RO114472B1

RO114472B1 - Procedeu de producere a aliajelor feroase

Info

Publication number: RO114472B1
Application number: RO94-00436A
Authority: RO
Inventors: John Millice Floyd; Ian Leonard Chard; Brian Ross Baldock
Original assignee: Ausmelt Ltd
Priority date: 1991-09-20
Filing date: 1992-09-17
Publication date: 1999-04-30
Also published as: CA2119448C; NZ244396A; BR9206507A; EP0605535A1; WO1993006251A1; DE69220674T2; ZA927105B; PL170853B1; EP0605535B1; ATE154950T1; US5498277A; RU94016951A; KR100242565B1; DE69220674D1; CA2119448A1; IN181042B; RU2106413C1; CN1034742C; EP0605535A4; JPH07502566A

Description

Invenția se referă la un procedeu pentru producerea, în flux continuu, a aliajelor feroase, prin reducerea directă a materiilor prime cu conținut scăzut în fier, de exemplu, nisipuri feroase, procedeul putând fi aplicat și în cazul materiei prime, utilizată curent la elaborarea fontei.

Sunt cunoscute procedee de obținere a aliajelor feroase (GB 2213834] în convertizoare, utilizând insuflarea de oxigen, materii prime solide și metal lichid. Materialele sunt supuse încălzirii, prin arderea unor hirdocarburi și a unui combustibil cărbunos, introduse continuu, în timpul procesului, în curentul de gaz care conține oxigen, pe la partea superioară și pe la partea inferioară a convertizorului. în continuare, metalul topit este prelucrat în așa fel, încât în final aliajul feros să prezinte compoziția chimică dorită. Materialele metalice sunt încălzite până la o temperatură mai mică decât temperatura de topire, iar după topire, se aplică omogenizarea topiturii cu un curent de gaz neutru introdus în convertizor pe la partea inferioară a acestuia, cu ajutorul unui gaz purtător care conține oxigen. Cantitatea de hidrocarburi combustibile, alimentate pe la partea inferioară este limitată la

1,5...6,0 kg de combustibil echivalent pe tona de material metalic feros în stare solidă.

Temperatura setului de flăcări, datorită arderii combustibilului în atmosfera de gaz conținând oxigen, poate varia între 1800 și 2300°C, în funcție de categoria combustibilului utilizat și de condițiile de ardere. Creșterea în procente a gazului neutru în conținutul de oxigen conduce la reducerea temperaturii flăcării și invers. Gazul neutru alimentat în curentul de oxigen poate reduce temperatura la 1100... 1300°C. Ca rezultat, componentele solide nu se topesc și faza lichidă nu se formează în convertizor, în timpul omogenizării curentului cu oricare amestec de gaz natural cu componente care conțin oxigen. Separat de toate acestea, volumul produselor combustiei crește mai mult când oxigenul este alimentat într-un curent de gaz neutru ( aparent datorită prezenței acestui gaz) în așa fel, încât presiunea acestor produse crește în zona inferioară a componenților solizi ai șarjei din convertizor. Gazul natural, alimentat cu oxigen, încălzește peste temperatura mediului ambiant vecinătatea lăncilor și amestecul fierbinte cu produsele de combustie tind să penetreze în toate crăpăturile și golurile dintre bucățile de material solid al șarjei. Omogenizarea curentului furnizează o uniformizare a încălzirii în toată masa componenților solizi ai șarjei la o temperatură maximă, fără fracția lichidă în așa fel încât este o posibilitate practică de a mări fracția de componente solide a șarjei până la

60...70%.

Aceste procedee nu pot utiliza numai materiale solide și cu un conținut scăzut de fier.

Mai sunt cunoscute procedee de obținere a aliajelor de fier (JP 61122247) la care minerul de fier, agentul de carburare și oxigenul gazos se insuflă printr-o lance de insuflare prin partea de sus a agragatului metalurgic în topitură. Agentul de carburare este supus combustiei în zgură pentru a reduce minereul de fier la metal topit. Apoi se insuflă oxigen în zgură prin guri laterale pentru a efectua combustia secundară a oxidului de carbon în zgură. Energia calorică din combustia în zgură este absorbită direct în zgură și transmisă metalului. Totuși, cerințele topirii minereului în zgură, reacția dintre agentul de carburare și minereu în zgură, pentru a realiza topirea, combustia agentului de carburare în zgură, prezintă dificultăți importante atât din punct de vedere al controlului cât și al echilibrului în realizarea unei topiri utile.

Alte procedee cunoscute (RO 97783) sunt utilizate pentru obținerea aliajelor de fier, pornind de la o materie primă solidă care este introdusă într-un agregat metalurgic, unde are loc topirea acesteia prin căldura cedată de niște guri de vânt. Metalul lichid obținut este trecut direct într-un reactor în care se

RO 114472 Bl insuflă oxigen pe la partea superioară a reactorului prin intermediul unei lance de insuflare care trece printr-o deschidere din bolta reactorului. Pentru a se crea condițiile necesare reducerii oxizilor, se introduce, tot pe la partea superioară a reactorului, cantitatea necesară de cocs. Materia primă utilizată este constituită din fier vechi, șpan de oțel, țunder rezultat de la prelucrarea la cald a metalelor, scoarțe de la turnarea metalelor și este alimentată continuu sau discontinuu în agregatul metalurgic de topire. în urma reacțiilor puternic exoterme dintre oxigen și praful de cocs, reacție care are loc în permanență în prezența unei anumite cantități remanente de metal topit, rezultă o anumită cantitate de gaze cu temperatură faorte ridicată, gaze care trec în straturile alcătite de materia primă, utilizată, cărora le cedează o cantitate de căldură însemnată. Reacția de ardere este alimentată cu aerul introdus prin niște guri de vânt.Topitura metalică ce curge prin pasajul ce leagă cele două agregate metalurgice de elaborare este colectată, la partea inferioară a celui de al doilea agregat metalurgic, pentru a putea fi evacuată periodic.Pentru a crea o atmosferă neoxidantă în interiorul celui de al doilea agregat metalurgic de elaborare, se utilizează o anumită cantitate de gaz inert, de exemplu, argon, care este introdus pe la partea superioară a agregatului. Introducerea gazului inert mai are rolul de a crea o suprapresiune în zona din boltă prin care trece lancea de insuflare a oxigenului.

