NO790802L - Fremgangsmaate for direkte reduksjon av jernmalmer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte i

henhold til krav l's innledning.

Ved den fra DE-AS 17 83 180 kjente fremgangsmåte av

denne type blir den fra reduksjonssonen avtrukkede giktgass befridd for vann etter en gassvasking, anriket med metan og deretter innført i det nederste kjøléavsnitt i masovnen, hvori gassen i motstrøm kommer i kontakt med de synkende reduserte varme malmpellets hvorved de synkende pellets avkjøles og de stigende giktgasser oppvarmes til en temperatur ved hvilken under innvirkning av de som katalysatorer virkende pellets,

det kommer i gang en omdanningsreaksjon under dannelse av karbonmonoksyd og hydrogen. Under utnyttelse av jernsvampen som katalysator utnytter man altså en gassreformering i hen-

hold til ligningen:

og den oppnådde reduksjonsgass anvendes til direkte reduksjon av jernoksydpellets.

Ved den kjente fremgangsmåte er det videre foresett

å trekke av en del av den avkjølte giktgass før anrikningen med metan og å føre denne inn i et midlere område av masovnen for regulering av temperaturen.

Fra DE-OS 26 22 349 er det kjent en fremgangsmåte av

den innledningsvis nevnte type der en del av kjølegassen i ovnen føres fra kjølesonen og oppover til reduksjonssonen. Til den oppberedde kjølegass kan det være satt giktgass og jordgass som i henhold til ligningene

reformeres i masovnen til reduksjonsgass.

Én reduksjonsmasovn vil vanligvis beskikkes med varm reduksjonsgass fra periferien. Ved innblåsing av jordgass eller giktgass under innblåsningsnivået for de varme reduksjonsgasser, f.eks. i kjølesonen til en slik réduksjonsovn, blir den nedenifra oppstigende gass trengt sammen i midten av sjakten. Derved blir midten av sjaktovnen avkjølt for sterkt ved større oppadstigende gassmengder, og malmreduksjonen blir sinket. Metalliseringen av den oppnådde jernsvamp blir forringet. Deri mengde spaltgass som kan oppnås ved omsetning av metan i jernsvamp som avkjøles, blir redusert.

Gjenstand for foreliggende oppfinnelse er ved enkle forholdsregler å forhindre en for sterk lokal avkjøling i reduks jonssonen. og å oppnå en over hele beskiktningens tverrsnitt homogen og like stor reduksjonsgrad av jernmalmen. Ved anvendelse av jordgass for reduksjonsgassfremstilling som enten konsentreres under reduksjonsgassen eller ledes inn blandet med giktgass, skal varmeinnholdet i den nyreduserte jernsvamp gjøres utnyttbar for omdanning av jordgassen til reduksjonsgass.

Denne oppgave løses ved de i hovedkravet angitte karakteristiske trekk. Fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen er anført i underkravene.

Oppfinnelsen skal illustreres nærmere under henvisning til figurene. Disse viser i

fig. 1 en innretning for direkte reduksjon av jernmalm for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen;

fig. 2-7 skjematisk ytterligere innretninger for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinneisen, og

fig. 8.en ytterligere innretning for gjennomføring a<y>fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Fig. 1 viser en masovn med en innløpstrakt 2 for jernoksydpellets 3 eller et annet materiale slik som stykkmalm. Disse pellets synker gjennom et eller flere tilførselsrør og danner et sjikt 5 av partikkelformig og jernoksydholdig materiale. Masovnen oppviser i det øvre område en reduksjonssone 6 og i det nedre område en kjølesone 7. Ved masovnens såle er det anordnet et pelletutløpsrør 8. De gjennom dette rør uttredende metalliserte og avkjølte pellets, transporetes bort ved hjelp av et transportbånd 9. De for den direkte reduksjon av jernoksydpellets nødvendige reduksjonsgass som f.eks. oppnås fra gassformige hydrokarboner og giktgass i en annen ikke-vist gassreformer, ledes inn via en gasstilførselsledning 10 i en ringledning 11 og når gjennom gassåpninger 12 inn i ovnens beskiktning hvori den strømmer oppover. Den forbrukte reduksjonsgass trekkes av som giktgass i gassutløpet 13 og føres etter en rensing i en gassvasker 14 ved hjelp av en vifte 15, delvis til gassomformere for reduksjonsgassfremstilling via rørledningen 16. Ved den i fig. 1 viste utførelsesform av en masovn med

