PL191903B1 - Sposób odtleniania i topienia metalu oraz urządzenie do podgrzewania wsadu w procesie odtleniania i topienia metalu - Google Patents

Abstract

1. Sposób odtleniania i topienia metalu w procesie, w którym podgrzewa sie wsad, ze skladnikiem zawierajacym metal i ze skladnikiem zawierajacym wegiel, w piecu induk- cyjnym typu kanalowego, w celu odtlenienia takiego zawie- rajacego metal skladnika, oraz w którym wykorzystuje przy- najmniej czesc produktów gazowych, powstajacych w takim procesie, do podgrzewania wsadu, znamienny tym, ze wsad (15) podaje sie do pieca (11) przez co najmniej jedna komore (20, 29), w której stosuje sie co najmniej jedno przejscie (23, 30), biegnace wokól komory (20, 29), korzyst- nie przechodzace przez komore (20, 29), przez które to co najmniej jedno przejscie (23, 30) przemieszcza sie produkty gazowe i jednoczesnie podgrzewa sie wsad (15)……………. 23. Urzadzenie do podgrzewania wsadu w procesie od- tleniania i topienia metalu wymagajacym podgrzewania wsadu, przy czym w sklad wsadu wchodzi skladnik zawiera- jacy metal i skladnik zawierajacy wegiel, a podgrzewanie ma miejsce w piecu indukcyjnym typu kanalowego, w celu odtleniania takiego skladnika zawierajacego metal, w którym to procesie nastepuje wykorzystywanie przynajmniej czesci produktów gazowych, tak wytworzonych w piecu, do pod- grzewania wsadu, znamienne tym, ze zawiera co najmniej jedna komore (20, 29), przez która wsad (15) jest podawany do pieca (11), a wokól komory (20, 29), korzystnie przez komore (20, 29), biegnie co najmniej jedno przejscie (23, 30), przez które to przejscie (23, 30) przechodza wytworzone w procesie produkty gazowe, dla podgrzewania wsadu (15) znajdujacego sie w co najmniej jednej komorze (20, 29),……………………… PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób odtleniania i topienia metalu oraz urządzenie do podgrzewania wsadu w procesie odtleniania i topienia metalu stosowane na przykład w procesie wytapiania stali, w którym wsad z zawartością metalu i węgla jest podgrzewany w piecu indukcyjnym, typu kanałowego, w celu spowodowania przetopienia i odtlenienia części wsadu zawierającej metal.

W znanym procesie według opisu patentowego nr US 5,411,570, gdzie składnik zawierający metal, materiału podawanego do pieca, zawiera rudę żelazną, albo częściowo odtlenioną rudę żelazną (taką jak żelazo gąbczaste, w przypadku wsadu zawierającego żelazo) i paliwo węglowe ze składnikiem zawierającym węgiel, materiał jest w zasadzie podawany z kierunku pionowego do pieca przez jeden, lub wiele otworów podawania umieszczonych wzdłuż boku pieca w taki sposób, że wsad w piecu tworzy ciągły, rozprzestrzeniony wzdłużnie zwał, wzdłuż każdego boku pieca, i zwał ten spływa na wannę roztopionego metalu w piecu.

W wymienionym układzie, powstające produkty gazowe, głównie CO i towarzyszące czynniki lotne pochodzące z paliwa węglowego, są spalane we wnęce znajdującej się w piecu powyżej spływającego wsadu, przez palenie ich w tlenie, który jest wprowadzany do takiej strefy z zewnątrz pieca.

Jest wspominane także, że gazy powstające przy takim spalaniu, które zwykle mają temperaturę rzędu 1600°C, mogą być wykorzystywane w piecu do podgrzewania wsadu, albo tam, gdzie materiał podawany do pieca zawiera złom stalowy lub żeliwny, zużywany tlenek węgla łącznie z gazem może być usuwany przez ten sam otwór w piecu, przez który materiał będzie ładowany do pieców, wcelu podgrzewania takiego złomu stalowego lub żeliwnego, poprzez doprowadzenie do bezpośredniego kontaktu tych gazów z takim materiałem.

W innym podobnym procesie według opisu patentowego nr US 1819 238 ruda, materiał zawierający węgiel i materiały topnikowe, ładowane do pieca grzanego indukcyjnie, przez otwór załadunkowy w jednym końcu pieca, tworzą stos, przy którym koniec jest stopniowo rozkładany i przetapiany. Gazy, które są wytwarzane, są wydmuchiwane przez otwór załadunkowy, oraz spalane w taki sposób, że jest zapewniany bezpośredni kontakt pomiędzy gazami i ładowanymi materiałami.

W jeszcze innym podobnym procesie według opisu patentowego nr GB 1 527 248, gdzie jednostką przetapiającą może być piec elektryczny typu plazmowego lub łukowego, gazy wytwarzane w procesie odtleniania końcowego są także przepuszczane przez otwory do załadunku materiału, dla umożliwienia bezpośredniego kontaktu gazu i materiału ładowanego. To samo odnosi się do procesu ujawnionego w opisie patentowym nr FR 1 205 446, gdzie jednostką przetapiającą może być piec typu kanałowego zawierający pojedynczy zbiornik, lub wiele zbiorników. Główna reakcja odtleniająca według tego wynalazku obejmuje takie działanie pomiędzy węglem rozpuszczonym w metalu i tlenkiem żelaza rozpuszczonym w żużlu. Gaz tak wytwarzany jest wymieniany jako przechodzący przeciwprądowo i w kontakcie z ładowanym materiałem, powodując podgrzanie i wstępne odtlenianie.

