NO830159L - Fremgangsmaate og anordning for reduksjon av oxydholdige, findelte malmer. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en frem.gangsmåte for reduksjon av oxydholdige, findelte malmer, hvor de oxydholdige malmpartikler smeltes og reduseres i nærvær av et fast, flytende eller gassformig carbonholdig materiale under innvirkning av plasma-strålene fra en plasmabrenner i en rotasjonssymmetrisk smeltebeholder, og dessuten en anordning for utførelse av fremgangsmåten.

Fra østerriksk patentskrift 257 964 er en fremgangsmåte for reduksjon av metalliske oxyder ved hjelp av lysbueplasma kjent. Lysbueplasma inneholder en hydrocarbongass som i første rekke tjener som reduksjonsgass. Plasmabuen er antent mellom en i lokket vertikalt anordnet plasmabrenner og en i smeltebehol--'derens bunn anordnet bunnelektrode■•-... Metallsmelten som dannes, er dekket med et slaggskikt. Reduksjonen av metalloxydene finner sted i slaggskiktet. Kontakt mellom carbonet og/eller hydrogenet og det flytende metallbad må unngås ved denne fremgangsmåte da det ellers foreligger risiko for at carbon blir oppløst og derved fører til en uønsket økning av carboninn-holdet. Dessuten ville det ha vært risiko for at hydrogenet kunne ha diffundert inn i metallsmelten.

Denne kjente fremgangsmåte oppviser den ulempe at varme-energien som kommer fra lysbueplasmaet, utgjør en stor belastning for smeltebeholderens ildfaste foring da den sterkeste varme-stråling forekommer loddrett i forhold til plasmastrålens akse. Av denne grunn er levealderen for smeltebeholderens foring for-holdsvis kort. Dessuten må det hele tiden sørges for et til-strekkelig tykt slaggskikt da reduksjonen finner sted i slaggskiktet hhv. på slaggskiktets overflate. Reduksjonsgasser må ikke komme frem til metallbadet.

Fra europeisk patentsøknad 0037809-Al er en fremgangsmåte ved fremstilling av flytende råjern kjent, hvor forreduserte, oxydholdige råstoffpartikler ovenifra gjennom smeltebeholderens lokk innføres i et hvirvelskikt som er dannet av kullpartikler og en oxygenholdig bærergass, og når de vandrer gjennom smeltebeholderen, blir de oppvarmet, ferdig redusert og smeltet,

idet hvirvelskiktet tilføres ytterligere energi ved hjelp av en støtteopphetning som er utformet som plasmaopphetning. Ved denne kjente fremgangsmåte er det nødvendig å anvende en sterkt forredusert (forredusert til 60-80%) malm. Denne forreduserte

malm. blir i smeltebeholderen bare utsatt for en efterreduksjon.

Det tas ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte og et apparat for utførelse av fremgangsmåten, som gjør det mulig i ett eneste trinn og i én eneste smeltebeholder å overføre malm til flytende metall. Spesielt skal ifølge oppfinnelsen metall med lavt carboninnhold oppnås. Dessuten skal smeltebeholderen, spesielt smeltebeholderens foring, oppvise en lang levealder til tross for sterk energi-belastning, og den tilførte energi skal kunne utnyttes optimalt.

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved at minst en del av de oxydholdige malmpartikler som skal reduseres, inn-føres gjennom chargeringsåpninger i beholderens sidevegg og settes i en syklonisk rotasjonsbevegelse, og at plasmabrennerens plasmastråle dannes i, fortrinnsvis i midten,, av,den roterende partikkelstrøm.

En anordning for utførelse av den foreliggende fremgangs-mate og omfattende en ildfast foret smeltebeholder som oppviser et rotasjonssymmetrisk" innvendig rom og som inneholder chargeringsåpninger for tilførsel av oxydholdige malmpartikler og dessuten for tilslagsmaterialer, og åpninger for faste, flytende, eller gassformige carbonholdige materialer og andre tilslagsmaterialer, og dessuten omfatter én eller flere plasmabrennere, er særpreget ved at i smeltebeholderens sidevegg er chargeringslanser anordnet som er rettet inn mot rommet mellom smeltebeholderens sidevegg og dens sentrale akse.