kjøledel blir giktgassen delvis ført inn i masovnen via et innløp 18 som er anordnet i den nedre ende av kjølesonen, og gassen fordeles inn i beskiktningen via gassfordelingselementer 19., I den øvre ende av kjølesonen blir en del av kjølegassen

samlet gjennom et element 20 og ført til en gassvasker 14 via et gassutlø<p>21. I ledningen 17 munner en ledning 22 over hvilken den tilbakeførte kjølegass og giktgass kan iblandes jordgass.

Under innblåsingsnivået for de varme reduksjonsgasser blir jordgass blandet med giktgass ledet inn i reduksjonssjakten. Dette kan f.eks. skje gjennom horisontale inn i sjakten innbygde rør 23 eller f.eks. ved hjelp av et andre innblåsingsdysenivå med ringledning.

I fig. 1 er det i en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen anordnet gassfordelerrør 2 3 i masovnen under reduksjonssonen, hvilke gassfordelerrør mottar jordgass via rørled-ningen 24. Over gassfordelingsrørerie 23 befinner det seg kontaktfremmere 46. Jordgassen kan være iblandet giktgass som kan tilføres via en rørledning 25.

Den fra gassfordelingsrørene 2 3 uttredende jordgass hhv. blanding av jordgass og giktgass stiger på den måte som er antydet ved de stiplede linjer 26, og reagerer i første rekke i konsentrert form på jernsvampen. Ved stigningen til de varmere soner i sjakten blander gassen seg langsomt med giktgass som stiger opp fra den nedre del av sjakten, og hvis stigning er antydet med strekpunkt-linjene 27. Derved oppnås at det ved stigende temperatur i jernsvampen står til disposisjon en jordgass som i stadig større grad er gjennomblandet med giktgass slik at tilbudet av CO2og 1^0 for spalting av jordgassen stadig tiltar. Denne spalting av jordgassen skjer i en mindre del også ved den ved malmreduksjonen dannede CC>2 og 1^0.

Denne arbeidsmåte beror på den erkjennelse at jernsvampen ved lavere temperaturer må tilbys en gassblanding med. en høy jordgassandel. På denne måte er det mulig med en jordgass-spaltning på jernsvampen helt ned til temperaturer på ca. 450°C, noe som samtidig betyr en meget økonomisk utnyttelse av varmeinnholdet i jernsvampen. Med stigende temperaturer er derimot en høyere giktgassandel i blandingen gunstig. Dette forhold skal illustreres senere ved hjelp av en tabell.

Den nedenifra og til reduksjonssonen 6 oppstigende gassblanding har en tendens til å trenges sammen i midten av masovnen på grunn av den fra periferien innblåse reduksjonsgass, noe som er illustrert ved linjene 28. Dette inntrer ikke bare når reduks.jonssjakten har en en kjøledel slik det er vist i fig. 1, men alltid i de tilfelle når en kald eller forvarmet hydrokarbon/giktgass-blanding bringes inn i reduksjonssjakten fra under innblåsningsnivået for varme reduksjonsgasser. Derved blir den midtre sone mer en gjennomsnittlig avkjølt, og derved begrenses ikke bare mengden av spaltbar jordgass, men videre blir jernmalmen uregelmessig redusert over ovnens tverrsnitt.

For å forhindre dette blir ifølge oppfinnelsen i den undere del av reduksjonssonen den oppadstigende hydrokarbon/ giktgass-blanding etter hverandre trengt til forskjellige områder av tverrsnittet av reduksjonen ved hjelp av en tidsavhengig i retningen og/eller ved hjelp av en tidsavhengig i styrke varierende reduksjonsgasstrøm.

I fig. 2-5 er det vist skjematisk hvordan problemet med å forhindre en underkjøling i et tverrsnittsområde i reduksjonssonen ved hjelp av avsnittsvis sperring av gassåpningene 12, dvs. innløpsåpningene for reduksjonsgassen i reduksjonsovnen. For dette formål består f.eks. ringledningen 11 av tr.e ikke forbundede sektorformede avsnitt 34, 35 og 36 som ved hjelp av ventiler 31, 32 og 33, kan stenges av fra den ringformede til-førselsledning 41 som avgir varm reduksjonsgass, eller som kan strupes mot denne i gasstilløpskanalen.

