SK282985B6 - Spôsob výroby tekutého surového železa alebo tekutých polotovarov z ocele a zariadenie na vykonávanie spôsobu - Google Patents

Abstract

Pri spôsobe výroby tekutého surového železa (43) alebo tekutých polotovarov z ocele sa zo vsádzkových materiálov tvorených železnou rudou (5) a prísadami a majúcich aspoň čiastočne jemný podiel železná ruda redukuje priamo na železnú hubu fluidačným spôsobom najmenej v dvoch redukčných stupňoch (1, 2). Železná huba sa taví za prívodu nosičov uhlíka a plynu obsahujúceho kyslík v zóne (39) tavného splyňovania a vyrába sa redukčný plyn obsahujúci CO a H2, ktorý sa zavádza do redukčných zón redukčných stupňov (1, 2), tam sa premieňa, odvádza sa ako vysokopecný plyn a prípadne sa privádza do nejakého spotrebiča. Aby sa dosiahla rovnomerná redukcia železnej rudy pri optimálnom využití redukčného plynu, frakcionuje sa v prvom redukčnom stupni (1) železná ruda (5) pomocou redukčného plynu najmenej v dvoch frakciách vždy s rozdielnym rozdelením veľkosti zrna. Frakcie železnej rudy (5) redukované v prvom redukčnom stupni (1) sa redukujú ďalej najmenej v jednom ďalšom redukčnom stupni (2) pracujúcom rovnakým spôsobom ako prvý redukčný stupeň (1) a z posledného redukčného stupňa (2) sa jemnozrnná frakcia privádza za aglomerácie prísunom kyslíka do zóny (39) tavného splyňovania a hrubozrnná frakcia sa do zóny (39) tavného splyňovania privádza priamo gravitačne.ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu výroby tekutého surového železa alebo tekutých polotovarov ocele zo vsádzkových materiálov tvorených železnou rudou a prísadami a majúcich aspoň sčasti jeden jemný podiel, pri ktorom sa železná huba redukuje priamo na železnú hubu fluidizáciou aspoň v dvoch redukčných stupňoch, železná huba sa vytaví v tavnej splyňovacej zóne za prívodu nosičov uhlíka a plynu obsahujúceho kyslík a vyrába sa redukčný plyn obsahujúci CO a H₂, ktorý sa zavádza do redukčných zón redukčných stupňov, tam sa premieňa, ako vysokopecný plyn sa odvádza a prípadne sa privádza do nejakého spotrebiča. Vynález sa tiež týka zariadenia na vykonávanie tohto spôsobu.

Doterajší stav techniky

Jeden spôsob redukovania rudy s následným tavením je známy napríklad z EP-A-0 594 557. Pri tomto známom spôsobe sa podľa jednej výhodnej formy vyhotovenia vykonáva redukcia v dvoch miestne oddelených redukčných zónach zaradených do série, pričom redukčný plyn, ktorý vystupuje z prvej redukčnej zóny, sa privádza do druhej redukčnej zóny predradenej v zmysle toku jemnej rudy zóne prvej, teda v protiprúde, a znej sa za zvýšeného tlaku privádza do predhrievacej zóny. Každá z oboch redukčných zón má horný úsek, v ktorom sa vo fluidnom lôžku redukujú jemné čiastočky pevného materiálu a spodný úsek, do ktorého klesajú väčšie čiastočky pevného materiálu a redukujú sa v predchádzajúcom pevnom lôžku.

Tým vznikajú oproti jednostupňovej priamej redukcii, teda priamej redukcii s iba jednou jedinou redukčnou zónou výhody, ktoré možno vidieť predovšetkým v nízkej spotrebe redukčného plynu, a síce z nasledujúceho dôvodu. Technické redukčné procesy vyžadujú redukčnú teplotu minimálne 750 °C, takže sa nutne objavuje na výstupe z redukčnej zóny minimálna teplota redukčného plynu 750 °C.

Pretože tento redukčný plyn z tavného splyňovača nesmie mať z technických dôvodov teploty nad 950 °C, je teraz k dispozícii teplotný spád asi 200 °C, to znamená, že sa môže využiť len asi 1/3 citeľného tepla redukčného plynu. Aby sa mohla udržiavať uvedená teplotná hladina, muselo by sa používať pri jednostupňovom redukčnom procese niekoľkonásobné množstvo redukčného plynu, ako je na redukciu potrebné. Z toho by vyplývalo nedostatočné využitie redukčného plynu, a tým tiež vyššia spotreba uhlia v tavnom splyňovači.

Hoci sa tento známy spôsob osvedčil, môže pri spracovaní rúd s rôznymi veľkosťami zŕn, to znamená pri spracovaní rúd s trochu vyšším podielom jemnej rudy (napríklad ťažnej rudy), dôjsť medzi jemnozmnou frakciou a hrubozmnou frakciou železnej rudy k rôznym stupňom redukcie. Odpomôcť tomu je ťažké, pretože pri tomto známom spôsobe nie je možné nastaviť v reaktorových nádobách čas zdržania jemnozrnnej frakcie nezávislý od času zdržania hrubozrnnej frakcie železnej rudy.