Chargeringslansene er fortrinnsvis dessuten rettet skrått oppad for å oppnå en lengre oppholdstid for malmpartiklene over metallsumpen som dannes.

Chargeringslansene er fortrinnsvis kardangopplagret for at reduksjonsprosessen skal kunne styres godt og for tilpasning til den anvendte malm.

Ytterligere lanser er fortrinnsvis anordnet i beholderens sidevegg for tilførsel av reduksjonsgass og/eller oxygen, og de ytterligere lanser er rettet skrått nedad mot den dannede metallsumps overflate.

Den beste utnyttelse av energien fra plasmabrennerens plasmastråle fås når plasmabrenneren er anordnet i smeltebeholderens sentrale akse og samarbeider med en bunnelektrode.

Chargeringslansen er gunstig utformet som med kapper forsynte dyser, idet det innvendige rom av hver dyse som er forsynt med kappe, er beregnet for tilførsel av malmpartikler, mens ringrommet som omgir det innvendige rom av hver med kappe forsynt dyse, er beregnet for tilførsel av reduksjonsgass.

I smeltebeholderens lokk er ytterligere chargeringsåpninger anordnet i form av en ring som befinner seg nær sideveggen, for chargering når reduksjonsprosessen settes i gang.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet nedenfor under henvisning til tegningene, hvorav

Fig, 1 viser en plasmaovn sett fra siden,

Fig. 2 et oppriss i overensstemmelse med pilen II på Fig.l,

Fig. 3 et grunnriss av plasmaovnen vist skjematisk,

Fig. 4 et snitt tatt langs linjen IV-IV ifølge Fig. 5, Fig. 5 et snitt tatt langs linjen V-V ifølge Fig. 4, og Fig. 6 en chargeringslanse i snitt tatt langs linjen VI-VI ifølge Fig. 5.

En ovnsoverdel 1 for en smeltebeholder_som er utformet som en plasmasmelteovn, er forsynt med et lokk 2 som er under-støttet av et lokkbærerverk 3. Et iføkgassrør 4 rager ut av lokket og fører til en avsugningsanordning (ikke vist). På siden ved siden av ovnsoverdelen 1 er et løfte- og senkeverk for lokket og et svingeverk 5 for lokket anordnet. Ovnsunder-delen 6 hviler med meiebjelker 7 på løpebaner 9 som er under-støttet på et fundament 8. Det hydrauliske drivverk for å tippe plasmasmelteovnen er betegnet med 10. Det fremgår av Fig. 5 at plasmasmelteovnens sidevegg 12 som er forsynt med en ildfast foring 11, er rotasjonssymmetrisk utformet.

En plasmabrenner 14 som rager gjennom lokket 2 og inn i det rotasjonssymmetriske innvendige rom 13, har en akse som sammenfaller med det innvendige roms 13 akse 15. En plasmastråle 16 fra plasmabrenneren 14 er tent mot en vannavkjølt bunnelektrode 17 som likeledes er anordnet i smeltebeholderens sentrale akse,

Plasmagass 18, fortrinnsvis argon, tilføres plasmastrålen 16 via plasmabrenneren 14 som kan høydereguleres for å ta hånd om forskjellige tilførselsmengder. Tilførselen av energi, inertgass og kjølevann til plasmabrenneren 14 foretas via

en-utligger 19 på lokket 2,

En flytende metallsump 21 samles på plasmasmelteovnens

bunn 20 og er dekket med et slaggskikt 22. I plasmasmelteovnens sidevegg 12 er chargeringslanser 23 som med fordel er kardangopphengt slik at deres akser 24 kan orienteres i overensstemmelse med driftsbetingelsene i ovnen. "Forsyningsledningene til chargeringslansene 23 er ikke vist på tegningen.

