PL196171B1 - Sposób i urządzenie do wytwarzania złoża stałego - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania zloza stalego w reaktorze sta- piajaco-zgazowujacym, w którym zbrylony material zasy- powy zawierajacy wstepnie zredukowana rude zelaza oraz skladniki zawierajace wegiel laduje sie na powierzchnie, przy czym wstepnie zredukowana ruda zelaza i skladniki zawierajace wegiel wprowadza sie do reaktora stapiajaco- -zgazowujacego poprzez rózne otwory, z tym ze wstepnie zredukowana rude zelaza laduje sie poprzez szereg otwo- rów usytuowanych poza obszarem centralnym, a ponadto skladniki zawierajace wegiel laduje sie centralnie za pomoca urzadzenia zaladowczego, przy czym skladniki zawierajace wegiel za pomoca srodka do rozprowadzania promieniowego rozdziela sie - patrzac z góry - w kierunku promieniowym na zewnatrz, i przy czym prowadzi sie, korzystnie równomier- ne, przemieszanie wstepnie zredukowanej rudy zelaza ze skladnikami zawierajacymi wegiel, znamienny tym, ze cala wstepnie zredukowana rude zelaza laduje sie na aktywna strefe obwodowa (obrzeze) zloza stalego, askladniki za- wierajace wegiel przed trafieniem do srodka sluzacego do rozprowadzania promieniowego rozprasza sie na srodku do rozpraszania - patrzac z góry - w kierunku promieniowym i stycznym, zas gruboziarnista frakcje skladnika zawieraja- cego wegiel, której srednia wielkosc ziarna przewyzsza srednia wielkosc ziarna skladników zawierajacych wegiel, laduje sie na srodek powierzchni i wten sposób powstaje, korzystnie staly, wstepnie okreslony rozklad wielkosci ziarna. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wytwarzania złoża stałego w reaktorze stapiająco-zgazowującym, korzystnie do wytwarzania surówki lub wyjściowych produktów stalowniczych z zawierających żelazo materiałów wsadowych, w którym zbrylony materiał zasypowy zawierający wstępnie zredukowaną rudę żelaza oraz składniki zawierające węgiel ładuje się na powierzchnię, przy czym wstępnie zredukowaną rudę żelaza i składniki zawierające węgiel wprowadza się do reaktora stapiająco-zgazowującego poprzez różne otwory, z tym że wstępnie zredukowaną rudę żelaza ładuje się poprzez szereg otworów usytuowanych poza obszarem centralnym, a ponadto składniki zawierające węgiel ładuje się centralnie za pomocą urządzenia załadowczego, przy czym składniki zawierające węgiel za pomocą środka do rozprowadzania promieniowego rozdziela się - patrząc zgóry - w kierunku promieniowym na zewnątrz, i przy czym prowadzi się korzystnie równomierne, przemieszanie wstępnie zredukowanej rudy żelaza ze składnikami zawierającymi węgiel.

Rozprowadzanie zbrylonego materiału zasypowego na rozległej powierzchni stanowi znany specjalistom problem konstrukcyjny i technologiczny. Zwłaszcza w przypadku reaktorów do realizacji chemicznych/fizycznych procesów technologicznych podejmuje się duże starania, żeby uzyskać optymalny dla danego procesu rozkład materiału zasypowego. Niewłaściwe załadowanie takiego reaktora może spowodować obniżenie jakości wytwarzanego produktu, zbyt wysokie straty wskutek emisji pyłów oraz zmniejszenie wydajności całej instalacji.

W niemieckim opisie patentowym nr DE-C-19623246 ujawniono tego rodzaju urządzenie do wspólnego centralnego doprowadzania węgla i żelgrudy do reaktora stapiająco-zgazowującego. Chociaż uzyskuje się odpowiednie przemieszanie materiałów, to jednak centralne doprowadzanie mieszaniny węgiel-żelgruda okazało się niekorzystne ze względów technologicznych i ekonomicznych.

W japońskim opisie patentowym nr JP 59153815 ujawniono urządzenie do ładowania zbrylonego surowca do pieca. Wtym urządzeniu różne surowce można załadowywać do pieca jedynie na zmianę lub jeden po drugim.

Niemiecki opis patentowy nr DE 478532 dotyczy urządzenia do załadowywania pieca szybowego za pomocą przestawnego w pionie urządzenia załadowczego. W przypadku tego urządzenia konieczne jest stosowanie mechanizmu do przestawiania tego urządzenia załadowczego.

W opisie Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5210962 ujawniono urządzenie do załadowywania zbrylonego materiału do reaktora szybowego, w którym jest możliwe ustawianie tego urządzenia w zależności od wielkości cząstek materiału wsadowego.

Znany ze stanu techniki reaktor stapiająco-zgazowujący służy do stapiania w znacznym stopniu zredukowanej wstępnie rudy żelaza (DRI), a także do wytwarzania gazu redukcyjnego, korzystnie z węgla.

Węgiel oraz DRI wprowadza się najczęściej do reaktora stapiająco-zgazowującego przez jego kopułę, przy czym korzystne okazało się centralne wprowadzanie węgla. Natomiast DRI wprowadza się do reaktora stapiająco-zgazowującego przez kilka zdecentralizowanych otworów w kopule tego reaktora.

Wynalazek ten znajduje szczególnie zastosowanie w reaktorze stapiająco-zgazowującym ijest udokumentowany najbardziej szczegółowo w odniesieniu do tego reaktora. Jednak zastosowanie wynalazku nie ogranicza się do tej odmiany realizacji, a opis procesów w reaktorze stapiająco-zgazowującym traktuje się jako przykładowe objaśnienie.

