Opublikowano dnifr 20 lipca 1961 r.Sjf/O ******* £ ^ POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 44845 Akademia Górniczo-Hutnicza*) Kraków, Polska ki. ij Hj/y/tra Sposób otrzymywania zelaza metalicznego z rud oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Patent trwa od dnia 25 lipca 1960 r.Do otrzymywania zelaza metalicznego z rud uzywane sa powszechnie od dawna wielkie piece. Wielkie piece pozwalaja na uzyskanie duzej produkcji z jednostki jak tez odznaczaja sie wysoka wydajnoscia cieplna, nie mniej jednak maja one wiele ujemnych cech, do których nalezy przede wszystkim koniecznosc stosowania wysokogatunkowego koksu jako pa¬ liwa. Stanowi to powazny problem ze wzgledu na coraz bardziej wyczerpujace sie zloza wegli koksujacych. Ponadto nie mozna stosowac w wielkim piecu rud mialkich i pylowych, które wystepuja obecnie w coraz wiekszych ilosciach na skutek stosowania procesów wzbogacania.Rudy mialkie i pylowate aby mogly byc pod¬ dane procesowi w wielkim piecu musza byc uprzednio zbrylone. Wiaze sie to z budowa odpowiednich i kosztownych urzadzen. Wyto- *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze twórca wynalazku jest doc. dr inz. Eugeniusz Mazanek. pione w wielkim piecu zelazo zawsze zawiera znaczne ilosci takich domieszek jak wegiel, krzem, mangan, fosfor i siarka. Szczególnie klopotliwe sa domieszki fosforu i siarki, które w wielu przypadkach moga dyskwalifikowac otrzymana surówke, przeznaczona d_o okreslo¬ nych celów jak np. do wytopu stali szlachet¬ nych.W celu usuniecia ujemnych cech wielkiego pieca sa prowadzone od kilku lat intensywne badania i poszukiwania za takimi metodami, które pozwolily by wytwarzac zelazo poza wiel¬ kim piecem bez uzycia koksu, z mialkich i py- lowatych rud, przy czym dazy sie do uzyskania zelaza zawierajacego minimalne ilosci domie¬ szek.Do znanych metod w tej dziedzinie nalezy miedzy innymi metoda H-iron czyli zelazo- -wodorowa, która polega na redukcji pylowa- tej rudy zelaznej za pcmoca gazowego wodoru w temperaturze 57Q°C i pod cisnieniem 17—zOatmosfer. W czasie procesu ruda znajduje sie w stanie fluidyzacji, czyli zawieszenia w pra¬ dzie |$lj3i ret^j^ra^W metodzie zwanej RN stosuje-sie piec obrotowy, w którym drobno- kawalkowa rudafub grudki rudy, utworzone z rud pylowatych sa redukowane pólkoksem i goracymi gazami w temperaturze 1050°C.Metoda Wiberga ^polega ria wykorzystaniu pieca szybowego, w itórym bogata ruda kawal¬ kowa lub grudki rudy sa redukowane plyna¬ cym od dolu goracym gazem o temperaturze okolo 1000°C zawierajacym glównie CO. Gaz redukujacy jest wytwarzany w elektro-czadni- cy wypelnionej weglem drzewnym lub koksem.W metodzie Hóganasa ruda kawalkowa jest redukowana za pomoca wegla drzewnego lub niskopopiolgwego wegla kamiennego. Rude i wegiel przesypuje sie na przemian cienkimi warstwami w pionowych skrzyniach wykona¬ nych ze stali zaroodpornej lub karborundu.Skrzynie sa umieszczone na wózkach i przesu¬ wane wolno w ciagu 3—5 dni przez piec tune¬ lowy, w którym panuje temperatura 1100°C, przy czym nastepuje redukcja rudy.Dymarkowa metoda Kruppa polega na prze¬ robieniu w piecu obrotowym drobno kawalko¬ wej ubogiej rudy zmieszanej z drobnym kok- sikiem. Mieszanka ogrzewa sie w przeciwpra- dzie gazów spalinowych na skutek obrotu pie¬ ca, wsad wolno przesuwa sie przez okolo 24 godz. do ujscia, przy czym ruda redukuje sie.Dzieki czesciowemu nadtopieniu rudy naste¬ puje czesciowe oddzielenie zelaza od skaly plonnej.Metody te nie znalazly jednak szerszego za¬ stosowania, badz to ze wzgledu na pracochlon¬ nosc procesu i mala wydajnosc, badz tez ze wzgledu na wysokie koszty danej metody.Inaczej rozwiazuje to zagadnienie sposób i urzadzenie do otrzymywania zelaza metalicz¬ nego z rud wedlug wynalazku, które pozwala stosowac jak najbardziej pylowate rudy o ziar¬ nistosci ponizej 1 mm, bez uzycia wegla kok¬ sujacego, zas produkt koncowy zawiera jako domieszke jedynie wegiel. Najwazniejszymi ce¬ chami procesu jest jego ciaglosc, wykorzystanie wlasnych gazów redukcyjnych bez potrzeby do¬ prowadzania gazu-reduktora z zewnatrz oraz bardzo duze wykorzystanie objetosci pieca, wy¬ noszace okolo dziesieciokrotnie wiecej niz w wielkim piecu.Piec jest uwidoczniony na rysunku, na któ¬ rym fig. 1 przedstawia przekrój podluzny, a fig. 2 — przekrój poprzeczny.W ogniotrwalej obudowie 2 jest osadzona retorta 1 wykonana z materialu dobrze prze¬ wodzacego cieplo, np. ze stali zaroodpornej, karborundu lub innego materialu ceramicznego.Retorta 1 moze byc wykonana ze zbieznoscia na calej lub czesci dlugosci to znaczy, ze Jej przekrój od strony zaladowczej bedzie szerszy o np. 10 mm w porównaniu ze strona zsypowa.Przekrój poprzeczny retorty moze byc okragly, owalny, prostokatny lub innych, a wymiary zaleza od ilosci zadanej produkcji: przekrój ooprzeczny okragly, moze wynosic np.P = 250—300 mm lub (prostokatny (200—250) X X (600—900) mm, zas dlugosc retorty winna wynosic 12—20 razy wiecej niz przeliczeniowa srednica przekroju poprzecznego.Na jednym koncu pieca jest zainstalowane urzadzenie 3 do zaladowywania wsadu oraz urzadzenie 4, tlokowe, srubowe lub inne do przepychania wsadu. Na drugim koncu pieca znajduja sie ujscie 5 dla gazów oraz zsyp 6 z urzadzeniem do odbioru gotowego produktu.Obudowa 2 otaczajaca retorte 1 moze byc wzmocniona z zewnatrz stalowym pancerzem.Pomiedzy retorta 1 a obudowa 2 sa umiesz¬ czone kanaly grzewcze 7, w których przeply¬ waja spaliny ogrzewajace retorte. W celu zwiekszenia wydajnosci urzadzenia jest zain¬ stalowany obok niego regenerator 8 lub reku- perator do podgrzewania gazu grzewczego i powietrza. Do ogrzewania retorty 1 mozna stosowac niskokaloryczny gaz oraz gaz powsta¬ jacy pqdcias procesu wewnatrz retorty.Dla wyprodukowania 1 t Fe/24 godz. retorta 1 urzadzenia wedlug wynalazku potrzebuje za¬ ledwie okolo 0,065 m3 swej objetosci, gdy dla wyprodukowania tej samej ilosci zelaza na do¬ be wielki piec potrzebuje najmniej 0,6 m3 ob¬ jetosci, a stosowane do tego samego celu piece obrotowe potrzebuja okolo 3 m3 objetosci pieca.Mieszanka skladajaca sie z rudy pylastej i mialu lub pylu wegla niekoksujacego w ilosci pn. 20—25% w stosunku do rudy, jest ubijana lub prasowana -najlepiej w postaci brykietów o ksztalcie i wymiarach odpowiadajacych po¬ przecznemu profilowi retorty 1. Brykiety sta¬ nowia wsad i sa wprowadzane w sposób ciagly do retorty poprzez urzadzenie 3. Jeden brykiet stanowi jeden nabój, który przesuwa urzadze¬ nie 4 wzdluz retorty 1. Czestotliwosc zalado¬ wywania kazdego naboju oraz jego okresowy przesuw w retorcie 1 jest skorelowany z dlu¬ goscia retorty w ten sposób, aby czas pozostar wania naboju w retorcie wynosi 90—120 miniit, — 2 —zaleznie od redukcyjnoici rudy i ilosci wegla zawartego w naboju, co jest potrzebne dla uzyskania pelnej redukcji rudy.N"a skutek ogrzewania retorty 1 za pomoca kanalów grzewczych 7 utrzymuje sie w jej wnetrzu temperatura 1000—1020°C. Zimny na¬ bój wchodzacy do retorty w strefe wysokich temperatur nagrzewa sie. Po nagrzaniu do tem¬ peratury okolo 400°C rozpoczyna sie intensyw¬ ne wydzielanie gazu, który przedostaje sie po¬ przez zbita w nim mase rudy i wegla do ujs- cia 5. Wydzielanie gazów redukcyjnych z wegla na skutek jego destylacji odbywa sie przez caly czas przesuwania naboju przez retorte 1 i zakancza sie dopiero w jej koncowej czesci.• Przez ten czas ruda sprasowana w naboju jozo_staje stale pod dzialaniem wlasnych gazów redukcyjnych, które plyna w kierunku zgod- "nym z kierunkiem przesuwu naboju. Sila re¬ dukcyjna gazów jest stale odnawiana przez bezposrednie ich stykanie sie z weglem spra¬ sowanym wraz z ruda, co umozliwia uzyska¬ nie prawie 100% redukcji rudy w ciagu krót¬ kiego okresu czasu. Dzieki temu proces reduk¬ cyjny zachodzacy w retorcie nie wymaga do- prowadzania^z^zewnatrz zadnxch_j,n^ixclv^zów r^dujsc^inych. Proces^ redukcyjny moze byc prowadzony przy normalnym cisnieniu lub tez przy cisnieniu podwyzszonym, uzyskanym przez zdlawienie w ujsciu 5 gazów, wydobywajacych sie z naboju. Uchodzace z retorty gazy reduk¬ cyjne maja wartosc kaloryczna okolo 40Ó0 Kcal/Nm3 i sa wykorzystywane do ogrzewania retorty w kanalach grzewczych 7. Prawie cal¬ kowicie zredukowana ruda zawarta w naboju jest wypychana przez zsyp 6 do urzadzenia od¬ biorczego, po czym jest poddawana dalszej przeróbce.Wykorzystujac temperature gotowego pro¬ duktu mozna go wprowadzic bezposrednio do pieca elektrycznego, zainstalowanego obok re¬ torty i przetopic na surówke albo tez gotowy produkt mozna ochlodzic w warunkach atmos¬ fery obojetnej, a nastepnie rozdrobnic np. przez zmielenie, co jest bardzo latwe ze wzgledu na kruchosc wsadu i poddac wzbogaceniu elektro- -magnetycznemu. W pierwszej odmianie proce¬ su po przetopieniu w piecu elektrycznym otrzymuje sie surówke o zawartosci wegla do 4% i tylko ze sladami forforu i siarki. Zasto¬ sowanie goracego wsadu, praktycznie calkowi¬ cie zredukowanego znacznie zwieksza wydaj¬ nosc pieca elektrycznego, który moze przetopic okolo CLterokrotnie wieksza ilosc wsadu niz przy uzyciu wsadu zimnego i niezredukowa- nego oraz prz^ uzyciu zaledwie 550^650 kWh/t Fe, zamiast jak dotychczas 2400 kWh/t Fe.W drugiej odmianie procesu zredukowany w retorcie produkt jest chlodzony i mielony, a nastepnie poddany wzbogaceniu magnetycz¬ nemu. Wzbogacony produkt stanowi pyl, który zawiera 94—95% zelaza, okolo 0,8% wegla i jest praktycznie wolny od innych domieszek.Tak otrzymany pyl zelaza poddaje sie spraso¬ waniu w