SE452476B - Forfarande for smeltning av jernskrot - Google Patents

Description

A0 452 _476 2 till förhättring och att kraftkostnaden successivt kommer att : öka. Även förhållandet mellan tillgång och efterfrågan kommer att bli hårdare och därför är det inte fördelaktigt att generera elektrisk kraft med hjälp av olja eller även direkt användning av oljefraktioner för ståltillverkning.

Vi har för avsikt att etablera en teknologi för att till- verka järn med användning av kol eller koks, vars stabil till- försel kan väntas för närvarande eller andra kolhaltiga material av lägre kvaliteter, i stället för elektricitet eller olja.

Med avseende på järntillverkning under användning av kol- haltiga material har koks använts kommersiellt för att tillverka järn i kupolugn. Kupolugnsjärntillverkning erfordrar bitar el- I ler block av koks av en hög hållfasthet och lämpliga storlekar så att koksen kan bära upp det chargerade materialet för att tillförsäkra gasflöde i ugnen. Detta fastställer en gräns ur materialsynpunkt och nackdel ur kostnadssynpunkt. Kupolugnen är också av naturliga skäl en ugn för tillverkning av gjutjärn och ger endast smält järn innehållande 3-4 procent kol, nämli- gen tackjärn och därför, om det avses att tillverka stål, är det nödvändigt med ytterligare oxidationsraffinering (avkolning) och reduktionsraffinering under användning av annan ugn såsom en konverter.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är'att åstadkomma en metod för järntillverkning som inte längre använder sättet h att bära upp de chargerade materialen med kolhaltigt material, utan utnyttjar chargeríng av kolhaltigt material direkt inli det smältajärnet tillsammans med järnskrot och åstadkommer ut- rymme för bränning av CO-gas över det smälta järnet och möjlig- EÖT på detta sätt användning av vilket kolhaltigt material som* helst oavsett dess form och storlek.

Ett annat ändamål med föreliggande uppfinning är att åstad- komma apparater för utövande av föreliggande förfarande för järntillverkning.

På grund av formen av kärlet, i vilket föreliggande järn- tillverkning utföres är en slags reaktor för kemisk processbe- handling har vi kallat teknologin för "järntillverkning i reak- tor". l I enlighet med järntillverkning i reaktor är det möjligt att realisera inte endast samtidig smältning och oxidation-raf- _ finering av järn utan också raffinering av smält järn och kont- rollering av kolhalten i området upp till 3,5 procent. I ända- Jm '15 AÛ ' 452 476 målet att tillverka stal erbjuder sålunda teknologin en ratio- nell och fördelaktig process. _ Det kännetecknande och unika i uppfinningen framgår av kravets 1 kännetecknande del, dvs det gäller att chargera järn- skrot och kolhaltigt material i smält järn, som är placerat i en reaktor med utrymme över det smälta järnet, man blåser syr- gas in i det smälta järnet för att omröra det smälta järnet och oxidera det kolhaltíga materialet i huvudsak till CO, man blåser syrgas även in i utrymmet över det smälta järnet in i reaktorn för att oxidera CO-gasen till C02, man värmer det chargerade järnskrotet för att smältan med värme genererad ge- nom oxidationen och utnyttjad avgas med hög temperatur för för- värmning av järnskrotet som skall chargeras.

För att ytterligare förklara uppfinningen kommer denna nedan att beskrivas under hänvisning till bifogade ritningar, som beskriver utföringsformer och exempel av uppfinningen.

På ritningarna visar fig. 1 och 2 driften av föreliggande järntillverkningsapparat: Pig. 1 visar en longitudinell sektion av en reaktor, fig. 2 visar en tvärsektion av reaktorn och en longitudinell sektion av ett schakt. _ Pig. 3A-3G är diagram som visar arbetsmodeller enligt föreliggande förfarande för järntillverkning: 3A visar vikt- ändringen av smält tackjärn under en arbetscykel, SB visar hastigheten för chargering av kol (den heldragna linjen visar' den kumulativa mängden och den streckade linjen visar den till- satta mängden), SC visar flödeshastigheten hos syrgasen, 3D är hastigheten hos järnskrotchargeringen, 35 visar kolhalten i smält tackjärn, 3F visar förhållanden mellan C02 och summan å av CO och C02 i avgasen och 3G visar temperaturen hos det smälta tackjärnet.

Pig. 4 visar en longitudinell sektion av en annan utfö- ringsform av föreliggande apparat för järntillverkning i reak- tor för att illustrera arbetet däri.

Fig. 5 är ettschematiskt diagram visande materialbalansen i ett arbetsexempel under användning-av apparaten i fig. 4.

Fig. 6 är en longitudinell sektion av ytterligare en annan utföringsform av föreliggande apparat för järntillverkning i reaktor för att illustrera arbetet däri. _ Pig. 7 och fig. 8 illustrerar arbetet av "tvillingugnar" under användning av reaktor enligt föreliggande uppfinning: _) Fig. 40 f_- 452 ,476 tion efter linjen I-I i fig. 7. 7 visar en longitudinell sektion och fig. 8 visar tvärsek- Pig. 9 illustrerar stegen i tvillingreaktorn för järntill- verkning enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 10 illustrerar en arbetsmodell enligt föreliggande tvillingreaktor för järntillverkning, vilken är ett diagram vísande växlingen av mängden av syrgas som blåses in i reak- torn, mängden av chargerat kol och temperaturen hos det smälta tackjärnet under en arbetscykel.