Zgodny z wynalazkiem sposób wytwarzania złoża stałego w reaktorze stapiająco-zgazowującym charakteryzuje się tym, że całą wstępnie zredukowaną rudę żelaza ładuje się na aktywną strefę obwodową (obrzeże) złoża stałego, a składniki zawierające węgiel przed trafieniem do środka służącego do rozprowadzania promieniowego rozprasza się na środku do rozpraszania - patrząc z góry - w kierunku promieniowym i stycznym, zaś gruboziarnistą frakcję składnika zawierającego węgiel, której średnia wielkość ziarna przewyższa średnią wielkość ziarna składników zawierających węgiel, ładuje się na środek powierzchni i w ten sposób powstaje, korzystnie stały, wstępnie określony rozkład wielkości ziarna.

Przy tym aktywna strefa obwodowa oznacza tę część złoża stałego, która charakteryzuje się równomierną przewiewnością dostateczną dla wytworzenia surówki lub też gazu redukcyjnego.

Korzystnie składnik zawierający węgiel rozprowadza się przez urządzenie wsadowe na powierzchnię w zasadzie osiowo-symetrycznie, przy czym na środek powierzchni poprzez bezpośrednie rozprowadzanie trafia mniej materiału niż wynosi przeciętna ilość z innych miejsc powierzchni między środkiem i obrzeżem aktywnej strefy obwodowej złoża stałego.

PL 196 171 B1

Ponadto korzystnie gruboziarnistą frakcję składników zawierających węgiel, ładuje się wprowadzając ją najpierw w odstępie od środka na złoże stałe poprzez obniżenie w środku poziomu złoża stałego, toteż dochodzi ona samoczynnie na środek powierzchni drogą pośredniego rozprowadzenia, w szczególności poprzez segregację.

Zgodnie z korzystną odmianą realizacji sposobu według wynalazku przed rozpraszaniem strumień materiału zasypowego w postaci składników zawierających węgiel centruje się, przy czym strumień materiału zasypowego podaje się na środek do centrowania, gdzie materiał zasypowy przechodzi przez szereg otworów centrujących środka do centrowania, przy czym ewentualny nadmiar materiału zasypowego spływa, przez co najmniej jeden środek do odprowadzania, w szczególności przez następny otwór.

Zbrylony materiał zasypowy ładuje się przez jedno lub większą liczbę urządzeń wsadowych. Ładowanie wsadu może odbywać się bezpośrednio lub pośrednio.

Ładowaniem bezpośrednim nazywa się takie ładowanie wsadu, podczas którego wprowadzany materiał zasypowy, w szczególności ładowany do reaktora lub naczynia metalurgicznego, trafia do określonej strefy powierzchni, w szczególności na środek powierzchni.

Ładowaniem pośrednim nazywa się takie ładowanie wsadu, podczas którego materiał doprowadza się wprawdzie poprzez ładowanie bezpośrednie, ale ostateczny rozkład na powierzchni jest efektem innych działań, w szczególności segregacji. Dzięki temu możliwe jest celowe rozprowadzenie i załadowanie materiału zasypowego w określonej strefie powierzchni, w szczególności na środku powierzchni.

Tak więc poprzez bezpośrednie i/lub pośrednie ładowanie wsadu, ustala się rozkład wielkości ziarna na powierzchni, który zasadniczo nie podlega zmianom w trakcie dalszego przebiegu procesu.

Powierzchnią rozległą jest przewiewna powierzchnia wsadu, w szczególności powierzchnia rzeczywiście przenikana przez gaz, przy czym gaz procesowy jest celowo przeprowadzany przez tę powierzchnię. Tego rodzaju przewiewność jest istotną cechą znamienną odpowiedniego sposobu. Chodzi tu na przykład o zdolność przepuszczania gazu złoża stałego pieca szybowego albo reaktora stapiająco-zgazowującego.

Istotnym zadaniem sposobu według wynalazku jest takie dostosowanie złoża reaktora, żeby nie było wahań ilości, ciśnienia i parametrów analitycznych gazu, w strefie powyżej złoża. Reaktor stapiająco-zgazowujący oprócz wytwarzania surówki produkuje też gaz redukcyjny, awięc nieregularne przepływy gazu wpływają w znacznej mierze niekorzystnie na sposób jego działania. Takie nieregularności mogą doprowadzić do powstawania fontann gazuido nagłego wyrzutu pyłu z agregatu. Taka gwałtowna emisja pyłu, jaka powstaje na przykład wskutek nagłego odgazowania, powoduje obciążenie kolejnych agregatów, w szczególności redukcyjnego pieca szybowego.

Zwłaszcza gdy istnieje boczne doprowadzenie gazu poniżej złoża, środek złoża reakcyjnego przy znanym sposobie ładowania jest niedostatecznie przewiewny, dzięki rozwiązaniu według wynalazku znacznie usprawniono ten proces.

Ukształtowanie złoża stałego w reaktorze stapiająco-zgazowującym różni się znacznie od załadowania wsadu na przykład w wielkim piecu, ponieważ reaktor ten po pierwsze jest agregatem oinnych parametrach, w szczególności ma inne rozmiary, apo drugie reaktor stapiająco-zgazowujący pracuje inną metodą, przy czym wykorzystuje się inne materiały wsadowe niż w metodzie wielkopiecowej.

Jako nośnik energii wykorzystuje się materiał stały zawierający węgiel, w szczególności węgiel, igaz zawierający O2. Przy tym zazwyczaj, węgiel jest doprowadzany z zasobnika za pomocą jednego lub większej liczby przenośników ślimakowych ijest podawany centralnie, przy czym węgiel spada wąskim, skupionym strumieniem na powierzchnię złoża przez strefę gazową reaktora stapiającozgazowującego. Można też wyobrazić sobie zdecentralizowane doprowadzanie węgla na złoże stałe kilkoma oddzielnymi strumieniami.