Pri tomto známom spôsobe sa nahotovo zredukovaný podiel jemnej rudy vnáša do tavnej splyňovacej zóny oddelene od hrubého podielu rudy z redukčnej zóny bezprostredne predradenej tavnej splyňovacej zóne, a síce vo výške fluidného lôžka vytvárajúceho sa nad pevným lôžkom tavnej splyňovacej zóny. Tým sa zabráni vynášaniu jemnozmnej frakcie redukčným plynom vytvoreným v tavnej splyňovacej zóne. Pri preťažení fluidného lôžka vnesenou jemnozmnou frakciou môže dôjsť k zboreniu fluidného lôžka a v dôsledku toho k hromadeniu plynu. Dôsledkom toho sú eruptívne výbuchy plynu. Tým je silne narušovaný proces splyňovania nosičov uhlíka i proces tavenia redukovanej železnej rudy, to znamená oceľovej huby. Môže dochádzať k nekontrolovaným výkyvom tlaku a kolísaniu množstva vyrobeného redukčného plynu a vytváraniu redukčného plynu s reduktantmi so zložením, ktoré sú pre redukčný proces škodlivé.

Z patentovej prihlášky KR 94-38980 je známy spôsob typu opísaného v úvode, pri ktorom sa predredukovaný jemný podiel rudy vynáša s pomocou redukčného plynu z redukčnej zóny bezprostredne predradenej tavnej splyňovacej zóne a privádza sa do oddelenej redukčnej zóny jemnej rudy. Z tej sa nahotovo zredukovaná jemná ruda privádza, rovnako tak ako podľa EP-A-0 594 557, do zóny fluidného lôžka v tavnom splyňovači, takže tu už môže v tavnom splyňovači dochádzať k opísaným poruchám.

Podľa patentovej prihlášky KR 94-38980 sa ruda predredukuje v prvej redukčnej zóne, pričom podiel jemnej rudy i podiel hrubej rudy sa redukujú spoločne vjednej jedinej redukčnej zóne. Tak vznikajú nedostatky opísané v EP-A 0 594 557, totiž nerovnomerné stupne redukcie podielu jemnej rudy a podielu hrubej rudy v tejto redukčnej zóne.

Podstata vynálezu

Vynález smeruje k odstráneniu týchto nevýhod a ťažkostí a kladie si za úlohu vytvoriť spôsob typu opísaného v úvode a tiež zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu, ktorým by bola vykonateľná nielen rovnomerná redukcia jemného podielu i hrubého podielu rudy, a síce na účely dobrého využitia redukčného plynu v jednom viacstupňovom, to znamená aspoň dvojstupňovom redukčnom procese. Tým sa má tiež hlavne zabrániť poruchám tavného procesu a procesu produkcie redukčného plynu v tavnej splyňovacej zóne.

Táto úloha sa podľa vynálezu rieši pre spôsob typu opísaného tým:

- že každý z oboch redukčných stupňov má dve oddelené fluidné vrstvy, pričom sa v prvom redukčnom stupni železná ruda frakcionuje pomocou redukčného plynu aspoň na dve frakcie s vždy rozdielnymi deleniami veľkosti zŕn, a totiž aspoň na jednu hrubozmnú frakciu a aspoň jednu jemnozrnnú frakciu,

- že sa každá frakcia redukuje redukčným plynom vjednej jedinej fluidnej vrstve, pričom,

- redukčný plyn udržiava prvú fluidnú vrstvu obsahujúcu hrubozmnú frakciu a odlučuje z nej jemnozrnnú frakciu,

- a pri ktorom sa ďalej do ďalšej fluidnej vrstvy zavádza priamo navyše redukčný plyn, a síce v množstve, prípadne s chemickým zložením, ktoré zaisťuje redukciu jemnozmnej frakcie v tejto fluidnej vrstve na vopred stanovený stupeň metalizácie vo vopred danom časovom intervale, a

- že sa redukovaná železná ruda vynáša tak z prvej, ako tiež z druhej fluidnej vrstvy a

- že sa jemnozrnná i hrubozmnú frakcia redukovaná v prvom redukčnom stupni ďalej redukuje v ďalšom redukčnom stupni, ktorý· pracuje rovnakým spôsobom ako prvý redukčný stupeň a z posledného redukčného stupňa sa jemnozmná frakcia privádza za aglomerácie dodaním kyslíka, výhodne prostredníctvom horáku, do tavnej splyňovacej zóny a hrubozmnú frakcia sa do tavnej splyňovacej zóny privádza priamo gravitáciou.