Föredragna utföringsformer kommer nedan att beskrivas i detalj.

Föreliggande förfarande vid järntillverkning i reaktor kännetecknas av att man via ett övre materialintag under en fortgående process chargerar järnskrot jämte ett fast, icke- petroleumhaltigt, kolhaltigt material, valt inom gruppen pul- verformigt kol och koks i smält järn inuti reaktorn med fritt utrymme ovanför järnsmältan, varvid det kolhaltiga materialet tillföras genom injektering vid kvävgasflöde eller luftflöde, att syrgas blåses i järnsmältan i nära anslutning till ytan därav, varigenom omblandning sker i järnsmältan, och det icke- petroleumbaserade, kolhaltiga materialet huvudsakligen oxide- 'ras till CU, samtidigt som syre blåses i det ovanför järnsmäl- tan befintliga utrymmet, varigenom CU-gasen oxideras till C02, varvid syreflödet ökas allteftersom mängden smält järn ökar, att det tillförda järnskrotet får undergâ upphettning, så att smältning inträffar under värmeutveckling till följd av oxíde- ringen, att avgående gas med hög temperatur användes för för- värmning av det för inmatning avsedda järnskrotet, och att järnsmältan avtappas, då mängden järnsmälta uppnått en första i förväg fastställd nivå, tills mängden därav minskat till en andra förbestämd nivå, som möjliggör en efterföljande arbets- cykel, samt att därefter angivna moment genomföras på nytt.

Föreliggande apparat, som är lämplig för att utöva ovan-- nämnda förfarande för järntillverkning, omfattar väsentligen en reaktor med en eldfast infodring och med åtminstone ett öv- re och ett lägre gasblåsningsmunstycke, ett avgasmunstycke och ett tappningsmunstycke och ett vertikalt schakt installerat separat till reaktorn men förbundet med gasutblåsningeny vil- ket är ett inlopp för järnskrotet, som skall chargeras, och för värmeväxlíngen mellan den utblåsta avgasen med hög temperatur I: ,..._..__..@ ___..- _ 40 452 476 och järnskrotet. Ä" -.

Typiska utföringsformer av reaktor för järntíllverkníng enligt föreliggande uppfinning kommer nedan att beskrivas.

Såsom visas i fig. 1 och fig. 2 omfattar ett exempel av föreliggande apparat för järnframställning i reaktor en hori- sontellt installerad cylindrísk reaktor Z gjord av stålskal med eldfast infodring.

Reaktorn 2 hålles medelst spindlar 27 på båda sidor av lager 28 och är roterbar i ett visst vinkelomràde runt en horisontell axel med hjälp av drivkraft från en icke visad motor Överförd med kugghjul 29A och kuggdrev 29B. Såsom fram- hållits ovan har reaktorn 2 munstycken 23 för blâsning av syr- gas in i det smälta järnet vid den lägre delen därav och mun- stycken 24 för blâsning av syrgas in i utrymmet över det smälta järnet i den övre delen därav. Den har även ett glidande mun- stycke 26 för tappning av smält järn och chargering av slagg- bildande medel. Gasutströmningskanalen 25 förbinder sidodelen 31 hos schaktet 3 på ett lämpligt vinkelområde ur rotations- synpunkt.

Schaktßfiš är cylíndriskt och den stående vertikala delen 32 därav har en ingång 35 för material inkluderande järnskrot.

Sidodelen 31 är avböjd i en lämplig vinkel så att det införda järnskrotet 5 (i nâgra fall tillsammans med kol) kan stanna vid en lämplig basvinkel men en önskad mängd järnskrot kan chargeras in i reaktorn när den transporteras av en mataran-. ordning, såsom stötanordníngen 34. Mataranordníngen kan vara en skruvtransportör. g Det föredrages att anordna ett munstycke 35 för blâsning av syrgas eller luft vid den lägre delen av schaktet där vär- meväxlingen sker mellan den avgående gasen med hög temperatur och skrotet som skall chargeras. Detta möjliggör väsentligen fullständig förbränning av CO i avgasen, vilket resulterar i mer effektiv förvärmning av järnskrotet och underlättande av behandlingen av avgasen. Toppen av schaktet är förbunden med avgasbehandlíngsanordningen (icke visad) såsom en stoftav- lägsnare. w Vid början av operationen framställes en viss mängd smält tackjärn eller stål i en annan anordning såsom en mas- ugn eller en ljusbágsugn och placeras i reaktorn 2 som "ut- säde". Alternativt, om reaktorn är använd kontinuerligt och .30 40 452 476 insidan därav hålles vid en hög temperatur kan driften börja utan användning av "utsädes"-smält järn av lättoxiderbart järn- skrot såsom svarvspån placeras i reaktorn. Sedan kastas järn- skrot S och kolhaltigt material såsom kol in i det smälta jär- net 7 och syrgas blâses från övre och lägre munstyckena 23 res- pektive 24. Såsom framhållits ovan sker oxídationen av det chargerade kolhaltiga materialet till CO i smält järn 7 och den största delen av den resulterande CO-gasen oxíderas till C02 i utrymmet över det smälta järnet. Beroende på värmegenereríngen genom oxidationen smälter det chargerade järnskrotet och sam- tidigt sker en uppkolning av det smälta järnet. Uppkolningen fortsätter snabbt på grund av den kraftiga omröringen genom blåsning.