Drept fondant, în timpul procesului de topire, se utilizează calcarul.

Procedeul prezentat, deși permite o reducere importantă a cantității de energie termică consumată în timpul operației de topire-reducere, este un procedeu greu de condus și controlat, datorită faptului că oxigenul este introdus la partea superioară a agregatului metalurgic. Datorită acestui aspect, reacțiile de reducere nu pot avea loc cu o intensitate mare, care să ducă, în final, la obținerea unui aliaj de fier cu compoziție constantă pe întreaga durată a procesului de elaborare. Pe de altă parte, instalația pentru realizarea procedeului este alcătuită din două agregate metalurgice și din ansambluri de stocare a azotului gazos, pentru măcinarea componentelor încărcăturii, pentru stocarea cocsului și pentru tansportarea acestuia. Unul din scopurile invenției este să permită injecția combustibilului, reducătorului, aerului și/sau oxigenului într-o baie de zgură în condițiile în care lancea de insuflare este supusă unei uzuri minime și care să necesite o întreținere redusă.

Un alt scop al invenției constă în realizarea condițiilor optime de a realiza post-combustia gazelor care părăsesc baia, în timpul procesului de topire.

Problema care apare în cazul elaborării fontei și, în general, la elaborarea aliajelor feroase, constă în aceea că procesul de elaborare impune atât utilizarea unor materii prime care să aibă un conținut ridicat de fier, cât și al unor materiale deficitare ca, de exmplu, cocsul.

Problema a fost rezolvată cu ajutorul unui procedeu care permite utilizarea unei materii prime sărace în fier. Materia primă respectivă este topită într-un reactor în care se află o baie de zgură, în care încălzirea și condițiile reducătoare sunt generate în cel puțin o zonă de reducere a băii prin injecția combustibilului/reducătorului și gazului care conține oxigen prin cel puțin o lance de insuflare parțial imersată în baie. Materia primă este introdusă în reactor împreună cu agentul reducător suplimentar și fondantul respectiv prin cel puțin o zonă de reducere sau prin zone adiacente acesteia, astfel încât să fie supusă topirii reducătoare, folosindu-se cărbune ca agent suplimentar. Ratele de injecție a oxigenului și commbustibilului/reducătorului sunt controlate în vederea obținerii condițiilor reducătoare necesare prin asigurarea unui grad de ardere a combustibilului/reducătorului de 40% pânbă la 50%. Monxidul de carbon și hidrogenul, generate în urma procesului

RO 114472 Bl de topire, ca de altfel și praful de cărbune transportat din baie de către gazele de combustie sunt supuse postcombustie în reactor. Insuflarea în submersie parțială oferă în mod special condiții reducătoare puternice. Combustibilul și reducătorul injectate pot fi alcătuite din cărbune sub formă de pulbere, combustibil lichid, gaze naturale, sau alte materiale carbonice.

Combustibilul, în cazul cărbunelui pulverizat, este injectat prin intermediul unui gaz purtător, gazul respectiv putând conține, cel puțin, o parte din oxigenul necesar pentru arderea combustibilului. Gazul purtător poate conține, alternativ, un amestec de gaz inert (de exemplu, azot cu aer), aer îmbogățit cu oxigen sau numai oxigen, ori poate fi numai gaz inert. □ parte din oxigenul necesar combustiei poate fi injectat prin lance separat de combustibil/reducător, amestecatrea lor făcându-se numai la baza lăncii de insuflare și/sau în baia de zgură. Când cel puțin o parte din oxigen este injectat separat, acesta poate fi oxigen pur sau în amestec cu aer, aer îmbogățit în oxigen, ori un asemenea gaz amestecat cu un gaz inert - de exemplu azotul.

Ratele de injecție ale oxigenului și combustibilului/reducătorului sunt controlate, în vederea obținerii condițiilor reducătoare, acestea fiind, de preferință, puternice. Asfel, gazul insuflat are un conținut de oxigen de 40% până la 100%, suficient pentru un grad de ardere a combustibilului/reducătorului de 40% până la 50%. Cărbunele, ca reducător suplimentar, este, de preferință, sub formă de bulgări. Acesta este introdus în baie împreună cu materia primă conținând fier, preferabil într-o proporție de 20% până la 60% din greutatea materiei prime. Este introdus și fondant, de exemplu var sau silice, în funcție de natura materiei prime. Cel puțin cărbunele cu rol de reducător suplimentar și materia primă sunt introduse continuu în reactor, în timpul operației de topire, evacuarea zgurii și a metalului lichid putând fi continuă sau discontinuă, în șarje. Poate fi utilizată o varietate de forme de lănci de insuflare, dar trebuie ținut cont că procesul de topire-reducere se desfășoară la temperaturi relativ ridicate, de la 1350 până la 1500°C. Lăncile de insuflare trebuie să fie din materiale corespunzătoare pentru a rezista la temperaturile de lucru, aflate in interiorul agregtului. Acestea trebuie fabricate din oțeluri inoxidabile și refractare. De asemenea, este necesară, în general, răcirea lăncii printr-un fluid de răcire în timpul topirii.

