NO163493B - Fremgangsmaate ved fremstilling av metaller og/eller generering av slagg. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte av den art som er angitt i krav l's ingress. I den etterfølgende beskrivelse og eksemplene henvises til produksjon av ferrokrom fra kromittmalm, men oppfinnelsen er ikke begrenset til disse materialer men kan benyttes på et stort antall ulike jern- og ikke-jernholdige materialer.

Fremstilling av ferrokrom fra kromittmalm gjennomføres konvensjonelt i elektriske lysbueovner hvor koks utnyttes som reduksjonsmiddel. Disse prosesser er belemret med ulemper så som at reduksjonsmidlene er begrenset til høykvalitetes metallurgisk koks; det er vanskelig å produsere metaller med lavt kullinnhold; og finfordelt malm må normalt agglom-ereres for å kunne benyttes i prosesser med høy metallut-vinningsgrad.

Forbedrede metoder basert på plasmateknologi har blitt ut-nyttet hvorved en stor del av koksbehovet har blitt er-stattet av pulverformig kull og hvor man fortrinnsvis arbeider med finfordelt malm. Disse metoder representerer et stort framskritt i forhold til de konvensjonelle metoder som arbeider med elektriske lysbueovner, men de krever like -vel at reduksjonsmiddelet består av minst 25% metallurgisk koks og metoden kan ikke uten videre benyttes for framstilling av produkter med lavt kullinnhold.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å bibeholde fordelene med de ovenfor beskrevne nye reduksjons- og smeltn-ingsprosesser basert på plasmaenergi samtidig som avhengig-heten av metallurgisk koks elimineres og det dannes mulig-heter for fremstilling av metallprodukter med relativt lavt kullinnhold.

En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å fremskaffe en fremgangsmåte som er mer fleksibel enn kjente metoder med hensyn på fordelingen av den energi som kreves for reduksjon og smeltning mellom elektrisk energi og energi som kommer

fra forbrenning av fossilt brennstoff.

De ovenfor nevnte og andre mål oppnås ved fremgangsmåte ifølge foreliggende oppfinnelse, som er særpreget ved det som er angitt i krav l's karakteriserende del nemlig at det finfordelte materialet forvarmes i en øvre sone gjennom forbrenning av karbonmonoksyd og hydrogengass fra en underliggende mellomsone med en oksygenholdig gass, det forvarmede oksydmateriale reduseres deretter - idet minste partielt- i mellomsonen bestående av et flytende slaggbad ved samtidig injeksjon av kull- og/eller hydrokarbonholdig materiale og tilførsel av varmeenergi, hovedsakelig med en gass oppvarmet i en plasmagenerator, og at det ved reduk-sjonen dannede metall bringes til å synke ned i en nedre sone, hvorfra metallet, liksom det dannede slagg avtappes.

Ytterligere fordeler og karakteristika hos oppfinnelsen kommer til å framgå av nedenfor detaljerte beskrivelse med utføringseksempler og i tilknytning til vedliggende tegn-inger hvor

fig. 1 viser et skjematisk snitt av en utføringsform av en anordning til å gjennomføre metoden ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser et strømningsskjerna for metoden ifølge oppfinnelsen,, og

fig. 3 viser et strømningsskjerna for en konvensjonell

plasmabasert metode.

I fig. 1 vises et kammer 11 som utgjør en høytemperatur reaksjonssone anordnet på toppen av en ildfast innforet esse 10. Kammeret 11 er omgitt av vannavkjølte paneler 12 som består av metallkanaler hvor kjølevann kan strømme med høy hastighet og som har en ildfast indre foring 13 som beskytter den innadvente metallflaten fra direkte kontakt med metallsmelten som er innholdt i kammeret 11.

Nedre del av kammeret 11 er utstyrt med plasmageneratorer 14 som tilfører prosessen elektrisk energi samt kulltilfør-ingslanser 15 for tilføring av reduksjonmidler for prosessen. Lansene 15 er fortrinnsvis anordnet på et høyere nivå i kammeret 11 enn plasmageneratorene 14. Kammeret 11 er videre utstyrt med oksygengasslanser 16 som i sin tur kan være anordnet på et høyere nivå enn kull-lansene 15. Oksy-gengassen har til å hensikt å forbrenne en del av de gasser som genereres ved kullets omsetning med metalloskydene i systemet for å tilføre energi for oppvarming og smelting av disse oksyder. I kammerets 11 øvre del, for eksempel i taket, er det anordnet matningslanser 17 for matning av finfordelt malm og tilsetningsmaterialer til reaktoren. I kammerets 11 topp er det videre anordnet en ildfast foret kanal 18 for avledning av gasser fra systemet. Essen 10 er videre utstyrt med tappehull 19 og 20 for tapping av slagg respektive metall.

