SK283464B6 - Spôsob redukcie a tavenia zlúčenín obsahujúcich kov a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu - Google Patents

Abstract

Je opísaný spôsob redukcie a tavenia zlúčeniny obsahujúcej kov a zariadenie na jeho vykonávanie, pri ktorom sa vykonáva zavádzanie vsádzky (15) zahŕňajúcej zmes zlúčeniny obsahujúcej kov a vhodné redukčné činidlo v časticovej forme do ohrievacej nádoby (11) indukčnej pece (10) kanálikového typu, ktorá obsahuje kúpeľ (18) uvedeného kovu v kvapalnej forme, tak, že sa aspoň jedna hromada (16, 17) vsádzky (15) vytvára nad kovovým kúpeľom (18). Vsádzka (15) sa zavádza do nádoby (11) takým spôsobom a rýchlosťou, že vytvára spojitú vrstvu (19) vsádzky (15), ktorá sa rozprestiera na spôsob mosta cez celý kvapalný kúpeľ (18) a všetku trosku (23), ktorá môže byť prítomná, takže sa vo vsádzke (15) vytvára reakčná zóna, v ktorej sa môže redukovať všetka zlúčenina obsahujúca kov, a pod zónou redukcie kovu sa vytvára taviaca zóna (22), v ktorej sa môže taviť všetok redukovaný kov, ktorý sa riadi takým spôsobom, že uvedená spojitá vrstva (19) môže byť udržovaná v podstate po celú dobu trvania procesu, a tak, že redukcia uvedenej zlúčeniny obsahujúcej kov prebieha celkom v pevnej fáze. ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu redukcie a tavenia zlúčenín obsahujúcich kov, pri ktorom sa vykonáva zavádzanie vsádzky zahrnujúcej zmes zlúčeniny obsahujúcej kov a vhodné redukčné činidlo v časticovej forme do ohrievacej nádoby indukčnej pece kanálikového typu, ktorá obsahuje kúpeľ uvedeného kovu v kvapalnej forme tak, že sa aspoň jedna hromada vsádzky vytvára nad kovovým kúpeľom.

Doterajší stav techniky

Takýto spôsob je známy z US-A-5 411 570.

Najobvyklejšie spôsoby redukcie a tavenia zlúčenín obsahujúcich kov zahrnujú ohrev zlúčeniny obsahujúcej kov (obvykle oxid kovu) v prítomnosti redukčného činidla ako napríklad vhodné zlúčeniny obsahujúce uhlík alebo podobne. Zlúčenina obsahujúca kov a redukčné činidlo sa obvykle súhrnne nazýva vsádzka.

V uvedených známych spôsoboch je rýchlosť, s ktorou tento ohrev prebieha, obvykle taká veľká, že aspoň podstatná časť vsádzky sa taví predtým, než je redukcia ukončená. V súlade s tým prebieha redukcia z podstatnej časti v kvapalnej fáze.

Na takto roztavenej vsádzke sa tvorí troska, ktorá nehľadiac na oxidy v zlúčenine obsahujúcej kov, obsahuje tiež oxidy iných kovov, ktoré môžu byť prítomné vo vsádzke.

Na spätné získanie uvedenej zlúčeniny obsahujúcej kov z jeho oxidu v troske treba ďalšie množstvo redukčných činidiel v reakcii, čo môže viesť ku kovovému výrobku s nežiaducim vysokým obsahom uhlíka.

Tento vysoký obsah uhlíka vo výrobku sa obvykle následne redukuje oxidáciou, buď pridaním kyslíka vo forme plynného kyslíka alebo vzduchu k výrobku, alebo využitím vhodného oxidu kovu prítomného v reakčnom médiu. Tieto oxidačné reakcie v súlade s tým tiež prebiehajú v kvapalnej fáze.

Je potrebné si uvedomiť, že nehľadiac na požiadavku počiatočného zvyšku redukčných činidiel, ich následná oxidácia si vynucuje ďalší krok procesu.

Výsledkom oboch uvedených reakcií, redukcie a oxidácie, je vytváranie pomerne veľkých objemov nežiaduceho plynu pod povrchom kvapalného kovu a trosky, ktorý potom z kvapalného kovu a trosky' uniká vo forme bublín.

V uvedenom dokumente US-A-5 411 570 je opísaný spôsob, v ktorom sa vsádzka pridáva do pece v dvoch hromadách, ktoré zostávajú navzájom oddelené vrstvou trosky, plávajúcej na povrchu kúpeľa kvapalného kovu. V tomto usporiadaní sa vsádzka môže dostať priamo do kovového kúpeľa alebo trosky, ktorá môže byť prítomná, takže aspoň redukcia vsádzky aspoň z časti prebieha v kvapalnej fáze, čo dáva možnosť vzniku nie len nežiaducej tvorbe plynu v peci, ale tiež potenciálnym stratám produktu.

