NO153144B - Fremgangsmaate og anlegg for fremstilling av flytende raajern eller formateriale for staal - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved fremstilling

av flytende råjern eller forunateriale for stål av jernoxydholdige råmaterialepartikler, spesielt forredusert jernmalm, hvor de jernoxydholdige råmaterialepartikler ovenfra bringes inn i et hvirvelskikt som er dannet av små kullstykker og en oxygenholdig bærergass, og når de vandrer gjennom dette, blir oppvarmet, redusert og smeltet, og dessuten et anlegg for utførelse av fremgangsmåten.

Ved de hittil kjente fremgangsmåter av denne type er det nødvendig med høy energitilførsel, hvorved imidlertid energiutnyttelsen ikke kan betraktes som optimal, slik at varmebalansen og dermed lønnsomheten ved de kjente fremgangsmåter ikke er tilfredsstillende. Dessuten er det ved de kjente fremgangsmåter ikke mulig å opprettholde hvirvelskiktet i en beholder med stor diameter. Man er derimot bundet til forholdsvis små beholdere med liten diameter, og dette går likeledes ut over fremgangsmåtens lønnsomhet.

Innføringen av den oxygenholdige bærergass må finne sted like over slaggbadoverflaten for at hvirvelskiktet skal nå frem til denne overflate. Av denne grunn blir det ved de kjente fremgangsmåter i det nedre område av hvirvelskiktet, dvs. like over slaggbadoverflaten, dannet en sone med hvirvelskiktets høyeste temperatur (høytemperatursone). Dette medfører den ulempe at en reoxydasjon av de allerede reduserte jernpartikler ikke med sikkerhet kan unngås i denne sone.

Det tas véd oppfinnelsen sikte på å unngå disse

ulemper og vanskeligheter og å tilveiebringe en fremgangsmåte av den ovenfor beskrevne type og dessuten et anlegg for utførelse av fremgangsmåten, hvor den samlede energi-tilførsel kan minskes betydelig under oppnåelse av en vesentlig gunstigere energiutnyttelse, slik at reduksjons-

og smelteprosessen kan utføres mer økonomisk enn hittil.

Den foreliggende fremgangsmåte er særpreget ved at

det til hvirvelskiktet tilføres ytterligere energi ved hjelp av plasmaoppvarming. Denne ytterligere tilførsel av energi ved hjelp av plasmaoppvarming gjør det mulig å minske den samlede energitilførsel betraktelig på grunn av energiover-

føringen som finner sted ved stråling (betinget av plasmagassens høye temperatur).

Det er spesielt fordelaktig at plasmaoppvarmingen finner sted i det øvre og/eller det til dette tilgrensende midlere område av hvirvelskiktet og at det der dannes og opprettholdes en sone med hvirvelskiktets høyeste temperatur. Derved kan temperaturen holdes forholdsvis lav like over slaggbadoverflaten, og en reoxydasjon av de reduserte (og allerede smeltede) jernpartikler kan unngås like før passering gjennom slaggbadet.

Den foreliggende fremgangsmåtes lønnsomhet blir ytterligere øket dersom en del av reduksjonsgassen som dannes i hvirvelskiktet, anvendes som plasmadannende gass.

Ytterligere carbonholdige materialer i fast og/eller flytende tilstand blir fortrinnsvis innført i plasmaopp-varmingens flammeområde.

Det er mulig å minske den samlede energitilførsel med inntil 50% når jernmalmpartikler som er blitt forredusert i en grad av 50-70%, innføres som jernholdige råmaterialepartikler i hvirvelskiktet og reduseres i dette.

Fortrinnsvis blir carbonholdig materiale i fast og/ eller flytende tilstand blåst inn i hvirvelskiktet nedenfra.

Det er dessuten fordelaktig å blåse oxygen hhv. oxygenholdige gasser nedenfra inn i hvirvelskiktet, hvorved et stålformateriale kan utvinnes som sluttprodukt.

For styring av prosessen blir fortrinnsvis inert gass blåst inn i hvirvelskiktet nedenfra.

Et anlegg for utførelse av fremgangsmåten omfatter

en ildfast foret smeltebeholder som er forsynt med åpninger for tilførsel av kull- og jernoxydholdige råmaterialpartikler og med åpninger for tapping av slagg hhv. smelte og dessuten med åpninger for innføring av den oxygenholdige bærergass, og anlegget er særpreget ved at plasmabrennere er ført inn i beholderveggen på hvirvelskiktets nivå.

Plasmabrennerne er fortrinnsvis anordnet i det øvre og/eller midlere nivåområde for det smeltebeholderrom som er fylt av hvirvelskiktet.

Dyser som er rettet inn mot plasmabrennernes flammeområde og beregnet for innføring av carbonholdig råmateriale i fast og/eller flytende tilstand, er fortrinnsvis anordnet nær plasmabrennerne.