Przedmiotem wynalazku jest sposób odtleniania i topienia metalu w procesie, w którym podgrzewa się wsad, ze składnikiem zawierającym metal i ze składnikiem zawierającym węgiel, w piecu indukcyjnym typu kanałowego, w celu odtlenienia takiego zawierającego metal składnika, oraz w którym wykorzystuje przynajmniej część produktów gazowych, powstających w takim procesie, do podgrzewania wsadu, charakteryzujący się tym, ze wsad podaje się do pieca, przez co najmniej jedną komorę, w której stosuje się co najmniej jedno przejście, biegnące wokół komory, korzystnie przechodzące przez komorę, przy czym przez co najmniej jedno przejście przemieszcza się produkty gazowe i jednocześnie podgrzewa się wsad w komorze, przy czym co najmniej jedna komora, oraz co najmniej jedno przejście szczelnie oddziela się wzajemnie, przed przechodzeniem produktu pomiędzy przejściami.

Korzystnie, co najmniej część gazowych produktów zawierających gazy, wytwarza się przez spalanie gazów pochodzących z procesu, w powietrzu i/lub w tlenie, w piecu.

Korzystnie, co najmniej w jednym przejściu, stosuje się pierścieniową obudowę rozciągającą się wzdłużnie wokół co najmniej jednej komory.

Korzystnie, co najmniej jeden zwał materiału wsadowego formuje się w kąpieli roztopionego metalu w piecu, przy czym jeden koniec, korzystnie spodni koniec, co najmniej jednej komory, wprowadza się do pieca.

Korzystnie, w co najmniej jednej komorze utrzymuje się nadciśnienie dla przechodzenia większości produktów gazowych wytworzonych w komorze do pieca.

Korzystnie, wprowadza się wsad do komory za pomocą układu śluzowego.

PL 191 903 B1

Korzystnie, wprowadza się sprężony gaz obojętny, taki jak azot, do wsadu przed przejściem przez co najmniej jedną komorę.

Korzystnie, co najmniej pewną ilość produktów gazowych wytworzonych, w co najmniej jednej komorze, we wsadzie przed wprowadzeniem wsadu do pieca, usuwa się ze wsadu.

Korzystnie, co najmniej pewną ilość gazów utleniających, takich jak CO2 i H2O-para, wytworzonych we wsadzie, usuwa się ze wsadu przed wejściem wsadu do pieca.

Korzystnie, produkty gazowe wytworzone we wsadzie usuwa się ze wsadu za pomocą wydłużonego kanału z otwartymi końcami, który przechodzi przez wydłużoną komorę, przy czym jeden koniec kanału, albo jego spodni koniec, umieszcza się w pobliżu spodniego końca komory, a drugi koniec kanału, lub jego górny koniec, łączy się komunikacyjnie z odpowiednim układem wydmuchu gazów, przy czym stosuje się w kanale co najmniej jeden otwór dla gazu, który umieszcza się na z góry określonym poziomie w komorze.

Korzystnie, otwór dla gazu w kanale, stosuje się na poziomie w komorze, gdzie wsad posiada temperaturę bliską tej temperaturze, przy której zawarte we wsadzie gazy utleniające zaczynają wchodzić w reakcje ze składnikami wsadu zawierającymi metal i węgiel.

Korzystnie, zalecany poziom umieszczenia otworu dla gazu w kanale ustala się za pomocą analizy gazu wyciągniętego z kanału, dla ustalenia zawartości w nim CO i CO2.

Korzystnie, temperaturę w otworze dla gazu w kanale mierzy się korzystnie za pomocą termopary.

Korzystnie, po ustaleniu zalecanego poziomu umieszczenia otworu dla gazu w kanale, położenie pozostawia się stale niezmienne, a temperaturę wsadu w wymienionym położeniu kontroluje się poprzez przynajmniej jedną z następujących wielkości: szybkości, przy której gazy utleniające usuwa się z kanału, szybkości podgrzewania, szybkości, przy której wsad podaje się przez komorę.

Korzystnie, usuwane produkty gazowe, stosuje się do podgrzewania wsadu.

Korzystnie, wprowadza się podgrzany tlen i powietrze do kanału w pobliżu spodniego końca dla spalania CO na CO2.

Korzystnie, ścianę komory bezpośrednio poniżej otworu dla gazu utrzymuje się przy niższej temperaturze w stosunku do pozostałej części komory, i przetwarza się ilość, CO na CO2, przed osiągnięciem gazu otworu.

Korzystnie, niższą temperaturę osiąga się przez izolację cieplną komory, korzystnie przez opóźnianie szybkości, przy której wsad w komorze przemieszcza się poza część komorową ściany, korzystnie przez powiększanie szerokości przekroju poprzecznego komory w takiej strefie.

Korzystnie, co najmniej pewną ilość towarzyszących czynników lotnych występujących w składniku wsadu zawierającym węgiel, wprowadza się do obiegu, od wsadu przy drugim końcu kanału, w kierunku pierwszego końca kanału, oraz spala się równocześnie ze spalaniem występujących pewnych ilości CO, w tlenie i/lub w podgrzanym powietrzu.

Korzystnie, obieg czynników lotnych powoduje się za pomocą wydłużonej rury z otwartymi końcami, której jeden koniec umieszcza się na ustalonym wcześniej poziomie w pobliżu górnego końca kanału, łącząc go komunikacyjnie ze wsadem, a drugi koniec umieszcza się w pobliżu spodniego końca kanału.