W przypadku centralnego doprowadzania węgla do tego reaktora, węgiel nie spada na środek powierzchni złoża, lecz z nieznacznym odchyleniem od środka, gdyż wynika to z charakterystyki pracy przenośnika i prędkości poziomej występującej u wylotu ślimaka.

Ze względu na prawie punktowe ładowanie wsadu i występującą tendencję do aglomeracji drobniejszych cząstek węgla, pogarsza się przewiewność złoża w strefie jego środka. Tworzy się stożek usypowy, którego część co pewien czas zsuwa się do przepuszczającej gaz strefy obwodowej. Węgiel dostaje się do tej gorącej strefy obwodowej i następuje jego szybkie odgazowanie. W efekcie

PL 196 171 B1 występują wahania ilości gazu, co wpływa na ciśnienie i zmiany właściwości analitycznych, i w rezultacie odbija się to negatywnie na dołączonej instalacji gazowej.

Ponadto, takie zsuwanie się węgla powoduje nierównomierny i niesymetryczny rozkład materiału na obrzeżu. Zakłóca to ciągłość nagrzewania wsadu, czego efektem jest zróżnicowane nagrzanie bezpośrednio zredukowanego żelaza (DRI) na obwodzie, awięc nie można ustawić równomiernego profilu temperatury. Efektem tego są wahania jakości surówki i żużla. Różnice w składzie żużla na obwodzie przyczyniają się do zakłóceń w spływie, a pożądany skład chemiczny żużla na trzonie pieca nie daje się dostatecznie ustalić przez domieszanie materiałów wsadowych.

Efektem znanego w przypadku reaktora stapiająco-zgazowującego, punktowego ładowania węgla na środek powierzchni złoża jest niekontrolowane formowanie się powierzchni złoża i zależny od sposobu segregacji niekorzystny rozkład wielkości ziarna materiału zasypowego.

Przy tego rodzaju ładowaniu przeważnie największe ziarno przemieszcza się na zewnątrz. Gaz przepływający z dołu przez złoże ma więc tendencję do wypierania ku ścianie reaktora i niekontrolowanego rozkładu na przekroju złoża stałego. Wysoka lokalna prędkość gazu, przy której mogą nawet tworzyć się fontanny, zakłóca reakcje gazowe w kopule reaktora i zwiększa emisję pyłu. W efekcie powstaje na środku reaktora duża strefa, przez którą przepływa mało gazu. Tak więc zmniejsza się objętość aktywnego złoża, ina środku lub też na trzonie tworzy się z drobniejszego ziarna kolumna niestopionego wsadu, co jeszcze bardziej pogarsza drenaż złoża.

Dzięki wynalazkowi zaradzono tym problemom i wyeliminowano ładowanie węgla do reaktora w jednym punkcie, i umożliwiono jego celowe rozprowadzenie na powierzchnię złoża, w szczególności osiowo-symetrycznie, z uwzględnieniem jego ziarnistości. Przy tym na środek złoża są ładowane większe kawałki węgla niż na obrzeżu, ponieważ takie ukształtowanie sposobu okazało się szczególnie korzystne.

Ponadto, sposób według wynalazku pozwala na odpowiednie przyrządzanie złoża reaktora, żeby nie było wahań ilości, ciśnienia i parametrów analitycznych gazu w układzie powyżej złoża. Reaktor stapiająco-zgazowujacy oprócz wytwarzania surówki produkuje też gaz redukcyjny, a więc nieregularne przepływy gazu wpływają w znacznej mierze niekorzystnie na sposób jego działania. Takie nieregularności mogą doprowadzić do powstawania fontann gazu ido nagłego wyrzutu pyłu z agregatu. Taka gwałtowna emisja pyłu, jaka powstaje na przykład wskutek gwałtownego odgazowania, powoduje obciążenie kolejnych agregatów, w szczególności redukcyjnego pieca szybowego. Zaradzono temu poprzez równomierne rozprowadzenie węgla lub też zawierającego węgiel materiału zasypowego na złożu stałym i jednocześnie bardziej jednorodne przemieszanie węgla z bezpośrednio zredukowanym żelazem (DRI), przy czym w szczególności do strefy środkowej dochodzi, co najwyżej tyle węgla, ile ulega rozkładowi na kolumnie niestopionego wsadu, żeby nie tworzył się stożek usypowy.

Przemieszanie odbywa się przy tym zwłaszcza w przypadku jednoczesnego i ciągłego ładowania zbrylonego węgla i wstępnie zredukowanej rudy żelaza, w szczególności żelgrudy, co jest szczególnie efektywne przy ładowaniu reaktora stapiająco-zgazowującego.

W wyniku bezpośredniego rozprowadzania, trafia na środek złoża stałego mniej węgla niż ulega rozkładowi na kolumnie niestopionego wsadu, w związku zczym następuje obniżenie poziomu złoża i większe kawałki węgla poprzez segregację, czyli pośredni rozkład, są doprowadzane na środek złoża. Tak obniżony poziom oraz większe kawałki węgla na środku złoża stałego przyczyniają się do poprawy przewiewności środka ido powiększenia aktywnej objętości złoża uczestniczącej w chemicznych lub metalurgicznych procesach w reaktorze stapiająco-zgazowującym.

Wymagany rozkład wielkości ziarna w złożu reaktora stapiająco-zgazowującego można uzyskać nie tylko poprzez pośrednie, lecz także przez bezpośrednie ładowanie wsadu, dzięki czemu wpływa się celowo i bezpośrednio na rozkład wielkości ziarna na złożu stałym. Możliwe jest wstępne sortowanie materiału zasypowego według wielkości ziaren.

Do ładowania wsadu do wielkiego pieca i pieca szybowego stosuje się ruchome, najczęściej obrotowe urządzenia wsadowe. Urządzenia te umożliwiają celowe rozprowadzanie wsadu, także rudy, przede wszystkim w strefie górnego szybu, stosowanie do potrzeb procesu.