Ifølge en foretrukken utførelsesform er plasmabrennerne rettet mot en sentral akse av smeltebeholderen og anordnet ringformig rundt denne akse av smeltebeholderen, hvorved plasmabrennerne er anordnet på flere nivåer over hverandre.

Det er gunstig at plasmabrennerne er svingbart anordnede, spesielt horisontalt og vertikalt svingbart, for å kunne variere høyden og bredde av sonen i hvirvelskiktet som har den høyeste forekommende temperatur.

Ifølge en foretrukken utførelsesform er anlegget særpreget ved at det i smeltebeholderens bunn er anordnet bunndyser for tilførsel av et carbonholdig materiale og/eller oxygen hhv. en oxygenholdig gass og/eller en inert gass.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet under henvisning til tegningen: På tegningen er vist et skjematisk snitt gjennom en smeltebeholder 1 hvis innside er forsynt med en ildfast foring 2. På beholderens overside 3 befinner tre åpninger 4, 5 og 6 seg. En av åpningene (5) tjener til innføring av kull .hhv. koks, fortrinnsvis ikke forkoksbart kull 7, med forskjellig korning, f.eks. finkornet til stykkformet, i smeltebeholderen 1. Den annen åpning 4 tjener for tilførsel av jernoxydholdige råmaterialpartikler, idet fortrinnsvis 50-70% forredusert jernmalm 8 innføres i smeltebeholderen. Reduksjonsgass som anvendes for forreduksjon av jernmalmen, strømmer ut fra smeltebeholderen gjennom åpningen 6 som likeledes er anordnet på smeltebeholderen overside.

Indirekte plasmabrennere 12, dvs. plasmabrennere som er forsynt med lukkede lysbuer, som kan være utformet som like-strøm-eller vekselstrømbrennere, er ført inn i smeltebeholderens 1 sidevegger 9, 10 i retning mot smeltebeholderens1 akse 11. Plasmabrennerne 12 kan med fordel være anordnet ringformig i sideveggene på ett eller flere nivåer, idet det er spesielt fordelaktig når disse kan svinges både vertikalt i pilret-ningen 13 og horisontalt. En del av reduksjonsgassene som er blitt dannet i smeltebeholderen 1 og som strømmer ut gjennom åpningen 6, tjener som plasmadannede gass. Imidler-tid kan også plasmadannende fleratomgasser og/eller to-eller énatominertgasser anvendes. Under plasmabrennerne 12 er dyser 14 for tilførsel av carbonholdige materialer anordnet på smeltebeholderens 1 sidevegger 9, 10, idet dysene anvendes for å innføre fortrinnsvis faste eller flytende carbonholdige materialer i plasmabrennerens 12 flammeområde. Den oxygeholdige bærergass som anvendes for å danne hvirvelskiktet, innføres i smeltebeholderen gjennom gassdyser 15 som likeledes er anordnet i smeltebeholderens sidevegger under plasmabrennerne. Både dysene 14 og gassdysene 15 kan svinges i tilnærmet samme grad som plasmabrennerne. Like under gassdysene 15 er et slaggtappehull 16 anordnet. I nærheten av smeltebeholderens bunn 17 er et metalltappehull 18. anordnet. Selve bunnen oppviser en del ytterligere dyser 19-23 gjennom hvilke kull- og/eller koksstøv 24, oxygen 25, inertgass 26, jordgass 27 eller flytende carbonholdige materialer 28 kan innføres i smeltebeholderen 1.

Smeltebeholderen virker som følger:

Den forreduserte jernmalm 8 som innføres ovenfra, fortrinnsvis ved fritt fall, kommer inn i hvirvelskiktet 29 som strekker seg fra over slaggtappehullet 16 til over plasmabrennerne 12, og jernmalmen passerer nedad gjennom hvirvelskiktet og blir oppvarmet, redusert og smeltet i dette. Metallsmelten 30 samler seg under slaggskiktet 31. Reduksjonsgassene dannes ifølge det viste utførelseseksempel ved plasmaoppvarming av flytende og/eller faste carbonholdige materialer som gjennom dysene 14 innføres i plasmabrennernes 12 flammeområde. Fra den delvise forbrenning av de tilførte carbonholdige materialer fås en ytterligere varmetilførsel for den nødvendige prosessvarme. Denne kombinerte forgassings-, reduksjons- og smelteprosess kan utføres både ved normalt trykk og ved forhøyet trykk.

De carbonholdige materialer (kull- og/eller koksstøv, flytende hydrocarboner, jordgass, SNG-syntetisk naturgass) som er blitt innført gjennom bunndysene 19-23, og gassene (oxygen og/eller inertgass) som er blitt innført gjennom bunndysene, tjener til å foreta korrigeringer av hvirvelskiktets varmebilans og for stabilisering av strømningsbe-tingelsene. Dessuten kan en ferskningsprosess for fremstilling av et stålformateriale utføres i smeltebeholderen 1 ved å anvende oxygen.

