SE443577B - Forfarande for framstellning av tackjern - Google Patents

Description

8003172-7 2 ceras från Fe203 (hematit) till FeO (wustit) genom de uppåt- stigande heta gasformiga produkterna från förbränningszonen, som är belägen i den lägre delen av masugnen. Den koksmängd som erfordras för tillföring av värme till masugnen och för åstadkommande av reduktion av oreducerad järnmalm är en direkt funktion av mängden och sammansättningen av det ut- gângsmaterial som beskickas i masugnen och den önskade tack- järnsproduktionen.

Vid tidigare föreslagna processer har masugnens produktivitet ökats genom en modifikation av den beskickning som beskickas i masugnen. Användning av förreducerad järnmalm såsom en del av beskickningen i masugnen har beskrivits. Emellertid beskickas vid så gott som alla tidigare föreslagna processer en i hög grad metalliserad förreducerad järnmalm i masugnen.

Man har antagit att om metalliseringsgraden och sålunda halten av metalliskt järn i beskickningen ökas till högsta möjliga värde, skulle det reduktionsarbete som erfordras i masugnen i motsvarande mån kunna minskas. Därför skulle man uppnå en ökning av produktiviteten hos masugnen och en minskning av koksförbrukningen, eftersom mindre koksmängd skulle erfordras för reduktion av den redan partiellt för- reducerade järnmalmen i beskickningen.

Icke något tidigare förslag har i tillräcklig grad behandlat den betydelsefulla totala energiförbrukningen och process- verkningsgraden. Behovet av högre metalliseringsgrad hos den förreducerade järnmalmen måste balanseras mot den större svårigheten och kostnaden för erhållande av högmetalliserad järnsvamp jämfört med järnsvamp med lägre metalliseringsgrad.

Det har visat sig att effekten av en beskickning av en masugn med järnsvamp med låg metalliseringsgrad och hög karburise- ringsgrad på ekonomin och verkningsgraden hos den totala mas- ugnsdriften icke i erforderlig grad beaktats.

Det finns behov av en förbättrad masugnsprocess) som både väsentligen ökar produktionen av tackjärn och minskar koks- förbrukningen och samtidigt maximerar den totala ekonomin och 8003172-7 3 verkningsgraden vid framställningen av den förreducerade järn- malm som utnyttjas såsom en del av beskickningen i masugnen.

Ett ändamål med uppfinningen är ett förbättrat förfarande för framställning av tackjärn med förreducerad järnsvamp i en kon- ventionell masugn, varvid andelen av järnsvamp ökas, under det att koksförbrukningen vid processen minskas i högre grad än vid tidigare kända processer.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett förbättrat förfarande för framställning av tackjärn i en konventionell masugn, varvid produktionen av tackjärn ökas, under det att koksförbrukningen vid processen minskas i större grad än vid tidigare kända processer.

Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett förbättrat förfarande för framställning av tackjärn i en masugn som är mer ekonomiskt och effektivt än tidigare kända PIOCGSSEI' .

Det är ett ytterligare ändamål med uppfinningen att åstad- komma ett förfarande för drift av en masugn, varvid en del av beskickningen utgöres av järnsvamp med en sammansättning som väljes på sådant sätt att den bidrager väsentligen till reduktionen av järnmalmen i beskickningen samtidigt som den totala ekonomin och verkningsgraden hos masugnsdriften maxi- mêrâS .

Enligt föreliggande uppfinning åstadkommas ett förfarande för framställning av tackjärn, varvid en masugn beskickas med en blandning av koks, järnmalm och förreducerad järnmalm, varvid förfarandet kännetecknas av att man använder en förreducerad järnmalm med en metalliseringsgrad av 75-85 % och en kolhalt av 1,4-4,5 viktprocent, varav minst 80 viktprocent är ferri- karbid, Fe3C.