Gasstilførselsledningen 41 er forbundet med reduksjons-gassledningen 10. Tverrsnittet i sjakten er således teoretisk oppdelt i sektorer 42, 43, 44 tilordnet de sektorformede ring-ledningsavsnitt 34, 35 og 36. Hvis gasstilførslen slik som vist

i fig. 2, over avsnittet 34 i ringledningen er sperret ved hjelp av ventilen 31, kan reduksjonsgassen kun komme inn gjennom gass-innløpsåpningene 12 i avsnittene 35 og 36 til reduksjonssonen;

det blir altså blåst inn en radielt sett usymmetrisk reduksjons-gasstrøm som fører til de i fig. 3 antydede strømningsforhold. De nedenifra kommende og med 37 angitte gasstrømmer blir på grunn av en ensidig innblåst reduksjonsgasstrøm 38, overveiende trengt inn i sektoren 42 i reduksjonssonens tverrsnitt. Derved blir som ellers midten av sjakten, denne del av sjakttverrsnittet avkjølt i de nedre soner da den varme jernsvamp tappes for varme for oppvarming av den fra kjølesonen oppstigende gass samt for reaksjonene:

Etter en viss tid må man koble om slik at den avkjølte del av sjakttverrsnittet igjen kan oppvarmes med reduksjonsgass, og

en annen del av sjakttverrsnittet avkjøles. Dette skjer på

den i fig. 4 og 5 antydede måte ved avsperring av avsnittet

35 ved hjelp av varmgassventilene 32. I dette tilfelle lukkes

ventilen 32 mens ventilene 31 og 33 er åpne. JernsvampifyIlingen, tjener altså som varmeveksler. Den synkende beskiktning blir avsnittsvis benyttet som regenerator hvorved den oppadstrømm-ende reduksjonsgass virker som oppvarmingsmedium, og den synkende beskiktningsmasse lagrer varme og deretter avgir denne til jordgass/giktgass-blandingen som følbar varme for oppvarming av gassblandingen, og som reaksjonsvarme for spaltingsreaksjonen for jordgassene.

Hvis varmgassventilene 31-33 åpnes og lukkes etter hverandre med riktig hastighet, blir strømningshastigheten for gassene i sjakten ikke forandret. Temperaturteltet i sjakten kommer i langsom dreining slik at partiklene i beskiktningen avvekslende i en bestemt tid treffes av den kalde og fra kjøle- delen i sjakten oppstigende gasstrøm og deretter igjen av den varme reduksjonsgass. Derved oppnår man i den totale beskiktning en så og si helt regelmessig reduksjonsgrad av jernmalmen, dvs. at partiklene i beskiktningen periodevis gjennomstrømmes av kald fra kjølesonen oppadstigende gass og deretter igjen oppvarmes av varm reduksjonsgass. I stedet for helt å lukke en gassventil, kan gasstrømmen også kunne strupes,hvis dette skulle være ønskelig.

I fig. 6 og 7 er det skjematisk antydet to ytterligere muligheter for ved hjelp av en tidsavhengig i retningen og/eller ved hjelp av en tidsavhengig i styrke variabel reduksjonsgass-strøm å trenge den oppadstigende kjølegasstrøm til forskjellige områder av reduksjonssonens tverrsnitt når hydrokarbon/giktgass-blandingen enten blåses inn via horisontale rør eller via en andre dysering under innblåsningsnivået for de varme reduksjonsgasser. I figurene er det med 37 antydet den fra kjølesonen oppadstigende gasstrøm, f.eks. jordgass eller en blanding av jordgass og giktgass, med 38 antydet den fra periferien inn-blåste reduksjonsgass, med 39 en fra periferien innblåst jordgass hhv. blanding av jordgass og giktgass og med 40 antydet rør tilsvarende rørene 23 i fig. 1 gjennom hvilke jordgass hhv. blanding av jordgass og giktgass blåses inn. Figurene 6 og 7 viser en fig. 3-tilsvarende tilstand. Etter en på forhånd gitt tid, blir reduksjonsgasstrømmen og så langt det gjelder den i fig. 6 viste innretning, også jordgasstrømmen, blåst inn fra en annen retning slik at den oppstigende gasstrøm trenges over i et annet område av tverrsnittet av reduksjonssonen. Dette skal beskrives nedenfor i et konkret eksempel.