En vesentlig fordel ved energitilførselen for den kombinerte forgassings-, reduksjons- og smelteprosess ved hjelp av plasmaoppvarming består i energioverføringen som i overveiende grad skjer ved hjelp av stråling og som skyldes plasmagassens høye temperatur (4000-15000°K).

På grunn av at sonen med den høyeste temperatur dannes og opprettholdes innen det midlere eller det over détte forekommende øvre område av hvirvelskiktet 29 kan temperaturen like over slaggskiktet 31 holdes forholdsvis lav, slik at en reoxydasjon av den allerede reduserte jernmalm kan unngås. Sannsynligheten for en reoxydasjon innen det øvre hhv. midlere område av hvirvelskiktet er vesentlig mindre enn innen det nedre område av hvirvelskiktet, og dessuten kan dersom likevel en reoxydasjon skulle finne sted, denne re-verseres i det område av hvirvelskiktet som befinner seg under høytemperatursonen og som så å si utgjør en utjevnings-sone.

Det er en ytterligere fordel ved den foreliggende fremgangsmåte at smeltebeholderens diameter kan holdes meget stor, og denne fordel forsterkes ytterligere av bunndysene på grunn av den forbedrede gjennomhvirvling av hvirvelskiktet.

Dersom høydenivået hhv. utberedelsen av høytemperatur-sonen, dvs. den sone i hvirvelskiktet som har den høyeste temperatur, varieres ved å forandre hellingen på plasmabrennerne 12 og dysene 14 og 15, kan det hele tiden optimalt tas hensyn til de forskjellige driftsbetingelser, som f.eks. forskjellige strøinningshastigheter i smeltebeholderen eller den til enhver tid forekommende høyde av flyteskiktet, som på sin side er avhengig av stykkstørrelsen for tilførte malmer og den tilførte koks.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av flytende råjern eller formateriale for stål fra jernoxydholdige råmaterialepartikler, spesielt forredusert jernmalm, hvor de jernoxydholdige råmaterialepartikler innføres ovenfra i et hvirvelskikt som er dannet av små kullstykker og en oxygenholdig bærergass, og oppvarmes, reduseres og smeltes når de passerer gjennom dette, karakterisert ved at ytterligere energi til-føres til hvirvelskiktet ved hjelp av plasmaoppvarming.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at plasmaoppvarmingen fore-tas innen det øvre og/eller det til dette tilstøtende midlere område av hvirvelskiktet og der danner og opprettholder en sone med hvirvelskiktets høyeste temperatur.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at en del av den reduksjonsgass som dannes i hvirvelskiktet, anvendes som plasmadannende gass.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at ytterligere carbonholdig materiale i fast og/eller flytende tilstand innføres i flamme-området for plasmaoppvarmingen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved at mellom 50 og 70% forreduserte jernpartikler innføres i hvirvelskiktet som jernoxydholdige råmaterialepartikler og reduseres i hvirvelskiktet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1-5, karakterisert ved at carbonholdige materialer blåses inn i hvirvelskiktet nedenfra i fast og/eller flytende tilstand.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1-6, karakterisert ved at oxygen hhv. oxygenholdige gasser blåses inn i hvirvelskiktet nedenfra.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1-7, karakterisert ved at inertgass blåses inn i hvirvelskiktet nedenfra.

9. Anlegg for utførelse av fremgangsmåtas ifølge krav 1-8, med en ildfast foret smeltebeholder som er forsynt med åpninger for tilførsel av kull- og jernoxydholdige råmaterialepartikler og med åpninger for tapping av slagg hhv. smelte og dessuten med åpninger for innføring av den oxygenholdige bærergass, karakterisert ved at plasmabrennere (12) er anbragt i beholderveggen på høyde med hvirvelskiktet (29).

10. Anlegg ifølge krav 9, karakterisert ved at plasmabrennerne (12) er anordnet innen det øvre og/eller midlere høydeområde av det rom i smeltebeholderen (1) som er fylt av hvirvelskiktet '.

(29) .

11. Anlegg ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved at plasmabrennerne (12) er rettet mot en sentral akse (11) for smeltebeholderen (1).

12. Anlegg ifølge krav ,9-11, karakterisert ved at dyser (14) for carbonholdige materialer i fast og/eller flytende form og rettet mot plasmabrennernes (12) flammeområde er anordnet nær plasmabrennerne (12) .

13. Anlegg ifølge krav 9-12, karakterisert ved at plasmabrennerne (12) er ringformig anordnet rundt smeltebeholderens (1) akse (11) .

14. Anlegg ifølge krav 9-13, karakterisert ved at plasmabrennerne (12) er anordnet på flere nivåer over hverandre.

15. Anlegg ifølge krav 9-14, karakterisert ved at plasmabrennerne (12) er svingbart anordnet, spesielt horisontalt og vertikalt svingbart.

16. Anlegg ifølge krav 9-15, karakterisert ved at det i bunnen av smeltebeholderen er anordnet bunndyser for tilførsel av et carbonholdig materiale og/eller oxygen hhv. en oxygenholdig gass og/eller en inert gass.