen fra materialet. Reduksjons-reaksjonshastigheten kan økes i noen grad ved økning av temperaturen, men en slik temperaturøkning er begrenset ved at driftstemperaturen må holdes under sintrings-temperaturen om svampjernet skal forbli lett fjernbart fra reaktoren.

Denne temperaturbegrensning gjelder ikke den elektriske

ovn hvor det jernholdige materiale behandles i sméltet. form. Det er således teoretisk mulig å chargere den elektriske ovn med svampjern av eksempelvis 85% ikke-oksyd-jern og, tilsette en tilstrekkelig mengde elementært karbon til ovnschargen for reaksjon med det gjenværende oksygen i jernmalmen. Imidlertid er det vanskelig å bevirke en intim kontakt mellom elementært karbon og svampjernpartiklene i den elektriske ovn, særlig fordi karbonet har en meget lavere densitet enn jernet og har tendens til å bli segregert fra dette.

Som beskrevet f.eks. i US-patent nr. 3 423 201 kan et . gassreduksjonssystems kjølereaktor drives på en slik måte at karbon avsettes på overflaten av de svampjernpartikler som kjøles. Sådan karbonavsetning kan oppnås ved anvendelse av en karbonholdig kjølégass, som innenfor temperaturområdet ca. 400-700°C krakkes under avsetning av karbon som diffunderer inn i partik-lene og reagerer med jernet under dannelse av jernkarbid, som stort sett konsentreres i de ytre deler av svampjernpartiklene. Det resulterende svampjern inneholdende jernkarbid har et ned-satt smeltepunkt som letter smeltingen ved fremstilling av stål. Videre er karbon i form av jernkarbid betydelig mer reaktivt enn vanlig karbon og er et mer effektivt reduksjonsmiddel for rest-oksygenet i svampjernet i den elektriske ovn.. Reduksjonsreåk-sjonen produserer dessuten karbonmonoksyd som bobler opp ggennom - smeiten og bevirker en ønsket agitering av denne. En ytterligere fordel med bruken av svampjern inneholdende jernkarbid er at reaksjonen mellom jernkarbid og rester av FeO i svampjernet forbruker mindre varme enn reaksjonen mellom elementært karbon og FeO..

En slik karbonavsetning er til nytte ved at den gjør

at den elektriske ovn med sin relativt høye driftstemperatur kan fjerne ytterligere oksygen fra svampjernet, men mengden av karbonavsetning som kan oppnås i kjølereaktoren i de tidligere kjente systemer, er ganske begrenset. Ved bruk av eksempelvis en kjøleprosess av den type som er beskrevet i US-patent.nr.

3 423 201, er det mulig å innføre i det reduserte metall opp tii

ca. 2 vekt-% karbon. Som nærmere beskrevet nedenfor vil hver prosent karbon være i stand til autotermisk å øke den prosentvise métallisering av svampjernet i den elektriske ovn med ca. 5%. Herav følger at 2% avsatt karbon er i stand til å øke den prosentvise mengde metall i svampjernet med bare ca. i0%.

Med uttrykket "métallisering" menes her ikke-oksyd-jern, dvs. summen av élementært jern og jern som er forbundet.med karbon til jernkarbid, uttrykt som vekt% av den samlede mengde jern i svampen. Et svampjern med 85 %'s métallisering og et karboninnhold på 2 % vil, jfr. foregående avsnitt, oppnå en samlet "métallisering- på ca. 95 % i en stålfremstillingsovn. Denne relasjonen beskrives ved hjelp av uttrykket "potensiell metallisering",, slik at et svampjern som har en "métallisering" på 85% og et karboninnhold på 2 %, kan sies å ha en "potensiell métallisering" på ca. 95 %.

Da de tidligere kjente prosesser til karburering av svampjern i kjølereaktoren produserer en karbonavsetning opp" til ca. 2 vekt-%, gjør de det mulig i noen grad å dra fordel av det høyere reduksjonspotensial i den elektriske ovn. Da høyst ca.