Såsom lätt inses utnyttjas värmet som bildas beroende på oxidatíonen C - CO i det smälta järnet nästan fullständigt för temperaturökning av det smälta järnet, och värmet som gene- reras beroende på oxidationen CO - C02 absorberas också hög- gradigt av det smälta järnet genom den fria ytan därav som blir ökad genom den kraftiga omröringen.

Det kolhaltiga materialet kan vara, ehuru vår uppmärksam- het huvudsakligen är riktad på kol såsom berörts tidigare, lägre kvaliteter såsom grafitpulver, retortkol eller skorstens- sot. Även om kol användes kan lägre koksande kol användas.

Om kolhaltigt material kan erhållas í form av stycken el- ler block kan det blandas med järnskrotet och chargeras genom schaktet 3. Å andra sidan, om det är i form av pulver eller fina partiklar, kommer avsevärda mängder därav att blåsas bort vid värmeväxlíng med avgasen och av detta skäl bör det injice- ras i det smälta järnet genom ett munstycke (icke visat på rit- ningen) anordnat i reaktorn med ström av kvävgas (om det inte finns någon risk för explosiv komposition kan luft användas).

Detta är en föredragen utföríngsform enär det pulverformiga kolhaltiga materialet reagerar snabbt.

Mängden eller hastigheten med vilken syret inblâses i och mängden eller hastigheten med vilken kolhaltigt material char- geras beror på förhållanden hos dríftcykeln eller mer speciellt bestämt genom att ta i beräkning mängden och temperaturen av begynnelsesmältan ("utsädesvärmct") värmct som är nödvändigt för att smälta järnskrotet och vürmet som strålar ut från reaktorn och även tas ut nv nvgns (med hänsyn tagen till värme- 4 0 = 452 476 åtcrvinningen under värmeväxlingen med järnskrotet). Järn: ' skrotet av den mängd som balanserar med det genererade järnet chargeras och efter fullständigandet av smältningen av järn- skrotet ytterligare chargcríng och blåsning fortsättes för att öka det smälta järnet. Chargeringen av materialet kan vara inte endast på detta ständigt upprepade eller intermittenta sätt utan också på ett kontinuerligt sätt så länge som driften kan kontrolleras.

När mängden smält järn når gränsen för kapaciteten hos reaktorn lutas reaktorn och det glidande munstycket öppnas för För att få en effektiv drift har det av erfarenhet visat sig att mängden av smält järn tappning av smält järn till skänken. i reaktorn bör vara högst 40 a av den inre volymen av reaktorn, med andra ord, 60 % eller mer bör lämnas som utrymme över det smälta järnet- Ytterligare steg för konvertering av det smälta järnet, särskilt tackjärnet, erhålles genom föreliggande förfarande till stål, avkolníng, deoxidering, avsvavling och tillsats av legeringselement kan utföras vanligen i separata raffinerings- processer. Åtminstone en del av raffineríngen kan emellertid utföras i reaktorn med slagg av en lämplig sammansättning som är bildad på det smälta järnet. Såsom beskrivits ovan omröres det smälta järnet kraftigt beroende på blåsningen av syrgas och därför framskrider raffineringen mycket effektivt.

Efter tappning av det smälta järnet från reaktorn upprepas de ovan beskrivna stegen under användning av en lämplig mängd begynnelsesmälta kvarblivande i reaktorn. Föredragen mängd av begynnelsesmältan är, ehuru beroende på kapaciteten hos reak- torn och driftbetingelserna, inom området 5-80 % av maximi- begynnelsesmältan.

För att tillförsäkra en jämn drift av ovan beskrivna appa- rat för tillverkning av järn i reaktor är det nödvändigt att använda järnskrot av relativt likformig form och storlek.

Om sådant material är svårtznt erhålla rekommenderas det att använda apparaten som beskrives nedan. Apparaten möjliggör jämn drift fri från restriktioner vad beträffar form och stor- lek hos järnskrotmaterialet.

En av apparaterna har den konstruktion som visas i fíg. 4.

Apparaten omfattar i huvudsak en reaktor med eldfast in- fodring och med åtminstone ett övre och lägre gasblåsningsmun- 40 452 476 a stycke, ett järnskrotchargeringsinlopp, vilket samtidigt ärf utlopp för gasen av hög temperatur; och ett vertikalt schakt anordnat rakt ovanför järnskrotchargeringsinloppet och förbun- det därmed och med organ för kontrolleríng av chargering av järnskrotet vid den lägre änden av schaktet och ett gasinlopp däröver för introducering av avgas från gasutloppet för hög- temperaturgas från reaktorn med hjälp avett förbiledningsrör, vilket schakt utgör ett inlopp för järnskrot som skall charge- ras och för värmeväxling mellan avgasen av hög temperatur och järnskrotet.

Reaktorn 2 kan eventuellt vara försedd med ett annat mun- stycke (icke visat) för injicering av pulverformigt kolhaltigt material med en ström av en lämplig bärargas. Det kolhaltiga materialet kan naturligtvis chargeras som en blandning till- sammans med järnskrotmaterialet.