I en masovn som tjener til direkte reduksjon av jernmalm, blir jernmalm redusert ved 850°C med en blanding av hydrogen og karbonmonoksyd som for det meste stammer fra spalting av metan ved hjelp av karbondioksyd i giktgassene. Pr. tonn redusert jernsvamp er det nødvendig med ca. 1700 Nm 3 reduksjonsgass.

Gassforbruket ligger på 3,1 Gcal Hu/tonn jernsvamp (Hu = nedre

varmeverdi. I jernsvampen foreligger 91% som metallisk jern og 9% som oksyd.

Ved innblåsning av jordgass ifølge fig. 7 blir det

pr. tonn jernsvamp ved normalproduksjon ytterligere oppnådd ca. 300 Nm 3 reduksjonsgass og ca. 12 kg karbon, som er tilstrekkelig

til fremstilling av ytterligere ca. 180 kg jernsvamp og en økning av karboninnholdet på ca. 1%. Til dette må det blåses inn ca. 64 Nm 3 jordgass under reduksjonssonen i masovnen, og det må strømme inn 32 Nm3<g>ikt<g>as<s>nedenifra til reduksjonssonen.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen blir i henhold til fig. 8 en del av reduksjonsgassen ikke blåst inn fra periferien av masovnen, dvs. via ringledningen 11, men gjennom et aksialt og midt i masovnen rør 29 hhv. flere slike med avvekslende strømningshastighet, dvs. pulserende, hvorved disse rørs utløpsåpning ligger over de horisontalt anordnede gass-fbrdelerrør 23. Herved oppnåd man under innblåsning av reduksjonsgassen gjennom røret 29 de ved linjene 26', 21', 28' og 28" antydede strømningsforhold. Den midlere sone blir holdt ved den nødvendige temperatur ved hjelp av den aksialt til-førte reduksjonsgass 28". Gassfordelerrørene 23 er beskyttet ved kapper 47 mot synkende beskiktning. Som allerede nevnt, er det mulig med en mer økonomisk utnyttelse av varmeinnholdet i jernsvampen når forholdet mellom hydrokarbon og giktgass til-passes temperaturen i jernsvampen i den angjeldende sone. Hvordan denne tilpasning skal skje fremgår av de følgende for-søksresultater.

Det ble gjennomført flere forsøk for å undersøke for-holdene mellom giktgass og jordgass ved jordgass-spalting i en jernsvampbeskiktning, og herved ble i hvert tilfelle innløps-sammensetningen for den i jernsvampbeskiktningen innførte gassblanding og utløpssammensetningen for gassblandingen bestemt. Resultatene av disse forsøk er sammenfattet i den følgende tabell.

Slik tabellen viser, omsettes ikke lenger en gassblanding med støkiometriske andeler av CH^og C02ved temperaturer allerede ved 700°C på. jernsvamp. Innfører man derfor ifølge DE-AS 1 783 180 i de nederste kjøleavsnitt 1 masovnen en med metan anriket giktgass, så kan metanspaltingen selv når giktgassen anrikes med metan til det tilstrebede støkiometriske forhold, først begynne over 700°C, og varmeinnholdet i jernsvampen under 700°C forblir ubenyttet for reduksjonsgassfremstillingen.

Ved 660°C skjer det slik tabellen viser, en omsetning av jordgassen når gassblandingen inneholder ca. 2/3 jordgass og 1/3 giktgass. Under 600°C skjer kun reaksjonen:

Denne reaksjon kan slik tabellen viser, utnyttes helt ned til 4 70°C. Den blir dog allerede på grunn av forholdsvis små mengder giktgass bremset på grunn av fortynningsvirkningen og, den på grunn av hydrogeninnholdet i giktgassen betingede om-vendte reaksjon, forløper altså kun i ren eller relativt for-tynnet jordgass.

Den ved direkte reduksjonen opptredende giktgass inneholder f.eks.