Mängdförhållandet mellan järnkarbid (ferrikarbid, Fe3C) och fritt kol i järnsvampen beror på ett flertal parametrar, såsom 8003172-7 4 typen av malm och reducerande gas samt betingelserna vid pro- cessen¿ Förfarandet enligt uppfinningen innefattar att man beskickar järnsvamp, i vilken minst 80 % och företrädesvis 90 å av den totala kolhalten utgöres av ferrikarbid.

En blandning av järnsvamp med en sådan sammansättning samt oreducerad järnmalm beskickas i toppen av masugnen. När beskickningen rör sig nedåt genom masugnen, upphettas den 'till en lämplig temperatur, vid vilken ferrikarbiden (Fe3C) i järnsvampen kan reducera kvarvarande järnoxid i järnsvam- pen. Kolmonoxid som bildas vid reduktionen av kvarvarande jârnoxid i järnsvampen kombineras med kolmonoxid som erhålles _ från tillsatsen av koks och åstadkommer partiell reduktion av hematit (Fe2O3) eller magnetit (Fe3O4) till wustit (Fe0).

Dessa reduktionsreaktioner fortskrider enligt följande ekvationer: Peo + re3c-a4re° + cø Fe2O3 + CO-à2FeO + C02 Fe3O4 + CO->3E'eO + C02 Vid konventionell drift av masugnen måste hela mängden kol- monoxid som användes för genomförande av reduktionen av järn- oxider som förefinnes i beskickningen tillföras med den koks som tillföres till masugnen. Enligt uppfinningen kan den mängd kolmonoxid som måste tillföras med koksen för att åstadkomma önskad reduktion minskas.

Det är därför en betydelsefull fördel med uppfinningen att man genom beskickning av järnsvamp som är i hög grad upp- kolad kan minska den mängd koks som måste tillföras till mas- ugnen för reduktion av järnmalmen i proportion till mängden förreducerad malm och ferrikarbid.

En annan betydelsefull fördel med föreliggande uppfinning varvid järnsvamp med låg metalliseringsgrad inom området 75-85 % användes är att lägre metalliseringsnivåer kan åstad- kommas mer ekonomiskt och effektivt vid förreduktion av järnmalmen. Såsom visas i tabell I i det följande kan en 8005172-7 5 ökning av nästan 30 % av det totala utbytet av järnsvamp i järnsvampframställningsanläggningen åstadkommas, om man arbe- tar vid 75 % metallisering jämfört med 90 % metallisering.

Drift vid lägre metalliseringsgrad tillåter större produktivi- tet och termisk verkningsgrad, eftersom uppehållstiden för malmen i en direktreduktionsreaktor blir kortare och drifts- temperaturen lägre.

Tabell I.

Dygnsproduktion (ton) i en direktreduktionsanläggning Metallisering 75 % 80 % 85 % 2Q_å Järnsvamp ll8O 1090 1000 910 Totalt järn 992,5 939,14 883,6 814,4 Metalliskt järn 744,34 751,34 751,1 732,9 Kol 53,1 37,06 22 12,7 Gångart 63,48 60,06 56,5 57,1 Kolhalten i järnsvampen kan variera från 1,4 till 4,5 vikt- procent i metalliseringsområdet 75-85 %. En särskilt före- dragen metod enligt uppfinningen innefattar att man beskickar järnsvamp med en kolhalt av 3-4,5 viktprocent. Järnsvampen som beskickas i masugnen bör även ha en minimiuppkolning i form av ferrikarbid (Fe3C). Av den totala kolhalten i järn- svampen bör minst 80 % och företrädesvis 90 % föreligga i form av ferrikarbid. Om järnsvamp med låg metalliserings- grad och hög uppkolningsgrad beskickas i den övre delen av masugnen, reduceras kvarvarande järnoxid med ferrikarbiden, varigenom hela beskickningen av järnsvamp blir väsentligen enbart metallisk. Denna sekundära reduktion som äger rum i masugnen representerar en direkt inbesparing av energibehovet som erfordras för att öka metalliseringsgraden från 75 % till något högre värde. Eftersom dessutom större mängd järn med lägre metalliseringsgrad kan framställas under en viss tid- rymd, ökas produktiviteten hos reduktionsanläggningen.