Procedeul conform invenției include și post-combustia monoxidului de carbon și a hidrogenului, gaze generate în timpul operației de topire, ca și a prafului de cărbune, preluat din baie de către gazele de combustie.Pentru aceasta, în spațiul reactorului de deasupra băii de zgură este introdus oxigen sau un gaz care conține oxigen, de exemplu aer îmbogățit cu oxigen. Post-combustia are loc, de preferință, în apropierea zonei sau zonelor reducătoare, pentru a se obține un transfer optim de căldură către baia de zgură. Gazul destinat acestui scop, și care conține oxigen, poate fi introdus prin cel puțin o lance de insuflare, lance care are capătul inferior de descărcare situat deasupra suprafeței băii, dar este, de preferat, ca gazul să fie introdus în spațiul agregatului printr-o conductă constituind căptușeala lăncii prin care se extiinde lancea de insuflare, parțial imersată.a combustibilului/reducătorului, conducta respectivă având capătul terminal deasupra suprafeței băii.

Post-combustia trebuie realizată astfel încât să se poată obține un grad de oxidare de peste 0,2, grad care este determinat de raportul (C0₂ + H₂D)/(C0 + H₂ + C0₂ + H_a0). Gradul de oxidare este astfel controlat, încât să se obțină un nivel maxim al transferului de căldură către topitură, compatibil cu utilizarea ulterioară a gazelor, fără ca baia să fie reoxidată.

Materia primă este introdusă în agregatul metalurgic, de preferință, împreună cu fondantul, de exemplu, varul

RO 114472 Bl stins. Cărbunele, în bulgări, ca reducător suplimentar, poate fi introdus împreună cu materia primă. Materia primă poate fi sub formă fragmentată sau fin divizată, dar în cazul materiei prime pulverizate, aceasta trebuie să fie, de preferință, aglutinată-de exemplu, cu fondantul și/ sau cărbunele- pentru a preveni îndepărtarea ei împreună cu gazele evacuate. Aglutinarea se poate face prin adăugarea de apă într-un dispozitiv de amestecare. Materia primă, fondantul și reducătorul sunt, de preferință, introduse prin sau adiacent de regiunea sau regiunile de reducere (rezultate prin injecția în imersie parțială), printr-o deschidere de încărcare a reactorului, poziționată corespunzător, deasupra băii de zgură. Totuși, materia primă și fondantul, în cazul în care sunt sub formă fin divizată, pot fi încărcate prin lance sau lăncile de insuflare parțial imersate. în orice caz, injecția în imersie parțială trebuie să genereze o turbulență substanțială în regiunea de reducere și o denivelare, spumare, a suprafeței băii de zgură. Materia primă poate fi minereu de fier fragmentat sau grosier, de asemenea, poate fi numai din pelete, din pelete fin divizate, nisipuri feroase, rezduuri de fier, țunder, praf de la elaborarea oțelului, șpan și zgură.

Invenția prezintă următoarele avantje:

-permite utilizarea unei materii prime ieftine și cu un conținut scăzut în fier;

-este mai puțin poluant;

-are largi posibilități de aplicare.

Invenția va fi prezentată în continuare, în legătură și cu fig.1...4, care reprezintă:

-fig.1, vedere în plan orizontal a agregatului metalurgic de elaborare;

-fig.2, secțiune după planul l-l conform fig. 1, prin agregat;

-fig.3, sedcțiune longitudinală prin lancea de insuflare;

-fig.4, detaliu A la scară mărită.

Procedeul conform invenției utilizează o materie primă cu conținut scăzut în fier, care este topită într-un agregat metalurgic în care se află o baie de zgură.Temperatura necesară topirii și condițiilor de reducere sunt generate în cel puțin o zonă de reducere a băii prin injecția combustibilului/reducătorului și a gazului care conține oxigen, prin cel puțin o lance de insuflare parțial imersată în baie. Materia primă este introdusă în agregat împreună cu agentul reducător, împreună cu agentul reducător suplimentar și cu fondantul, prin cel puțin o zonă de reducere sau în zone adiacente acestora, astfel încât materia primă respectivă să fie supusă topirii reducătoare, folosindu-se cărbune ca agent reducător suplimentar. Ratele de injecție a oxigenului și a combustibilului/reducătorului sunt controlate în vederea obțineriii condițiilor reducătoare necesare pentru asigurarea unui procent de 40% până la 100% oxigen în gazul respectiv, cantitate suficientă pentru un grad de ardere a combustibilului/ reducătorului de 40% până la 50%. Monoxidul de carbon și hidrogenul, generate în timpul topirii, ca și praful de cărbune transportat din baie de către gazele de ardere, sunt supuse post-combustiei în agregat. Insuflarea în submersie parțială oferă condiții de realizare a unor racții de reducere puternice. Combustibilul și reducătorul injectate pot fi sub formă de cărbune pulbere, combustibil lichid, gaze naturale sau alte materiale carbonice. Combustibilul, în cazul cărbunelui pulverizat, este injectat prin intermediul unui gaz purtător, gazul respectiv puând conține cel puțin o parte din oxigenul necesar pentru arderea combustibilului. Gazul purtător poate conține un amestec de gaz inert (de exemplu azot cu aer), aer îmbogățit cu oxigen sau numai oxigen, ori poate fi numai gaz inert. O parte din oxigenul necesar combustiei poate fi injectat prin lance separat de curentul de combustibil/reducător, amestecarea lor făcându-se numai la baza lăncii de insuflare și/sau în baia de zgură. Când cel puțin o parte din oxigen este injectat separat, acesta poate fi oxigen pur sau amestecat cu aer, aer îmbogățit cu oxigen, ori un asemenea

RO 114472 Bl

10 gaz amestecat cu un gaz inert - de exemplu azot.