Korzystnie, składnik wsadu zawierający węgiel ładuje się, do co najmniej jednej komory, oraz rozkłada się go w pobliżu ściany co najmniej jednej komory.

Korzystnie, znajdująca się we wsadzie mieszanina zawierającą żelazo, zawiera rudę żelazną, a paliwo węglowe ma składnik zawierający węgiel.

Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do podgrzewania wsadu w procesie odtleniania i topienia metalu wymagającym podgrzewania wsadu, przy czym w skład wsadu wchodzi składnik zawierający metal, i składnik zawierający węgiel, a podgrzewanie ma miejsce w piecu indukcyjnym typu kanałowego, w celu odtleniania takiego składnika zawierającego metal, w którym to procesie następuje wykorzystywanie przynajmniej części produktów gazowych, tak wytworzonych w piecu, do podgrzewania wsadu, charakteryzuje się tym, że zawiera co najmniej jedną komorę, przez którą wsad jest podawany do pieca, a wokół komory, korzystnie przez komorę, biegnie co najmniej jedno przejście, przez które to przejście przechodzą wytworzone w procesie produkty gazowe, dla podgrzewania wsadu znajdującego się w co najmniej jednej komorze, przy czym co najmniej jedna komora, i co najmniej jedno przejście są szczelnie wzajemnie oddzielone, jedno od drugiego, tak że produkty gazowe nie mogą przechodzić między nimi.

Korzystnie, co najmniej jedno przejście zawiera pierścieniową obudowę rozciągającą się wzdłużnie wokół komory.

PL 191 903 B1

Korzystnie, co najmniej jeden koniec komory jest połączony z piecem, wchodząc w piecu we współpracę ze zwałem wsadu, spływającym do kąpieli roztopionego metalu.

Korzystnie, urządzenie zawiera układ śluzowy, który podaje wsad do komory i utrzymuje nadciśnienie w komorze dla większości produktów gazowych wytworzonych w komorze wchodzących do pieca.

Korzystnie, co najmniej jedna komora zawiera układ dla wprowadzania sprężonego gazu obojętnego, takiego jak azot, do wsadu, zanim wsad przejdzie przez komorę, w celu utrzymywania nadciśnienia w komorze.

Korzystnie, co najmniej jedna komora zawiera wydłużony kanał z otwartymi końcami, który przebiega wzdłużnie przez komorę, przy czym jeden koniec, korzystnie spodni koniec, jest umieszczony w pobliżu spodniego końca komory, a jego drugi koniec, korzystnie górny koniec, jest połączony komunikacyjnie z odpowiednim układem wyciągu gazów, przy czym kanał posiada na swej długości, co najmniej jeden otwór dla gazu, który jest umieszczony na z góry ustalonym poziomie w komorze, a przez który co najmniej pewna ilość produktów gazowych, wytworzonych we wsadzie przed wprowadzeniem wsadu do pieca, jest usuwana ze wsadu zanim wsad wejdzie do pieca.

Korzystnie, otwór dla gazu w kanale jest umieszczony na poziomie w komorze, gdzie wsad ma temperaturę bliską tej temperatury, przy której gazy utleniające występujące we wsadzie zaczynają reagować ze składnikami wsadu zawierającymi metal i węgiel.

Korzystnie, co najmniej jedna komora zawiera układ do wprowadzania tlenu, i/lub podgrzanego powietrza, do kanału w pobliżu jego spodniego końca, dla spalania CO na CO2.

Korzystnie, ściana co najmniej jednej komory bezpośrednio poniżej otworu, jest utrzymywana w niższej temperaturze w stosunku do pozostałej części komory, tak żeby w zasadzie cała ilość CO była przetwarzana na CO2, przedtem zanim gaz osiągnie wymieniony otwór dla gazu.

Korzystnie, dla osiągania wymaganej niższej temperatury urządzenie zawiera izolację na ścianie komory.

Korzystnie, co najmniej jedna komora zawiera wydłużoną rurę z otwartymi końcami, której jeden koniec jest umieszczony na z góry ustalonym poziomie w pobliżu górnego końca kanału zapewniając połączenie komunikacyjnie z wsadem, a jej drugi koniec jest umieszczony w pobliżu spodniego końca kanału, przy czym rura służy do obiegu, przynajmniej pewnej ilości towarzyszących czynników lotnych pochodzących ze składnika wsadu zawierającego węgiel, od wsadu przy górnym końcu kanału w kierunku spodniego końca kanału, gdzie są spalane równocześnie z występującą pewną ilością CO, w tlenie i/lub w podgrzanym powietrzu.

Zadaniem niniejszego wynalazku jest dostarczenie procesu odtleniania i topienia metalu, w którym takie gazy spalinowe są lepiej wykorzystywane.

Według wynalazku, proces odtleniania i topienia metalu, który wymaga podgrzewania wsadu składającego się ze składnika zawierającego metal i składnika zawierającego węgiel, w piecu indukcyjnym typu kanałowego, w celu odtlenienia takiego składnika zawierającego metal, ma włączony zabieg operacyjny wykorzystania, przynajmniej części, produktów gazowych z takiego procesu, do podgrzewania wsadu, to jest, zanim wsad zostanie wprowadzony do pieca.