Cieľom vynálezu teda je poskytnúť spôsob redukcie kovu a tavenia, pomocou ktorého možno odstrániť alebo aspoň minimalizovať uvedené problémy.

Podstata vynálezu

Tento cieľ je podľa vynálezu dosiahnutý’ spôsobom opísaného druhu, pri ktorom sa vsádzka zavádza do nádoby takým spôsobom a rýchlosťou, že vytvára spojitú vrstvu vsádzky, ktorá sa rozprestiera na spôsob mosta cez celý kvapalný kúpeľ a všetku trosku, ktorá môže byť prítomná, takže sa vo vsádzke vytvára reakčná zóna, v ktorej sa všetka zlúčenina obsahujúca kov môže redukovať a pod zónou redukcie kovu sa vytvára taviaca zóna, v ktorej sa všetok redukovaný kov môže taviť; a riadením tohto procesu takým spôsobom, že uvedená spojitá vrstva je udržovaná v podstate po celý čas trvania procesu, a tak, že redukcia uvedenej zlúčeniny obsahujúcej kov môže prebiehať celkom v pevnej fáze.

Je potrebné si uvedomiť, že v procese podľa vynálezu prakticky neprebiehajú reakcie v kvapalnej fáze, a preto je prakticky eliminované uvedené nežiaduce vytváranie plynu a v praxi je podstate neprítomnosť vytvárania bublín v kúpeli kvapalného kovu a vytváranej troske pokladané za indikáciu správneho riadenia procesu.

Ďalej je potrebné si uvedomiť, že z dôvodu, žc sa spôsob môže vykonávať tak, že v podstate neexistuje potreba následne odstraňovať žiadne prebytočné redukčné činidlo, je znížený počet krokov spôsobu proti počtu krokov v uvedených známych spôsoboch.

Ďalej sa podľa vynálezu vykonáva riadenie procesu riadením aspoň jedného z nasledujúcich parametrov:

1. spôsobu a rýchlosti, akou sa vsádzka zavádza do nádoby;

2. veľkosť častíc vsádzky;

3. stupne premiešavania vsádzky;

4. rýchlosť, akou sa do nádoby privádza teplo.

Keďže sa podľa vynálezu vsádzka zavádza do nádoby takým spôsobom a takou rýchlosťou, že tvorí spojitú vrstvu vsádzky cez v podstate celý kvapalný kúpeľ a všetku trosku, ktorá môže byť prítomná, je zamedzené tomu, aby nezreagovaná vsádzka prichádzala priamo do styku s kvapalným kovom alebo troskou. Takéto „krátke spojenie“, ktoré by mohlo dovoliť reakcie vo fluidnej fáze, je teda v podstate vylúčené.

Keď sa vsádzka zavádza do nádoby napríklad prostredníctvom v odstupoch umiestnených jednotlivých vstupných otvorov na vytvorenie vo vzájomnom susedstve umiestnených hromád vsádzky vnútri nádoby, spôsob zahrnuje krok zaistenia, že toto zavádzanie vykonáva takým spôsobom, že spodky hromád splývajú a určujú tak spojitú vrstvu vsádzky, ktorá sa rozprestiera na spôsob mosta cez kvapalinový kúpeľ a trosku. Tento most teda zabraňuje materiálu vsádzky padajúcemu z hromád, aby prišiel do styku s kvapalným kovom alebo troskou.

Skutočnosť, že je takýto most vytvorený, môže byť zistená akýmkoľvek vhodným spôsobom, ako napríklad vizuálne a/alebo pomocou obrazového záznamového zariadenia, ako kamerou atď. V praxi môže byť takýto vizuálny záznam vykonávaný zasunutím tuhého prvku na spôsob „ponornej tyče“ z hornej časti nádoby do vsádzky.

Vytváranie uvedeného mosta sa môže vykonávať riadením veľkosti hromád vsádzky vnútri nádoby, alebo, alternatívne a/alebo prídavné sa môže vykonávať strategickým umiestnením otvorov, ktorými sa vsádzka zavádza do nádoby a/alebo riadením počtu týchto otvorov a rýchlosti, s ktorou sa nimi vsádzka zavádza.

Podľa vynálezu sa volí veľkosť častíc vsádzky takej, že môže prechádzať sitom 10 mm, výhodne 6 mm, ešte výhodnejšie 3 mm.

Prihlasovateľ zistil, že keď sa použije vsádzka tak malej veľkosti častíc, redukuje sa každá častica v podstate celá na kov v reakčnej zóne a zostáva v pevnom stave dokiaľ sa teplota častíc nezvýši na teplotu, potrebnú na tavenie nezredukovaných oxidov, ktoré môžu byť v častici prítomné.

Kvapalný kov vo forme oxidu kovu, taviaceho sa pri nižšej teplote než kov, má teda len malú tendenciu unikať z takýchto častíc do trosky.