Ratele de injecție ale oxigenului și combustibilului/reducătorului sunt controlate în vederea obținerii unor condiții reducătoare, acestea fiind, de preferință, puternice. Astfel, gazul insuflat are un conținut de oxigen de 40% până la 100%, suficient pentru un grad de ardere a combustibilulu/reducătorului de 40% până la 50%. Cărbunele, utilizat drept reducător suplimentar, este, de preferință, sub formă de bulgări. El este introdus în baie împreună cu materia primă conținâd fier, preferabil într-o proporție de 20% până la 60% din greutatea materiei prime. Este introdus și fondant, de exemplu var sau silice, în funcție de natura materiei prime. Cel puțin cărbunele suplimentar, cu rolul de reducător și materia primă sunt introduse continuu în timpul operației de topire; scoaterea zgurei și a metalului topit putând fi continuă sau în șarje.

Pentru insuflare se pot utiliza diferite construcții de lănci de insuflare, dar din cauză că procesul are loc la temperaturi cuprinse între 1350 și 1500°C, lăncile respective trebuie fabricate din materiale rezistente la condițiile de lucru din agregat. De asemenea, este necesară și răcirea suplimentară a lăncii print-un fluid de răcire

Procedeul conform invenției prezentate include și post-combustia monoxidului de carbon și a hidrogenului care sunt generate în timpul operației de topire, cât și a prafului de cărbune antrenat de gazele de ardere. Pentru aceasta, în spațiul agregatului, aflat deasupra băii de zgură, se introduce oxigen sau un gaz care conține oxigen, de exemplu, aer îmbogățit cu oxigen. Post-combustia are loc, de preferință, în apropierea zonei sau zonelor reducătoare, pentru a se obține un transfer optim de căldură către baia de zgură. Gazul conținând oxigen destinat acestui scop poate fi introdus prin cel puți o lance de insuflare, dar este de preferat ca gazul să fie introdus în spațiul reactorului printr-o conductă constituind căptușeala lăncii, căptușeală prin care se extinde lancea de insuflare parțial imersată. Conducta respectivă are 5 capătul terminal deasupra suprafeței băii. Post-combustia trebuie realizată astfel încât să se obțină un grad de oxidare de peste 0,2 determinat de raportul (C0₂ + H₂0)/(C0 + H₂ + C0₂ + io H₂0). Gradul de oxidare nu trebuie să fie mai mare de 0,95 dar poate atinge totuși valoarea de 1,0. Gradul de oxidare este controlat atsfel încât să se atingă un nivel maxim al transferului de căldură 15 către topitură, compatibil cu utilizarea ulterioară a gazelor, fără ca baia să fie reoxidată.

Materia primă este introdusă în agregat, de preferință, împreună cu un 2 0 fondant, de exemplu var stins. Cărbunele în bulgări, ca reducător suplimentar, poate fi introdus împreună cu materia primă. Materia primă poate fi sub formă fragmentată sau sub sub formă fin 25 divizată, dar în cazul în care se utilizează materie primă pulverizată, ea trebuie să fie, de preferință, aglutinată, de exemplu cu fondant și/sau cărbune, pentru a se preveni îndepărtarea ei împreună cu 30 gazele de ardere care părăsesc agregatul. Aglutinarea se poate face prin adăugarea de apă într-un dispozitiv de amestecarte. Mareria primă, fondantul și reducătorul suplimentar, sunt, de pre35 ferință, introduse prin sau adiacent regiunii sau regiunilor de reducere (rezultate prin injecția în imersie parțială) printr-o deschidere de încărcare a agregatului poziționată corespunzător 4 0 deasupra băii de zgură. Totuși, materia primă și fondantul, în caz că sunt sub formă fin divizată, pot fi încărcate prin lancea sau lăncile de insuflare parțial imersate. în orice caz, injecția în imersie 45 parțială trebuie să formeze o turbulență în regiunea de reducere și o denivelare, spumare, a suprafeței băii de zgură. Materia primă poate cuprinde minereu de fier fragmentat fin sau grosier. De 50 asemenea, mai poate fi alcătuită din pelete, pelete fin divizate, nisipuri feroase, reziduuri fe fier, țunder, praf rezultat la

RO 114472 Bl elaborarea oțelului, șpan și zgură de fier.

Agregatul metalurgic, conform fig. 1, pentru realizarea procedeului, este alcătuit dintr-un reactor B, format dintr-o vatră 1 și din niște perți laterali

2. Reactorul B mai cuprinde o boltă 3 și niște jgheaburi 4,5 amplasate la partea inferioară, pe direcție axială și tansversală a reactorului B. Pe direcție axială și spe partea superioară, la unul din capete, reactorul B a fost prevăzut cu o degajare a pentru evacuarea gazelor. în bolta 3, tot pe direcție axială, sau prevăzut niște deschideri b prin care trec niște lănci de insuflare C. De o parte și de alta a acestor deschideri b sunt amplasate alte deschideri c pentru intoducerea materiei prime în reactor. Mteria primă utilizată poate conține fier, fondant și un reducător, dacă este necesar, de exemplu cărbune. încărcarea este relizată continuu în raport cu injecția în submersie parțială prin lăncile C care cu o parte d pătrund într-un strat de zgură 6. Prin topirea materie prime se formează o baie metalică 7.

Lăncile de insuflare C, fiecare, pe lângă partea inferioară d mai cuprinde o altă parte e care trece prin deschiderile b. Lăncile C, cu capătul lor inferior, pătrund în stratul de zgură 6, în niște zone f și datorită reacțiilor care au loc în aceste zone f se produc niște denivelări g (o spumare) ale stratului de zgură 6 în interiorul h al reactorului B.

Injecția de combustibil/reducător și gaz conținând oxigen, respectiv de gaz purtător al combustibilului/reducătorului (dacă este diferit de gazul care conține oxigen) se face astfel încât să se genereze zonele reducătoare f, cu formarea denivelărilor g deasupra stratului de zgură 6. Poziționarea relativă a deschiderilor b,c se face astfel încât alimentarea cu materie primă prin aceste deschideri b,c să se realizeze deasupra denivelărilor g.