Tappningen av det smälta järnet kan utföras genom begyn- nelsesmältans inlopp 26C genom vridning av reaktorn. Det är emellertid föredraget att använda tappningsmunstycket 26A, enär järnframställníngen inte blir avbruten av tappningen och värmeförluster minskas.

Läget av tappningsmunstycket 26A bör vara sådant att en lämplig mängd av det smälta järnet skall kvarbliva som begyn- nelsesmältan i reaktorn. Hänvisningsbeteckningen 26B indikerar tömningsmunstycket för begynnelsesmältan.

Organ för kontrolleríng av chargeringen av järnskrotet.är anordnade vid den lägre delen av schaktet omfattande en stop- pare 67 och ett spjäll 68, som sidledes går framåt och tillbaka för att stänga och öppna schaktet. Vid det stadium då stopparen 67 är öppen och spjället 68 är stängt chargeras järnskrotet 5 genom järnskrotinloppet 92 vid den övre delen av schaktet och sedan då stopparen 67 är stängd för att hålla en viss mängd av järnskrotet på spjället 68. När spjället 68 öppnas faller järn- skrotet genom chargeringsinloppet 25A in í smältan. Sedan stängs spjället 68 och stopparen 67 öppnas, och hela skrotmäng- den kommer ned och sedan stopparen 67 är stängd kommer en viss mängd järnskrot att hållas pà spjället 68, vilket står i bered- skap för efterföljande chargering.

Driften av denna apparat kommer att förstås av ovanstående förklaring. Järnskrotmaterialet 5 införes genom järnskrotinlop- pet 92 ned i schaktet 9 och kommer sedan till den lägre änden ZS 9 : 452 11176 av schaktet och faller sedan in i reaktorn 2, där det smäfter genom att upphettas med den värme som genereras av reaktionen av det kolhaltiga materialet som injíccras (eller faller ned tillsammans med järnskrotet) in i reaktorn och syre. Avgas med hög temperatur innehållande CD från utloppet ZSB komer med hjälp av förbiledningsröret 8 in i schaktet genom gasinloppet 91 vid den lägre delen av schaktet. Gasen är blandad med luft införd genom ett munstycke eller ett mellanrum âstadkommet i förbi- ledningen och reagerar för att bilda värme och stiger i schak- tet där det värmer järnskrot och själv kyles. Den resulterande lågtemperaturgasen kommer ut ur utloppet 93 för lâgtemperatur- gas och behandlas i en avgasbehandlingsanordning (icke visad) för att släppas ut i luften.

Materialbalans i ett arbetsexempel för järntillverkning i reaktor under användning av ovan beskriven apparat för att framställa 2 ton järn innehållande 2 % kol visas i fig. 5.

Värmeeffektiviteten i detta exempel är följande: ökning av värmeínnehållet i Smältvärme N _" verkningsgrad = Éšïmímäíïäaåaïïšaktorn = ° »60 Skrotförvärm= _. . H .

Iüngwerkníngs_ Ékgåçgtâï varmeinnehållet grad = fysiskt värme i avgasen = 0'4¶ Total värme- total värme återvunnen verkningsgrad = 0,56 total värme genererad En annan utföríngsform av den rekommenderade apparaten för tillverkning av järn i reaktor har den konstruktionen som visas i fig. 6. Apparaten omfattar väsentligen reaktorn 2 med eldfast infodring 22 och med åtminstone ett övre och lägre gasblåsningsmunstycke 23 respektive 24 och ett järnskrotchar- geringsinlopp 25, som samtidigt är gasutlopp för högtemperatur- gas; och en rökgaskanal 4 anordnad i ungefär horisontellt läge, vars ena ände är förbunden med utloppet 25 för högtemperatur- gas och inloppet för järnskrot och vars andra ände är ett ut- lopp 43 för lågtemperaturgas med jürnskrotchargcringsinlopp 44, varvid rökgaskanalen 4 har en värmchcstündig transportör 6 vid' _ ...____._.___.....__.....¿....... ... . ..,_-.................._.~.............___-- ..._......._....>._.....

-IS 40 452 426 dess lägre ände för transportering av det införda järnskrotet och chargering av detsamma i reaktorn 2 och samtidigt för värmeväxling mellan avgasen med hög temperatur och järnskrotet.

Reaktorn 2 kan eventuellt vara försedd med en lans 24A för injicering av pulverformigt kolmaterial med en lämplig bärargas in i smältan. Tappningen av smältan kan utföras genom gasutloppet och järnskrotchargeringsinloppet 25 genom vridning av reaktorn. Det är emellertid föredraget att använda ett tapp ningsmunstycke 26, när smältningsoperationen inte skall avbry- tas genom tappningen och värmeförlusten kommer att minskas.

Läget av tappningsmunstycket 26 bör vara sådant att en lämplig smälta kvarblir som begynnelsesmälta i reaktorn Z.