2% karbon kan avsettes i henhold til disse kjente prosesser, er imidlertid den grad til hvilken ovnens reduksjonskapasitet kan utnyttes, heller begrenset.

Følgelig er det et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte til gassreduksjon av jernmalm for fremstilling av svampjern og anvendelse av svampjernet til fremstilling av stål, hvor produksjonskostnaden for svampjernenhetene som skal omdannes til stål, er relativt lav.

Et annet formål er å tilveiebringe en fremgangsmåte til fremstilling av svampjern som gjør det mulig å utføre en større del av reduksjonsprosessen i det økonomisk fordelaktige høytempera-tur-miljø i stålovnen. Videre tar oppfinnelsen sikte på.å til^ veiebringe en fremgangsmåte til fremstilling av svampjern med en métallisering på 60-85% og en potensiell métallisering på 85-100%. Enn videre tar oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte til kjøling av svampjern dannet ved direkte gassreduksjon av jernmalm på en slik måte at det overføres en betydelig større mengde karbon fra gassen til svampjernet enn hva som hittil har vært mulig. Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å fremstille svampjern med et relativt høyt innhold av kjemisk bundet karbon, f.eks. 2,5-6 vekt-%. Andre formål vil dels være åpenbare og dels bli nevnt nedenfor.

Til ytterligere forklaring av relasjonen mellom ut-trykkene "métallisering" og "potensiell métallisering" angis følgende:

M = vekt-% métallisering

(Fe)t = vekt-% samlet Fe i svampjernet (Fe) = vekt-% Fe som foreligger som FeO i svampjernet C = vekt-% karbon som kreves for reduksjon av

jernoksydet (Fe)Q Pm = vekt-% av potensiell métallisering.

Relasjonen mellom métallisering, samlet jern og jernoksyd kan da skrives som følger:

I

Den reaksjon i den elektriske ovn ved hvilken jernoksyd i svampjernet reduserer med karbon, kan uttrykkes ved den følgende ligning:

Da et gramatom karbon gir et gramatom elementært jern:

Settes verdien ..(Fe)Q i ligning (4) inn i ligning (1) , gir dette: • ■ som kan forenkles til: •". Endringen av M som funksjon av C kan bestemmes ved at man deriverer M med hensyn på C som følger: eller i differensial form:

For hver differensial-mengde av karbon, dC, som forbrukes ifølge ligning (2), er det således en reduksjonsvirkning som er ekviva-lent med en dif f erensialmengde av métallisering, dM, . som., angitt ved ligning (8). Inkrementformen blir: og settes AC lik minus karboninnholdet i svampmaterialet,

Den potensielle métallisering er den ordinære métallisering pluss den métallisering som tilsvarer karbonet i svampjernet, og kan uttrykkes som følger:

En typisk analyse av svampjern fremstilt ved en fremgangsmåte som beskrevet i US-patent nr. 3 423 201 er som følger:

For et svampjern med den ovenfor angitte analyse:

Som angitt ovenfor har man funnet at en betydelig del av reduksjonsprosessen med fordel kan utføres i den elektriske ovn uten skadelig påvirkning av ovnsdriften samtidig som de samlede kostnader ved.fremstillingen av stål fra jernmalm reduseres. Hovedreaksjonene kan skrives som følger:

I

Det vil sees av ovenstående ligninger at mens reduk-sjonsreaksjonen er endotermisk, så produserer den karbonmonoksyd som oksyderes til karbondioksyd ved en sterkt eksoterm reaksjon.. Reduksjonen av FeO i svampjernet ved hjelp av karbon i dette øker således ikke den elektriske ovnens termiske belastning. I alminnelighet finner man at et alt i alt godt økonomisk resultat oppnås når gassreduksjonsanlegget drives slik at det produseres svampjern med en métallisering på 60-85%, fortrinnsvis 70-80%,

idet reduksjonen med fordel fullføres i den elektriske ovn ved effektiv utnyttelse av ovnens reduksjonsevne ved dens høye temperatur .

