Sposób wytwarzania stali przez bezposrednie odtlenianie i topienie rudy zelaza Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia stali przez bezposrednie odtlenianie i topienie rudy zelaza.Znane sa sposoby redukcji rud zelaza, na przy¬ klad metoda Hoganiis, wedlug której podgrzewa sie sprasowane w kapsulki koncentraty rudy ze¬ laza i wegla jako reduktora.Wedlug metody Wiberg-Sóderfors redukcji rudy dokonuje sie gazem, zasadniczo tlenkiem wegla, przy czym gaz, wytworzony w procesie redukcji znajduje sie w obiegu i zostaje naweglony w apa¬ racie do naweglania. Redukcja rudy zelaza przy uzyciu mieszaniny gazu, zlozonej z CO i H2 korzy¬ stna jest z wielu wzgledów.Przy redukcji rud zelaza w piecach szybowych, jak tez w innych rodzajach pieców takich, jak piece obrotowe, nalezy brac pod uwage niebezpie¬ czenstwo sklejania sie, to znaczy spiekania sie materialu.Nie nalezy zatem dopuszczac do tego aby tem¬ peratura w czasie redukcji przekraczala okreslo¬ ny maksymalny poziom.Najwyzsza temperatura, która mozna stosowac w czasie odtleniania zalezy od rodzaju rudy i in¬ nych warunków, lecz rzadko przekracza 1000°C.Niebezpieczenstwo sklejania sie wplywa oczywis¬ cie na predkosc przebiegu reakcji, a przez to na produkcje i stanowi podstawowa niedogodnosc kazdego sposobu redukcji rudy zelaza (z wyjat¬ kiem procesu kapsulkowego). Odtleniona wstepnie 10 25 30 ruda zelaza, wytwarzana bez stosowania metody kaipsulkowej, musi byc ponadto ochladzana poni¬ zej okreslonej temperatury, albowiem wytworzo¬ ne przy odtlenianiu zelazo gabczaste jest zapalne.Ta wlasciwosc zelaza gabczastego stanowi równiez niedogodnosc, gdyz zachodzi niebezpieczenstwo re- oksydacji. Odtlenione zelazo musi byc skladowane w gazoszczelnych pojemnikach lub w inny sposób, zapobiegajacy powstawaniu zaplonu samoczynnego.Stanowi to równiez dodatkowa wade znanych spo¬ sobów i czesto zwieksza koszty wytwarzania.Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania stali przez bezposrednie od¬ tlenianie i topienie rudy zelaza, który nie ma wad sposobów stosowanych dotychczas.Cel wynalazku zostal osiagniety przez to, ze w piecu pracujacym jako piec topienia i ostatecznego odtleniania wytwaTza sie gaz odtleniajacy i prze¬ syla sie go do pieca pracujacego jako piec odtle¬ niajacy. Gaz odtleniajacy przepuszcza sie przez warstwe rudy w postaci grudek w piecu odtlenia- jacym lub przez strumien koncentratu rudy do¬ starczonego w sposób ciagly do pieca, Nastepnie gaz odtleniajacy przepuszcza sie przez warstwe zlomu zelaznego umieszczonego na dnie pieca od- tleniajacego, po czym dokonuje sie zamiany funkcji pieców tak, ze piec odtleniajacy staje sie piecem topienia i ostatecznego odtleniania a piec topienia i ostatecznego odtleniania staje sie piecem odtle- niajacym. 80 64480 644 3 Sposób wytwarzania wedlug wynalazku stali z rud rozdrobnionych lub grudkowanych, przepro¬ wadzany jest w dwóch etapach, przy czym etap pierwszy jest zabiegiem wstepnego odtleniania, redukcja nastepuje przez przepuszczanie gazu re¬ dukujacego przez warstwe grudek lub zetkniecie go ze strumieniem rozdrobnionej rudy. Gaz zostaje nastepnie przepuszczony przez wsad do topienia, przez który moze on przenikac, po czym gaz zo¬ staje odprowadzony. Etap drugi jest wytapianiem i ostatecznym odtienianiem, w czasie którego na¬ stepuje topienie wstepnie odtlemonego wsadu, w sposób na ogól znany oraz jego ostateczne odtle- nieriie dla dalszego wytwarzania stali. W trakcie DlpS^TL