Jeżeli jako rezultat takiego podgrzewania temperatura wsadu wzrośnie poza określoną wartość, składnik wsadu zawierający metal, zacznie się odtleniać przed wejściem wsadu do pieca.

To da wzrost ilości, przynajmniej niektórych, odtleniających produktów gazowych wytworzonych we wsadzie, zanim on zostanie wprowadzony do pieca.

Szczególnie odpowiednia temperatura, przy której zaczyna występować odtlenianie we wsadzie przed jego wejściem do pieca, zostanie oczywiście określona w zależności od konkretnego składnika, znajdującego się we wsadzie, zawierającego metal.

Ponadto, jako rezultat takiego podgrzewania wsadu, zostaną także uwolnione z węglowej mieszanki wsadu, przynajmniej niektóre z towarzyszących składników lotnych, zanim wsad wejdzie do pieca.

Wyżej wymienione gazowe produkty, które wchodzą do pieca, mogą składać się z wymienionych wyżej składników lotnych, występujących razem z CO i CO2, wytworzonych w wymienionym procesie odtleniania.

W praktyce, skoro zostanie ustalony zalecany poziom umiejscowienia wymienionego wylotu gazów, jego położenie będzie pozostawało nie zmienione, a temperatura wsadu będzie w wymienionym miejscu kontrolowana przez, na przykład, kontrolowanie szybkości, przy której gazy utleniające są usuwane z kanału, oraz/lub kontrolowanie szybkości podgrzewania, oraz/lub kontrolowanie szybkości, przy której wsad jest podawany przez komorę.

PL 191 903 B1

W przypadku, kiedy w skład mieszaniny zawierającej metal wchodzi żelazo, a węglowy składnik paliwowy zawiera węgiel, wymieniona wyżej temperatura będzie rzędu 600°C.

Gazy utleniające, które są tak usuwane mogą, na przykład, być wykorzystane gdzie indziej, albo one mogą być wpuszczane do wymienionego przejścia (przejść) wykorzystywanego do podgrzewania wsadu.

W celu zapewnienia, żeby cała ilość CO była przetworzona na CO2 przed tym, zanim gaz osiągnie wymieniony wylot, ściana komory bezpośrednio poniżej wylotu gazów jest utrzymywana przy niższej temperaturze w stosunku do reszty komory.

Taka niższa temperatura może być uzyskana przez zastosowanie odpowiedniej izolacji cieplnej, oraz/lub przez opóźnianie szybkości, przy której wsad w komorze przemieszcza się poza taka częścią kanałowej ścianki. To drugie działanie mogłoby być, na przykład, dokonywane przez powiększenie szerokości przekroju poprzecznego komory w takich obszarach.

Wciąż jeszcze dalej, według wynalazku, składnik wsadu zawierający węgiel może być ładowany do komory w taki sposób, że on jest rozłożony w pobliżu zewnętrznej ściany komory, podczas gdy składnik wsadu zawierający metal jest rozłożony w pobliżu zewnętrznej ściany kanału.

W ten sposób, składnik zawierający węgiel, (który dostarcza węgla wymaganego do endotermicznej reakcji Boudouarda, która z kolei jest potrzebna do przetwarzania dwutlenku węgla w tlenek węgla, wymagany na końcu do odtleniania metalu znajdującego się w składniku wsadu zawierającym metal) znajduje się bliżej podgrzewającego źródła ciepła niż składnik zawierający metal, który w pewnych przypadkach reaguje egzotermicznie z tlenkiem węgla.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig.1 przedstawia schematycznie widok przekroju poprzecznego jednego z rozwiązań pieca wyposażonego w urządzenie według wynalazku, fig. 2 - podobny widok do tego z fig. 1, z pokazaną odłamaną częścią innego rozwiązania wymienionego urządzenia.

W obu postaciach wynalazku układ podgrzewania wsadu 10, według wynalazku, jest przedstawiony jako stosowany razem z piecem indukcyjnym 11 typu kanałowego.

Piec 11 składa się z wydłużonego rurowego zbiornika 12, który jest w przekroju poprzecznym kształtu okrągłego, i który zawiera przynajmniej dwa, ułożone równolegle i oddalone od siebie rzędy otworów zasilania wsadem, przechodzące przez ścianę zbiornika 12 wzdłuż przeciwległych jego boków, a z których tylko jeden, 13, jest pokazany w szczegółach na rysunku.

Zbiornik 12 jest podgrzewany od dołu za pomocą, ułożonych w dwóch równoległych rzędach, oddalonych od siebie, elektrycznych grzejników indukcyjnych 14.

Przy zastosowaniu do procesu wytapiania stali, zbiornik 12 jest załadowany pewną ilością stopionej stali tworzącej wannę 16, a wsad 15, zawierający mieszankę paliwa węglowego i rudy żelaznej, jest wprowadzany do zbiornika 12 przez otwory zasilania 13, tak by spływał na wannę 16 roztopionej stali, w postaci dwóch osobnych, oddzielonych zwałów 17, z których każdy ciągnie się wzdłuż podłużnego boku zbiornika 12, i powyżej których jest uformowana w zbiorniku 12 wnęka 18.

Zbiornik 12 jest także wyposażony w liczne palniki tlenowe 19, oraz przynajmniej w jeden otwór wyładunkowy (nie pokazany) do usuwania odtlenionej i roztopionej stali ze zbiornika 12.

W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 1, układ 10 zawiera wydłużoną komorę 20, której jeden koniec przechodzi przez otwór podawania wsadu 13 do wnętrza pieca 11 na taką głębokość, że wchodzi we współpracę z górnym końcem zwału 17.