brykiety, które z kolei stanowia wysokogatunkowy wsad clo wytopu stali szla¬ chetnych w piecach< elektrycznych lub marte- nowskich.Przyklad: wsad obliczony na 1 t gotowego produktu sklada sie z okolo 1670 kg koncen¬ tratu rudy pylowatej o zawartosci 60% Fe oraz z okolo 380 kg pylu weglowego o ziarnistosci ponizej 0,5 mm z wegla typu 32—33. Skladniki te miesza sie z soba, a nastepnie prasuje w brykiety w ksztalcie prostokatu o wymiarach 235 X 800 X 40° mm gdzie grubosc brykietu wynosi 400 mm. Kazdy brykiet stanowi jeden nabój, który jest wprowadzany co okolo 4 mi¬ nuty do urzadzenia zaladowczego 3. Bezposred¬ nio przed zaladowaniem nowego naboju do ogrzanej retorty 1, urzadzenie 4 przesuwa znaj¬ dujacy sie w retorcie nabój o 400 mm, dzieki czemu nabój znajdujacy sie na koncu retorty i przebywajacy w niej najdluzej zsunie sie po zsypie 6 do urzadzenia odbiorczego. Nastepnie urzadzenie 4 cofa sie robiac miejsce dla zala¬ dowania * nowego naboju znajdujacego sie w urzadzeniu 3. Wewnatrz retorty panuje tem¬ peratura 1000—1020°C. Nabój po wejsciu do retorty nagrzewa sie przez kilka minut do temperatury okolo 400°C. Po nagrzaniu zaczy¬ naja wydobywac sie z naboju gazy redukcyjne, które uchodza z niego przez caly czas przesu¬ wu wewnatrz retorty, redukujac rude. Nabój jest przesuwany co okolo 4 minuty o 400 mm w kierunku zsypu, tak ze calkowity czas po¬ zostawania naboju w retorcie wynosi 120 mi¬ nut. Czas ten pozwala na prawie 100% zredu¬ kowanie rudy zawartej w naboju.Zredukowany nabój jest zsuwany po zsypie do urzadzenia odbiorczego, po czym moze byc poddany dalszemu przerobowi w dwóch odmia¬ nach.Pierwsza odmiana polega na bezposrednim wprowadzeniu zredukowanych i goracych bry¬ kietów do pieca elektrycznego, w którym sa przetapiane na surówke. Czas przetopu zalezy od pojemnosci pieca elektrycznego, a wydaj¬ nosc moze byc czterokrotnie zwiekszona w sto¬ sunku do wsadu zimnego i niezredukowanego. — 3 —Otrzymana surówka zawiera do 4% wegla oraz slady fosforu i siarki.Druga odmiana polega na ochlodzeniu w at¬ mosferze obojetnej zredukowanych brykietów i ich zmieleniu. Zmielony pyl poddaje sie wzbogaceniu elektromagnetycznemu. Wzboga¬ cony pyl zawiera 94—95% czystego zelaza, oko¬ lo 0,8% wegla oraz okolo 4% trudnych do usu¬ niecia przy wzbogacaniu elektromagnetycznym czesci skaly plonnej. Wzbogacony pyl zelaza poddaje sie nastepnie sprasowaniu w brykie¬ ty o dowolnych wielkosciach. Sprasowane w brykiety zelazo stanowi wsad do pieców elek¬ trycznych lub martenowskich do wytopu wy¬ sokogatunkowych stali szlachetnych.Dla otrzymania sposobem wedlug wynalazku produkcji zelaza wynoszacej 100 t Fe/24 godz. jest potrzebna bateria np. 40 retort o wydaj¬ nosci 25 t/24 godz. kazda, 10 pras brykietuja- cych oraz 2 piece elektryczne, wzglednie od¬ powiednio wydajne urzadzenie do wzbogacenia elektromagnetycznego.Dotychczas dla otrzymania tej samej ilosci zelaza pracuja równoczesnie wielki piec o po¬ jemnosci okolo 1000 m3, dwie baterie koksow¬ nicze np. typu PWR-57 oraz tasma aglomera- cyjna o powierzchni spiekania 75 m2.Zastosowanie sposobu i urzadzenia wedlug wynalazku znacznie zmniejsza koszty inwesty¬ cyjne. PL