Według następnej cechy znamiennej wynalazku, materia, zasypowy tworzy stożek usypowy na środku do nitrowania,

Rozkład wielkości ziarna definiuje się, jako ilościowy udział każdej frakcji ziaren w danym miejscu, w ogólnej ilości ziaren w tym miejscu.

Rozkład wielkości ziarna ma tak zwaną stacjonarną charakterystykę wówczas, gdy w danym miejscu istnieje w przybliżeniu stały w czasie rozkład wielkości ziarna. Ponadto według następnej odPL 196 171 B1 miany realizacji wynalazku, także ilość ziaren frakcji w zależności od miejsca powierzchni, w stosunku do ogolonej ilości ziaren danej frakcji, utrzymuje się w zasadzie bez zmian w czasie.

Istota wynalazku w odniesieniu do urządzenia do wytwarzania złoża stałego w reaktorze stapiająco-zgazowującym, zawierającego reaktor stapiająco-zgazowujący z urządzeniem wsadowym, usytuowanym centralnie, mającym szereg otworów usytuowanych poza obszarem centralnym w kopule reaktora stapiająco-zgazowującego do wprowadzania wstępnie zredukowanej rudy oraz urządzenie wsadowe do wprowadzania zawierających węgiel składników materiału zasypowego, przy czym urządzenie wsadowe maco najmniej jeden środek do promieniowego rozprowadzania materiału zasypowego - patrząc z góry - w kierunku promieniowym na zewnątrz, polega na tym, że urządzenie wsadowe przed środkiem do rozprowadzania promieniowego ma co najmniej jeden umieszczony w górnej części reaktora, korzystnie stały środek do rozpraszania materiału zasypowego, przy czym co najmniej część materiału zasypowego jest rozprowadzana - patrząc zgóry - w kierunku promieniowym i stycznym, przy czym środek do rozpraszania materiału zasypowego ma pewną liczbę połączonych ze sobą prętowych i/lub spłaszczonych elementów, które wspólnie wyznaczają w przybliżeniu kształt zwężającej się w kierunku strumienia materiału zasypowego, w szczególności piramidalnej bryły mającej szereg otworów, pewną liczbę pierścieni, które wspólnie wyznaczają w przybliżeniu kształt zwężającej się w kierunku strumienia materiału zasypowego, w szczególności piramidalnej bryły mającej szereg otworów, i są połączone ze sobą, co najmniej wzdłuż jednej tworzącej.

Korzystnie przed środkiem do rozpraszania znajduje się, co najmniej jeden środek do centrowania strumienia materiału zasypowego.

Korzystnie ten środek do centrowania ma, co najmniej jeden otwór centrujący ico najmniej jeden środek do odprowadzania nadmiaru materiału zasypowego, korzystnie następny otwór, przez który może być odprowadzany nadmiar materiału zasypowego występujący ewentualnie przy centrowaniu strumienia tego materiału.

Ponadto ten środek do centrowania jest wykonany, jako blacha centrująca, która ma blachę kołowo-pierścieniową o promieniu wewnętrznym i zewnętrznym, z której usunięto jej część, w szczególności segment lub wycinek kołowo-pierścieniowy.

Korzystnie ta blacha centrująca jest wykonana tak, że z blachy kołowo-pierścieniowej usunięto segment kołowo-pierścieniowy o kącie środkowym 180°.

W porównaniu ze stanem techniki zgodne z wynalazkiem nieruchome i stacjonarne urządzenie wsadowe ma różne zalety.

Istotną zaletą jest mniejsza podatność urządzenia na zużycie mechaniczne i termomechaniczne. Części ruchome mogą być stosowane tylko warunkowo w wyższej temperaturze, ponieważ ich przystosowanie do takich warunków pociąga za sobą nieproporcjonalnie wysokie nakłady.

Ponadto, urządzenia ruchome wymagają na ogół napędu, który po pierwsze wymaga dodatkowych nakładów na konserwację, a po drugie musi być odpowiednio zwymiarowany dla poruszania termicznie odpornego i mocnego, w szczególności specjalnie uzbrojonego urządzenia, awięc zużywa dużo energii.

Według wynalazku rozrzut węgla odbywa się przez wstawienie urządzenia wsadowego w strumień spadającego węgla, co zapewnia w zasadzie równomierne, w szczególności osiowo-symetryczne ładowanie na powierzchnię zwęglonego złoża. W zależności od wykonania tego urządzenia wsadowego, można odpowiednio ustalać profil powierzchni, co pozwala wpływać celowo na przepływ gazu i materiału stałego w złożu. W szczególności, według następnej korzystnej odmiany realizacji wynalazku, za pomocą urządzenia wsadowego można ładować materiał w kilka miejsc rozdzielając strumień materiału zasypowego.

Można też wyobrazić sobie ruchome wykonanie urządzenia wsadowego według wynalazku, co pozwala celowo zasilać poszczególne strefy powierzchni, zwłaszcza złoża stałego, w szczególności wstępnie posortowanym materiałem zasypowym.

Rozprowadzanie węgla na powierzchnię złoża, przy czym węgiel w większych kawałkach znajduje się w gorzej przewiewnym środku reaktora stapiająco-zgazowującego, przyczynia się do tego, że ładowany węgiel jest wystawiony bardziej równomiernie na działanie gorącego gazu ijest ciągle odgazowywany. Nie ma nagłych przemieszczeń materiału ze stref chłodniejszych do bardziej gorących, a produkcja gazu jest równomierna lub też stabilna. Rozpraszanie węgla zapobiega nieregularnemu odpływowi od środkowego stożka usypowego na zewnątrz.