Wsad 15 jest podawany do komory 20 za pośrednictwem zasobnika 21 i szeregu układów śluzowych 22.

Komora 20 jest otoczona przez wydłużone pierścieniowe przejście w postaci obudowy 23, która ma dolny wlot 24 wyposażony w dysze 25 przechodzące przez ścianę zbiornika 12 dla utworzenia połączenia komunikacyjnego ze strefą 18 w piecu 11.

Obudowa 23 posiada również górny wylot 26, który jest połączony za pośrednictwem rury 27 z kanałem 28 układu wydmuchu gazu (nie pokazany).

Komora 20 i obudowa 23 są odpowiednio szczelnie oddzielone wzajemnie, jedna względem drugiej, dla zapobieżenia przechodzeniu między nimi gazów, z jednej do drugiej.

Podczas działania, zbiornik 12 jest załadowywany doprowadzaną ciekłą stalą 16, oraz są włączone grzałki indukcyjne 14. Wsad 15, zawierający mieszankę paliwa węglowego i rudy żelaznej, jest podawany od zasobnika 21 poprzez układy śluzowe 22 i otwory podawania wsadu 13, do zbiornika 12, dla utworzenia zwału 17, który spływa na wierzch wanny 16 ciekłego metalu. Górny koniec zwału 17 wchodzi we współpracę ze spodnim końcem komory 20, w taki sposób, ze wsad znajdują6

PL 191 903 B1 cy się na wierzchu zwału blokuje otwarty koniec komory 20, zapobiegając tym samym opadaniu wsadu 15 w sposób swobodny, z otwartego końca komory 20.

Układy śluzowe 22 zapewniają utrzymywanie nadciśnienia w komorze 20, tak żeby właściwie żadna ilość gazu nie uciekała z górnej powierzchni wsadu 15, w komorze 20.

Gazy, głównie CO, CO2 oraz czynniki lotne, będące wynikiem podgrzewania i w konsekwencji odtleniania składnika wsadu 15 zawierającego żelazo, są spalane we wnęce 18w tlenie dostarczanym przez palniki 19.

Wynikające z tego produkty spalania są podawane ze strefy 18 poprzez dysze 25 i wlot 24do obudowy 23, gdzie one służą do podgrzewania wsadu 15 znajdującego się w otworze komory 20.

Jako rezultat takiego podgrzewania wsadu 15, występuje znaczny wzrost przerobu w piecu 11.

Zużyte gazy spalinowe przechodzące z obudowy 23 przez wylot 26 i rurę 27 do kanału 28, mogą być używane gdzie indziej w procesie, w celu wykorzystania ich chemicznych i/lub termicznych właściwości.

W tym samym czasie, towarzyszące paliwu węglowemu składniki lotne znajdujące się w komorze 20 mogą być, w wyniku takiego podgrzewania wsadu 14, rozłożone na węgiel, CO i H2, które wprost mogą wtedy uczestniczyć w odtlenianiu wsadu 15 w rurze 20. W rezultacie tego, zużycie paliwa węglowego i tlenu, na tonę produktu w procesie, może również być znacznie zredukowane.

W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 2, w którym części odpowiadające tym samym częściom pokazanym na fig. 1są oznaczone tymi samymi numerami. Wsad 15 jest podawany z zasobnika podającego 21, do górnego końca wydłużonej komory 29, której spodni koniec jest połączony komunikacyjnie z wlotem 13 w zbiorniku 12 pieca 11.

Komora 29 jest otoczona pierścieniową przez wydłużoną obudowę 30, której spodni koniec posiada wylot 24 połączony komunikacyjnie poprzez dysze 25 ze strefą 18 zbiornika 12.

Górny koniec obudowy 30 posiada wylot 26, który jest połączony komunikacyjnie poprzez rurę 27 z kanałem 28 układu wydmuchu gazu (nie pokazany).

Wylot zasobnika podającego 21 jest wyposażony w rurę wlotową gazu 30, za pomocą której, gaz obojętny taki jak azot może być wpuszczany do wsadu 15, a więc do komory 29, w celu wywołania w niej nadciśnienia.

Komora 29 jest wyposażona w kanał 31o otwartych końcach, którego górny koniec 32 jest połączony komunikacyjnie poprzez rurę 33 i rurę 21 z kanałem 28.

Dolny koniec 34 kanału 31 wchodzi na założoną głębokość do komory 29. Dalsze szczegóły ztym związane są podane później.

Kiedy wsad 15 będzie podawany przez komorę 29 do zbiornika 12, będzie on otaczał pierścieniowo znajdujący się w komorze 29 kanał 31 i będzie wchodził we współpracę z jego spodnim otwartym końcem 34.

Kanał 31 jest wyposażony w pobliżu środka swej długości w szereg otworów 35, które są takiej wielkości, że tylko gaz, ale nie bryły wsadu 15, może przez nie przechodzić.

Kanał 31 jest także wyposażony w wydłużoną rurę 36 z otwartymi końcami, której górny koniec 37 jest umieszczony w pobliżu górnego końca 32 kanału 31, a dolny koniec 38 w pobliżu dolnego końca 34 kanału 31.

Kanał 31 jest także wyposażony przy swym otwartym końcu 34 we wlot 39, tlenu/podgrzanego powietrza, z palnika (nie pokazany).