Vnášanie redukovanej jemnozrnnej frakcie do tavnej nádoby prostredníctvom horáku je samotné známe z patentovej prihlášky KR 92-27502. Redukcia redukčným plynom tu však prebieha jednostupňovo a tavenie rudy iba predredukovanej v jednostupňovom postupe prebieha tzv. spôsobom „v kúpeli“. Podľa tohto spôsobu je v reaktorovej nádobe k dispozícii len kovová tavenina pokrytá taveninou trosky bez pevného lôžka i bez fluidného lôžka. Vnášané uhlie sa splyňuje vo vrstve trosky, v ktorej sa tiež redukuje nahotovo vnesená predredukovaná ruda. Tento spôsob redukcie však prebieha celkom inak ako pri spôsobe, ktorý bol opísaný v úvode a podľa vynálezu, tým, že totiž pri predredukovaní sa z Fe₂O₃ redukuje pomocou CO a/alebo H₂ len maximálne do stupňa FeO a predredukovaná ruda sa potom redukuje nahotovo v tavnej nádobe pomocou uhlíka, a síce podľa rovnice

FeO + C — Fe + Co.

Takéto tavné procesy „v kúpeli“ sa teda zásadne odlišujú od postupu opísaného v úvode. Vykonáva sa totiž len redukcia s redukčným plynom v malej miere, a síce do stupňa redukcie približne 30 %. Na redukciu nahotovo v tavnom reaktore je v porovnaní so spôsobom podľa vynálezu nutný vysoký podiel uhlíka, oproti tomu pri spôsobe tohto typu, ktorý bol opísaný v úvode, a podľa vynálezu sa vykonáva redukcia až do stupňa redukcie 90 % alebo vyššie výhradne redukčným plynom. Pretože pri spôsobe „v kúpeli“ nie je k dispozícii žiadne pevné lôžko ani žiadne fluidné lôžko, problematika preťaženia fluidného lôžka, ktorá tvorí základ vynálezu, sa tu nevyskytuje.

Podľa jednej výhodnej formy vyhotovenia sa podľa vynálezu nastavuje delenie veľkosti zrna odlúčenej jemnozmnej frakcie v oboch redukčných stupňoch v závislosti od celkového rozdelenia veľkosti zŕn prostredníctvom nastavenia množstva redukčného plynu privádzaného za časovú jednotku do prvej fluidnej vrstvy a súčasne sa nastavuje stupeň redukcie jemnozrnnej frakcie nastavením množstva sekundárneho redukčného plynu privádzaného dodatočne priamo k tejto frakcii.

Jedna zjednodušená forma vyhotovenia spôsobu podľa vynálezu predpokladá, že sa jemnozmná i hrubozmná frakcia redukovaná v prvom redukčnom stupni redukujú ďalej spoločne v prvej fluidnej vrstve ďalšieho redukčného stupňa a že sa jemnozmná frakcia znova oddeľuje a privádza sa k ďalšej fluidnej vrstve a tam sa ďalej redukuje.

Účelne sa jemnozmná frakcia redukovaná v prvom redukčnom stupni privádza priamo do ďalšej fluidnej vrstvy ďalšieho redukčného stupňa a tam sa ďalej redukuje.

Jeden ďalší zjednodušený variant spôsobu podľa vynálezu sa vyznačuje tým, že sa jemnozmná frakcia vnáša do zóny tavného splynovania miesto cez horák v bezprostrednej blízkosti vnášania kyslíka ústiaceho do tavnej splyňovacej zóny.

Zariadenie na vykonávanie spôsobu podľa vynálezu s aspoň dvoma redukčnými jednotkami usporiadanými v sérii, z ktorých do prvej reaktorovej nádoby ústi dopravné vedenie na železnú rudu a vsádzkové materiály obsahujúce prísady, plynové potrubie na redukčný plyn a tiež dopravné vedenie na produkt redukcie, ktorý sa v ňom tvorí, ktorý vedie k ďalšej redukčnej jednotke s reaktorovou nádobou a odvod plynu pre vysokopecný plyn, pričom prívod plynu pre redukčný plyn tvorí odvod plynu pre redukčný plyn z ďalšej redukčnej jednotky a ďalšie dopravné vedenie na produkt redukcie tvorený v tejto ďalšej redukčnej jednotke ústi do tavného splynovača, ktorý má prívody na plyny obsahujúce kyslík a nosiče uhlíka a tiež odpich na surové železo, pripadne polotovar ocele a trosku, pričom prívodné potrubie redukčného plynu pre redukčný plyn vytvorený v tavnom splyňovači, ktorý ústí do ďalšej redukčnej jednotky, vychádza z tavného splyňovača, sa vyznačuje tým, že redukčné jednotky majú každá aspoň dve reaktorové nádoby usporiadané v sériách v smere toku železnej rudy, ktoré vždy obsahujú vhodnú fluidnú vrstvu, a ku ktorým vždy vedie v paralelnom usporiadaní jedno prívodné potrubie plynu na redukčný plyn, pričom vynášacie zariadenie redukčného plynu vedie z prvej reaktorovej nádoby v smere prietoku železnej rudy do druhej reaktorovej nádoby tej istej redukčnej jednotky navrhnutej pre jemnozmnú frakciu redukovanej železnej huby a z každej reaktorovej nádoby vychádza jedno dopravné vedenie na produkt redukcie, a pričom ďalej obe dopravné vedenia vedúce z prvej redukčnej jednotky ústia do ďalšej redukčnej jednotky a dopravné vedenie vychádzajúce z tejto ďalšej redukčnej jednotky v prípade, že tvorí poslednú redukčnú jednotku, vedú oddelene do tavného splyňovača, a síce jedno dopravné vedenie vychádzajúce z prvej reaktorovej nádoby poslednej redukčnej jednotky ústi priamo do tavného splyňovača a dopravné potrubie vychádzajúce z druhej reaktorovej nádoby poslednej redukčnej jednotky ústi do tavného splyňovača v mieste obohacovanom kyslíkom, výhodne cez horák.