Dzięki temu jest zapewniona jednorodna struktura złoża zwęglonego (złoża węgla zbrylonego) i oprócz produkcji gazu bardziej równomierny jest też skład chemiczny żużla i surówki na obrzeżu

PL 196 171 B1 (aktywna strefa złoża). Efektem tej równomierności jest bardziej jednorodne prowadzenie żużla i poprawa przewiewności, co z kolei wpływa dodatnio na funkcję wymiany ciepła w złożu stałym oraz na jakość surówki.

Dzięki określonemu rozpraszaniu węgla, na powierzchnię złoża zwęglonego nie ma spływu materiału ze środkowego stożka usypowego. Nie jest już możliwe nagłe, niekontrolowane zsuwanie się większej ilości węgla na zewnątrz.

Rozpraszanie węgla na powierzchni złoża ogranicza tworzenie się spieków, które zakłócają przepływ materiału w reaktorze, ponieważ nie ma nadmiernego skupiania się materiału, który znajduje się w tym samym stadium pirolizy.

Ponadto dzięki takiemu rozpraszaniu następuje równomierne odgazowanie, gdyż węgiel jest ładowany bezpośrednio do strefy przewiewu i nie ma niekontrolowanego zsuwania, a więc nagłego odgazowania.

Symetryczne równomierne rozłożenie węgla daje także tę korzyść, że miesza się on jednolicie na obrzeżu z DRI. Równomierna ilość surówki i żużla a także ich stały w przybliżeniu skład chemiczny na obrzeżu polepszają warunki metalurgiczne w złożu reaktora powyżej dysz tlenowych. Żużel może łatwiej odpływać i poprawia się przewiewność wsadu.

W przypadku wykorzystania nieruchomego, stacjonarnego, w szczególności niemającego napędu urządzenia wsadowego, które znajduje się nad środkiem reaktora, zgodnie z odmianą realizacji wynalazku węgiel jest rozprowadzany, w szczególności osiowo-symetrycznie, na dużej powierzchni, przy czym węgiel nie jest ładowany na środek reaktora. Zbrylony węgiel dostaje się poprzez segregację do środka i do strefy kolumny niestopionego wsadu. Dzięki temu kolumna ta jest zasilana zbrylonym węglem i poprawia się przez to drenaż aż do spustu. Trzeba przy tym utrzymywać mały udział DRI w strefie, gdzie z uwagi na niską prędkość gazu jest mały przepływ ciepła (słaba przewodność cieplna).

Poprzez tak ukształtowany profil powierzchni złoża zwęglonego i sterowany rozkład wielkości ziarna na powierzchni przekroju, można oddziaływać na przepływ gazu i odpływ fazy ciekłej. Poprawiają się warunki wymiany ciepła w złożu stałym, dzięki czemu zmniejsza się zapotrzebowanie na energię. Oddalenie strumienia gazu od ścianki chroni ogniotrwałą wykładzinę.

Doprowadzanie węgla w grubych kawałkach na środek złoża stałego reaktora stapiającozgazowującego umożliwia powstawanie kolumny niestopionego wsadu o większej porowatości, dzięki czemu do tej strefy może dopływać więcej ciepła w strumieniu gazu, faza ciekła może spływać w tej strefie i minimalizowane są zakłócenia powyżej strefy zgazowywania. Zrównoważenie przewiewności wsadu redukuje zawartość pyłu w gazie procesowym. W efekcie zmniejsza się przenoszenie pyłu do szybu redukcyjnego, następuje odciążenie instalacji zwrotnego doprowadzania pyłu i występuje mniej osadów w procesie.

Przewidziano umieszczenie urządzenia wsadowego, które rozdziela strumień materiału zasypowego na kilka strumieni cząstkowych i w ten sposób poprzez bezpośrednie lub pośrednie rozprowadzanie jest ładowany zbrylony węgiel na środek albo w inne miejsce określone w procesie, w szczególności reaktora stapiająco-zgazowującego.

Dzięki urządzeniu według wynalazku materiał zasypowy w pierwszej fazie jest równomiernie rozpraszany, a w drugiej fazie jest rozprowadzany promieniowo na zewnątrz.

Rozprowadzanie promieniowe polega na tym, że określona część powierzchni jest osłonięta przez środek do rozprowadzania promieniowego, a więc dochodzi do niej mniej materiału zasypowego. Stożek rozpraszający powoduje nie tylko rozprowadzanie promieniowe, lecz także osłania określony wycinek powierzchni.

Środek do rozprowadzania promieniowego jest wykonany jako stałe urządzenie umieszczone poniżej środka do rozpraszania.

Środek do rozprowadzania promieniowego ma osiowo-symetryczną, zwężającą się w kierunku strumienia zasypowego, w szczególności stożkową część, i ewentualnie prętową część, przy czym zwężająca się część centrycznie łączy się ewentualnie z prętową częścią, w kierunku strumienia materiału zasypowego.

Jednakże są możliwe wypukłe i wklęsłe struktury, a także w zasadzie piramidalne bryły, i ponadto ich kombinacje, oile spełniają one funkcję promieniowego rozprowadzania materiału zasypowego.

Ewentualnie istniejąca prętowa część środka do rozprowadzania promieniowego służy też do ustalenia oraz ustawienia pozycji części stożkowej.

PL 196 171 B1

Część stożkowa powoduje promieniowe rozprowadzanie materiału zasypowego, który odbija się od powierzchni bocznej albo ześlizguje się po niej, i w ten sposób ulega specyficznemu rozkładowi.

Przy tym część powierzchni, w szczególności powierzchni złoża stałego, która jest przykryta i osłonięta przez stożek lub też jego przedłużoną w myśli pobocznicę, w przypadku odbijania się lub ześlizgiwania materiału zasypowego po powierzchni bocznej stożka, jest załadowywana przez bezpośrednie rozprowadzanie mniejszą ilością materiału zasypowego niż przeciętnie inna część powierzchni.