Kanał 31 jest tak usytuowany w komorze 29, że jego otwory 35 są umieszczone w tej części wsadu 15, gdzie temperatura wsadu jest rzędu 600°C. Kanał 31 jest ponadto takiej długości, że jego górny koniec 32 jest umieszczony w tej części wsadu 15, gdzie temperatura jest rzędu 200°C, ajego dolny koniec 34 w tej części wsadu 15, gdzie temperatura przekracza 800°C.

Piec 12 działa w ten sam sposób jak ten opisany powyżej, odnośnie rozwiązania z fig. 1.

Podczas takiego działania, podgrzewanie dolnego końca komory 29 przez obudowę 30 do temperatury rzędu 850°C, powoduje w tej części wsadu 15 występowanie reakcji Boudouarda, to jest, C+CO2 ® 2CO.

Część takiego CO będzie reagować z żelazowym składnikiem wsadu 15 do postaci CO2, wten sposób powodując częściowe odtlenianie składnika żelazowego, to jest, 3Fe2O3+CO ® 2Fe3O4+CO2.

Wytworzony CO2 będzie płynął do góry do wsadu 15 dopóki nie osiągnie otworów 35 kanału 31, przez które on jest wtedy wyciągany za pośrednictwem otworu w kanale 31 i rurami 33 i 27, do kanału 28 układu wydmuchu gazu (nie pokazany).

PL 191 903 B1

Inna część CO będzie płynąć do góry w otworze kanału 31, gdzie zostanie spalona na CO2 w tlenie/podgrzanym powietrzu, z palnika 39, to jest, 2CO+O2 ® CO2, który to CO2 będzie wtedy przechodził, razem z CO2 idącym od otworów 35, za pośrednictwem rur 33 i 27 do kanału 28.

W tym samym czasie części lotne i para wodna, występujące w górnych częściach wsadu 15 w komorze 29, będą przechodziły od górnego końca 37 rury 36 przez jego spodni koniec 38 do otworu kanału 31, gdzie części lotne będą spalane w tlenie/podgrzanym powietrzu, z palnika 39.

Należy docenić, że wywołana przez podgrzewanie przemian CO na CO2, oraz spalanie składników lotnych, będą wspomagać podgrzewanie wsadu 15 w komorze 29.

Dalej należy docenić, że przez umieszczenie kanału 31 w wymienionym miejscu w komorze 29, gdzie jego otwory 35 są zlokalizowane przy tym miejscu, gdzie temperatura wsadu 15 jest rzędu 600°C, wymieniony CO2 będzie usuwany ze wsadu 15 przedtem zanim on może wchodzić w reakcje ze składnikami wsadu 15 zawierającymi metal i/lub węgiel.

W celu dalszego zapobieżenia przed wystąpieniem takiej reakcji, te części ściany kanału 31, które znajdują się bezpośrednio poniżej otworów 35, mogą być utrzymywane przy temperaturze niższej, w stosunku do pozostałej ściany. To może być, na przykład, dokonane przez odpowiednie odizolowanie cieplne ściany, oraz/lub poprzez redukcje szybkości przepływu wsadu 15 przez komorę 29 w takiej strefie. To drugie może być, na przykład, realizowane poprzez powiększenie szerokości przekroju poprzecznego komory 29 w takiej strefie.

Dalej temperatura wsadu przy dolnym końcu 34 kanału 31 może być kontrolowana poprzez kontrolowanie jednej, lub kilku, z następujących wielkości: (1) szybkości, przy której wsad 15 jest podawany przez komorę 29, (2) własności fizycznych spalin w kanale 31, oraz (3) szybkości, przy której gazy spalinowe są przepuszczane przez obudowę 30.

Roztopiony metalowy produkt z pieca 12 może być następnie poddawany obróbce i gromadzony w tradycyjny sposób.

W zakres wynalazku wchodzi także urządzenie do przeprowadzania procesu według wynalazku, konkretnie takie jak zostało tu opisane. Ponadto nie ma wątpliwości, że występuje wiele możliwych odmian dotyczących szczegółów procesu i dotyczących urządzenia, według wynalazku, które nie wychodzą poza ducha, i/lub poza zakres, zastrzeżeń patentowych wynalazku.

Tak więc, na przykład, wsad 15 może być ładowany do komory 29w taki sposób, ze zostanie rozłożony w pobliżu zewnętrznej ściany komory, dla przyczyn innych niż ustanowione powyżej.

Claims (33)

1. Sposób odtleniania i topienia metalu w procesie, w którym podgrzewa się wsad, ze składnikiem zawierającym metal i ze składnikiem zawierającym węgiel, w piecu indukcyjnym typu kanałowego, w celu odtlenienia takiego zawierającego metal składnika, oraz w którym wykorzystuje przynajmniej część produktów gazowych, powstających w takim procesie, do podgrzewania wsadu, znamienny tym, że wsad (15) podaje się do pieca (11) przez co najmniej jedna komorę (20, 29), w której stosuje się co najmniej jedno przejście (23, 30), biegnące wokół komory (20, 29), korzystnie przechodzące przez komorę (20, 29), przez które to co najmniej jedno przejście (23, 30) przemieszcza się produkty gazowe i jednocześnie podgrzewa się wsad (15) w komorze (20, 29), przy czym co najmniej jedna komora (20, 29), oraz co najmniej jedno przejście (23, 30) szczelnie oddziela się wzajemnie, przed przechodzeniem produktu pomiędzy przejściami.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej część gazowych produktów zawierających gazy wytwarza się przez spalanie gazów pochodzących z procesu, w powietrzu, i/lub w tlenie, w piecu (11).

