Uprawniony z patentu: Metallurgical Development Company, Nassau (Wyspy Bahama) Sposób prowadzenia wielkiego pieca Przedmiotem wynalazku jest sposób prowadze¬ nia wielkiego pieca przy wytwarzaniu cynku lub cynku i olowiu za pomoca ladowania do szczytu szybu piecowego materialów zawierajacych tlenki cynku i/lub tlenki cynku i olowiu lacznie z pa¬ liwem weglowym i srodkiem redukujacym przy wdmuchiwaniu powietrza od spodu szybu.W wielkim piecu stosowanym w hutnictwie ze¬ laza stopiona surówka i zuzel sa usuwane z dolnej czesci pieca, a gazy wielkopiecowe ze szczytu pie¬ ca. W wielkim piecu sluzacym do wytwarzania cynku zuzel jest odprowadzany z dolnej czesci, a cynk pod postacia pary wchodzi w sklad gazów wielkopiecowych usuwanych ze szczytu pieca, przy- czym cynk mozna odzyskac za pomoca absorpcji w w rozpylanych kropelkach stopnionego olowiu. W wielkim piecu olowiowo-cynkowym, który zwykle jest stosowany w praktyce, olów — oraz mozliwa miedz i inne metale w malych ilosciach — jest do¬ datkowo odprowadzany ze spodu pieca w postaci stopionego produktu posredniego.Koks metalurgiczny i inne tego rodzaju materia¬ ly weglowe w postaci kawalków sa kosztowne i de¬ ficytowe. W hutnictwie zelaza usilowano w wiel¬ kim piecu uzupelniac koks za pomoca wtryskiwa¬ nia paliwa zawierajacego wegiel w proszkowanej postaci stalych czastek lub weglowodorów cieklych albo gazowych, na przyklad w dodatku do powie¬ trza dmuchowego. Sposoby te nie daly jednak po¬ zytywnych wyników w odniesieniu do wielkich 20 pieców do wytwarzania cynku lub olowiu i cynku, gdyz maja szkodliwy wplyw na sklad wchodzacych gazów wielkopiecowych, oddzialowujac zatem na odzyskanie wyparowanego cynku.W naszych spostrzezeniach dotyczacych pracy wielkiego pieca przy wytwarzaniu cyniku lub cyn¬ ku i olowiu stwierdzilismy,, ze czesc uzyteczna kok¬ su lub podobnego materialu kawalkowego dostar¬ czonego do takiego pieca mozna wyrazic proporcja wegla, który osiaga strefe dysz przy wlocie po¬ wietrza dmuchowego w poblizu spodu pieca. We¬ giel stracony w chlodnicy górnej czesci szybu, nie wnosi udzialu do zapotrzebowania przez piec ciepla fizycznego lub uzytecznego, redukujacego tlenku wegla. Pochodzace z szybu piecowego cieplo fizycz¬ ne jest potrzebne zarówno do topienia zuzla jak i metalu oraz do odparowywania cynku powstaja¬ cego wskutek redukcji.Wegiel bedzie reagowac z dwutlenkiem wegla wytwarzajac tlenek wegla, zgodnie z równaniem: C+C02^2CO Przy temperaturze nizszej od 1000°C, ten tlenek wegla nie zredukuje tlenku cynkowego i mozna go wiec nazwac bezuzytecznym tlenkiem wegla. Po¬ nadto reakcja ta jest reakcja endotermiczna. Dla¬ tego tez kazda taka reakcja w górnej czesci szybu piecowego miedzy dwutlenkiem wegla i weglem zwieksza straty wegla zarówno wynikle z powyz¬ szej reakcji jak i z dodatkowego zuzycia wegla na uzupelnienie ciepla straconego w reakcji endoter- 812543 81254 4 micznej. Zatem reakcja taka jest ekonomicznym marnotrawstwm.W wyniku tych obserwacji stwierdzono, ze pro¬ wadzenie wielkiego pieca przy wytwarzaniu cynku lub cynku i olowiu mozna udoskonalic za pomoca dobrania optymalnego rodzaju paliwa dotychczas nieznanego, które jest szczególnie wartosciowe do powyzszego celu. Istota wynalazku polega na sposobie prowadzenia wielkiego pieca przy otrzy¬ mywaniu cynku lub cynku i olowiu za pomoca la¬ dowania do szczytu szybu piecowego materialów zawierajacych tlenki cynku i/lub tlenki cynku i o- lowiu lacznie z paliwem