Zwężająca się część środka do rozprowadzania promieniowego ma, co najmniej jeden stożek lub stożek ścięty o kącie rozwarcia tworzącej względem linii osiowej wynoszącym poniżej 60°, korzystnie mieszczącym się w zakresie 10-60°.

Przy tym środek do rozprowadzania promieniowego jest wykonany z materiału ogniotrwałego odpornego na zużycie i/lub ma tak zwaną wyściółkę materiałową. Korzystnie stożek lub stożek ścięty u swej podstawy ma średnicę wynoszącą 50% średnicy środka do rozpraszania lub też przekroju urządzenia zasilającego.

W szczególności chodzi przy tym o bryłę piramidalną, w której krawędzie jej pomyślanego płaszcza są połączone żebrami, w szczególności o przekroju osiowo-symetrycznym.

Przy tym korzystnie skupiony strumień materiału zasypowego jest rozprowadzany lub też rozpraszany równomiernie na przykład na złoże zwęglone (złoże zbrylonego węgla) reaktora stapiającozgazowującego.

Przy tym materiał zasypowy podlega, czasem kilkakrotnemu, odchyleniu podczas rozpraszania, przy czym dzięki specjalnej konstrukcji według wynalazku uzyskuje się znacznie bardziej równomierne rozproszenie materiału zasypowego w porównaniu ze stanem techniki.

Dzięki rozwiązaniu według wynalazku materiał zasypowy jest rozprowadzany w płaszczyźnie normalnej do kierunku strumienia tego materiału lub też - patrząc zgóry - w kierunku promieniowym i stycznym. Natomiast znany stożek rozpraszający (patrz np. EP-A-0076472) powoduje głównie rozprowadzanie materiału zasypowego - patrząc zgóry - w kierunku promieniowym w obrębie małego pierścienia.

Środek do rozpraszania powoduje rozpraszanie strumienia materiału zasypowego - patrząc zgóry - nie tylko promieniowo na zewnątrz, lecz także promieniowo do wewnątrz. Dzięki specjalnej formie zwężającej się, w szczególności piramidalnej bryły następuje zgodnie z wynalazkiem rozpraszanie promieniowe, przy czym jednakże występuje tendencja do rozpraszania większej ilości materiału na zewnątrz, na większym promieniu, niż do wewnątrz na małym promieniu.

Środek do rozpraszania ma pewną liczbę w przybliżeniu pierścieniowych korpusów, które wyznaczają w przybliżeniu kształt zwężającej się w kierunku strumienia materiału zasypowego, w szczególności stożkowej bryły.

Ponadto pierścieniowe korpusy są połączone ze sobą wzdłuż jednej lub kilku tworzących.

Środek do rozpraszania musi pokrywać cały przekrój strumienia materiału zasypowego. Dodatkowo otwory na środku do rozpraszania muszą mieć, co najmniej wielkość odpowiadającą maksymalnej wielkości ładowanego materiału.

Prętowe, pierścieniowe lub spłaszczone elementy są wykonane z materiałów ogniotrwałych odpornych na zużycie i udary, i/lub mają korzystnie przekrój prostokątny lub trójkątny.

Blacha centrująca w urządzeniu wsadowym służy do skupiania i centrowania strumienia materiału zasypowego lub też samego materiału zasypowego, który jest doprowadzany z zasobnika na przykład przenośnikiem ślimakowym. Przy takim doprowadzaniu występuje zawsze pewne pole zrzutu, które zmienia się w zależności od prędkości obrotowej lub też wydajności przenośnika.

Przy tym blacha centrująca jest wykonana tak, że ma co najmniej jeden pierwszy otwór, który jest przeznaczony do centrowania materiału zasypowego, a także co najmniej jeden środek do odprowadzania, korzystnie otwór do odprowadzania występującego ewentualnie nadmiaru materiału. Taki nadmiar tworzy się, gdy jest zatkany zgodny z wynalazkiem pierwszy otwór skupiający.

W szczególności ta blacha centrująca jest wykonana tak, że z blachy kołowo-pierścieniowej o wewnętrznym i zewnętrznym promieniu usunięto jej część, w szczególności co najmniej jeden sektor kołowy lub segment kołowo-pierścieniowy.

Alternatywne wykonania mają na przykład łukowe lub lejkowe blachy centrujące.

Centrujący otwór blachy centrującej w przypadku ukształtowania kołowo-pierścieniowego, ma korzystnie postać ograniczonego pierścieniem kołowym otworu centrującego blachy. Następne otwory, które odpowiadają środkowi do odprowadzania, mogą być przewidziane tak, że łączą się one

PL 196 171 B1 z otworem centrującym i nie wyróżniają się z niego strukturalnie. Jednakże pozostaje nadal oddzielenie funkcjonalne, ponieważ te następne otwory służą do odprowadzania nadmiaru materiału.

Blacha centrująca urządzenia wsadowego jest umieszczona tak, że środek transportowy, w szczególności wspomniany przenośnik ślimakowy, podaje materiał zbrylony na blachę centrującą iprzy tym korzystnie materiał nie dochodzi do tej części blachy, która ma środek do odprowadzania, na przykład dodatkowe następne otwory do odprowadzania materiału gromadzącego się przy zatkaniu pierwszego otworu centrującego blachy centrującej.

Przy tym na blasze centrującej tworzy się w szczególnie korzystny sposób stożek usypowy, z którego materiał spływa przez wspomniany pierwszy otwór centrujący, i w ten sposób jest centrowany.

Dzięki konstrukcji zgodnej z wynalazkiem, w razie, w szczególności krótkotrwałego, zatkania otworu centrującego blachy centrującej, materiał zasypowy może być odprowadzany poprzez wspomniany środek do odprowadzania.

W porównaniu ze znanymi w stanie techniki urządzeniami do centrowania strumienia materiału zasypowego uzyskuje się szereg korzyści.