WyCEffeTUitBflukcji nastepuje odtlenienie rilj^ Maza ^azenr Jedukcyjnym przepuszczanym pLez warstwe, zlozoite z kulek lub grudek, lub do- PWg§Ste6Bi& i rAyimp*wim?amt6 {w sposób ciagly mialko roz- drflWionej ffidyj a nastepnie przez przepuszczenie, przynajmniej czesciowo, wymienionego gazu przez topliwy wsad, który jest przepuszczalny dla gazu.Wsad taki sklada sie ze zlomu lub czesciowo spie¬ czonych grudek. Nastepnie gaz odprowadza sie do kotla opalanego spalinami odlotowymi. W procesie tym etap drugi -stanowi proces wytapiania i osta¬ tecznego odtleniania. W czasie tego procesu wstep¬ nie odtleniony wsad, bez uprzedniego obnizenia temperatury ponizej poziomu odpowiadajacego re- oksydacji, zostaje stopiony w sposób na ogól zna¬ ny, oraz ostatecznie odtleniony dla dalszego wy¬ twarzania stali.Sposób wedlug wynalazku zapewnia ekonomiczny i korzystny przebieg wytapiania stali. Zastosowanie tego sposobu jest szczególnie przydatne przy uzy¬ ciu pieca, który posiada dwa korpusy piecowe lub najkorzystniej przy stosowaniu tak zwanych pie¬ ców blizniaczych. Konstrukcja pieców tego typu znana jest z brytyjskiego opisu patentowego No. 1010645 oraz opisu patentowego USA No. 3378815 i u- mozHwia uzycie jednego pieca do wstepnego pod¬ grzewania wsadu, podczas gdy w drugim korpu¬ sie pieca odbywa sie topienie przy pomocy ciepla doprowadzonego przy pomocy elektrod. Zgodnie z wynalazkiem najkorzystniejsze jest jednak za¬ stosowanie pieca blizniaczego o specjalnej kon¬ strukcji.Przy zastosowaniu pieca blizniaczego, wyposa¬ zonego w rure dla przeplywu gazów, która laczy obydwa piece, mozna uzyskac szczególnie korzy¬ stne warunki wykorzystania sposobu wedlug wy¬ nalazku. W takim piecu zabieg wstepnego odtlenia¬ nia przebiega w jednym z korpusów pieca pod¬ czas gdy w drugim przebiega proces wytapiania i ostatecznego odtleniania. Po zakonczeniu procesu nastepuje zamiana funkcji, które spelniaja korpusy pieca. Polega to na tym, ze korpus pieca uzyty do wytopu i ostatecznego procesu odtleniania, po spuscie metalu i w razie potrzeby po wykonaniu naprawy pospustowej pieca, zostaje zastosowany do wykonania zabiegu wstepnego odtleniania, pod¬ czas gdy zredukowany wsad, znajdujacy sie w drugim korpusie pieca zostaje poddany topieniu i ostatecznemu odtlenianiu. 4 Przedmiot wynalazku jest blizej wyjasniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia piec bliz¬ niaczy w przekroju, a fig. 2 — piec blizniaczy w rzucie poziomym.Piec blizniaczy stosowany do wytwarzania stali sposobem wedlug wynalazku jest piecem lukowym, i posiada dwa nieprzechylne korpusy 1 i 2. Z kor¬ pusami 1 lub 2 pieców wspólpracuje sklepienie elektrodowe 3, które mozna zamontowac na jed¬ nym lub drugim korpusie pieca. Sklepienie 4, nie wyposazone w elektrody, mozna zakladac na prze¬ mian na piecu 2 lub 1 niezaleznie od sklepienia 3.Korpusy 1, 2 pieców posiadaja w scianach nie¬ wielkie otwory, sluzace do kontroli, pobierania prób i przedmuchiwania przy pomocy lancy. Bez¬ posrednio nad poziomem zuzla umieszczone sa o- twory wylotowe 6 dla gazów, które prowadza do kanalów pierscieniowych 1' i 2'. Kazdy z dwóch kanalów pierscieniowych 1', 2' wyposazony jest w przewody dla gazów spalinowych 7 i 8, które to przewody posiadaja odgalezienia 13 i 14, prowa¬ dzace bezposrednio do kotla grzewczego na gazy odlotowe( nie przedstawionego na rysunku). W kaz¬ dym z wymienionych czterech przewodów gazo¬ wych umieszczone sa przepustnice 7', 8', 13' i 14' a miedzy