Toate lăcile de insufalare au aceeași construcție și sunt alcătuite, coform fig. 3,4,dintr-o țevă exterioară 8 în legătură, la partea inferioară, cu un ansablu de descărcare D. Concentic cu țeava 8, și la interiorul acesteia, se află o conductă 9. Atât conducta 9 cât și țeava exterioară 8, cu capetele lor inferioare, sunt fixate, etanș, pe o duză 10. Duza 10 a fost prevăzută, la interior, cu o suprafață conică i care împreună cu o suprafață exterioară a duzei 10 se termină cu o muchie ascuțită j. Concentric cu țevile 8,9 se află montată o altă țeavă 11 care are capătul inferior puțin depărtat de duza 10 pentru a crea un orificiu k. Acest orificiu k face legătura dintre un spațiu inelar I și un alt spațiu inelar m, create între cele două țevi 8,9. Aceste țevi 8,9, la capătul superior, sunt etanșate cu ajutorul unor flanșe 12 și 13 pentru a permite introducerea unui fluid de răcire printr-o conductă 14 în spațiul inelar m, fluid care după ce trece prin orificiul k trece în spațiul inelar I apoi este evacuat prin intermediul unei conducte 15. Așadar, fluidul de răcire este introdus prin conducta 14, curge prin spațiul inelar m apoi se întoarce prin spațiul inelar I pentru ca în final să fie evacuat prin conducta 15. în acest circuit, fluidul de răcire, de exemplu apă sub presiune, întră în contact cu partea superioară a duzei 10, datorită existenței orificiului k, răcind, în acest fel, duza 10. Conducta 9 delimitează, la interior, începând de la capătul superior al acesteia până la partea inferioară, un canal n, continuâdu-se cu suprafața conică i. Concentric, și în interiorul conductei 9, se află montată o țeavă 16 de alimnentare cu combustibil care se extinde de la capătul superior al lăcii de insuflare C până la capătul inferior al duzei 10. Capătul superior al țevii 16 este fixat într-o flanșă 17 prin intermediul căreia este conectată la o sursă de alimentare 18. Aceasta din urmă poate fi conectată la o sursă de combustibil și de gaz purtător al combustibilului, pentru injecția combustibilului în țeava 16. între țevile 9 și 16, există o trecere inelară pentru gaz o prin canalul

RO 114472 Bl

n. Partea superioară țevii 9 este lărgită într-o zonă p și conectată cu o conductă

19, prin care trecerea o este pusă în legătură cu o sursă de oxigen sub presiune sau gaz care conține oxigen, în vederea înjecției acestuia prin lancea de insuflare C, Deschiderile inelare dintre elementele componente ale lăncii C permit trecerea oxigenului spre partea inferioară astfel încât gazul să ajungă în spațiul h al reactorului, puțin deasupra stratului de zgură 6, peste denivelările g. Astfel, se poate produce post-combustia monxidului de carbon și a hidrogenului care se ridică din baie, încât o cantitate semnificativă de energie să poată fi transferată băii. Alimentarea cu materii prime este continuă, în timp ce evacuarea straturilor de zgură 6, respectiv de metal 7, poate fi continuă sau în șarje. Injecția în imersie parțială prin lăncile C de insuflare furnizează căldura către baie, în condiții neoxidante. Reducerea se realizează parțial cu cărbune sub formă de bulgări sau grafit, acestea fiind încărcate în reactor prin deschiderile c.

înclinarea suprafeței interioare conice i are o valoare cuprinsă între 10 până la 20 grade.Așa cum s-a prezentat anterior, în urma unirii suprafeței interioare conice i cu suprafața cilindrică exterioară se definește o muchie ascuțită j care la rândul ei definește orificiul de descărcare al lăncii C. Capătul inferior al țevii 16 poate prezenta mai multe tije

20, distanțate pe circumferință și orientate axial în interiorul duzei 10. în interiorul duzei 10, montat pe tijele 20, se află fixat un deflector 21, conic, a cărei secțiune transversală crește către capătul inferior al lăncii C. Deflectorul 21 are suprafața exterioară înclinată la același unghi ca suprafața interioară conică i a duzei 10 și determină curgerea divergentă a combustibilului venit prin țeava 16 către curentul de oxigen din trecerea o. Deflectorul 21 împreună cu suprafața conică i împiedică pătrunderea zgurei în duza 10. în partea inferioară a trecerii o se poate prevedea un alt deflector elicoidal 22 care imprimă o deplasare circumferințială oxigenului. Deflectorul 22 este constituit dintr-o bandă metalică elicoidală cu două începuturi, montată pe țeava 16, pasul elicei de înfășurare scăzând spre duza 10. Suprafața conică i și deflectorul 21 determină un bun amestec al combustibilului și oxigenului în zona de vârf a duzei 10, efect îmbunătățit prin acțiunea deflectorului 22. Rezultă o bună distribuție a combustibilului și oxigenului în interiorul zgurei în care sunt injectate, în imersie parțială, aceste componente prin intermediul lăncilor de insuflare C.

La partea superioară a conductei 9 este amplasată o conductă 23, conductă 23 ce constituie o căptușeală a lăncii de insuflare C. între aceste conducte 8 și 23 se crează un spațiu inelar p etanșat la partea superioară prin intermediul unor flanșe 24, 25. Conducta 23 este în legătură cu o conductă de intrare 26 care comunică cu spațiul inelar p și poate fi conectată la o sursă de gaz de protecție sub presiune, de exemplu un gaz conținând oxigen pentru post-combustia care se realizează deasupra stratului de zgură 6. Gazul de protecție este descărcat pe la partea inferioară a trecerii p, deasupra stratului de zgură 6 din reactor. Cel puțin în jurul unei porțiuni a conductei 23 există un ansamblu de răcire suplimentar E, acesta fiind totuși opțional. Acest ansamblu E este alcătuit din niște țevi concentrice 27,28, ambele etanșate la partea superioară. Țeava 28 este stanșată și la partea inferioară. Aceste țevi 27,28 sunt în legătură cu niște conducte 29,30 care permit introducerea, respectiv, evacuarea unui fluid de răcire, în acealași fel în care s-a descris circulația fluidului de răcire prin conducta 8. Ansamblul de răcire E determină o mai bună răcire a lăncii C împotriva gazelor de ardere și a cădurii generate în urma procesului de post-combustie.