Av ovenstående beskrivelse vil det sees at hvis gass-reduksjonsanlegget produserer et svampjern med en métallisering på høyst 70-80% og resten av reduksjonen skal utføres i den ... elektriske ovn under anvendelse av karboninnholdet i svampjernet som reduksjonsmiddel, må karboninnholdet i det svampjern•som uttas fra gassreduksjonsanlegget, være av størrelsesorden 2,5-6 vekt-%. Et så høyt karboninnhold kan ikke oppnås ved de tidligere kjente prosessér. I henhold til den foreliggende oppfinnelse anvendes en ny to-temperatur-kjølemetode for oppnåelse av et svampjern med relativt høyt karboninnhold. N

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal nå belyses nærmere under henvisning til tegningen, som viser et apparat egnet til utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen:

Fig. 1 viser skjematisk et gassreduksjonsanlegg egnet

til fremstilling av svampjern med det ønskede høye karboninnhold.

Fig. 2 viser grafisk relasjonen mellom métallisering

og karboninnhold for en reduksjonsprosess av den art som er.beskrevet i US-patent nr. 3 423 201.

Fig. 3 viser grafisk typiske temperaturprofiler som

kan ventes ved forskjellige nivåer i et svampjern-lag i kjøle-reaktoren ifølge et konvensjonelt system ved forskjellige tidsintervaller under kjølesyklusen.

Fig. 4 omfatter tre diagrammer som viser typiske temperaturprofiler som kan ventes i kjølereaktoren under anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Fordelene ved den foreliggende oppfinnelse oppnås i alminnelighet ved at man utfører kjølingen og karbureringen av svampjernet i kjølereaktoren i minst to trinn under anvendelse av gasser ved to forskjellige temperaturer. I det første trinn blir en gass ved en intermediær temperatur, dvs. en temperatur mellom kjøle- og reduksjonstemperaturen ifølge de konvensjonelle prosesser, ført gjennom laget av svampjern i reduksjonsreaktoren. Den intermediære temperatur som anvendes vil i regelen ligge innen området 250-800°C, fortrinnsvis 400-700°C. Ved anvendelse av en gass med en noe forhøyet temperatur i det første trinn av kjølesyklusen vil svampjernet - som forklart nærmere nedenfor - holdes i en lengre tidsperiode ved en temperatur ved hvilken karburering finner sted, hvorved det oppnås en større karbon-overføring enn ved konvensjonelle prosesser hvor det anvendes kjølegass med omgivelsenes temperatur gjennom hele kjølesyklusen. Da gassreduksjon av jernoksydet kan finne sted ved temperaturer så lave som f.eks. 550°C,' vil enn videre den relativt høye temperatur som anvendes i det første kjøletrinn i den foreliggende fremgangsmåte, i noen grad øke reduksjonen av jernoksydet som finner sted i kjølereaktoren.

Etter at den ønskede mengde karburering har funnet sted, erstattes kjølegassen med den forhøyede temperatur med den vanlige lavtemperatur-kjølegass, som føres gjennom svampjernlaget under det eller de påfølgende trinn av kjølesyklusen. Som nærmere forklart nedenfor kan det være ønskelig å bruke en kjøle-, metode omfattende tre eller flere trinn, hvorav et trinn ved for-høyet temperatur og to eller flere trinn ved omgivelsenes temperatur. I det annet og påfølgende trinn, og muligens også i det

første trinn, kan det dessuten være ønskelig med kjøling og resirkulering av kjølegassen. I slike tilfelle er det ofte for-delaktig å bruke et relativt lavt resirkuleringsforhold i det første lavtemperatur-kjøletrinn hvor en del av laget fremdeles kan ha karbureringstemperatur, og et relativt høyt resirkuleringsforhold i det annet eller påfølgende - lavtemperatur-kjøletrinn for oppnåelse av hurtig kjøling av svampjernet på slutten av kjølesyklusen. Alternativt kan det anvendes et eneste lavtempera-tur-k jøletrinn med et kontinuerlig økende gassresirkuleringsfor-hold, slik at kjølehastigheten øker progressivt som funksjon av tiden.