Rökgaskanalen 4 kan ha den konstruktion som visas på rit- ningen, dvs att övre delen av den värmebeständiga transportören 6 bildar den lägre delen av rökgaskanalen. Transportören bör ha sådan form och längd att den har en horisontell eller en lätt lutad yta som går neråt mot transportriktningen i sådan ut- sträckning att materialet, dvs järnskrotet 5, inte glider ner och att avgaserna med hög temperatur från reaktorn 2 stiger upp på transportören där tillräcklig värmeväxling mellan gas och järnskrot kommer att förverkligas. v Den värmebeständiga transportören 6 kan bestå av en band- traktor som hålles och drives av valsar 61 och 62 och ett dri- vande kugghjul 63 för att driva i pilens riktning och bära upp så kallade blindvalsar 64,64 --. _ Denna bandtraktor bör vara tillverkad av värmebeständigt stål. I avsikt att minska skadan som tillfogas bandtraktorn beroende på hög temperatur bör det täckas av ett hölje 66, i vilket kall luft matas genom kalluftsintaget 661 för att kyla bandtraktorn. Matningen av kall luft utföres företrädesvis av stark ventilation. Luften som är värmd till hög temperatur ge- nom kylning av bandtraktorn strömmar ut ur varmluftutloppet 662 och kan eventuellt användas som värmekälla vid en värme- återvinningsanordning (icke visad).

Driften av ovan beskrivna apparat kan förstås av ovan- nämnda förklaring. Järnskrotmaterialet S som införes genom järnskrotíngången 44 och placeras på värmebeständiga transpor- tåen 6 flyttas ncr i rökgången allt eftersom bandtraktorn rör sig och faller in i reaktorn 2. Järnskrotet som fallit in i reaktorn smälter genom att upphettas med värme bildad genom »vn-nn . .,..\.._.__...................._..4_......... e... .i . 40 11 = 452 4.76 reaktion av kolhaltígt material injicerat i reaktorn och šyret.

Avgas med hög temperatur innehållande CO kommer från utloppet ZS in i rökgaskanalen 4. Gasen är blandad med luft införd genom ett spelrum 41 mellan utgången och rökgaskanalen och reageras för att generera värme som förvärmer järnskrotet. Den resulte- a rande gasen med låg temperatur kommer ut ur gasutloppet 43 för låg temperatur och behandlas i en avgasbehandlingsanordning (icke visad) för att kunna frigöras i luften.

En av de särskilda utföringsformerna hos föreliggande upp- finning är järntillverkning i "tvíl1ingreaktor“, vilket syftar till förbättring av värmeverkningsgraden och förbrukning av en- hetsmaterial såväl som jämnare drift. Användningen av "tvilling- reaktorn" för järntillverkning i stället för kombinationen av en ensam reaktor och schakt inbördes förenade två reaktorer, av vilken den ena smälter järnskrotet och den andra järnskrotet som skall smältas förvärmes.

Föreliggande förfarande med användning av tvillingreaktor för järntillverkning kännetecknas av följande steg: i) Chargering av järnskrot och kolhaltigt material i reaktor A och reaktor B som sammansätter tvillingreaktorn och om det är nödvändigt förvärmning av dem; ii) tillsättning av smält järn till reaktor A, blåsning av syrgas under den smälta järnytan för att omröra det smälta järnet och för att oxidera det kolhaltiga materialet i huvud- * sak till CO, blàsning av syrgas över den smälta järnytan för att oxidera den del av CO-gasen till C02 och smältning av järn- skrotet som chargerats i reaktorn A med det värme som genere- rats genom oxidationen; iii] införande av högtemperaturavgas kommande från reak- tor A allt eftersom smältningen fortskrider in i reaktorn B, vidare blâsning av syrgas in i reaktorn B för att oxídera resten av CO-gasen till C02 och förvärmning av järnskrotet och det kol- haltiga materialet i reaktorn B med fysiskt värme från avgasen och det värme som genererats genom oxidationen; iv) avslutning av syrgasblåsníngen in i reaktorn A när smältningen är fullständig däri och temperaturen hos smältan uppnår en förutbestämd nivå, tillsättníng av en del av det så- lunda bildade smälta järnet till det förvärmda järnskrotet och det kolhaltiga materialet i reaktorn B och överföring av resten av smältan till raffíncringsprocessen; och 4s2 476 12 v) chargering av järnskrot och kolhaltígt material f reaktorn A återigen och blåsning av syrgas in i smältan i reak- torn B för att påbörja smältningen av järnskrot: och genom upprepning av ovanstående steg ii) till v) med utbytta roller av reaktorn A och reaktorn B. ' Apparaten för ovanstående tvillingreaktor för tillverk- ning av järn består väsentligen av två reaktorer med eldfasta infodringar och ömsesidigt förbundna vid de övre delarna därav med förenande rör. Reaktorerna har en öppnande och stängande gasingàng och en utgång för tappning av smälta genom munstycken och åtminstone ett övre och ett lägre gasblåsningsmunstycke.

En typisk utföringsform av tvillingreaktorn för järnfram- ställning beskrives nedan med referens till bifogade ritningar: Apparaten för järnframställníng med tvillingreaktor visas i fig. 7 och 8 varvid reaktorn 12A omfattar en làdliknande kropp och en lucka av vilka båda är gjorda av stålmantel 121 med eldfast infodring 122 och reaktorn B med konstruktion sym- metriskt med reaktorn 12A. Reaktorerna är ömsesidigt förbundna med förbindande rör 13A och 13B. Varje reaktor har ett munstycke 123 i den lägre delen därav för blåsning av syrgas in i smältan och ett annat munstycke 124 i den lägre delen därav för blåsning av syrgas in i utrymmet över smältan. Reaktorn har också ett tappningsmunstycke 126 och ett arbetshål 127 för chargering av smälta eller slaggbildande medel.