weglowym i srodkiem re- y dukujacym przy wdmuchiwaniu powietrza od spo¬ du szybu, w" którym jako paliwo stosuje sie w po- " staci kawalków material weglowy dostarczajacy energii cieplnej ;i bedacy metalurgicznym srod¬ kiem redukujacym, który uprzednio poddano o- bróbce dla zmniejszenia jego zdolnosci reagowania z dwutlenkiem.Paliwo moze stanowic normalny, wypalony koks metalurgiczny, konwencjonalnie przesiewany i kla¬ syfikowany lub material zbrykietowany i wstepnie uksztaltowany, wytworzony z materialu zawiera¬ jacego wegiel o stosunkowo malych wymiarach.Odmiennie paliwo moze stanowic czesc zmieszanego} zbrykietowanego wsadu skladajacego sie z wegla, metalurgicznego materialu tlenkowego topników i spoiwa.Chociaz nie jest pozadane ograniczenie szerokiego zakresu powyzszego wynalazku, okazuje .sie, ze naj¬ lepszym paliwem jest paliwo zaopatrzone w mate¬ rial z fizyczna warstwa zaporowa dla powstrzyma¬ nia lub zapobiezenia w górnej czesci pieca przed do¬ stepem dwutlenku wegla do wegla w paliwie. Ma¬ terial ten moze pokrywac cale kawalki paliwa; od¬ miennie lub dodatkowo moze pokrywac sciany po¬ rów lub szczelin wewnatrz kawalków paliwa. W dolnej czesci pieca zapora taka ulega rozpadowi, stopieniu lub zanikowi.Ujmujac ogólnie, taka fizyczna lub mechaniczna zapore moze stanowic substancja nieorganiczna bierna w procesie stapiania; chociaz mozliwe jest wytworzenie warstwy zaporowej z wegla o mniej¬ szych porach lub bez,porów, która nie reaguje w wiekszym stopniu, dopóki nie znajdzie sie w dol¬ nej czesci pieca.Na przyklad kawalki paliwa mozna poddac zet¬ knieciu z roztworem wodnym lub zawiesina sto¬ sownego kwasu nieorganicznego, zasady lub soli za pomoca zamoczenia lub natryskania i po wysusze¬ niu i/lub nagrzaniu wytworzy sie warstwe zaporo¬ wa stale/j pozostalosci. Przykladem takich materia¬ lów sa: kwas borowy, tlenek wapniowy lub wodo¬ rotlenek wapnia lub weglan, krzemiany jak krze¬ mian sodowy lub borany, jak boraks.Odmiennie lub dodatkowo kawalki paliwa mozna poddac zetknieciu — przykladowo zanurzajac lub natryskujac — z stopionym pakiem lub smola i przed uzyciem w piecu wstepnie podgrzac dla od¬ pedzenia z paliwa lotnych skladników. W tym przykladzie zaladowanie pieca nastepuje bez po¬ wlekania substancjami nieweglowymi, lecz dzieki znacznemu zmniejszeniu obszaru powierzchni prze¬ ksztalcajacej koks lub brykiety z materialu poro¬ watego podobnego do gabki do materialu gladkie¬ go, obszar powierzchni dostepnej dla reakcji dwu¬ tlenku wegla z weglem ulega znacznemu zmniej¬ szeniu i przyczynia sie do przydatnosci paliwa w piecu, a paliwo nie poddane obróbce jest zbyt po¬ datne na powyzsza reakcje.Przy stosowaniu konwencjonalnie wypalanego koksu, przed ladowaniem koksu do pieca wykorzy¬ stuje sie normalne podgrzewanie dla usuniecia za¬ wartej wody i pozostawienia substancji nieorga¬ nicznej lub dla odpedzenia skladników lotnych z smoly lub paku. Mozna uzyc równiez natryskiwa¬ nia wstepnie podgrzanego koksu a przy stosowaniu brykietów mozna na gorace brykiety rozpylic roz¬ twór lub zawiesine. Przy uzyciu smoly lub paku ko¬ nieczne jest schlodzenie wytworzonych po formo¬ waniu brykietów, potem powlec je warstwa smo¬ ly lub paku i przed zaladowaniem do pieca pod¬ dac je wstepnemu nagrzaniu. Uzycie formowa¬ nych brykietów z pakiem lub smola nie jest po¬ zadane ze wzgledu na koszt wyzej wymienionych operacji.Natomiast przy uzyciu brykietów do mieszani¬ ny z której sa wytwarzane brykiety