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w co najmniej jednym przejściu (23, 30) stosuje się pierścieniową obudowę rozciągającą się wzdłużnie wokół co najmniej jednej komory (20, 29).

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jeden zwał (17) materiału wsadowego (15) utrzymuje się na powierzchni kąpieli płynnego metalu, przy czym jedno, korzystnie dolne zakończenie jednej lub każdej z komór (20, 29), zanurza się tak głęboko w piecu, że styka się ono z powierzchnią zwału materiału wsadowego (15) w piecu (11).

5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w co najmniej jednej komorze (20, 29) utrzymuje się nadciśnienie dla przechodzenia większości produktów gazowych wytworzonych wkomorze (20, 29) do pieca (11).

PL 191 903 B1

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że wprowadza się wsad (15) do komory (20) za pomocą układu śluzowego (22).

7. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że wprowadza się sprężony gaz obojętny, taki jak azot, do wsadu (15) przed przejściem przez co najmniej jedną komorę (20, 29).

8. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że co najmniej pewną ilość produktów gazowych wytworzonych w co najmniej jednej komorze (29), we wsadzie (15) przed wprowadzeniem wsadu (15) do pieca (11) , usuwa sięze wsadu (15).

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że co najmniej pewną ilość gazów utleniających, takich jak CO2 i H2O-para, wytworzonych we wsadzie (15), usuwa się ze wsadu (15) przed wejściem wsadu (15) do pieca (11).

10. Sposób według zastrz. 8 albo 9, znamienny tym, że produkty gazowe wytworzone we wsadzie usuwa się ze wsadu (15) za pomocą wydłużonego kanału (31) z otwartymi końcami, który przechodzi przez wydłużoną komorę (29), przy czyn jeden koniec kanału (31), albo jego spodni koniec (34), umieszcza się w pobliżu spodniego końca komory (29), a drugi koniec kanału (31), lub jego górny koniec (32), łączy się komunikacyjnie z odpowiednim układem wydmuchu gazów (33, 27, 28), przy czym stosuje się w kanale (31) co najmniej jeden otwór (35) dla gazu, który umieszcza się na z góry określonym poziomie w komorze (29).

11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że otwór (35) dla gazu w kanale (31), stosuje się na poziomie w komorze (29), gdzie wsad (15) posiada temperaturę bliską tej temperaturze, przy której zawarte we wsadzie (15) gazy utleniające zaczynają wchodzić w reakcje ze składnikami wsadu (15) zawierającymi metal i węgiel.

12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że zalecany poziom umieszczenia otworu (35) dla gazu w kanale (31) ustala się za pomocą analizy gazu wyciągniętego z kanału (31) dla ustalenia zawartości wnim CO i CO2.

13. Sposób według zastrz. 11 albo 12, znamienny tym, że temperaturę w otworze (35) dla gazu w kanale (31) mierzy się korzystnie za pomocą termopary.

14. Sposób według zastrz. 11 albo 12, znamienny tym, że po ustaleniu zalecanego poziomu umieszczenia otworu (35) dla gazu w kanale (31), położenie pozostawia się stale niezmienne, a temperaturę wsadu (15) w wymienionym położeniu kontroluje się poprzez przynajmniej jedną z następujących wielkości: szybkości, przy której gazy utleniające usuwa się z kanału (31), szybkości podgrzewania, szybkości, przy której wsad (15) podaje się przez komorę (29).

15. Sposób według zastrz. 10 albo 11, albo 12, znamienny tym, że usuwane produkty gazowe, korzystnie stosuje się do podgrzewania wsadu (15).

16. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że wprowadza się podgrzany tlen i powietrze do kanału (31) w pobliżu spodniego końca (34) dla spalania CO na CO2.

17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że ścianę komory (29) bezpośrednio poniżej otworu (35) dla gazu utrzymuje się przy niższej temperaturze w stosunku do pozostałej części komory, i przetwarza się ilość CO na CO2, przed osiągnięciem gazu otworu (35).

18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że niższą temperaturę osiąga się przez izolację cieplną komory (29), korzystnie przez opóźnianie szybkości, przy której wsad (15) w komorze (29) przemieszcza się poza część komorową ściany, korzystnie przez powiększanie szerokości przekroju poprzecznego komory w takiej strefie.

19. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że co najmniej pewną ilość towarzyszących czynników lotnych występujących w składniku wsadu (15) zawierającym węgiel, wprowadza się do obiegu, od wsadu (15) przy drugim końcu (32) kanału (31), w kierunku pierwszego końca (34) kanału (31), oraz spala się równocześnie ze spalaniem występujących pewnych ilości CO, w tlenie i/lub w podgrzanym powietrzu.

20. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że obieg czynników lotnych powoduje się za pomocą wydłużonej rury (36) z otwartymi końcami, której jeden koniec (37) umieszcza się na ustalonym wcześniej poziomie w pobliżu górnego końca (32) kanału (31), łącząc go komunikacyjnie ze wsadem (15), a drugi koniec (38) umieszcza się w pobliżu spodniego końca (34) kanału (31).

21. Sposób według zastrz. 1 albo 19, znamienny tym, że składnik wsadu (15) zawierający węgiel ładuje się do co najmniej jednej komory (20, 29), oraz rozkłada się go w pobliżu ściany co najmniej jednej komory (20, 29).