Podľa jednej výhodnej formy vyhotovenia ústia obe dopravné vedenia, ktoré vedú z prvej redukčnej jednotky, do druhej redukčnej jednotky spoločne.

Výhodne ústi dopravné vedenie vedúce z ďalšej reaktorovej nádoby jednej redukčnej jednotky priamo do ďalšej reaktorovej nádoby následne usporiadanej redukčnej jednotky.

Jedna ďalšia výhodná forma vyhotovenia sa vyznačuje tým, že pred prvou redukčnou jednotkou je predradená predhrievacia nádoba na železnú rudu, do ktorej ústi plynové potrubie vedúce vysokopecný plyn z prvej redukčnej jednotky.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je následne bližšie vysvetlený prostredníctvom niekoľkých príkladov vyhotovenia, pričom obrázky 1 až 3 ukazujú vždy jednu výhodnú formu vyhotovenia zariadenia podľa vynálezu v schematickom znázornení. Obrázok 4 sa týka príkladu vyhotovenia s tavným splynovačom podľa jednej zmenenej formy vyhotovenia.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Zariadenie podľa vynálezu podľa obrázku 1 má dva redukčné stupne, resp. redukčné jednotky 1 a 2 zapojené za sebou do série, pričom sa do prvej redukčnej jednotky 1 privádza prívodom 3 rudy železná ruda obohatená prípadne prísadami, ktorá má aspoň nejaký jemný podiel (ďalej nazývaný jemnozmná frakcia) a nejaký hrubý podiel (ďalej nazývaný hrubozmná frakcia) a ktorá je prípadne už predhriata. V ňom nastáva predredukovanie a v prípade, že železná ruda ešte nie je predhriata, tiež predhriatie. Táto prvá redukčná jednotka 1 je vytvorená nasledovne:

Redukčná jednotka 1 má prvú reaktoravú nádobu 4 na prevzatie prvého fluidného lôžka 6 vytvoreného zo železnej rudy 5. Fluidné lôžko 6 sa udržiava redukčným plynom, ktorý sa privádza radiálne symetricky prívodom 7 plynu vychádzajúcim z prstencového potrubia 8 obklopujúceho reaktorovú nádobu 4. Prívod 3 rudy ústi do reaktorovej nádoby 4 z boku.

Na spodnom konci zužujúcej sa reaktorovej nádoby 4 v tvare zrezaného kužeľa je navrhnuté vynášacie zariadenie 10 na predredukovanú železnú rudu. Na vrchnom konci prvej reaktorovej nádoby 4, majúcej účelne kruhovitý prierez 11, je v odstupe nad fluidným lôžkom 6 navrhnuté približne vertikálne orientované vynášacie zariadenie 12 redukčného plynu, ktoré má prierez 13, výhodne tiež kruhový prierez 13, ktorý' je vzhľadom na priereze 11 reaktora zúžený. Vynášacie zariadenie 12 tak tvorí dýzovité zúženie. Vertikálne usporiadanie vynášacieho zariadenia 12 umožňuje spätnú dopravu väčších čiastočiek rudy alebo aglomerátov tvoriacich sa počas redukovania a strhávaných náhodne redukčným plynom prúdiacim nahor do fluidného lôžka 6.

Bezprostredne nad prvou reaktorovou nádobou 4 je usporiadaná ďalšia reaktorová nádoba 4 na prevzatie ďalšieho fluidného lôžka 15. Do tejto ďalšej reaktorovej nádoby 14, ktorá má oproti prierezu 11 prvej reaktorovej nádoby 4 väčší kruhový' prierez 16, ústi vynášacie zariadenie 12 prvej reaktorovej nádoby 4 cez radiálne symetricky, to znamená tu centrálne, usporiadaný prívodný otvor 17 plynu, ktorým vstupuje do fluidného lôžka 15 redukčný plyn, vychádzajúci z prvej reaktorovej nádoby 4. ktorý strháva časť železnej rudy 5, totiž tú s veľkosťou zrna v spodnej oblasti rozdelenia veľkostí zrna (jemnozrnnú frakciu) a udržiava ho. Spodný koniec druhej reaktorovej nádoby 14 je vytvorený rovnako v tvare zrezaného kužeľa, pričom ďalšia reaktorová nádoba 14 vyčnieva oproti prvej reaktorovej nádobe 4 radiálne v tvare medzikružia, teda je vybavená rozšírením 18 v tvare medzikružia siahajúcim smerom von.