przewodem gazowym 7 i 8 umieszczony jest wentylator 9.Od kotla wyprowadzony jest przewód gazów spalinowych, (nie przedstawiony na rysunku) do urzadzania filtracyjnego i ssawy. Górne czesci pie¬ ca 'blizniaczego ponadto sa ze soba polaczone prze¬ wodem gazowym 5, zaopatrzonym w przepustnice 5'. Na sklepieniu elektrodowym 3 znajduja sie u- rzadzerna 10 dla doprowadzenia zwiazków chemi¬ cznych, z których ma byc wytworzony gaz redu¬ kujacy, tak, ze doprowadzenie tych zwiazków od¬ bywa sie wzdluz elektrod 11.Przy pomocy przedstawionego urzadzenia moz¬ na zastosowac jeden piec 2 do wykonania zabiegu ostatecznego odtleniania i topienia z równocze¬ snym wytwarzaniem gazu redukujacego, podczas gdy drugi piec 1 uzywany jest jako piec do wstep¬ nego odtleniania i piec do wstepnego podgrzewania wsadu ze zlomu zelaznego. Dzialanie obydwóch pieców moze nastepnie zostac wzajemnie zmie¬ nione. Gazy z pieca do topienia 2 przepusz¬ cza sie przez kanal 5 nad wsadem, znajdu¬ jacym sie w piecu redukcyjnym 1, po czym prze¬ chodza one w dól poprzez wymieniony wsad i po¬ nad poziomem zuzla odciaga sie je przez wyloty dla gazów spalinowych 6 do kanalu pierscieniowe¬ go I'. Czesc odplywajacych gazów nastepnie przy pomocy przewodu gazowego 8 wentylatora 9 i przewodu dla gazu 7 korzystnie kieruje sie z po¬ wrotem do pieca wytapiajacego w celu wytwo¬ rzenia dodatkowego gazu redukujacego; Reszte od¬ plywajacych gazów przewodami gazowymi 8 i 14 odprowadza sie wprost do kotla, gdzie nastepuje ich spalanie. Rude zelaza w postaci rozdrobnionych grudek doprowadza sie bezposrednio do strumienia gazów przez lej 12, umieszczony w sklepieniu 4, lub na wierzch wsadu jako górna warstwe, przy czym gaz redukujacy przepuszcza sie przez war¬ stwe grudek. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6080644 5 Poniewaz stykanie sie mialko rozdrobnionej rudy z gazem redukujacym, doplywajacym z pieca wyta¬ piajacego jest bardzo korzystne, sposób zostanie przedstawiony szczególowo w dalszej czesci opisu.Jak zaznaczono, gaz redukujacy wytwarza sie w piecu do wytapiania przez wtryskiwanie w czasie topienia do tego pieca mieszaniny gazu ziemnego lub nizszych alkonów, lecz najkorzystniej gazolu (C3H8) z para wodna, przy czym najkorzystniejsze jest wprowadzanie mieszaniny miedzy elektrodami i sciana pieca. Przy wysokich temperaturach, które wystepuja w sklepieniu reakcja przebiega naste¬ pujaco: C8H8 + 3H20 -? 3CO +7 H2. W ten psosób uzyskuje sie gaz redukujacy, który na ogól zawiera 30% CO i 70°/o H2. Wobec, tego, ze w piecu do wytapiania wystepuja wysokie temperatury, wy¬ noszace pod koniec procesu 1200°C do 1500°C, przy wylocie z tego pieca gaz redukujacy posiada wy¬ soka temperature. Mialko rozdrobniona rude, któ¬ ra korzystnie wstepnie podgrzewa sie do tempera¬ tury 850°C (podgrzanie mialko rozdrobnionej rudy powyzej tej temperatury powoduje jej zlepienie sie) wprowadza sie do strumienia gazu, wskutek czego zachodzi bardzo szybkie odtlenienie, przy czym tworzy sie proszek zelaza lub rodzaj mgly z zelaza, która przylepia sie do scian pieca oraz, do wsadu, znajdujacego sie w piecu redukcyjnym.Przy stosowaniu sposobu wedlug wynalazku naj¬ korzystniej stosowac do 30% wsadu w postaci ze¬ laza, pochodzacego z rozdrobnionej rudy. W takim wypadku wsad dziala jak filtr, a delikatna m^la zelazna przylepia sie do wsadu, co jest wymagane dla wlasciwego przebiegu procesu. W innych wy¬ padkach mgla zelazna zostalaby uniesiona przez otwory