Giktgassen inneholder altså ved siden av karbondioksyd og vanndamp også en vesentlig andel hydrogen og karbonmonoksyd. Dette er grunnen til at jernsvampen med fallende temperatur må tilbys en gassblanding med stigende jordgass-

bg fallende giktgassandel. For å kunne.utnytte varmeinnholdet i jernsvampen under 600°C, mår jordgassen derfor være konsentrert eller kun i liten grad blandet med giktgass når den blåses inn i kjølesonen i reduksjonsovnen.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for direkte reduksjon av jernmalm i en fra topp med jernmalm beskikket reduksjonsovn, spesielt masovn, hvorved det i reduksjonssonen blåses inn varme reduksjonsgasser, og hvorved ytterligere minst én del av den over reduksjonen fra masovnen avtrukkede giktgass etter rensing hhv. oppberedning under tilsetning av hydrokarboner, tilføres masovnen igjen under innblåsningssonen for de varme reduksjonsgasser, karakterisert ved at den oppadstigende og med hydro-, karboner blandede giktgass-strøm (27,37) i det nedre avsnitt av reduksjonssonen (6) trenges til forskjellige områder av tverrsnittet i reduksjonssonen ved hjelp av en tidsavhengig i retningen og/eller tidsavhengig i styrke variabel strøm av varme reduksjonsgasser (28,38).

2". Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den varme reduksjonsgasstrøm innblåses radial usymmetrisk i periodisk vekslende retning.

3.. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakter! sert ved at den varme reduksjonsgasstrøm kun blåses inri i ett sektorformig område av reduksjonssonen tverrsnitt av gangen, og at dette område periodisk forskyves i en retning langs reduksjonssonens omkrets.

4. Fremgangsmåte ifølge.krav 3, karakterisert ved at det dannes en gasstrøm som langsomt dreier seg på grunn av periodisk sperring hhv. struping av tilførselen av varm reduksjonsgass til' reduksjonssonen (6).

5. Fremgangsmåte ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at reduksjonsgassen pulserende blåses inn gjennom minst ett rør (29) med vekslende strømningshastighet, hvorved åpningen befinner seg omtrent i midten av masovnen (1).

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-5, karakterisert ved at tilførselen av hydrokarbon/giktgass-blandingen som blåses inn under innblåsningssonen for de varme reduksjonsgasser, styres slik at det ved en temperatur i de i det indre av masovnen oppstigende gass-strømmer på mellom 470 og 600°C, i det vesentlige ikke er tilstede giktgass og at giktgassandelen ved en temperatur mellom 600 og 700°C høyst utgjør en 1/3 av hydrokarbonandelen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at hydrokarbon/giktgass-blandingen blåses inn under innblåsningssonen for de varme reduksjonsgasser ved hjelp av horisontale og i sjakten anordnede rør (23,40), hvorved det over rørlengden er fordelt utslippsåpninger for gassblandingen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at hydrokarboner blåses inn i blanding med opptil .25% av renset hhv. opparbeidet giktgass gjennom de horisontalt anordnede rør (23,40).

9. Anordning for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av kravene 1-8, karakterisert ved a) en reduksjonsmasovn (1) med en øvre åpning (2) for inn-føring av jernmalm (3) og en nedre åpning (8) for uttak av jernsvamp, b) en reduksjonssone (6) hvis nedre ende det munner gass-utløp (12) i masovnen, hvorved disse er tilsluttet en gasstil-førsel (10) for varme reduksjonsgasser, og ved hvis øvre ende det er anordnet et gassutslipp (13) for giktgass, c) . en kjølesone (7) under reduksjonssonen med et nedre innløp (18) og et øvre utløp (21) for kjølegass, d) gassfordelerrø r (23) under reduksjonssonen (6) og over kjølesonen (7) for tilførsel av en hydrokarbongass, e) innretninger (31-36) gjennom hvilke tilførselen av de varme reduksjonsgasser til gassutløpene (12) sektorvis kan avbrytes eller reduseres.

10. Innretning ifølge krav 9 , karakterisert ved at gassutslippene (12) for reduksjonsgass gruppevis er tilsluttet fra hverandre adskilte ringledningsavsni.tt (34, 35,36) i hvis tilførselsledninger det adskilt er tilstede styrbare varmgassvehtiler (31,32,33).

11. Innretning ifølge krav 9, karakterisert ved at det for tilførsel av varm reduksjonsgass er anordnet et aksialt rør (29) hvis utløpsåpning ligger omtrent i den nedre ende av reduksjonssonen (6).