Na tomto rozšírení 18 má ďalšia reaktorová nádoba 14 radiálne symetricky usporiadané rozdeľovacie dno 19 plynu na priamy prívod sekundárneho redukčného plynu prúdiaceho prívodom 20 plynu, ktorý potom dodatočne slúži spolu s redukčným plynom prúdiacim z prvej reaktorovej nádoby 4 do reaktorovej nádoby 14 nielen kvôli udržiavaniu fluidného lôžka 15 v ďalšej reaktorovej nádobe 14, ale tiež na dostatočnú redukciu jemnej rudy 5, ktorá je k dispozícii v tomto fluidnom lôžku 15. Tým sa dodatočne využíva redukčný potenciál redukčného plynu prúdiaceho z prvej reaktorovej nádoby 4. Rozdeľovacie dno 19 plynu, ktoré môže byť vytvorené ako dierované dno, sieťové dno, ventilové dno alebo zvonové dno, alebo podobne, je vzhľadom na centrálne usporiadaný prívodný otvor 17 plynu vytvorené padajúce (približne vo forme zrezaného kužeľa), takže väčšie čiastočky rudy alebo aglomeráty z nej spadávajú opäť naspäť do fluidného lôžka 6 v prvej reaktorovej nádobe 4 a tam sa ďalej redukujú. Prívody 7 a 20 plynu sú na tok plynu navrhnuté v rovnobežnom usporiadaní.

Horný koniec ďalšej reaktorovej nádoby 14 je vybavený rozšírením 21 smerujúcim rovnako radiálne von, to znamená vyčnievajúcim von, čím sa v odstupe nad fluidným lôžkom 15 veľmi spomalí rýchlosť plynu, napríklad asi na polovicu rýchlosti vnútri fluidného lôžka 15, čo spôsobuje drastické zníženie vynášania prachu spotrebovaným redukčným plynom odvádzaným nahor odvodom 22. Spotrebovaný redukčný plyn sa čistí v cyklóne 23, z ktorej sa jemné častice, ktoré sa pritom odlúčia, privádzajú eventuálne cez spätné vedenie 24 opäť do fluidnej vrstvy 15 ďalšej reaktorovej nádoby 14. Ďalšia reaktorová nádoba 14 je vybavená vynášacim zariadením 25 jemnej rudy 5, ktorá sa v nej zredukovala, ktoré je vytvorené ako dopravné vedenie.

V redukčnej jednotke 1 nastáva rozdeľovanie vsádzanej železnej rudy 5, ktorá má široký rozsah veľkostí zŕn (napríklad rádovo veľkosti od 0,01 až do 8 mm), vzdušným triedením pomocou redukčného plynu na hrubozmnú frakciu a jemnozrnnú frakciu, teda na frakcie s rozdielnym rozdelením veľkostí zŕn. Tým sa darí optimálne prispôsobiť prúdové pomery fluidizácii a zdržaniu železnej rudy vypálenia zrna.

Jemným čiastočkám, ktoré sú vynášané z prvej spodnej reaktorovej nádoby 4, sa v dôsledku dýzovitého zúženia 12 bráni spätnému prúdeniu do tejto reaktorovej nádoby 4, pretože sú strhávané redukčným plynom prúdiacim nahor zúžením 12 zvýšenou rýchlosťou opäť hore. Regulačnými orgánmi 26 množstva, navrhnutými v prívodoch 8 a 20 redukčného plynu, sa darí zaistiť pre každú z frakcií, teda pre každú z fluidných vrstiev 6 a 15, optimálne prúdenie plynu, a tým optimálny čas zdržania čiastočiek rudy v redukčnom plyne. Tým sa darí presne nastaviť vopred stanovený stupeň metalizácie jemnej rudy, a síce tak jemnozmnej, ako i hrubozrnnej frakcie, pričom možno najmenšej spotrebe redukčného plynu, a síce vo vopred stanovenom časovom rozpätí,

Redukovaná hrubozmná frakcia železnej rudy 5 vynášaná vynášacim zariadením 10 z prvej reaktorovej nádoby 4 sa dopravuje ďalej vynášacim zariadením 27 pevných látok vytvoreným ako dopravné vedenie. Potrubím 28 pripojeným na cyklónu 23 sa vykonáva odvod vyčisteného plynu spolu so zvyškovým prachom obsiahnutým v tomto plyne.

Druhá redukčná jednotka 2, v ktorej nastáva ďalekosiahla konečná redukcia predredukovanej železnej rudy na železnú hubu, má dve reaktorová nádoby 29, 30, ktoré sú však usporiadané samostatne, teda navzájom oddelené. Dopravné vedenie 27 na hrubozmnú frakciu a dopravné potrubie 25 na jemnozrnnú frakciu ústia spoločne do prvej reaktorovej nádoby 29 z oboch nádob, usporiadanej na redukovaný materiál v sérii ako prvej, cez ktorej dno sa prívodom 31 plynu privádza redukčný plyn. Tiež tu nastáva pneumatické triedenie a ním oddelená predredukovaná jemná ruda, to znamená jemnozrnná frakcia sa vynášacim zariadením 32 plynu usporiadaným na hornom konci prvej reaktorovej nádoby 29 druhej redukčnej jednotky 2 privádza s redukčným plynom do druhej reaktorovej nádoby 30 tejto redukčnej jednotky 2.