RO 114472 Bl

Lancea C pentru injecție prin imersie parțială utilizează un ansamblu de răcire exterioară, folosind, de preferință, apă ca fluid de răcire. Acest mijloc de răcire îi conferă lăncii C o durabilitate în exploatare mai mare și previne necesitatea reparării acestor lănci C mai frecvente. Lancea C este utilizată la injecția de combustibil, aer și oxigen într-o baie de zgutră pentru a furniza căldura necesară procesului de topire și de a realiza agitarea băii în vederea realizării unor reacții rapide și eficiente. Acest tip de lance de insuflare prezintă avantajul de a produce condiții reducătoare puternice la temperaturi înalte atunci când se injectează cărbune drept combustibil și reducător împreună cu reducător și aer, asemenea condiții fiind necesare pentru a topi și a reduce fierul din materia primă. Lancea de insuflare este fabricată din țeavă de oțel inoxidabil, pentru a preveni oxidarea și a prezenta rezistență la temperaturi ridicate. Duza 10 este.de asemenea, fabricată, de preferință, din oțel inoxidabil, iar înclinarea suprafeței conice i cu un unghi de 10 până la 20 grade împiedică blocarea acesteia cu zgură solidificată. Răcirea exterioară cu apă menține o temperatură scăzută a lăncii C de insuflare, iar în cadrul unui ansamblu ce încorporează lancea C este preferabil să exite o supapă de suprapresiune care să funcționeze la presiuni scăzute pentru fluidul de răcire a lăncii C

Lancea de insuflare are, de preferință, o suprafață minimă, datorită posibilității de a menține viteze ridicate de curgere a gazului și combustibilului. Vitezele de curgere ale gazului și combustibilul sunt de 0,05 până la 1 Mach, preferabil între 0,3 și 0,5 Mach. De asemenea, viteza ridicată de curgere a fluidului de răcire permite o suprafață minimă a lăncii C de insuflare, de exemplu pentru o viteză de curgere a apei de răcire de 1 la 5 m/s. Poziționarea conductei 23, cu rol de căptușeală, în afara țevii exterioare 8, permite aerului sau altui gaz de protecție să fie injectat deasupra băii. Gazul de protecție asigură răcirea părții superioare a lăncii C. De asemenea, gazul de protecție poate furniza oxigen pentru reacțiile ce au loc deasupra băii în cadrul postcombustiei monoxidului de carbon, hidrogenului și prafului de cărbune emanate din baie în timpul injecției în submersie. Poziția conductei 23, care are rol de căptușeală, este optimizată pentru a permite o recuperare maximă a căldurii din aceste reacții, în același timp se evită reoxidarea băii de zgură 6 și a produsului metalic. Prin prevederea deflectoarelor elicoidale 22 pe circuitul oxigen-aer, se îmbunătățește amesecul materialelor injectate înainte de intrarea lor în baie și furnizează condiții stabile de injecție a gazului în baie. Prevederea deflectorului conic 21 previne blocarea curgerii prin înfundarea duzei 10 cu zgură. Răcirea suplimentară cu apă a regiunii superioare din jurul țevii exterioare 8 poate fi utilă în cazul în care cantitatea de gaz de protecție descărcată deasupra băii de zgură nu este suficient de mare pentru a preveni încălzirea conductei 23 la temperaturi ce pot detrmina oxidarea sau deteriorarea acestui ansamblu. Răcirea suplimentară menține, de preferință, capătul inferior al conductei 23 la o temperatură de 400 °C la 800°C, în funcție de materialul folosit.

Exemplu 1. A fost realizată o instalație experimentală în care nisipuri ferose, cu compoziția chimică, în procente de greutate, alcătuită din: 46,6% Fe; 7% TiO₂. 13,4% Si0₂; 4,5% MgO; 4,0% CaO; 4,25% AI₂O_3:1600 ppm Cr; 0,45% V₂0₅; 0.29%P₂0₅ au fost introduse într-un reactor cu lănci de insuflare parțial imersate print-o gură de alimentare, după ce au fost amestecate cu var stins și cărbune bulgări și au fost umidificate cu 19,5% H₂0 într-o instalație de amestecat. Prin intermediul unei lănci de insuflare, parțial imersată, s-au introdus grafit, oxigen și aer în vederea constituirii unor condiții reducătoare puternice

RO 114472 Bl pentru topire în baie de zgură. Printr-o conductă ce constituie căptușeala din jurul lăncii de insuflare s-a introdus aer pentru a realiza post-combustia monoxidului de carbon, a hidrogenului și a car- 5 bonului din gazele emanate imediat deasupra băii. Rata de alimentare cu nisipuri feroase a fost de 65 kg/h, pentru cărbune bulgări a fost de 30 kg/h, pentru var a fost de 6,5kg/h, io rata de insuflare a grafitului a fost de 150 kg/h, a oxigenului de 85 Nm³/h, pentru aerul purtător a fost de 50...65 Nm³/h, iar pentru aerul de protecție a fost de 200 Nm³/h. Temperatura de îs topire a fost în intervalul de 1400... 1450°C. Materialul și zgura au fost evacuate în timpul topirii. După o perioadă de 19,6 h, conținutul reactorului a fost evacuat complet. în timpul arderii a fost 20 introdusă o cantitate de 937,4 kg nisip feros, la un nivel de combustie, la vârful lăncii, de 43%. Nivelul de îmbogățire cu oxigen al gazelor insuflate a fost de 60%.