Zwłaszcza w razie załadowywania za pomocą przenośnika ślimakowego trzeba uwzględnić paraboliczny tor strumienia materiału zasypowego. Występująca przy tym prędkość pozioma powoduje określone przemieszczenie strumienia materiału zasypowego i przez to mimośrodowy napór na urządzenie do rozprowadzania materiału.

Ponadto, w razie wykorzystywania znanego ze stanu techniki urządzenia, na przykład rury o zmniejszającej się średnicy, w wyniku zmiany przepustowości następuje zatkanie lub zaczopowanie środka do centrowania strumienia materiału zasypowego. Natomiast blacha centrująca w wykonaniu według wynalazku oprócz jednego lub kilku otworów centrujących ma, co najmniej jeden środek do odprowadzania nadmiaru materiału.

Otwór skupiający w wykonaniu według wynalazku, ma wielkość odpowiadającą co najmniej 6do 10-krotności maksymalnej średnicy doprowadzanego materiału zasypowego.

Dzięki powstawaniu stożka usypowego i związanemu z tym zsuwaniu się materiału zasypowego na tym stożku przez otwór centrujący, występują znacznie mniejsze w porównaniu ze stanem techniki mechaniczne lub termomechaniczne obciążenia urządzenia. Ponadto środek do centrowania jest wykonany z materiałów ogniotrwałych i odpornych na zużycie.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig.1 przedstawia schematycznie rozprowadzanie węgla w reaktorze stapiająco-zgazowującym na przykładzie stacjonarnego urządzenia wsadowego, fig.2 - przykład odmiany realizacji zgodnego z wynalazkiem stacjonarnego urządzenia wsadowego.

Na fig. 1 pokazano rozprowadzanie węgla w reaktorze stapiająco-zgazowującym 1. Węgiel jest doprowadzany do tego reaktora ze stacjonarnego urządzenia wsadowego 2. Ponadto przewidziano na reaktorze 1 doprowadzenie 3 dla DRI, na przykład przez kilka otworów rozmieszczonych koncentrycznie względem doprowadzenia węgla, zwrotne doprowadzenie 4 pyłu, doprowadzenie 5 tlenu, a także spust 15 żużla i surówki i odprowadzenie 6 gazu.

Węgiel jest rozprowadzany równomiernie na osiowo-symetryczne złoże 7 reaktora stapiającozgazowującego 1, przy czym w wyniku specjalnego wykonania urządzenia wsadowego 2 węgiel nie dochodzi na środek lub dochodzi doń jedynie mała ilość węgla. Na fig. 1 przedstawiono schematycznie rozprowadzanie węgla przez bezpośrednie doprowadzanie, przy czym naszkicowano w szczególności profil 8 rozkładu węgla. Tak, więc strumień masowy trafiający na powierzchnię w strefie połowy promienia jest znacznie większy niż na środku złoża.

Poprzez segregację następuje zmiana rozkładu węgla, a także w szczególności rozkładu wielkości ziarna złoża zwęglonego, gdyż większe kawałki węgla zsuwają się do środka złoża i dostają się w obszar tak zwanej kolumny 9 niestopionego wsadu. Tak, więc kolumna ta i trzon są zasilane węglem w większych kawałkach (zwęglonym). Dzięki specjalnemu rozłożeniu, w szczególności węgla w większych kawałkach, następuje poszerzenie aktywnego złoża zwęglonego, co w efekcie poprawia przewiewność środka.

Na fig. 2 przedstawiono schematycznie zgodne z wynalazkiem stacjonarne urządzenie wsadowe 2. Urządzenie to ma blachę skupiającą 10, która służy do koncentracji strumienia materiału zasypowego doprowadzanego z zasobnika przenośnikiem ślimakowym. Blacha skupiająca 10 jest wykonana tak, że z blachy kołowo-pierścieniowej usunięto jej połowę symetryczną względem zewnętrznej średnicy blachy. Blacha ta ma otwór skupiający 11, a także otwór 12 do odprowadzania nadmiaru materiału.

PL 196 171 B1

Dzięki wykonaniu blachy skupiającej według wynalazku, pomijając sam otwór centrujący blachy skupiającej, duża część otworu wsadowego reaktora stapiająco-zgazowującego pozostaje nieosłonięta, co umożliwia odpływ nadmiaru materiału zasypowego.

Poniżej blachy skupiającej strumień materiału zasypowego jest rozprowadzany równomiernie przez środek do rozpraszania 13, wtym przypadku rozrzutnik węgla, specjalną odmianę deflektora, w wolnej przestrzeni lub też na powierzchnię złoża reaktora stapiająco-zgazowującego. Badania wykazały, że kształt tego rozrzutnika ma duży wpływ, na jakość rozkładu węgla na złożu, przy czym szczególnie sprawdził się rozrzutnik węglowy o pokazanym na rysunku kształcie. Przy tym rozrzutnik węglowy ma w przybliżeniu kształt piramidalny i umożliwia przez to rozpraszanie materiału zasypowego.

Poniżej rozrzutnika węglowego znajduje się środek do rozprowadzania promieniowego 14 ze stożkiem, który blokuje doprowadzanie materiału na środek złoża zwęglonego lub co najmniej zmniejsza ilość ładowanego do tej strefy materiału zasypowego. Stożek ten według następnej odmiany zgodnej z wynalazkiem może być zamocowany na części cylindrycznej i ma w szczególności kąt rozwarcia między tworzącą i linią osiową wynoszący około 10-60°. Przy tym szczególnie korzystny jest kąt rozwarcia od 30° do 45°.