Podľa jedného variantu je tiež možné privádzať jemnozrnnú frakciu vynášanú vynášacim zariadením 25 cez dopravné potrubie 25' priamo do druhej reaktorovej nádoby 30 druhej redukčnej jednotky 2, ako je to znázornené čiarkovanými čiarami na obrázku 1.

Do tejto druhej reaktorovej nádoby 30 sa rovnako cez jej dno privádza prívodom 33 redukčný plyn, ktorý sa privádza v kopule tejto reaktorovej nádoby 30, ktorá sa rozširuje nahor, spoločne s redukčným plynom prvej redukčnej jednotky 1 prevádzaným cez vynášacie zariadenie 32 plynu z prvej reaktorovej nádoby 29 do druhej redukčnej jednotky

2. Každý z prívodov 31 a 33 redukčného plynu usporiadaných na prúd plynu paralelne je vybavený regulačnými orgánmi 26 množstva.

Hrubozmná frakcia vystupujúca dopravným vedením 34 z prvej reaktorovej nádoby 29 druhej redukčnej jednotky 2 sa pomocou pôsobenia gravitačnej sily privádza do tavného splynovača 35. Jemnozrnná frakcia odvádzaná vynášacím potrubím 36 z druhej reaktorovej nádoby 30 druhej redukčnej jednotky 2 sa privádza do tavného splyňovača 35 cez horák 38 usporiadaný v kopule 37 tavného splyňovača 35. Horák 38 spôsobuje aglomerovanie čiastočiek jemnozrnnej frakcie, takže tie sa dostávajú do zóny 39 tavného splyňovania gravimetrický.

V tavnom splynovači 35 sa v zóne 39 tavného splyňovania vyrába z uhlia a plynu obsahujúceho kyslík redukčný plyn obsahujúci oxid uhoľnatý CO a vodík H₂, ktorý sa privádza prívodom 40 redukčného plynu k obom reaktorovým nádobám 29, 30 druhej redukčnej jednotky 2.

Tavný splyňovač 35 má prívod 41 na pevné nosiče uhlíka, prívod 42 na plyny obsahujúce kyslík a tiež prípadne prívody na nosiče uhlíka, ktoré sú pri izbovej teplote kvapalné alebo plynné, ako uhľovodíky, a tiež na spálené prísady. V tavnom splyňovači 35 sa pod zónou 39 tavného splyňovania zhromažďuje roztavené tekuté surové železo 43, prípadne tekutý roztavený polotovar ocele i roztavená tekutá troska 44, ktoré sa odpichujú odpichom 45.

Nad troskou 44 dochádza k vytváraniu pevného lôžka I tvoreného z nosičov uhlíka (koksu) a nad ním k vytváraniu fluidného lôžka II z hrubých a nad ním z jemných čiastočiek nosičov uhlíka (čiastočiek koksu).

V prívode 40 redukčného plynu, ktorý vychádza z tavného splynovača 35 a ústi do oboch reaktorových nádob 29, 30, je navrhnuté odprašovacie zariadenie 46, ako je horúcoplynná cyklóna, pričom sa častice prachu oddelené v tejto horúcoplynnej cyklóne 46 privádzajú spolu s dusíkom ako dopravným prostriedkom do tavného splyňovača 35 spätným vedením 47 a cez horák 48 za dúchania kyslíka. Horák 48 môže byť usporiadaný vo výške fluidného lôžka II alebo nad fluidným lôžkom II.

Kvôli nastaveniu teploty redukčného plynu je výhodne navrhnuté spätné vedenie 49 plynu, ktoré odbočuje z prívodu 40 redukčného plynu a časť redukčného plynu vedie cez pračku 50 a kompresor 51 opäť späť do prívodu 40 redukčného plynu, a síce pred horúcoplynnú cyklónu 46.

Podľa formy vyhotovenia znázornenej na obr. 2, pri ktorej je prvej redukčnej jednotke 1 predradený predhrievači stupeň 52, do ktorého sa ako predhrievači plyn privádza časť vysokopecného plynu vystupujúceho z prvej redukčnej jednotky 1 a cez prívod 53 vzduchu tiež vzduch, sú obe redukčné jednotky 1, 2 vytvorené navzájom rovnaké, a síce ako prvá redukčná jednotka 1 formy vyhotovenia znázornenej na obrázku 1.

Podľa obrázku 3 zodpovedá prvá redukčná jednotka 1 druhej redukčnej jednotke 2 formy vyhotovenia podľa obrázku 1 a druhá redukčná jednotka 2 prvej redukčnej jednotke 1 formy vyhotovenia podľa obrázku 1.