I

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart og belyst under henvisning til tegningens fig. 2-4. Av ovenstående ligning (9) vil det sees at for en gitt ønsket verdi av potensiell métallisering (<p>m) for det svampjern som produseres i reduksjonsanlegget, må karboninnholdet i svampjernet variere inverst med metalli-seringén. Når det produserte svampjerns métallisering avtar, må karboninnholdet øke tilsvarende for oppnåelse åv'en gitt potensiell métallisering og derved gi de ovenfor nevnte økonomiske fordeler. Når den tidligere kjente karbureringsteknikk anvendes, vil imidlertid - som vist på fig. 2 - svampjernets karboninnhold .variere direkte med metalliseringen, altså ikke inverst med denne. Fig. 2 er en grafisk fremstilling av prosent karbon som funksjon av prosent métallisering for en kjøle- og karbureringsprosess av den type som er beskrevet i US-patent nr. 3 423 201. Dette patent beskriver en to-trinns kjøleprosess med kjøling og resirkulering av kjølegassen, derimot beskriver det ikke et innledende kjøle-trinn ved relativt høy temperatur som foreslås ifølge foreliggende . oppfinnelse. De data som fremgår av fig. 2, viser at det ved anvendelse av denne tidligere kjente prosess oppnås et maksimum på ca. 2,4% karbon ved en 90%'s métallisering, og at det ved lavere métallisering oppnås et lavere karboninnhold istedenfor det ønskede høyere karboninnhold. Fig. 3 illustrerer de sannsynlige temperaturprofiler under kjølesyklusen ved anvendelse av den tidligere kjente kjøle-prosess. På fig. 3 representerer A, B, C og D fire horisontale sjikt som laget av materialet er skjønnsmessig inndelt, i. Kjøle-gassen forutsettes å strømme nedover gjennom laget. Kjølesyklusen er inndelt i ti intervaller, og kurver konstrueres for tempera-turprof ilen ved begynnelsen av hvert intervall, hvilke kurver \ er betegnet med eo~99"

Som vist på fig. 3 varierer begynnelsestemperaturen hovedsakelig lineært fra ca'. 1000°C ved toppen av laget til ca. 700°C ved bunnen av laget. Denne temperaturprofil er omtrent den samme som for laget ved slutten av det annet reduks jonstrinn'.

Ved tiden 92 er toppen av laget kjølt til meget nær temperaturen av den innkommende kjølegass. Ved tiden 9^, som er midtpunktet i kjølesyklusen, er mer enn halvparten av laget kjølt til under 400°C, dvs. en temperatur under hvilken relativt lite karburering finner sted.

Fig. 4 illustrerer en tre-trinns utførelsesform av kjøleprosessen ifølge oppfinnelsen. Som i tilfelle av fig. 3 er de sannsynlige temperaturprofiler vist for ti tidsintervaller. I det øvre diagram 4A er profilkurvene basert på den antagelse at gassen har en temperatur på 500°C og strømmer nedover gjennom laget. I det annet og tredje trinn som er illustrert ved 4B og 4C, forutsettes gassen å være ved vanlig temperatur, f.eks. 25-30°C,