mozna dodac wyzej wymienionych substancji nieorganicznych w postaci bezwodnej lub w roztworze wodnym lub w zawiesinie.Zdolnosc materialu do reakcji mozna mierzyc róznymi znormalizowanymi sposobami. Najlepsza metoda jest oznaczanie wielkosci straty na cie¬ zarze rozdrobnionej próbki koksu lub innego we¬ gla w strumieniu czystego dwutlenku wegla na¬ grzanego do 1000°C. Sposobem tym mozna okres¬ lic predkosc straty na ciezarze koksu. Prowadzo¬ ne w powyzszych warunkach pomiary dajace w wyniku predkosci straty na ciezarze wieksza niz 0,20 g/sek na 1 cm3 dwutlenku wegla zwykle od¬ powiadaja próbkom koksu o niedopuszczalnie du¬ zej zdolnosci do reagowania, okreslajac niedo¬ puszczalnosc takiego koksu w wielkim piecu do otrzymywania cynku. Zwykle najkorzystniejsze sa wartosci ponizej 0,15 g/sek na 1 cm3 dwutlen¬ ku wegla.Dla warunków piecowych stosunek CO do C02 w gazie przy szczycie wsadu, mozna uzyc dla o- kreslenia ilosci wegla zuzytego w reakcji z dwu¬ tlenkiem wegla. Im wiekszy jest stosunek CO do C02, przy innych parametrach stalych, tym wiecej wegla uleglo zuzyciu w reakcji z C02. Na przy¬ klad, gdy w strefie dysz pieca 100°/o wegla ule¬ glo spaleniu do CO, to po zredukowaniu ZnO i inych tlenków stosunek CO do C02 moze wyno¬ sic 2,5. Chociaz gdy tylko 95% wegla uleglo utle¬ nieniu do CO a pozostale 5% przereagowalo z dwutlenkiem wegla powstalym podczas redukcji, stosunek CO do COz zwiekszy sie do 4,0. W tym ostatnim przypadku przeznaczona na stapianie nadwyzka ciepla, to znaczy róznica ciepla spala¬ nia CO i ciepla absorbowanego w reakcji endoter- micznej miedzy weglan i dwutlenkiem wegla, wy¬ niesie tylko 85% przypadku pierwszego.Dla wyrównania tych 15%, zwiekszenie ilosci wegla na jednostke cynku bedzie konieczne do doprowadzenia do pieca dla uzyskania stalej predkosci odparowywania cynku. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6081 254 5 6 Sposób wedlug wynalazku bedzie blizej wyjas¬ niony na podstawie przykladów i rysunków na których fig. 1 przedstawia wykres straty na cie¬ zarze paliwa preparowanego w stosunku do straty na ciezarze odpowiadajacego paliwa nietraktowa- nego w podanych warunkach ogrzewania, a fig. 2 przedstawia wykres stosunku CO do C02 w pró¬ bie piecowej w porównaniu do preparowanego i nie preparowanego paliwa.Przyklad I przedstawia strate na ciezarze preparowanych i nie preparowanych próbek koksu wskutek reakcji z dwutlenkiem wegla w tempe¬ raturze 1000°C. W tej próbie próbke koksu o- grzewa sie w strumieniu dwutlenku wegla w temperaturze 1000°C, a strata na ciezarze jest wy¬ razona w procentach straty na ciezarze w ciagu 1 minuty. Preparowany koks zostal pokryty za pomoca natryskiwania 2,5% roztworu kwasu bo¬ rowego w wodzie.Zdolnosc do reagowania róznych koksów meta¬ lurgicznych preparowanych i nie preparowanych pochodzacych z róznych krajów okreslono dla temperatury 1000°C, a wyniki podano w tabeli 1 — cztery próbki kazdego koksu preparowano oddzielnie.Stopien obnizenia rozwazanej zdolnosci do rea¬ gowania, jak juz wyzej wspomniano, oceniono za pomoca analizy statystycznej uzyskanych wyni¬ ków,, a analize przedstawiono na fig. 1 lacznie z linia regresyjna (wspólczynnik korelacji równy 0,97) i 95% przedzialem ufnosci. Uzyskano w ten spo¬ sób równanie linii regresyjnej.Zdolnosc do reagowania preparowanego koksu = 0,659, zdolnosc do reagowania nie preparowa¬ nego koksu —0,01.Przyklad II. wykazuje efekt zastosowania kok¬ su o obnizonej aktywnosci, wskutek