Reaktorerna A och B har vidare gasutsläpp- 12SA och 1253 vid motsatta sidor till förbindande rör 13A och 13B, vilka ut- lopp kan vara öppna eller slutna av spjäll 136A och 136B och när de är öppna har förbindelse med avgasledningen 137. Förbin- dande rören 13A och 13B såväl som gasutloppen 12SA och 12SB är placerade på samma axel.

Reaktorerna A och B är vridbara i ett visst vinkelområde runt ovannämnda axel genom att vara uppburna med halvcirkel- formiga kugghjul 129 med två kuggdrev 129', vilka drivs av en motor (icke visad) med hjälp av drivande axel 128. Ovannämnda 3S förbíndande rör 13A och 13B är glidbart förbundna och därför kan reaktorerna separat vridas.

Vid början av driften placeras järnskrot 5 och kolhaltigt material 6 i båda reaktorerna A och B såsom visas i fig. 9 I.

Om det är nödvändigt förvärmes innehållet i en av reaktorerna 40 (exempelvis reaktor A), eller i båda. Förvärmningen kan åstad- 40 kommas genom värmning av inre väggen av reaktorn före charge- 1; 452 476 ring.

Sedan tappas en viss mängd smält tackjärn eller stål fram- ställt i andra anordningar, såsom en masugn eller en ljusbägs- ugn, i reaktorn A ífíg. 9 II). Blåsníng av syrgas genom de övre och lägre munstyckena 123 respektive 124 förorsakar, såsom be- skrivits ovan, oxidation av det chargerade kolet i det smälta järnet 7 till CO och en del av den resulterande CO-gasen oxi- deras vidare till C02 i utrymmet över det smälta järnet. Bero- ende på värmet som genereras genom oxidationsreaktioner smältes det chargerade järnskrotet. Samtidigt sker en uppkolning av smält järn, vilken uppkolning framskrider mycket snabbt på grund av den kraftiga omröringen av gasblåsníngen (fíg. 9 III).

Efter avslutningen av smältningen av den första chargen av järnskrot görs den andra och om så önskas den tredje eller flera charger av järnskrot och kolhaltigt material och syrgas blåses kontinuerligt för att öka det smälta järnet.

När mängden smält järn når gränsen för reaktorns kapacitet (fig. 9 IV), avslutas syrgasblåsningen och reaktorn A vrides för att tappa det smälta järnet genom det öppna tappningsmun- (fig. 9 V). I ändamål att skapa en effek- tiv drift har erfarenheten visat att mängden smält järn bör stycket in i skänken vara maximalt 40 % av den inre volymen av reaktorn, med andra ord 60 % eller mer av reaktorvolymen bör förbli kvar som ut- rymme ovanför smältan. _ Under smältningsförloppet av järnskrotet i reaktor A in- föres avgasen med hög temperatur som kommer därifrån i reaktorn B genom förbindande rör 13A och 13B. Syrgas blåses också i reak- torn B för att oxidera större delen av CO som kvarblir i avga- sen till C02. Fysiskt värme i avgasen och värme som genereras av oxidationen bringar järnskrotet och det kolhaltiga materia- let placerat i reaktorn B till en hög temperatur. Avgasen som slutligen inkommer i avgasledningen 137B genom gasutloppet 125B med öppna spjäll 1368 , passerar till en avgasbehand- lande apparat (icke visad på ritningen).

En del av det smälta järnet som är tappat från reaktorn A gjutes som begynnelsesmälta in i reaktorn B innehållande järn- skrot och kolhaltígt material, som förvärmdes såsom beskrevs ovan och resten av den tappade smältan utsättes för raffíneríng.

Föredragen mängd av begynnelsesmälta kommer att vara, beroende IS 40 452 476 14 på reaktorns kapacitet och driftbetingelserna, omkring S-80-É av maximimängden av smält järn.

Sedan mottar reaktorn A återigen charge av järnskrot och kolhaltigt material (fíg. 9 VI).

Spjället 136B stänges och spjället 136A öppnas för att möjliggöra blåsning av syrgas in i reaktorn B för att smälta järnskrotet som har chargerats där, och samtidigt utnyttjas avgasen från reaktor B för förvärmning av järnskrot av de andra chargerna i reaktor A (fíg. 9 VII). Efter avslutandet av smältníngen i reaktor B (fig. 9 VIII), tappas smältan därifrån såsom beskrivits ovan (fig. 9 IX).

Järntillverkníngen kommer sålunda att fortsättas under användning av tvillíngreaktorer genom att reaktorerna A och B byter roller.

Teknologin för järntillverkning med reaktorer enligt före- liggande uppfinning har följande fördelar utöver kupolugnsjärn- tillverkning vilket är en typisk teknologi för järntillverkning under användning av varken elektrisk kraft eller olja: För det första erfordrar föreliggande teknologi inte koks í bitar som värmekälla för smältníng och därför är förfarandet fritt från begränsningar av detta material. För det andra kan värmet som genereras av C-CO effektivt absorberas av smält järn och vidare en större del av CO förbrännes till C02 för att bilda en stor kvantitet värme. Detta värme överförs lätt till det smälta järnet på grund av den ökade fria ytan därav som uppkom- mer genom omröringen med gasblàsningen in i reaktorn och alltså bidrar till att höja temperaturen hos järnskrotet i reaktorn, i vilken förvärmningen utföres.