Som vist på fig. 4 er begynnelsesprofilen ved 9q den samme som på fig. 3, dvs. temperaturen varierer fra 1000 C øverst i laget til 700°C nederst i laget. Ved tiden 9^ har temperaturen øverst i laget falt til litt under 700°C, men er fremdeles godt over temperaturen øverst i laget ved tiden 9^ på fig. 3. Ved tiden 9^, dvs. ved kjølesyklusens midtpunkt, er temperaturen i nesten hele laget over 400°C, dvs. over den temperatur ved hvilken karburering finner sted, i motsetning til den situasjon som er illustrert på fig. 3 hvor nesten halvparten av laget har en temperatur under karbureringstemperaturen ved kjølesyklusens midtpunkt. Diagram 4C viser at mellom tidpunktene 9^ og 9g skjer

det en meget hurtig kjøling av laget. En sammenligning mellom fig. 3 og 4 viser således at man ved å bruke høytemperatur-kjøle-trinnet ifølge foreliggende fremgangsmåte kan holde laget innenfor karbureringstemperatur-området i en vesentlig lengre del av kjølesyklusen.

Lengden av den tid hvorunder laget kjøles med gass.av den intermediære temperatur, vil variere som funksjon av slike faktorer som den ønskede métallisering og potensielle.métallisering av svampjernet og den samlede lengde av kjølesyklusen. Typisk vil det første eller høytemperatur-kjøletrinn omfatte ca. en tredjedel av kjøleperioden. Hvis relativt korte kjøle-og reduksjonscykler anvendes for fremstilling av. et svampjern-produkt med lav métallisering, bør karburering utføres under en større del av kjølesyklusen for oppnåelse av en tilstrekkelig overføring av karbon til svampjernet og en tilfredsstillende potensiell métallisering.

Som nevnt ovenfor kan avløpsgassen fra kjølereaktoren kjøles og resirkuleres under ett eller flere av kjøletrinnene

i den foreliggende fremgangsmåte. I alminnelighet vil sådan resirkulering øke mengden av gass som strømmer gjennom laget pr.

I

tidsenhet og akselerere kjøleprosessen. Den er spesielt fordel-aktig under den siste del av kjølesyklusen når lagets temperatur har falt til under den temperatur ved hvilken karburering finner sted i betydelig grad. Ifølge en typisk tre-trinns utførelses-form av den foreliggende fremgangsmåte er volumforholdet mellom resirkulert gass og frisk kjølegass fortrinnsvis 0 til 0,5 i det første trinn, 0,3 til 1,5 i det annet trinn:og 0,8 til 3,0 i det tredje, kjøletrinn.

Det vises nå til fig. 1, som illustrerer et apparat ;

egnet til utførelse av fremgangsmåten ifølge op<p>finnelsen. Gass-reduks jonssystemet som der er vist, omfatter en kjølereaktor 10, en primær reduksjonsreaktor 12, en sekundær reduksjonsreaktor 14 og en chargeringsreaktor 16. Reduksjonsgass for kjøling, karburering og reduksjon av jernmaterialet i systemets forskjellige

reaktorer tilveiebringes ved katalytisk omdannelse- av .naturgass. og vanndamp til karbonmondksyd,og hydrogen i en omformer som er generelt betegnet med 18. Naturgass eller annet passende hydro-karbon, tilføres gjennom ledning 20, strømmer gjennom en rør-forvarmer i røkgassavløpet 22, fra denne gjennom et utvendig rør 24, en annen rør-forvarmer i røkgassavløpet.22 og ét utvendig rør '26 til selve omformeren.. Damp fra et rør 28,tilføres gjennom led-ningen 24 og blandes med hydrokarbongassen i dette. Den resulterende blanding av damp og hydrokarbongass strømmer gjennom ledning 26 og fra denne gjennom katalysatorrør i omformeren 18, hvor den oppvarmes til en forhøyet temperatur.og omdannes til dei* . ønskede reduksjonsgass.