Chargeringslansene 23 som jevnt fordelt er anordnet i ovnens sidevegg 12, er, som vist på Fig. 5 samarbeidende rettet mot rommet mellom ovnens sidevegg og dens sentrale akse 15, slik at gods 25 (findelt malm) som innføres via chargeringslansene, gis en syklbnisk rotasjonsbevegelse. I sentrum av denne rotasjonsbevegelse befinner plasmastrålen seg.

Det fremgår av Fig. 4 at Char<g>eringslansene 23 dessuten er rettet skrått oppad.

Chargeringslansene 23 er utformet som med kappe forsynte dyser, idet chargeringslansenes sentrale innvendige rom 26

er beregnet for tilførsel av malmpartikler og ringrommet 27

som omgir det innvendige rom 26, er beregnet for tilførsel av reduksjonsgass.

Ytterligere lanser 28 for tilførsel av reduksjonsgass og/ eller oxygen er anordnet i ovnens sidevegg 12 og forløper skrått nedad mot metallsumpens 21 overflate hhv. mot slaggskiktet 22.

Ovnslokket 2 er forsynt med ytterligere chargeringsåpninger 29 som er anordnet langs en ring 30 i hvis sentrum plasmabrenneren 14 befinner seg, idet disse ytterligere chargeringsåpninger 29 befinner seg nær ovnens sidevegg 12. Et metall-tappehull 31 er anordnet i nærheten av ovnsbunnen 20. Over metalltappehullet er.et slaggtappehull 32 anordnet.

Plasmasmelteovnen ifølge oppfinnelsen virker som følger;

Efter at den første chargering med fast eller flytende

gods er blitt foretatt gjennom chargeringsåpningene 29, blir plasmabrenneren tent og faststoffandelen smeltet.

Derefter blir finmalm, malmstøv, kull, kullstøv og/eller tørt skorstensgass-vaskeslam og dessuten andre faste materialer som skal reduseres, sammen med reduksjonsgass, fortrinnsvis hydrocarboner, innsprøytet gjennom chargeringslansene 23 som er anordnet rundt ovnens omkrets. Dersom foruten malm også kull (kullstøv) blir sprøytet inn, blir dette i ovnsrommet forgasset til CO som likeledes virker som reduksjonsgass. Lansene 28 tjener til om ønsket å blåse ytterligere reduksjonsgasser og/eller oxygen inn i det innvendige rom 13.

På grunn av at de innførte faste materialer settes i en syklonisk rotasjonsbevegelse, vist på Fig. 5 ved hjelp av pilene 33, langs smeltebeholderens sidevegg 12 rundt plasmastrålen 16, danner de innførte partikler av fast materiale på den ene side en beskyttelseskappe for ovnens ildfaste foring

11, og på den annen side vil malmpartiklene bli imtimtblandet med reduksjonsgassen.

På grunn av den høye varmeenergi som utstråles loddrett

i forhold til plasmastrålen 16, blir faststoffpartiklene vidt-,gående smeltet og samtidig, på grunn av den reduserende atmos-fære (på grunn av innsprøytede reduksjonsgasser), redusert allerede i det innvendige, rom 13 før de kommer i kontakt med den flytende metallbrønn 21. En hurtig spaltningsreaksjon for hydrocarbonene under dannelse av reduserende bestanddeler l (f.eks. C, fås på grunn av den høye varmeenergi loddrett

i forhold til plasmastrålens 16 akse.

Det smeltede metall faller ned gjennom slaggskiktet 22

hvor det kan bli ytterligere redusert, og ned i den flytende metallbrønn 21.

> En optimal reduksjon (en høyest mulig produksjon av redusert metall) av malmen hhv. av malmstøvet med minimalt forbruk av elektroenergi for plasmabrenneren 14 oppnås på grunn av den doserte innblåsing av reduksjonsgass og/eller oxygen via lansene 28. Dette minimale forbruk av elektroenergi kan frem-)for alt oppnås ved at ytterligere varme i forhold til plasma-varmen dannes ved forbrenningen av f.eks. carbon med oxygen.