Gradul de post-combustie cu aer a fost 25 de 25%. Aliajul rezultat a avut o compoziție chimică, în procente de greutate, formată din: 94,8% Fe; 2,74% C; 0,11% S; 0,05% V; 0,05% P, cu un coieficient de recuperare de 87%. Pro- 30 centul de aliaj rămas în zgura evacuată a fost de 4%.

Exemplul 2. într-un agregat metalurgic, similar celui prezentat în fig.

1,2 a fost topit nisip feros, de aceeași 35 compoziție ca la exemplu 1 de realizare practică, la o rată de topire de 80 t/h. în baie s-au introdus cărbune sub formă de bulgări și var stins în cantități de

17.300 kg/h, împreună cu nisip feros și W 15% apă de aglutinare. Au fost folosite trei lănci de insuflare pentru insuflarea în baie a 29.522kg/h grafit, 15.028 Nm³/h oxigen și 15.413 Nm³/h aer de combustie, reprezentând o îmbogățire 4^ cu oxigen de 60% și 45% combustie a grafitului. Prin căptușeala lăncilor s-au introdus 248.460 Nm³/h aer de postcombustie, care a furnizat o recuperare de 30% a căldurii de post-combustie către baie. Gazele de ardere eliberate aveau un conținut ridicat de energie calorică și în cazul trecerii lor printr-un schimbător de căldură ar fi putut genera suficient abur pentru a produce o putere de 40 MW. Instalația de topire a consumat 10 MW, în special pentru producerea oxigenului, astfel încât s-ar fi furnizat un exces de energie în cazul refolosirii căldurii eliberate. Există alternativa proiectării și utilizării unui schimbător de căldură și a unei instalații termice cu turbină pentru producerea oxigenului necesar topirii precum și energiei electrice pentru instalație. Restul gazelor au fost eliberate în atmosferă, după îndepărtarea prafului. Instalația a produs 40,7 t/h aliaj cu compoziția chimică formată, în procente de gerutate, din; 95,8% Fe; 4% C; 32,2 t/h zgură cu compoziția alcătuită din 5% Fe; 29,2% CaO; 15,2% Si0₂; 9,1% MgO. Zgura produsă a fost măcinată în vederea aruncării. Gradul de recuperare a aliajului a fost de 96,1%. Prin intermediul lăncilor de insuflare au fost injectate în baia de zgură grafit, aer purtător și oxigen. Acest amestec a avut un nivel de îmbogățire cu oxigen de 60%, iar gradul de combustie a fost de 45%. Prin insuflare s-a furnizat energia necesară topirii în submersie precum și tulburența și condițiile reducătoare din baie. Prin spațiile inelare dintre elementele lăncilor s-a introdus aer în vederea arderii complete a monoxidului de carbon, a hidrogenului și a prafului de cărbune emanate din baie. Prin această post-combustie s-a furnizat energie termică deasupra băii într-o proporție în care recuperarea acesteia de către baie este semnificativă. Materia primă, conținând fier, aflat sub formă de bulgări sau fin divizată, a fost, în prealabil, amestecată cu var stins ca fondant, cărbune în bulgări ca reducător și apă de aglutinare, și a fost introdusă prin gurile de alimentare, așa cum s-a prezentat în fig. 1,2. Praful din reactor este, de preferință, reutilizat, adăugându-se var stins. Aliajul poate fi folosit în continuare la fabricarea oțelului în alte agregate metalurgice, prin procedee cunoscute, sau poate fi vândut drept fontă, în vreme

RO 114472 Bl ce zgura poate fi granulată pentru a fi refolosită sau aruncată. Gazele de ardere generate în timpul procesului de elborare în reactor conțin suficientă energie pentru a produce de trei sau patru ori cantitatea de energie consumată în timpul procedeului de elaborare, dacă aceste gaze sunt valorificate corespunzător într-un schimbător de căldură pentru a produce aburul necesar funcționării unei turbine.

Claims

Revendicări

1. Procedeu pentru obținerea aliajelor feroase cuprinzând topirea într-un reactor a unei materii prime, ce conține fier, alimentarea pe sus în reactor a materiei prime respective, reactorul respectiv cuprinzând o baie de zgură și metal topit, în care condițiile de încălzire și de reducere sunt generate în cel puțin o zonă de reducere prin injectarea de combustibil/reducător și gaz care conține oxigen prin cel puțin o lance submersată pe la partea superioară și post- combustia gazelor rezultate în urma proceselor de topire și reducere și conținând monoxid de carbon și hidrogen, caracterizat prin aceea că materia primă care conține fier este alimentată în agregat într-un flux separat, împreună cu un fondant și un reducător suplimentar, în cel puțin o zonă de reducere sau într-o zonă adiacentă acesteia, utilizând drept reducător suplimentar cărbune, iar respectivul gaz care conține oxigen are un conținut de oxigen de 40% până la 100% și este alimentat la un debit care asigură un grad de combustie a combustibilului/reducătorului de 40% până la 50%.
2. Procedeu conform revendicării

1, caracterizat prin aceea că agentul combustibil și agentul reducător injectate, pot fi cărbune fin divizat, combustibil lichid, gaz natural, alt material carbonic precum și amestecuri ale acestora.
3. Procedeu conform revendicării