Gassen fra omformeren 18.strømmer gjennom en ledning 30 til en bråkjølingsinnretning 32 som kjøler gassen, hvorved vann fjernes fra denne. Den kjølte gass forlater kjøleren 32' gjennom en ledning 34, som. er forsynt med en. mottrykksregulator 36, og strømmer suksessivt gjennom kjølereaktoren 10, den primære reduksjonsreaktor 12 og den sekundære reduksjonsreaktor 14. Under de driftsfaser som her beskrives, er reaktoren 16 utkoblet fra systemet, slik at svampjernproduktet kan uttas fra denne og reaktoren chargeres med frisk malm.

Reduksjonsgassen i ledning 34 strømmer til å begynne med enten gjennom et grenrør 38 som er forsynt méd en ventil 40, eller et grenrør 42 som er forsynt med ventiler 44 og 45. Ved begynnelsen av en driftssyklus er ventilen 44 lukket og ventilen 40 åpen, hvorved reduksjonsgassen strømmer til og gjennom en

I

oppvarmningsenhet 46, i hvilken gassen oppvarmes til en forhøyet temperatur på eksempelvis 400-700°C. Fra oppvarmingsenheten-46 strømmer gassen gjennom en ledning 48 til et forbrenningskammer 50 som kommuniserer med kjølereaktoren 10. Forbrenningskammerets funksjon vil bli beskrevet nedenfor i forbindelse med driften av reduksjonsreaktorené 12 og 14. Når en reaktor i systemet funksjonerer som kjølereaktor, så som kjølereaktoren 10, virker forbrenningskammeret 50 bare som en ledning for den innstrømmende kjølegass.

I reaktoren 10 strømmer reduksjonsgassen, som er blitt oppvarmet til en forhøyet temperatur, nedover gjennom laget av svampjern og deretter ut av reaktoren 10 gjennom en ledning 52

til en kjøler 54, i hvilken den kjøles og avvannes. I reaktoren

10 vil reduksjonsgassen med den forhøyede temperatur som beskrevet ovenfor kjøle svampjernet til en temperatur innen karbureringsområdet, hvorved karbon overføres fra gassen til svampjernet.

Fra kjøleren 54 strømmer gassen gjennom en ledning 56 til reduksjonsreaktorené 12 og 14, som beskrevet nedenfor.

Ved slutten av det første kjøletrinn eller kjøleperiode lukkes ventilen 40 og åpnes ventilen 44, hvorved den kjølte reduksjonsgass strømmer gjennom ledning 42 til toppen av kjølereaktoren 10 og deretter nedover gjennom svampjernlaget. Kjølegassen kjøler laget av svampjern på den i forbindelse med fig. 4 beskrevne måte. Etter å ha strømmet gjennom svampjernlaget i kjølereaktoren 10 strømmer gassen gjennom ledning 52 og kjøleren 54 til ledning 56

og videre til reduksjonsreaktorené 12 og 14.

I det annet kjøletrinn eller kjøleperiode er det van-

ligvis ønskelig at en del av kjølegassen resirkuleres. For dette formål uttas gass fra ledning 56 via ledning 58 ved hjelp av en pumpe 60 og pumpes gjennom en ledning 62 til ledning 42, hvor den blandes med den friske kjølte gass for omformeren og til-

føres kjølereaktoren 10. For oppnåelse av en regulerbar strøm av resirkulert gass mens pumpen 60 drives ved konstant hastighet,

er utløpsledningen 62 forbundet med innløpsledningen 58 ved en returledning 64 som er forsynt med en mottrykks-regulator 66.

Denne kan innstilles slik at mengden av gass som strømmer gjennom . returledningen 64 og dermed nettomengden av resirkulert gass kan reguleres. Når det anvendes tre kjøletrinn eller -perioder omfattende en kjøleperiode med oppvarmet gass og to kjøleperioder med kjølt gass, er det vanligvis ønskelig at gassen resirkuleres

ved et relativt lavt forhold under den annen periode og ved et relativt, høyt forhold under den_første periode. Som nevnt oven-

for kan volumforholdet mellom resirkulert kjølegass og frisk reduksjonsgass fra omformeren under den annen periode eksempel-

vis variere fra'<0>,3 til 1,5 og under den tredje periode" fra 0,8

til 3,0. Om det ønskes kan enn videre en del gass resirkuleres under det første kjøletrinn.