Den kontinuerlige chargering under ovnsdriften begrenser seg imidlertid ikke bare til chargeringen gjennom de på siden anordnede chargeringslanser 23, men den kan om nødvendig også 5 foretas gjennom chargeringsåpningene 29 i plasmasmelteovnens lokk 2.

Begge gasstrømmer kan på grunn av den adskilte tilførsel

av plasmagass og reduksjonsgass reguleres i overensstemmelse

med den ønskede buelengde (ved full elektrisk ytelse) i avhengighet av stykk-støvgodsforholdet for den tilførte malm på den ene side og det reduksjonsarbeide som skal utføres på den annen side, uten at de to strømmer påvirker hverandre gjen-sidig.

Det er en spesiell fordel ved den foreliggende fremgangsmåte at det er mulig på økonomisk måte og i ett eneste prosesstrinn fra malm til flytende metall å fremstille ferrolegeringer (FeCr, FeMn, FeSi) med lavt carboninnhold (på grunn av liten oppkulling ved bruk av plasmaenergi).

Ved anvendelse av de kjente fremgangsmåter er derimot flere prosesstrinn nødvendige for å oppnå dette, som smelting og påfølgende avkulling i AOD-konvertere.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for reduksjon av oxydholdige, findelte malmer (25), hvor de oxydholdige malmpartikler smeltes og reduseres i nærvær av faste, flytende eller gassformige carbonholdige materialer under innvirkning av en plasmastråle (16) fra en plasmabrenner (14) i en rotasjonssymmetrisk smeltebeholder (1,2,6), karakterisert ved at i det minste en del av de oxydholdige malmpartikler som skal reduseres, innføres via cahrgeringsåpninger (23) i beholderens sidevegg (12) og settes i en syklonisk rotasjonsbevegelse, og at plasmastrålen (16) fra plasmabrenneren (14) dannes i, fortrinnsvis i sentrum av, den roterende partikkelstrøm.

2. Anordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, omfattende en smeltebeholder (1,2,6) som er foret med et ildfast materialet og oppviser et rotasjonssymmetrisk innvendig rom (13) og inneholder chargeringsåpninger (23) for tilførsel av oxydholdige malmpartikler såvel som tilslaggsmaterialer, og åpninger for faste, flytende eller gassformige carbonholdige materialer og andre tilslaggsmaterialer, og dessuten én eller flere plasmabrennere (14), karakterisert ved at chargeringslanser (23) er anordnet i smeltebeholderens (1,2,6) sidevegg (12) og er rettet mot rommet mellom smeltebeholderens sidevegg (12) og dens sentrale akse (15).

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at chargeringslansene (23) dessuten er rettet skrått oppad.

4. Anordning ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at chargeringslansene (23) er kardanlignende opplagrét.

5. Anordning ifølge krav 2-4, karakterisert ved at lanser (28) for til-førsel av reduksjonsgass og/eller oxygen desB uten er anordnet i smeltebeholderens (1/2,6) sidevegg (12) og er rettet skrått nedad mot overflaten av metallbrønnen (21) som dannes.

6. Anordning ifølge krav 2-5, karakterisert ved at en plasmabrenner (14) er anordnet i smeltebeholderens (1,2,6) sentrale akse (15) og samarbeider med en bunnelektrode (17).

7. Anordning ifølge krav 2-6, karakterisert ved at chargeringslansene (23) er utformet som med kappe forsynte dyser, idet hver med kappe forsynt dyses innvendige rom (26) er beregnet for tilførsel av malmpartikler (25) og hver med kappe forsynt dyses ringrom (27) som omgir det innvendige rom (26), er beregnet for til-førsel av reduksjonsgass.

8. Anordning ifølge krav 2-7, karakterisert ved at flere chargeringsåpninger (29) dessuten er anordnet i smeltebeholderens lokk (2) langs en ring (30) som befinner seg nær sideveggen.