Ovannämnda ackumulativa meriter kan bevisas genom förhål- landet av åtgång av kolhaltigt material till en enhet av smält järn som producerats.

I det exempel som visas nedan är det antecknade förhållan- det cirka 13 % typiska värdet i kupolugnsjärntillverkning av 2-tons skala där förhållandet är cirka 16 %. källa av mindre mängd konsumeras är det uppenbart att förelig- (baserat på rent kol), vilket är bättre än det På grund av att en billigare värme- gande teknologi kan åtnjuta järntillverkníng med mycket redu- cerade kostnader.

Denna teknologi har även en fördel av att samtidigt smälta och raffineringsoxidera och eventuellt ytterligare raffinera I: 'vi in 40 452 476 vilket inte kan realiseras i järntillverkníng i kupolugnln Olika typer av föreliggande apparat för reaktorjärntill- verkning är så konstruerade för att göra det mesta av ovan be- skrivna metod av järntillverkning i reaktor. I motsats till järntillverkning i kupolugn, i vilken storlek och mekanisk hållfasthet av koksen är kritisk för stabil drift, använder föreliggande apparat inte det kolhaltiga materialet som en del av ugnen och därför kan den stabila driften lätt fortsättas oavsett slaget och formen av det kolhaltiga materialet. Effek- tiv omröring av det smälta järnet beroende pä gasblàsningen i smältan och utnyttjandet av värme hos förbränningsreaktíonen CO-C02 snabb smältning och uppkolníng. I överensstämmelse härmed kommer i utrymmet av den övre delen av reaktorn bidrar till apparaten att uppvisa en högre produktivitet i tillverkning av tackjärn än kupolugnen.

Konstruktionen av kombinerade separata reaktorer och schakt är lämpliga ur konstruktionssynpunkt, underhàllssynpunkt, särskilt vid arbete med eldfast material och drift. Exempelvis kan reaktorn användas som en behållare för transport av smält järn i stället för en skänk.

I apparaten med schaktet som är försett med förbilednings- röret kan den lägre delen av schaktet vara öppet och stängt för kontroll av chargering av järnskrot och mängden järnskrot kan kontrolleras såsom avsetts för variering av tidintervallet för * manövrering av stopparen och spjället. Även i apparaten som använder den värmebeständiga transpor- tören för transport av järnskrot kan mängden av chargerande järn- skrot kontrolleras såsom avsetts genom att välja rörelsehastig- het hos bandtraktorn. Även om formen och storleken av järnskrotet varierar kan en bestämd mängd sålunda chargeras och därför kan stabil drift upprätthàllas. Även i föreliggande tvillingreaktor för järntillverkning är det fördelaktigt att järntillverkningen fördrar litet från begränsningen av material, järnskrot och kolhaltigt material.

Detta beror på att vid tvíllingreaktor-teknologin är locket på reaktorn avlägsnat för direkt chargering.

Exempel 1. och 2 och med en kapacitet av 1,57 mb var konstruerad. På grund En reaktor av den konstruktion som visas i fig. 1 av det planerade fyllningsförhållandet är maximum 40 % av 40 452 476 16 kapaciteten och denna reaktor kan innehålla 4,40 ton smält järn (beräknat på densiteten av 7,0 g/cms). Schaktet som är . förbundet med reaktorn är en cylinder med en inre diameter av 0,5 m och en höjd av 3,5 m.

Den inre väggen hos reaktorn förvärmdes med en gasbrännare och reaktorn mottog 1600 kg tackjärn framställt i en ljusbågs- ugn. Temperaturen hos det smälta tackjärnet sjönk från 1450°C till 14oo°c.

Under de första 15 minuterna chargerades kol med hastig- heten 2,0 kg/min heten 15 kg/min. Även syre blåstes genom det övre och lägre (räknat som kol) och järnskrot med hastig- munstycket hos reaktorn med en mängd av 2,43 Nms/min. Ovan- nämnda mängd kol beslöts med avsikten att upprätthålla en upp- kolningshastighet av 2,5 %.

Smältningen av järnskrotet observerades. Under de följande minuterna chargerades med ökade hastigheter, 2,5 kg/min kol, 17 kg/min järnskrot och 3,11 Nms/min syre för att börja smält- ningen.

När 105 minuter förflutit över 7 steg av driften var mäng- den smält tackjärn som uppnåtts till den förutbestämda gränsen 4,40 ton. 2,8 ton av smält tackjärn tappades och 1,6 ton av tackjärnet, samma mängd som begynnelsesmältan, kvarblev i reak- torn.

Samma-stegvis driftcykel upprepades. Data beträffande den ß typiska driftcykeln visas i fig. 3A-3G.

Exempel 2. i fig. 7 och 8 framställdes. Den planerade fyllningshastigheten En tvillingreaktor med den konstruktion som visask 0 av denna reaktor är också maximum 40 a av kapaciteten och reak- torn kan sålunda innehålla 1,20 ton smält järn.

Insidan av reaktorn A respektive B förvärmdes med en gas- brännare.