I tabell II anges en materialbalans för järnsvampmetallise- ringsgrader inom området 75-90 %. Det kol som förefinnes i järnsvampen som beskickas i masugnen varierar från 1,4 vikt- 8003172-7 s procent vid 90 % metallisering till 4,5 % vid 75 % metallise- ring. Värdena visar att samtidigt som mängden metalliskt o järn som förefinnes i järnsvamp med 75 s metalliseringsgrad är väsentligt mindre än i järnsvamp med 90 % metalliserings- grad, är den totala järnmängd som fërefinnes väsentligen densamma.

Tabell II Sammansättning (%) hos järnsvamp erhållen i en direktreduktionsanläggning Metallisering Järnmalm 75 % 80 % 85 % 90 % Totalt järn 67 84,11 86,6 88,36 89,49 Kol 0 4,5 3,4 2,21 1,40 Syre 28,7 6,01 4,92 3,79 2,56 Gångart 4,3 5,38 5,51 5,65 6,27 Metalliskt järn O 63,08 68,93 75,11 80,54 Försök har genomförts för bestämning i vilken utsträckning produktiviteten i en masugn kan ökas med samtidig minskning av koksförbrukningen när man använder järnsvamp såsom en del av beskickningen. I allmänhet har man vid tidigare kända processer utnyttjat järnsvamp med hög metalliseringsgrad jämfört med järnsvamp med låg metalliseringsgrad och hög uppkolningsgrad som användes enligt uppfinningen. Resultaten av dessa försök anges på figurerna l och 2.

På figur l visas en grupp kurvor som åskådliggör hur produk- tiviteten hos masugnen ökar såsom en funktion av ökningen av metalljärnhalten i beskickningen. Det skuggade området mel- lan kurvorna l och 2 representerar de resultat som erhållits vid tidigare kända processer, varvid en del av beskickningen i masugnen utgjordes av förreducerad malm. Dessa resultat visar att produktiviteten hos masugnen kan ökas från ca 6 till 10 % per lO % ökning av metallhalten i beskickningen.

Kurva 3 på figur l visar ökningen av produktiviteten i mas- ugnen som erhålles vid användning av järnsvamp med låg metal- liseringsgrad och hög uppkolningsgrad såsom en del av be- 8003172-7 1 skickningen i masugnen. Dessa resultat visar att vid använd- ning av järnsvamp enligt uppfinningen är den genomsnittliga ökningen av produktiviteten hos masugnen jämfört med tidigare kända processer ca 9 %.

På figur 2 visas en annan grupp av kurvor som åskådliggör hur koksförbrukningen i masugnen förändras såsom en funktion av förändringen av metalljärnhalten i beskickningen. Det streckade området mellan kurvorna l och 2 representerar de resultat som erhölls med tidigare kända processer och visar att koksförbrukningen kan minskas ca 5-7 % per 10 % ökning av metalljärnhalten i beskickningen.

Kurva 3 representerar de resultat som erhålles vid använd- ning av järnsvamp med låg metalliseringsgrad och hög uppkol- ningsgrad. Resultaten visar att koksförbrukningen kan minskas ca 7 % jämfört med tidigare kända processer.

En sammanställning av en serie försök varvid mängden järn- svamp i beskickningen till masugnen varierar från 0 till 35 % anges i tabellerna III och IV i det följande. Försöken har genomförts för bestämning av mängden järnsvamp som fram- ställes och mängden koks som förbrukas i masugnen vid be- skickning av olika mängder järnsvamp med en sammansättning enligt uppfinningen.

Tabell III.

Sammansättning av järnsvamp som beskickas i masugnen (%) O % 15 % 25 % 35 % järnsvamp järnsvamp järnsvamp järnsvamp Totalt Fe - 86,9 87,10 86,77 Metalliskt Fe ~ 73,2 73,8 72,2 PeO - 17,7 17,66 18,74 Si02 - l,7l 1,66 1,76 Al203 - 0,80 0,89 0,81 Ca0 - 1,84 l,80 1,64 Mgo - 0,98 1,0 0,91 C - 2,23 2,36 2,33 8005172-7 8 Materialen som användes och försöksbetingelserna anges i tabell IV.