Obrázok 4 ukazuje detail zariadenia podľa jedného variantu, podľa ktorého sa jemnozrnná frakcia redukovaná nahotovo neprivádza do tavného splyňovača 35 cez horák 38, ale priamo. V blízkosti vyústenia vynášacieho potrubia 36 do vnútorného priestoru tavného splyňovača 35 ústi prívodné potrubie 42' kyslíka, takže tiež podľa tohto variantu môže nastať okamžitá aglomerácia čiastočiek jemnozmnej frakcie a zabráni sa ich vynášaniu redukčným plynom odvádzaným z tavného splyňovača 35. Vyústenie vynášacieho potrubia 36 môže byť navrhnuté tiež v hlbšie položenej časti tavného splyňovača 35, ako je to znázornené na obrázku 4 čiarkovaným potrubím 36' a čiarkované znázorneným prívodným potrubím 42 kyslíka.

Podľa vynálezu vznikajú procesné technické výhody. Jedna dôležitá jc predovšetkým v relatívne presnom a exaktne nastaviteľnom rozdelení na hrubozrnnú a jemnozmnú frakciu, čím sa darí dávkovať do tavného splyňovača 35 čo možno najvyšší podiel gravimetrický priamo a cez horák 38, prípadne cez miesto obohatené kyslíkom len bezpodmienečne nutný podiel. Tak je nutný len nepatrný výkon horáku, čo opäť vedie len k nepatrnému teplotnému zaťaženiu v kopule 37 tavného splyňovača 35, takže je celková spotreba energie malá a redukčný plyn sa musí ochladzovať len relatívne málo. Tým klesá tiež nebezpečenstvo výskytu nalepovania. Jemnozrnná frakcia sa pri vnášaní taví, takže sa zabráni prachovému obohateniu v tavnom splynovači. Energia na tavenie jemnozmnej frakcie sa uvoľňuje následnou chemickou reakciou, takže možno horák prevádzkovať bez dodatočnej spotreby uhlíka:

2Fe + O₂ = 2FeO.

Vynález sa neobmedzuje na príklady vyhotovenia znázornené na výkresoch, ale môže sa modifikovať v rôznych ohľadoch. S ohľadom na počet redukčných stupňov, pripadne redukčných jednotiek má odborník voľnú voľbu. Môže ich voliť vždy podľa požadovaného priebehu procesu a v závislosti od vsádzaných materiálov.

Claims (9)

1. Spôsob výroby tekutého surového železa (43) alebo tekutých polotovarov ocele zo vsádzkových materiálov tvorených železnou rudou (5) a prísadami a majúcich aspoň sčasti jemný podiel, pri ktorom sa železná ruda redukuje na železnú hubu priamo aspoň v dvoch redukčných stupňoch (1,2) fluidačným spôsobom, železná huba sa taví v zóne (39) tavného splyňovania za prívodu nosičov uhlíka a plynu obsahujúceho kyslík a vyrába sa redukčný plyn obsahujúci CO a H₂, ktorý sa zavádza do redukčných zón redukčných stupňov (1, 2), tam sa premieňa, odvádza sa ako vysokopecný plyn a prípadne sa privádza nejakému spotrebiču, vyznačujúci sa tým, že každý z oboch redukčných stupňov (1, 2) má dve oddelené fluidné vrstvy (6, 15), pričom sa v prvom redukčnom stupni (1) frakcionuje železná ruda (5) pomocou redukčného plynu aspoň na dve frakcie s rozdielnym rozdelením veľkosti zŕn, teda najmenej na jednu hrubozrnnú frakciu a najmenej jednu jemnozmnú frakciu, že sa každá frakcia redukuje redukčným plynom vo vlastnej fluidnej vrstve (6, 15), pričom redukčný plyn udržiava prvú fluidnú vrstvu (6) obsahujúcu hrubozmnú frakciu a oddeľuje z nej jemnozmnú frakciu, a pri ktorom sa ďalej redukčný plyn zavádza dodatočne priamo do ďalšej fluidnej vrstvy (15), a síce v množstve, prípadne s chemickým zložením, ktoré zaisťuje redukciu jemnozmnej frakcie v tejto fluidnej vrstve (15) na vopred stanovený stupeň metalizácie vo vopred danom Časovom zdržaní, a že redukovaná železná ruda (5) sa vynáša tak z prvej, ako i z ďalšej fluidnej vrstvy (6, 15) a že sa jemnozrnná i hrubozrnná frakcia redukovaná v prvom redukčnom stupni (1) redukuje ďalej aspoň v jednom ďalšom redukčnom stupni (2) pracujúcom rovnakým spôsobom ako prvý redukčný stupeň (1) a z posledného redukčného stupňa (2) sa jemnozrnná frakcia privádza do zóny (39) tavného splyňovania za aglomerácie pridaním kyslíka, výhodne prostredníctvom horáku (38) a hrubozrnnú frakcia sa privádza priamo do zóny (39) tavného splyňovania gravitačné.

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa v oboch redukčných stupňoch (1, 2) nastavuje rozdelenie veľkosti zŕn odlúčenej jemnozmnej frakcie v závislosti od celkového rozdelenia veľkosti zŕn nastavením množstva redukčného plynu privádzaného za jednotku času do prvého fluidného lôžka (6) a súčasne sa nastavuje stupeň redukcie jemnozmnej frakcie nastavením množstva sekundárneho redukčného plynu privádzaného dodatočne priamo k tejto frakcii.