wylotowe dla gazu, powodujac ich zatka¬ nie.Po uzyciu gazu jako reduktora mialko rozdrob¬ nionej rudy, gaz jak to uprzednio podano, zostaje przepuszczony przez wsad i podgrzewajac go, sam sie ochladza. Dziejki temu znaczna czesc ciepla za¬ wartego w gazie redukujacym wykorzystuje sie dla podgrzania wsadu, wskutek czego, pózniej, gdy piec redukujacy zostaje uzyty jako piec wytapia¬ jacy, topienie odbywa sie szybciej i przy mniej¬ szym uzyciu energii.W instalacji z piecami blizniaczymi, dla wsadu o ciezarze okolo 60 ton, kazdy piec ma objetosc 70 ms, a powierzchnia przekroju poprzecznego górnej czesci kazdego pieca wynosi 17,5 m2. Moc transformaitora pieca wynosi 25 MVA. W takim piecu czas .potrzebny na odtlenienie 19 ton zelaza wynosi jedna godzine. Zuzycie gazolu (ciekla mie¬ szanina propanu i butanu) okresla sie na 150 kG na tone odtlenionego zelaza o stopniu odtlenienia 90%. Zuzycie mocy Okresla sie \na 700 kWh/tone odtlenionego zelaza o stopniu odtlenienia 90%, a czas c^klu wsadowego dla obydwóch polaczonych pieców okresla sie na 2 godziny i 10 minut.Proces wytapiania stali i redukcji koncentratu rudy zelaza przeprowadza sie, jak nastepuje. Po spuscie z pieca do topienia, co odbywa sie przez przebicie otworu spustowego tak samo, jak w pie¬ cu maritenowskim, sklepienie elektrodowe obraca sie w polozenie nad piecem, w którym odbywa sie odtlenianie i wstepne podgrzewanie. Oprózniony 6 piec nastepnie poddaje sie naprawie póspiistowej przy pomocy obrotowej maszyny dfc wykonywania tych napraw i rozpoczyna sie zaladowanie ciez¬ kiego zlomu zelaznego do spodniej czesci pieca. 5 Wyzej laduje sie lekki zlom, az do uzyskania wsa¬ du zelaza o ciezarze 45 ton. W tym czasie prze- pustnica w przewodzie gazowym miedzy obydwo¬ ma piecami jest zamknieta i ssanie z pieca do to¬ pienia odbywa sie wprost przez otwory wylotowe tego pieca do kanalu pierscieniowego i do kotla.Po zakonczeniu naprawy pospustowej i zaladowa¬ niu, na piec naklada sie urzadzenie do wprowadza¬ nia mialko rozdrobnionej rudy. Przepustnice, umie¬ szczona w przewodzie polaczeniowym miedzy pie¬ cami otwiera sie, a pozostale przepustnice usta¬ wia sie tak, aby gaz byl odciagany z pieca do rer dukowania i poprzez otwory wylotowe do kotla lub z powrotem do pieca do topienia. Mialko roz¬ drobniona rude, która korzystnie podgrzewa sie do 'temperatury 850°C podaje sie tak do pieca do re¬ dukowania, ze natrafia ona na strumien gazu, ply¬ nacy od pieca do topienia. Przed tym rozpoczyna sie doprowadzanie gazolu i pary do pieca do to¬ pienia. Nastepnie wprowadza sie w ciagu godziny 27—28 ton mialko rozdrobnionej rudy, która od- tlenia sie w sposób ciagly w strumieniu goracego ga¬ zu. Odtlenianie nastepuje dalej, gdyz ruda niecalko¬ wicie odtleniona jest przyczepiona do polozonego ni¬ zej wsadu i trwa ono tak dlugo, jak dlugo od¬ bywa sie topienie w piecu do topienia. Z chwila, gdy odbywa sie wykanczanie wytopu w piecu do topienia, to znaczy, gdy wegiel ma byc w sposób w zasadzie znany, usuniety w procesie swiezenia i gdy do kapieli trzeba doprowadzic tlen oraz u- zupelnic sklad chemiczny i utrzymac temperature, nie doprowadza sie gazolu i pary. Gazy, które twarza sie w okresie wykanczania wytopu sklada¬ ja sie w zasadzie z CO. Gazy te mozna wprowa¬ dzac do pieca redukujacego dla zakonczenia od¬ tlenienia i utrzymania wsadu w stanie podgrza¬ nym. Po zakonczeniu spustu z pieca do topienia postepowanie zostaje w odwrotnej kolejnosci po¬ wtórzone. PL PL