2, caracterizat prin aceea că agentul combustibil este grafitul injectat prin intermediul unul gaz purtător.
4. Procedeu conform revendicării 3, caracterizat prin aceea că gazul purtător conține cel puțin o parte din oxigenul necesar arderii combustibilului.
5. Procedeu conform revendicării 3, caracterizat prin aceea că gazul purtător poate fi un amestec de gaz inert cu aer, aer îmbogățit cu oxigen, oxigen, un gaz inert.
6. Procedeu conform revendicării 5, caracterizat prin aceea că gazul purtător este un gaz inert amestecat cu aer sau numai gaz inert, gazul inert fiind azot.
7. Procedeu conform revendicărilor 1 la 6, caracterizat prin aceea că o parte din oxigenul necesar combustiei este injectat prin lancea de insuflare, curentul de oxigen fiind separat de curentul de combustibil/reducător, amestecarea lor având loc numai în partea inferioară a lăncii și/sau în baia de zgură.
8. Procedeu conform revendicării 7, caracterizat prin aceea că oxigenul injectat prin curent separat cuprinde numai oxigen, aer îmbogățit cu oxigen, obțional amestecat cu gaz inert, cum ar fi azotul.
9. Procedeu conform uneia din revendicările 1 la 8, caracterizat prin aceea că folosește drept reducător suplimentar cărbunele care este sub formă de bulgări.
10. Procedeu conform revendicării 8,caracterizat prin aceea că educătorul suplimentar sub formă de bulgări, cărbunele, este introdus în baie împreună cu materia primă conținând fier.
11. Procedeu conform revendicării 10, caracterizat prin aceea că agentul reducător, cărbunele sub formă de bulgări, este introdus într-o proporție de 20% până la 60% în greutate din materia primă.
12. Procedeu conform uneia din revendicările 1 la 11, caracterizat prin aceea că fondantul, de exmplu, var sau

RO 114472 Bl silice, în funcție de materia primă, este introdus împreună cu materia primă.
13. Procedeu conform uneia din revendicările 1 la 12, caracterizat prin aceea că cel puțin cărbunele reducător suplimentar și materia primă sunt introduse continuu în timpul operației de topire, iar evacuarea zgurei și aliajului metalic fiind continuă.
14. Procedeu conform revendicărilor de la 1 la 12, caracterizat prin aceea că cel puțin cărbunele reducător suplimentar și materia primă sunt introduse continuu în timpul operației de topire, iar evacuarea zgurei și a aliajului metalic obținut se face sub formă de șarje.
15. Procedeu conform oricărei revendicări de la 1 la 14, caracterizat prin aceea că topirea reducătoare are loc la o temperatură în agregat de la 135O°C până la 15OO°C, lancea sau lăncile de insuflare fiind fabricate din oțel aliat, de exemplu din oțel inoxidabil.
16. Procedeu conform revendicării 15, caracterizat prin aceea că lancea sau lăncile de insuflare sunt răcite prin intermediul unui fluid de răcire în timpul operației de topire.
17. Procedeu conform uneia din revendicările de la 1 la 16,caracterizat prin aceea că post-combustia este efectuată cu oxigen sau cu gaz conținând oxigen, de exemplu aer sau aer îmbogățit cu oxigen, introdus în agregat deasupra băii.
18. Procedeu conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că post-combustia are loc în apropierea suprafeței băii, de exemplu adiacent față de zona sau zonele reducătoare, pentru a se atinge un nivel înalt al transferului căldurii către baia de zgură.
19. Procedeu conform uneia din revendicările 1 la 18, caracterizat prin aceea că gazul conținând oxigen pentru post-combustie este introdus prin cel puțin o lance de insuflare, având capătul inferior de ieșire amplasat deasupra suprafeței băii.
20. Procedeu conform cu oricare dintre revendicările de la 1 până la 18, caracterizat prin aceea că gazul conținând oxigen pentru post-combustie este introdus în agregatul metalurgic de elaborare printr-o conductă ce constituie căptușeala lăncii, aceasta este o extensie a lăncii parțial imersate pentru insuflarea combustibilului-reducătorului, conducta care constituie căptușeala terminându-se deasupra suprafeței băii.
21. Procedeu conform cu oricare dintre revendicările de la 1 la 20, caracterizat prin aceea că,post-combustia este astfel condusă încât să se obțină un grad de oxidare de peste 0,2, dar nu mai mare de 0,95, determinat de raportul (C0₂ + H₂0]/(C0 + H₂ + C0₂+ H₂0).
22. Procedeu conform revendicării 21, caracterizat prin aceea că gradul de oxidare este controlat astfel încât să se obțină un transfer maxim al căldurii către topitură, compatibil cu utilizarea ulterioară a gazelor, fără ca baia să fie reoxidată.
23. Procedeu conform cu oricare dintre revendicările de la 1 la 22, carcterizat prin aceea că materia primă conținând fier este încărcată în agregatul metalurgic de elaborare împreună cu un fondant, de exemplu var stins și cu cărbune sub formă de bulgări ca reducător suplimentar, materia primă fiind fin sau grosier divizată.
24. Procedeu conform cu oricare dintre revendicările 1 la 22, caracterizat prin aceea că materia primă este aglutinată cu fondant și/sau cărbune sub formă de bulgări.
25. Procedeu conform cu oricare din revendicările de la 1 la 22, caracterizat prin aceea că materia primă, fomdantul și reducătorul suplimentar sunt încărcate în sau adiacent de zona sau zonele reducătoare rezultate prin insuflare parțial imersată, prin intermediul unor deschideri de încărcare, poziționate convenabil deasupra băii de zgură.

RO 114472 Bl
26. Procedeu conform cu oricare dintre revendicările de la 1 la 22, caracterizat prin aceea că materia primă și fondantul, sub formă pulverulentă, sunt încărcate în agregatul 5 metalurgic de elaborare prin intermediul lăncii sau lăncilor parțial imersate.
27. Procedeu conform cu oricare dintre revendicările de la 1 la 26, caracterizat prin aceea că injecția io parțial imersată se realizează astfel încât să se genereze o turbulență substanțială în zona de reducere, cu spumarea suprafeței băii.
28. Procedeu conform cu oricare dintre revendicările de la 1 până la 27, caracterizat prin aceea că materia primă poate fi minereu de fier sub formă de bulgări sau fin divizat, peleți, peleți fin divizați, nisipuri feroase, reziduuri de fier, țunder, praf eliminat la obținerea oțelului, șpan, zgură de fier și amestecuri ale acestora.