potraktowa¬ nia go roztworem kwasu borowego, po zalado¬ waniu do wielkiego pieca przy otrzymywaniu olowiu i cyniku. Jak mozna zauwazyc z tabeli 2 i fig. 2 przez zastosowanie koksu o obnizonej aktywnosci uzyskuje sie pewne korzysci dla pie¬ ca, a zwlaszcza bardziej ustalony stosunek CO do C02 w trakcie prowadzenia kampanii wielkopie¬ cowej i polepszone wlasciwosci zuzlu i trzona pie¬ cowego.Prowadzi sie dwie oddzielne próby piecowe, jed¬ na z uformowanym wstepnie koksem metalurgicz¬ nym bez jakiegokolwiek pokrycia warstwa soli nieorganicznej i druga z wstepnie uformowanym koksem metalurgicznym, wytworzonym z tych sa¬ mych surowców jak w uprzednim przypadku z zastosowaniem powloki z nieorganicznej soli na przyklad 2,5% roztwór kwasu borowego.Dzialanie wielkiego pieca w dwu warunkach podano jako przypadek 1 — koks nie preparowa¬ ny i jako przypadek 2 — koks preparowany. Po¬ równanie dzialania pieca w wymienionych przy¬ padkach mozna najlepiej zrozumiec na podstawie fig. 2.Poniewaz zdolnosc do reagowania koksu okres¬ lono za pomoca reakcji koksu z dwutlenkiem we¬ gla dla wytworzenia CO, to znaczy: C+C02 = 2CO, zatem stosunek CO do COz w gazie wielkopieco¬ wym jest wyrazony jako wydajnosc pieca dla sprawnego stapiania materialów zawierajacych tlenki cynku i olowiu. Ogólne spostrzezenia dla obu przypadków podsumowano w tabeli 2.Zatem na podstawie równoleglych prób pieco¬ wych stwierdzono, ze sprawnosc stapiania w wiel¬ kim piecu materialów zawierajacych tlenki cyn¬ ku i olowiu mozna zwiekszyc za pomoca rozwa¬ zanego obnizenia zdolnosci do reagowania koksu, przed zaladowaniem koksu do pieca, wskutek na¬ lozenia fizycznej warstwy zaporowej na powierz¬ chnie koksu przy uzyciu soli nieorganicznej — mianowicie roztworu kwasu borowego. 20 25 bel£ S pr paro- ana .100 .088 .120 .082 .069 .084 .127 .166 .500 .146 .151 .282 .266 .057 .144 60 Tabela 1 Rodzaj koksu A (B40-60 mm) C Bi(40-60 mm) D E F G H I J K L M N Kraj pocho¬ dzenia USA Wlochy W. Bryt.Wlochy W. Bryt.„ USA W. Bryt. „ „ „ Polska W. Bryt.Strat na ciezarze/min. próbka 1 preparo¬ wana 0.075 0.048 0.170 0.040 0.058 0.100 0.130 0.149 0.359 0.115 0.150 0.279 0.320 0.134 0.035 nieprepa- rowana 0.096 0.090 0.234 0.068 0.068 0.121 0.272 0.177 0.561 0.178 0.370 0.497 0.433 0.201 0.078 próbka 2 preparo¬ wana 0.100 0.088 0.120 0.082 0.069 0.084 0.127 0.166 0.500 0.146 0.151 0.282 0.266 0.057 0.144 nieprepa- rowana 0.240 0.174 0.185 0.150 0.141 0.104 0.213 0.210 0.679 0.198 0.373 0.445 0.416 0.151 0.300 próbka 3 preparo¬ wana 0.074 0.088 0.246 0.066 0.130 0.091 0.094 0.122 0.313 0.250 0.350 0.450 0.413 0.151 0.164 niepre- paro- wana 0.109 0.161 0.409 0.120 0.237 0.116 0.120 0.203 0.471 0.348 0.677 0.578 0.434 0.219 0.405 próbka 4 preparo¬ wana 0.072 0.065 0.111 0.079 0.120 0.051 0.085 0.119 0.289 0.154 0.255 0,595 0.312 0.254 niepre- paro- wana 0.128 0.139 0.290 0.131 0.196 0.076 ' 0.114 0.243 0.418 0.201 0.565 0.792 0.413 0.415/ ' f 81254 7 8 Tabela 2 Zdolnosc do re¬ akcji koksu w temperaturze 1000°C.Warunkiw trzo¬ nie pieca Warunki w zuzlu Warunki szybowe Przypadek 1 0;250°/« stra¬ ty na cie¬ zarze na 1 minute (koks niepreparo- wany) Trudne Bardzo duza lepkosc Liczne zros¬ niecia. Nieje¬ dnolity od¬ biór wsadu na szczycie pieca wsku¬ tek uporczy¬ wych zwisów wsadu Przypadek 2 | 0,170% straty na ciezarze na 1 minute (koks preparowany) Normalne Normalne Brak zrosniec.Nie wystepo¬ wanie zwisów wsadu i nor¬ malny doplyw wsadu pieco¬ wego PL