De ulike lansene for tilførsel av oksygengass respektive reduksjonsmidler kan kombinseres med hverandre og /eller med plasmageneratorene. I det tilfelle hvor oksygengass-tilførsel skjer i tilknytning til plasmageneratorene på et lavt nivå i kammeret 11, tilføres ytterligere oksygengass ovenfor slaggbadets overflate.

Videre kan et felles utløp for produsert slagg og metall anordnes i reaktorens bunn.

Nedenforstående beskrivelse som er basert på fig. 1, angir en foretrukket utføringsform av metoden ifølge oppfinnelsen .

Etter at essen 10 og kammeret 11 er oppvarmet til nære driftstemperatur ved at plasmageneratorene tilføres en passende plasmagass og lag av smeltet metall og slagg har blitt dannet ved smeltning av passende utgangsmaterialer, starter injeksjonen av kull og oksygengass gjennom lansene 15 respektive 16. Dette skaper sirkulasjon av en prosess-

gass innebefattende CO, H2, CC^ og r^O som minst del-

vis kan resirkuleres som en mer passende plasmagass. Av-kjøling, vask og gjenkomprimering av prosessavgassen for resirkulasjon som plasmagass eller for bruk som brennstoff kommer i stand med konvensjonelle anordninger som ikke er vist nærmere på figuren.

Når driften av kammeret 11 har blitt startet med påfølgende sirkulasjon av slagget fra badet i essen 10 inn i kammeret 11, startes tilførselen av malm og tilsetningsmiddel gjennom lansene 17. Reaksjonen mellom kull og oksyder i det smeltede slagget genererer CC>2 og H ? som delvis for-brennes med oksygengass i kammeret 11. Utstrekningen av den forbrenning som skjer i kammeret 11, styres for å ut-vinne tilstrekkelig energi for forvarming og smeltning av den innmatede malmen og tilsetningsmidlene i kammeret 11.

Mengden av energi som tilføres via plasmageneratorene 14 styres i henhold til de endotermiske reaksjonene mellom slagget og kullet. På denne måten opprettholdes en redu-sert atmosfære i essen 10 og i nedre del av kammeret 11 hvor reduksjon og smeltning skjer, og en mer oksyderende atmosfære opprettholdes i kammerets 11 øvre og midtre del hvor forvarming og smeltning skjer. Slagg og metall tappes av enten med mellomrom eller kontinuerlig på konvensjonelt vis ved hjelp av tappeåpningene 19 og 20.

Varmavgangen gjennom foringen 13 til de vannavkjølte panelene 12 ligger i størrelsesorden 50 til 100 kWh/M 2,

hvilket resulterer i dannelse av et tynt sjikt stivnet slagg 21 på innsiden av foringen 13. Dette stivnede slagg som kan være 1 til 2 cm tykt oppviser på sin innerflate en temperatur som tilsvarer slaggets smeltepunkt og fungerer som beskyttelse for foringen 13 og de vannavkjølte panelene 12 fra korrosjons/erosjonspåvirkning fra den turbulente massen av faste, flytende og gassformige reaktanter som sirkulerer i kammeret 11.

Ved fremstilling av ferrokrom arbeider man fortrinnsvis i kammeret 11 ved ca. 2000^C for å avgi smeltede reaktanter til kammerets 11 nedre del som oppviser en temperatur på

ca. 1700°C.

Luft, oksygenanriket luft, oksygen og/eller resirkulert prosessgass kan anvendes som plasmagass. Når resirkulert prosessgass benyttes som plasmagass trekkes med fordel vanndamp og karbondioksyd ut fra gassen før inngang i plasmageneratoren.

Den øvre sone kan med fordel anordnes minst delvis adskilt fra de øvrige soner hvorved det dannes et såkalt flash-smeltningskammer. Herved kan deler av den varme avgassen fra ovnen utnyttes for forvarming og smeltning av den inn-kommende fintfordelte oksydmalmen. Denne drypper siden ned i reaktoren.

Metoden ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å styre oksygen-potensialet i smeltesonen gjennom å regulere innmatningshastighetene for de oksyderende bestanddelene så som metall osyder og oksyderende gasser f.eks. oksygengass, karbon-monooksyd, vann etc. i forhold til innmatningshastighetene til de reduserende stoffene dvs. så som karbon- og/eller hydrokarboninneholdende materiale. På denne måten kan karbon innholdet i det "dannede metall kontrolleres og dessuten karbiddannelsen. Det er også mulig å gjennomføre en sele-ktiv reduksjon av komplekse metalloksyder så som reduksjon av Cu i Cu-Fe-P-systemet, Cu-Zn i Cu-Zn-Fe-O-systemet, Cu-Zn-Pb- i Cu-Zn-Pb-O-systemet og Fe i Fe-Ti-O-systemet. Spesielt i Fe-Ti-O-systemet muliggjøres reduksjon av jern-oksyd og dannelse av metallisk jern fra ilmenitt med metoden ifølge oppfinnelsen, og derved dannelse av et slagg med høyt innhold av Ti-02 og lavt innhold FeO uten problema-tisk dannelse av titankarbider eller nitrokarbider.