3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že sa jemnozrnná i hrubozrnnú frakcia redukované v prvom redukčnom stupni (1) redukujú ďalej spoločne v prvom fluidnom lôžku (6) ďalšieho redukčného stupňa (2) a jemnozrnná frakcia sa znova oddeľuje, privádza sa do ďalšieho fluidného lôžka (15) a tam sa ďalej redukuje.

4. Spôsob podľa jedného alebo viacerých z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že sa jemnozrnná frakcia redukovaná v prvom redukčnom stupni (1) privádza priamo do ďalšej fluidnej vrstvy (15) ďalšieho redukčného stupňa (2) a tam sa ďalej redukuje.

5. Spôsob podľa jedného alebo viacerých z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že sa jemnozrnná frakcia vnáša do zóny (39) tavného splyňovania miesto cez horák (38) v bezprostrednej blízkosti vnášania kyslíka ústiaceho do zóny tavného splyňovania.

6. Zariadenie na vykonávanie spôsobu podľa jedného alebo viacerých z nárokov 1 až 5, s aspoň dvoma redukčnými jednotkami (1, 2) usporiadanými v sérii, z ktorých do prvej reaktorovej nádoby (4, 29) ústi dopravné vedenie (3) na železnú rudu (5) a vsádzané materiály obsahujúce prísady, prívod (7) plynu na redukčný plyn a tiež dopravné vedenie (27) na produkt redukcie, ktorý sa v nej tvorí, ktoré vedie k ďalšej redukčnej jednotke (2) s reaktorovou nádobou (29) a odvod (22) plynu na vysokopecný plyn, pričom prívod (7) plynu na redukčný plyn tvorí odvod plynu pre redukčný plyn z ďalšej redukčnej jednotky (2) a ďalšie dopravné vedenie (34) na produkt redukcie vytváraný v ďalšej redukčnej jednotke (2) ústi do tavného splynovača (35), ktorý má prívody (41, 42) na plyny obsahujúce kyslík a nosiče uhlíka a tiež odpich (45) na surové železo (43), prípadne polotovar ocele a trosku (44), pričom prívod (40) redukčného plynu na redukčný plyn vytvorený v tavnom splyňovači (35) ústiaci do ďalšej redukčnej jednotky (2) vychádza z tavného splyňovača (35), vyznačujúce sa tým, že redukčné jednotky (1,2) majú vždy najmenej dve reaktorové nádoby (4, 14; 29, 30) usporiadané v sérii v smere toku železnej rudy (5), ktoré obsahujú vždy jednu vhodnú fluidnú vrstvu (6, 15) a ku ktorým vedie vždy jeden prívod (7, 20; 31, 33) plynu na redukčný plyn v paralelnom usporiadaní, pričom vynášacie zariadenie (12, 32) redukčného plynu vedie z prvej reaktorovej nádoby (4, 29) v smere toku železnej rudy do druhej reaktorovej nádoby (14, 30) tej istej redukčnej jednotky (1, resp. 2) navrhnutej pre jemnozmnú frakciu redukovanej železnej rudy (5) a z každej reaktorovej nádoby (4, 14; 29, 30) vychádza dopravné vedenie (25, 27, 34, 36) na produkt redukcie a pričom ďalej obe dopravné vedenia (25, 27) vedúce z prvej redukčnej jednotky (1) ústia do ďalšej redukčnej jednotky (2) a dopravné vedenia (25, 27) vychádzajúce z ďalšej redukčnej jednotky (2), vedú v prípade, že tvoria poslednú redukčnú jednotku, oddelene do tavného splyňovača (35), a síce dopravné vedenie (34) vychádzajúce z prvej reaktorovej nádoby (4, 29) tejto poslednej redukčnej jednotky (2) ústi priamo do tavného splyňovača (35) a dopravné vedenie (36) vychádzajúce z druhej reaktorovej nádoby (14, 30) poslednej redukčnej jednotky (2) ústi v tavnom splyňovači (35) v mieste obohatenom kyslíkom, výhodne cez horák (38)·

7. Zariadenie podľa nároku 6, vyznačujúce sa tým, že obe dopravné vedenia (25, 27) vedúce z prvej redukčnej jednotky (1) ústia spoločne do ďalšej redukčnej jednotky (2).

8. Zariadenie podľa nároku 6, vyznačujúce sa tým, že dopravné vedenie (25) vedúce z ďalšej reaktorovej nádoby (14, 30) redukčnej jednotky (1) ústi priamo do ďalšej reaktorovej nádoby (14, 30) následne usporiadanej redukčnej jednotky (2).

9. Zariadenie podľa nároku 6, 7 alebo 8, vyznačujúce sa tým, že pred prvou redukčnou jednotkou (1) je predradená predhrievacia nádoba (52) na železnú rudu, do ktorej ústi prívod plynu vedúci vysokopecný plyn z prvej redukčnej jednotky.