Gass som forlater kjølereaktorkretsen gjennom ledning

56, strømmer først gjennom den primære reduksjonsreaktor 12 og deretter gjennom den sekundære reduks jonsreaktor 14.. Reaktoren ..

12 inneholder jernmateriale som delvis er blitt redusert i en

tidligere syklus. Reaktoren 14 inneholder frisk malm, og den innledende reduksjon av malmen skjer i denne reaktor. Mer spesielt strømmer gass fra ledning 56 til og gjennom en bppvarmnings-enhet 68, i hvilken den oppvarmes til en temperatur;.på .eksempelvis 750-950°C, og deretter.gjennom en ledning 70 til et f pt-;.-brenningskammer 72, av samme art som forbrenningskammeret' 50 tilknyttet reaktoren 10. Om det ønskes, kan en overheter 71.anordnes i ledning 70 og bidra til oppvarmningen av reduksjonsgassen;> ..

I f orbrenningskammeret 72 blandes r.eduks jonsgassen med en mindre mengde luft og forbrennes delvis, hvorved blandingens temperatur heves til eksempelvis 950-1100°C. Den luft som til-blandes reduksjonsgassen, forvarmes i en forvarmer 74 og strømmer gjennom en ledning 76 og en grenledning 78 som "er forsynt méd .en ventil 80, til forbrenningskammeret 72. Oppvarmet luft tilføres også gjennom en grenledning 82 som er forsynt med en ventil 84'> til f orbrenningskammeret 50 som eir tilknyttet'kjøléreaktoreri i0,

og gjennom en grenledning 86 som er forsynt med én ventil 88, til forbrenningskammeret 90 tilknyttet reaktoren i4. Under deri del ■•'

av reduksjonsprosessen som her beskrives, er ventilen 84 lukket og ventilene 80 og 88 åpne.

Den varme reduksjonsgass strømmer fra forbrenningskammeret 72 til reaktoren 12 og videre nedover gjennom laget av jernmateriale i denne for videre reduksjon av materialet. Utløps-gassen fra reaktoren 12 strømmer gjennom en ledning 92, en kjøler 94 og en ledning 96 til en oppvarmningsenhet 98, i hvilken den

på ny oppvarmes til. en temperatur av størrelsesorden ..750-950°C ..

Den oppvarmede reduksjonsgass strømmer gjennom en ledning. 100

til forbrenningskammeret 90, i hvilket den blandes med en liten

I

mengde luft, hvorved den delvis forbrennes og øker blandingens temperatur. Den oppvarmede gass føres inn i reaktoren 14 og strømmer nedover gjennom laget av jernmateriale i denne, hvorved dette delvis reduseres.

Den brukte reduksjonsgass som strømmer ut fra den sekundære reaktor 14, strømmer gjennom en ledning 102 og en kjøler 104 til en samleledning 106 for brukt reduksjonsgass. Den brukte gass har fremdeles verdi som brensel og kan, som vist på tegningen, anvendes for dette formål i oppvarmningsenhetene 46, 68, 74 og 98 og også for oppvarmning av omformeren 18. Overskudd av gass som ikke trenges for disse formål, kan sendes til passende lagrings-steder.

Reaktoren 16 er forsynt med en oppvarmningsenhet 10 8 av samme art som enhetene 46, 68 og 98, og et forbrenningskammer 110 av samme art som forbrenningskamrene 50, 72 og 90 som er tilknyttet henholdsvis reaktorene 10, 12 og 14. Da reaktor 16 imidlertid tømmes og chargeres under den del av reduksjonsprosessen som her beskrives, er oppvarmningsenheten 108 og forbrenningskammeret 110 satt ut av drift under denne del av reduksjonsprosessen.