22. Sposób według zastrz. 1 albo 19, znamienny tym, że znajdująca się we wsadzie (15) mieszanina, zawiera rudę żelazną, a paliwo ma składnik zawierający węgiel.

PL 191 903 B1

23. Urządzenie do podgrzewania wsadu w procesie odtleniania i topienia metalu wymagającym podgrzewania wsadu, przy czym w skład wsadu wchodzi składnik zawierający metal, i składnik zawierający węgiel, a podgrzewanie ma miejsce w piecu indukcyjnym typu kanałowego, w celu odtleniania takiego składnika zawierającego metal, w którym to procesie następuje wykorzystywanie przynajmniej części produktów gazowych, tak wytworzonych w piecu, do podgrzewania wsadu, znamienne tym, że zawiera co najmniej jedna komorę (20, 29), przez którą wsad (15) jest podawany do pieca (11), a wokół komory (20, 29), korzystnie przez komorę (20, 29), biegnie co najmniej jedno przejście (23, 30), przez które to przejście (23, 30) przechodzą wytworzone w procesie produkty gazowe, dla podgrzewania wsadu (15) znajdującego się w co najmniej jednej komorze (20, 29), przy czym co najmniej jedna komora (20, 29), i co najmniej jedno przejście (23, 30) są szczelnie wzajemnie oddzielone, jedno od drugiego, tak że produkty gazowe nie mogą przechodzić między nimi.

24. Urządzenie według zastrz. 23, znamienne tym, że co najmniej jedno przejście (23, 30) zawiera pierścieniową obudowę (23, 30) rozciągającą się wzdłużnie wokół komory (20, 29).

25. Urządzenie według zastrz. 23, znamienne tym, że co najmniej jeden koniec komory (20, 29) jest połączony z piecem (11), wchodząc w piecu (11) we współpracę ze zwałem (17) wsadu (15), spływającym do kąpieli (16) płynnego metalu.

26. Urządzenie według zastrz. 23, znamienne tym, że zawiera układ śluzowy (22), który podaje wsad (15) do komory (20) i utrzymuje nadciśnienie w komorze (20) dla większości produktów gazowych wytworzonych w komorze (20) wchodzących do pieca (11).

27. Urządzenie według zastrz. 23 albo 24, albo 25, albo 26, znamienne tym, że co najmniej jedna komora zawiera układ (30.1) dla wprowadzania sprężonego gazu obojętnego, takiego jak azot, do wsadu (15), zanim wsad (15) przejdzie przez komorę (29), w celu utrzymywania nadciśnienia w komorze.

28. Urządzenie według zastrz. 23 albo 24, albo 25, albo 26, znamienne tym, że co najmniej jedna komora zawiera wydłużony kanał (31) z otwartymi końcami, który przebiega wzdłużnie przez komorę (29), przy czym jeden koniec, korzystnie spodni koniec (34), jest umieszczony w pobliżu spodniego końca komory (29), a jego drugi koniec, korzystnie górny koniec (32), jest połączony komunikacyjnie z odpowiednim układem wyciągu gazów (33, 27, 28), przy czym kanał (31) posiada na swej długości co najmniej jeden otwór (35) dla gazu, który jest umieszczony na z góry ustalonym poziomie w komorze (29), a przez który co najmniej pewna ilość produktów gazowych, wytworzonych we wsadzie (15) przed wprowadzeniem wsadu (15) do pieca (11), jest usuwana ze wsadu (15) zanim wsad (15) wejdzie do pieca (11).

29. Urządzenie według zastrz. 28, znamienne tym, że otwór (35) dla gazu w kanale (31) jest umieszczony na poziomie w komorze (29), gdzie wsad (15) ma temperaturę bliską tej temperatury, przy której gazy utleniające występujące we wsadzie zaczynają reagować ze składnikami wsadu (15) zawierającymi metal i węgiel.

30. Urządzenie według zastrz. 29, znamienne tym, że co najmniej jedna komora (29) zawiera układ (39) do wprowadzania tlenu, i/lub podgrzanego powietrza, do kanału (31) w pobliżu jego spodniego końca (34), dla spalania CO na CO2.

31. Urządzenie według zastrz. 30, znamienne tym, że ściana co najmniej jednej komory (29) bezpośrednio poniżej otworu (35) jest utrzymywana przy niższej temperaturze w stosunku do pozostałej części komory (29), tak żeby w zasadzie cała ilość CO była przetwarzana na CO2, przedtem zanim gaz osiągnie wymieniony otwór (35) dla gazu.

32. Urządzenie według zastrz. 31, znamienne tym, że dla osiągania wymaganej niższej temperatury zawiera izolację na ścianie komory.

33. Urządzenie według zastrz. 23 albo 31, znamienne tym, żeco najmniej jedna komora (29) zawiera wydłużoną rurę (36) z otwartymi końcami, której jeden koniec (37) jest umieszczony na z góry ustalonym poziomie w pobliżu górnego końca (32) kanału (31) zapewniając połączenie komunikacyjnie z wsadem (15), a jej drugi koniec (38) jest umieszczony w pobliżu spodniego końca (34) kanału (31), przy czym rura (36) służy do obiegu, przynajmniej pewnej ilości towarzyszących czynników lotnych pochodzących ze składnika wsadu (15) zawierającego węgiel, od wsadu (15) przy górnym końcu (32) kanału (31) w kierunku spodniego końca (34) kanału (31), gdzie są spalane równocześnie z występującą pewną ilością CO, w tlenie i/lub w podgrzanym powietrzu.