Wszystkie części przedstawionego tu urządzenia muszą być dostosowane swoimi właściwościami użytkowymi do warunków otoczenia. W przypadku wykorzystania w reaktorze stapiającozgazowującym większość części jest wykonana z materiałów ogniotrwałych odpornych na ścieranie. Poza tym części wystawione na działanie szczególnie wysokiej temperatury mogą mieć ogniotrwałą okładzinę.

Te części przedstawionego tu urządzenia, które zgodnie z doświadczeniem są narażone na obciążenia powodujące szczególne zużycie, są chronione dodatkowo opancerzeniem, na przykład przez napawanie blach mających wysoką odporność na zużycie.

Claims (9)

1. Sposób wytwarzania złoża stałego w reaktorze stapiająco-zgazowującym, w którym zbrylony materiał zasypowy zawierający wstępnie zredukowaną rudę żelaza oraz składniki zawierające węgiel ładuje się na powierzchnię, przy czym wstępnie zredukowana ruda żelaza i składniki zawierające węgiel wprowadza się do reaktora stapiająco-zgazowującego poprzez różne otwory, ztym że wstępnie zredukowaną rudę żelaza ładuje się poprzez szereg otworów usytuowanych poza obszarem centralnym, a ponadto składniki zawierające węgiel ładuje się centralnie za pomocą urządzenia załadowczego, przy czym składniki zawierające węgiel za pomocą środka do rozprowadzania promieniowego rozdziela się patrząc z góry - w kierunku promieniowym na zewnątrz, i przy czym prowadzi się, korzystnie równomierne, przemieszanie wstępnie zredukowanej rudy żelaza ze składnikami zawierającymi węgiel, znamienny tym, że całą wstępnie zredukowaną rudę żelaza ładuje się na aktywną strefę obwodową (obrzeże) złoża stałego, a składniki zawierające węgiel przed trafieniem do środka służącego do rozprowadzania promieniowego rozprasza się na środku do rozpraszania - patrząc zgóry - w kierunku promieniowym i stycznym, zaś gruboziarnistą frakcję składnika zawierającego węgiel, której średnia wielkość ziarna przewyższa średnią wielkość ziarna składników zawierających węgiel, ładuje się na środek powierzchni iwten sposób powstaje, korzystnie stały, wstępnie określony rozkład wielkości ziarna.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że składnik zawierający węgiel rozprowadza się przez urządzenie wsadowe na powierzchnię w zasadzie osiowo-symetrycznie, przy czym na środek powierzchni poprzez bezpośrednie rozprowadzanie trafia mniej materiału niż wynosi przeciętna ilość z innych miejsc powierzchni między środkiem i obrzeżem aktywnej strefy obwodowej złoża stałego.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że gruboziarnistą frakcję składników zawierających węgiel, ładuje się wprowadzając ją najpierw w odstępie od środka na złoże stałe poprzez obniżenie w środku poziomu złoża stałego, toteż dochodzi ona samoczynnie na środek powierzchni drogą pośredniego rozprowadzenia, w szczególności poprzez segregację.

4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że przed rozpraszaniem strumień materiału zasypowego w postaci składników zawierających węgiel centruje się, przy czym strumień materiału zasypowego podaje się na środek do centrowania, gdzie materiał zasypowy przechodzi przez szereg otworów centrujących środka do centrowania, przy czym ewentualny nadmiar materiału zasypowego spływa, przez co najmniej jeden środek do odprowadzania, w szczególności przez następny otwór.

PL 196 171 B1

5. Urządzenie do wytwarzania złoża stałego w reaktorze stapiająco-zgazowującym, zawierające reaktor stapiająco-zgazowujący z urządzeniem wsadowym, usytuowanym centralnie, mającym szereg otworów usytuowanych poza obszarem centralnym w kopule reaktora stapiająco-zgazowującego do wprowadzania wstępnie zredukowanej rudy oraz urządzenie wsadowe do wprowadzania zawierających węgiel składników materiału zasypowego, przy czym urządzenie wsadowe ma, co najmniej jeden środek do promieniowego rozprowadzania materiału zasypowego - patrząc z góry - w kierunku promieniowym na zewnątrz, znamienne tym, że urządzenie wsadowe przed środkiem do rozprowadzania promieniowego ma, co najmniej jeden umieszczony w górnej części reaktora, korzystnie stały środek do rozpraszania (13) materiału zasypowego, przy czym co najmniej część materiału zasypowego jest rozprowadzana - patrząc z góry - w kierunku promieniowym i stycznym, przy czym środek do rozpraszania (13) materiału zasypowego ma pewną liczbę połączonych ze sobą prętowych i/lub spłaszczonych elementów, które wspólnie wyznaczają w przybliżeniu kształt zwężającej się w kierunku strumienia materiału zasypowego, w szczególności piramidalnej bryły mającej szereg otworów, pewną liczbę pierścieni, które wspólnie wyznaczają w przybliżeniu kształt zwężającej się w kierunku strumienia materiału zasypowego, w szczególności piramidalnej bryły mającej szereg otworów, i są połączone ze sobą, co najmniej wzdłuż jednej tworzącej.

6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że przed środkiem do rozpraszania znajduje się co najmniej jeden środek do centrowania (10) strumienia materiału zasypowego.

7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, środek do centrowania (10) ma, co najmniej jeden otwór centrujący (11) i co najmniej jeden środek do odprowadzania nadmiaru materiału zasypowego, korzystnie następny otwór, przez który może być odprowadzany nadmiar materiału zasypowego występujący ewentualnie przy centrowaniu strumienia tego materiału.

8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że środek do centrowania jest wykonany jako blacha centrująca, która ma blachę kołowo-pierścieniową o promieniu wewnętrznym i zewnętrznym, z której usunięto jej część, w szczególności segment lub wycinek kołowo-pierścieniowy.

9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że blacha centrująca jest wykonana tak, że z blachy kołowo-pierścieniowej usunięto segment kołowo-pierścieniowy o kącie środkowym 180°.