Vardera 700 kg järnskrot placerades i båda reaktorerna. 200 kg smält tackjärn (C: 2 %, temperatur: 1450°C) fram- ställdes i en ljusbågsugn och tillsattes till järnskrotet i reaktorn A och 8,2 kg CaO chargerades som slaggbildande medel.

Under de första 20 minuterna injicerades kolpulver (i form av kol) med en hastighet av 0,36 kg/min, under det att syrgas blåstes med en hastighet av 0,40 Nms/min i reaktorn A. I reak- torn B blåstes syre med en hastighet av 0,11 Nm:/min.

Allt eftersom smältníngen av skrotet fortskrider ökades 17 452 476 mängden kol och syre ínjícerat och blåst in i reaktorn A'dbhf mängden syre som blåstes in i reaktorn B ökade i enlighet med det mönster som visas i fig. 10 och 6 steg av ínjicering och blåsníng utfördes sålunda. Under ovannämnda operation observe~ rades smältning av det chargerade järnskrotet och dessutom chargerades 300 kg järnskrot. 117 minuter efter begynnelsen av injektionen och blåsningen smälte hela chargen av järnskrot.

De material som är erforderliga för att erhålla 1200 kg smält tackjärn av 1600°C var: totalt kol 108,5 kg (förutom detta bildades 14,9 kg aska) totalt syre: 152,6 Nms i reaktorn A: 119,6 Nms 33,0 Nms Förhållandet CO/C02 var 6/4 i reaktor A och 2/8 i reaktor B. 1000 kg av de erhållna 1200 kg tackjärn utsattes för raffl- nering och resten, 200 kg, tappades som begynnelsesmältan på det förvärmda järnskrotet i reaktor B.Reaktor A mottog en charge i reaktorn B: av kallt skrot igen och smältningsoperatíonen fortsatte med om- bytta roller vad beträffar reaktorerna A och B

Claims (3)

10 15 20 25 30 35 452 476 18 Eatentkrav

1. Förfarande vid järntillverkning i reaktor utan an- vändnig av elektrisk energi inom reaktorn, k ä n n e t e c k- n a t av att man via ett övre materialintag under en fortgå- ende process chargerar järnskrot jämte ett fast, icke-petro- leumhaltigt, kolhaltigt material, valt inom gruppen pulverfor- migt kol och koks i smält järn inuti reaktorn med fritt utrym- me ovanför järnsmältan, varvid det kolhaltiga materialet till- föres genom injektering vid kvävgasflöde eller luftflöde, att syrgas blases i järnsmältan i nära anslutning till ytan därav, varigenom omblandning sker i järnsmältan, och det icke-petro- leumbaserade, kolhaltiga materialet huvudsakligen oxideras till CO, samtidigt som syre blàses i det ovanför järnsmältan befintliga utrymmet, varigenom CO-gasen oxiderae till C02, varvid eyreflödet ökas allteftersom mängden smält järn ökar, att det tillförda järnskrotet får undergà upphettning, sa att smältning inträffar under värmeutveckling till följd av oxide- ringen, att avgående gas med hög temperatur användes för för- värmning av det för inmatning avsedda järnskrotet, och att järnsmältan avtappas, da mängden järnsmälta uppnått en företa “ i förväg fastställd nivå, tills mängden därav minskat till_en andra förbestämd niva, som möjliggör en efterföljande arbets- cykel, samt att därefter angivna moment genomföras pà nytt.

2. Förfarande för järntillverkning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att ett över smältan bildat slaggskikt användes för raffinering av den genom smältning av chargerat järnskrot erhållna emältan.

3. Förfarande enligt föregående patentkrav vid järntill- verkning med tvillingreaktor. k ä n n e t e c k n a t av följande steg: i) järnskrot och kolhaltigt material chargeras i reaktor A och reaktor B, som utgör tvillingreaktorn, och om nödvändigt vidtas förvärmning av dem; ii) smält järn sättes till reaktor A och syrgas hláses under smältans yta för omrörning av det smälta järnet jämte oxidering av det kolhaltiga materialet till huvudsakligen CÖ, H 10 15 20 19 452 476 syrgas bláses över det smälta järnets yta för delvis oxidering av CO-gasen till C02 och det chargerade järnekrotet smältes i reaktor A med det värme, som genererats genom oxideringen; iii) avgas fran reaktor A med hög temperatur införes i reaktor B allteftersom smältningen fortskrider, syrgas blases även i reaktor B för att oxidera ateretaende CO-gas och järn- skrot jämte kolhaltigt material förvärmes i reaktor B med fy- siskt värme av avgas och värmet, som genereras genom oxida- tionen; iv) syrgasblàsningen avslutas i reaktor A, när smältning- en är fullständig däri, och temperaturen av det smälta järnet nått en förbeetämd nivà, en del av det sålunda bildade smälta järnet sättes till det förvärmda järnskrotet och det kolhal- tiga materialet i reaktor B, medan återstoden av det smälta järnet överföras för raffineringebehandling; och v) järnskrot och kolhaltigt material chargeras återigen i reaktor A, och syrgas blases i det smälta järnet i reaktor B, varvid smältningen av järnskrotet påbörjas; samt stegen ii) - v) i upprepad form med ombytta roller för reaktor A och reaktor B.