Tabell IV.

Driftsparametrar för masugnen 0“% 15 % 25 % 35 % garn- järn- järn- järn- Beskickade material svamp svamp svamp svamp (kg/ton tackjärn) 7 Sinter 1048 1047 957 853 Styckemalm 675 443 238 74 Järnsvamp - 266 4oo 494 Koks 704 604 546 491 Dolomit 135 81 53 34 Blästerluft Blästerluftvolym (Nm3/minut) 1456 1511 1478 1467 Fuktighetshalt (g/M3) 23,5 28,8 29,3 31,1 Temperatur (OC) 787 802 808 809 Tryck (xp/cmz) 1,47 1,41 1,33 1,30 Tackjärnsproduktion Ton/dygn 779 972 1065 1165 Temperatur (°c) 1340 1417 1407 1390 Kisel (%) 1,08 1,17 0,98 1,05 Svavel (%) 0,083 0,048 0,058 0,071 ÄH Mängd (kg/ton tackjärn) 395 344 332 280 Si02 (%) I 35,7 34,8 35,3 35,2 Al203 (%) 13,0 13,9 13,7 14,7 CaO (%) 36,8 37,5 38,3 38,6 Mg0 (%) 8,0 8,5 8,0 7,8 Temperatur hcs tøppgasen (OC) 264 222 233 260 CO/C02-förhållande 1,39 1,51 1,61 1,70 Stoftuppfângning _ (kg/ton tackjärn) 38,2 18,2 9,66 6,4 8003172-7 9 Resultaten vid dessa försök visar att man erhåller en väsent- lig ökning av mängden tackjärn vid användning av järnsvamp såsom en del av beskickningen i masugnen. Enligt dessa för- sök kunde vid beskickning av 35 % järnsvamp tackjärnsproduk- tionen ökas ca 50 % jämfört med betingelserna varvid utgångs- materialet till masugnen innehöll O % järnsvamp.

Dessutom åstadkommas en väsentlig minskning av koksförbruk- ningen vid beskickning av järnsvamp i masugnen. Försöks- resultaten anger att en minskning av koksförbrukningen med ca 30 % åstadkommes vid beskickning av 35 % järnsvamp i mas- ugnen.

De termer och uttryck som använts har utnyttjats för beskri- vande av uppfinningen och icke för att begränsa denna och det är icke avsikten att använda dessa termer och uttryck för att utesluta ekvivalenta åtgärder och material, eftersom en mång- fald variationer kan åstadkommas inom ramen för uppfinnings- tanken.

Claims (4)

1. 8003172-7 /Û PATENTKRAV l.Förfarande för framställning av tackjärn, varvid en masugn beskickas med en blandning av koks, järnmalm och förredu- cerad järnmalm, k ä n n e t e c k n a t därav, att man använder en förreducerad järnmalm med metalliseringsgraden 75-85 % och kolhalten 1,4-4,5 viktprocent, vari minst 80 vikt- procent av kolhalten föreligger i form av ferrikarbid.

2. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t därav, att minst 90 viktprocent av kolhalten föreligger i form av ferrikarbid.

3. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n - n e t e c k n a t därav, att den förreducerade järnmalmen har en metalliseringsgrad av 75-80 % och en kolhalt av 3-4,5 vikt- procent.

4. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n - n e t e c k n a t därav, att järnmalmen utgöres av järnsvamp och att masugnen beskickas med en beskickning av i huvudsak 60 viktprocent sinter, 5-35 % styckemalm och 5-35 % järnsvamp, varvid en del av beskickningen reduceras med kolmonoxidgas som framställes i härden och stället i masugnen och att eventuellt återstående järnoxid i järnsvampen reduceras med ferrikarbid som förefinnes i järnsvampen.