Av beskrivelsen ovenfor vil det fremgå at den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte ved hvilken de forskjellige formål som ble nevnt ovenfor, kan oppnås. Ved anvendelse av en oppvarmet gass i det innledende kjøletrinn i svampjern-kjølesyklusen holdes svampjernet i relativt lang tid ved en temperatur innenfor karbureringsområdet, hvorved det oppnås en eksepsjonelt høy grad av overføring av karbonet fra kjøle-gassen til svampjernet. Ved anvendelse av den foreliggende fremgangsmåte kan svampjern fremstilles med et jernkarbidinnhold tilsvarende f.eks. 2,5-6 vekt-% karbon, fortrinnsvis 3-5%. De mange fordeler ved oppnåelsen av et sådant svampjern for anvendelse ved fremstilling av stål er påpekt ovenfor. Et typisk svampjern fremstilt ved den foreliggende fremgangsmåte kan ha den følgende sammensetning:

En så høy grad av karbonoverføring fra reduksjonsgassen til svampjernet gjør det mulig å fremstille svampjern med'lav métallisering kombinert med en relativt høy potensiell métallisering. Denne kombinasjon av lav métallisering, dvs. en métallisering på 60-85%, i kombinasjon med en høy potensiell métallisering på 85-100% er nødvendig for oppnåelse av et maksimalt økonomisk resultat ved utførelse av en vesentlig del av reduksjonen i en elektrisk ovn eller annen egnet ovnstype for fremstilling av stål.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte til chargevis reduksjon av jernoksyder

til svampjern ved kontakt med én oppvarmet reduksjonsgass i et reaktorsystem med flere enheter av den type hvor separate fikserte legemer av metallholdig materiale samtidig'behandles i en flerhet av reaktorer innbefattende i det minste, én kjøle- reaktor og i det minste én,reduksjonsreaktor, og en kald karbonholdig reduksjonsgass føres gjennom en kjølereaktor i systemet, oppvarmes til en temperatur på 950-1100° C og deretter føres gjennom en reduksjonsreaktor i systemet,,karakterisert ved at man forvarmer en strøm av den kalde reduksjonsgass til- en temperatur på 250-800°C, fører den oppvarmede.strøm av reduksjonsgass gjennom laget ay.metallholdig materiale i nevnte kjølereaktor i en første tidsperiode for karburering av metallet og reduksjon av metalloksyd deri og deretter fører en strøm av den kalde reduksjonsgass gjennom laget av metallholdig materiale i kjølereaktoren i en annen tidsperiode for fullføring av kjølingen av materialet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved 'at strømmen av reduksjonsgass oppvarmes til"ert temperatur i området 400-700°C før den føres gjennom laget av metallholdig materiale i kjølereaktoren.

3. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at en del av den reduksjonsgass som strømmer gjennom laget av metallholdig materiale, under den nevnte annen tidsperiode kjøles og resirkuleres til laget, idet volumforholdet mellom resirkulert gass og frisk reduksjonsgass holdes mellom 0,3 og 1,5.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at volumforholdet mellom resirkulert gass og ikke-resirkulert gass progressivt økes under den nevnte annen tidsperiode.<5>. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at man ved slutten av nevnte annen tidsperiode fører en strøm av kjølt reduksjonsgass gjennom laget av metallholdig materiale i en tredje tidsperiode og under denne tredje tidsperiode kjøler og resirkulerer en andel av avløpsgassen fra nevnte lag, hvilken andel er større enn den andel som resirkuleres i den nevnte annen tidsperiode. Fremgangsmåte ifølge krav <5>f karakterisert, ved at volumforholdet mellom resirkulert gass og frisk reduksjonsgass fra omformeren under den tredje tidsperiode holdes mellom 0,8 og 3,0.