Fig. 2 viser et fremdriftsskjerna for en prosess ifølge oppfinnelsen og fig. 3 viser et framdriftsskjerna for en konvensjonell plasmabasert prosess, begge i tilknytning til framstilling av ferrokrom med høyt kullinnhold. Begge disse framdriftsskjemaene gir et tydelig bilde av fordelene med metoden ifølge foreliggende oppfinnelse sammenlignet med den konvensjonelle metoden.

Fordelene med metoden ifølge foreliggende oppfinnelse illu-streres ytterligere i nedenforstående tabell som presenter-er en sammenligning mellom driftsparameterne for tidligere kjente plasmabaserte prosesser og prosessen ifølge oppfinnelsen ved framstilling av ferrokrom med høyt kullinnhold.

Metoden ifølge oppfinnelsen krever ingen koks sammenlignet med 30 vekt-% koks for den konvensjonelle plasmasmeltning og 40% lavere direkte elektrisk energimengde. Videre må en 65% lavere brenselsgasskreditering for metoden ifølge denne oppfinnelsen gjøres, hvilket kan være en anseelig fordel ved lokaliseringer hvor det ikke finnes verken eksternt eller internt behov for tilsvarende brensel. Det mindre avgassvolumet for metoden ifølge oppfinnelsen er en ytterligere fordel idet at utrustningen for avgasskjøling, vann og gjenkomprimering blir mindre kostbar.

Visse kritiske kjennetegn og betingelser for riktig dimen-sjonering og drift av prosessen skal også nevnes. Opprett-holdelse av funksjonen til kjølepanelene som danner sider og tak i reaksjonskammeret er et av de viktigste kravene. Dette oppnås ved innstallering av en innforing av ledende ildfast materiale. Dette medfører at et tynt skall av ned-kjølt slagg fester seg til innforingen hvilket gir en ytterligere beskyttelse for systemet. Lansene 15, 16 og 17 er utformet og innstallert for å minimalisere den direkte innvirkning mot veggenee og for å maksimere turbulensen i reaksjonskammeret 11. Dette oppnås ved en kombinasjon av strålenes penetrasjon som avhenger av størrelse og hastighet samt retningen. Den relative plassering av plasmageneratorene 14, kullinjeksjonslansene 15 og oksygengasslansene 16 er anpasset for å sikre adekvat fordeling mellom oksyderende betingelser i de øvre og midtre deler av reaksjonskammeret 11 og de reduserende betingelser i essen 10 og den nedre delen av kammeret 11.

Isolering av produktbadet fra reaksjonene i kammeret 11 oppnås ved å opprettholde et slikt dyp i slaggbadet i essen 10 på metallbadet at minst en del av slagget på toppen av produktbadet er stillestående.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av metaller og/eller genering av slagg fra oksydmalmer, som i finfordelt form og sammen med eventuelle slaggcjlannere innføres i toppen av en reaktor, og der smeltet metall og slagg avtappes i bunnen av reaktoren, karakterisert ved at det finfordelte materialet forvarmes i en øvre sone gjennom forbrenning av karbonmonoksyd og hydrogengass fra en underliggende mellomsone med en oksygenholdig gass, det forvarmede oksydmateriale reduseres deretter - idet minste partielt- i mellomsonen bestående av et flytende slaggbad ved samtidig injeksjon av kull- og/eller hydrokarbonholdig materiale og tilførsel av varmeenergi, hovedsakelig med en gass oppvarmet i en plasmagenerator, og at det ved reduk-sjonen dannede metall bringes til å synke ned i en nedre sone, hvorfra metallet, liksom det dannede slagg avtappes.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at idet minste reaktorens oksydasjons- og reduksjonssoners omliggende deler avkjøles ved hjelp av vannavkjølte paneler med en innadvendende ildfast foring, hvorpå det bygges opp et sjikt av stivnet slagg på reaktorens innervegger.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1-2, karakterisert ved at det karbon- og/eller hydrokarboninneholdende materiale og en oksygeninneholdende gass innføres i reaktorens nedre del og at det i tillegg tilføres en oksygeninneholdende gass på et nivå ovenfor slaggbadets overflate.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved at den øvre oksyderende sone i reaktoren er idet minste delvis adskilt fra øvrige soner og at det forvarmede materiale faller ned i mellomsonen fra den øvre sone.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at den varme avgassen tas ut fra reaktorens topp og at minst en del derav benyttes til forvarming og eventuell smeltning i den idet minste delvis adskilte øvre sone, som derved danner en såkalt flash-smeltningsone.