Tak napríklad v prípade železa jadro častice obvykle obsahuje FeO, ktoré sa taví pri teplote 1 378 °C, zatiaľ čo krusta častice obsahuje Fe, ktoré sa taví až pri 1 535 “C. Pri použití väčších častíc, než je špecifikované vyššie, môže teplota jadra takejto častice dosiahnuť uvedené teploty 1 378 °C predtým, než sa Fe alebo FeO v častici redukuje, čo môže viesť k unikaniu kvapalného FeO z jadra.

Je potrebné si uvedomiť, že pretože uvedené reakcie v pevnej fáze sú riadené difúziou, je požadovaná maximálna rýchlosť vstupu tepla funkciou veľkosti častíc a stupňa premiešavania zložiek vsádzky, pričom stupeň premiešavania je výhodne taký, že vsádzka zahrnuje homogénnu zmes.

Podľa vynálezu môže spôsob podľa vynálezu ďalej zahrnovať krok spaľovania CO, ktorý' sa vytvára v priebehu redukcie zlúčeniny obsahujúcej kov a ktorý prechádza vsádzkou, nad vsádzkou.

Toto spaľovanie sa môže vykonávať napríklad pomocou vhodných kyslíkových a/alebo vzduchových horákov, umiestnených v nádobe nad vsádzkou.

Je potrebné si uvedomiť, že takto vytvárané teplo tiež slúži na zvýšenie teploty vnútri nádoby, najmä prostredníctvom radiácie zo stropu nádoby.

Reakčná nádoba výhodne zahrnuje ohrievaciu komoru indukčnej pece kanálikového typu.

Prihlasovateľ zistil, že toto usporiadanie je zvlášť vhodné pre ľahkosť, s akou možno riadiť rýchlosť ohrevu v takejto peci.

Zariadenie podľa vynálezu na vykonávanie uvedeného spôsobu zahrnuje jedinú komoru indukčnej pece kanálikového typu, v ktorej sa vykonáva uvedená redukcia a tavenie, pričom komora je vybavená aspoň jedným zavádzacím otvorom vsádzky a aspoň jedným výstupným otvorom na kvapalný kovový výrobok a/alebo na trosku vytváranú pri reakcii, pričom aspoň jeden zavádzači otvor je umiestnený tak a má takú veľkosť, že vsádzka zavádzaná jeho prostredníctvom sa môže rozprestierať ako spojitá vrstva cez celý kúpeľ kvapalného kovu a trosku, ktorá môže byť v komore prítomná.

Podľa výhodného uskutočnenia vynálezu zlúčenina obsahujúca kov výhodne zahrnuje alebo obsahuje zlúčeninu obsahujúcu železo.

V inom uskutočnení vynálezu kov zlúčeniny obsahujúcej kov zahrnuje alebo obsahuje jeden alebo viac z nasledujúcich kovov: chróm a/alebo mangán, a/alebo meď, a/alebo zinok, a/alebo olovo atď.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Jedno uskutočnenie vynálezu bude teraz opísané prostredníctvom príkladu uskutočnenia znázorneného na výkrese, ktorý predstavuje rez pecí podľa vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

V tomto uskutočnení vynálezu je použitá indukčná pec 10 kanálikového typu, ktorá zahrnuje pretiahnutú tubulámu komoru 11, ktorá ma v reze kruhovú kofiguráciu a ktorá je vybavená pozdĺž svojho dna dvomi radmi elektricky ovládaných induktorov 12, pričom každý rad obsahuje päť takýchto induktorov s kapacitou radu 2,2 MW.

Komora 11 obsahuje dva paralelne sa tiahnuce rady zavádzacích otvorov, z ktorých sú znázornené len dva, 13 a 14, ktoré sa tiahnu pozdĺž protiľahlých pozdĺžnych strán komory 11. Tieto otvory sa používajú na zavádzanie vsádzky 15 do pece 10 na vytvorenie dvoch pozdĺž sa tiahnucich hromád 16 a 17, ktoré plávajú na kúpeli 18 kvapalného kovu. Ak je potrebné, kov môže byť zavedený do nádoby 11 prostredníctvom neznázomeného zavádzacieho otvoru.

Vsádzka 15 zahrnuje homogénnu zmes, vo forme častíc, zlúčeniny obsahujúcej uhlík, ako napríklad uhlie a oxid železa, pričom zlúčenina obsahujúca uhlík je prítomná v koncentrácii trocha menšej, nezje koncentrácia predstavujúca stechiometrické množstvá uhlíka nevyhnutného na redukciu rudy a pričom veľkosť častíc vsádzky 15 je taká, že môže prechádzať sitom 3 mm.

Vsádzka 15 sa zavádza do nádoby 11 takým spôsobom a takou rýchlosťou, že spodky hromád 16 a 17 splývajú a vytvárajú tak most 19 vsádzkového materiálu rozprestierajúceho sa cez kvapalný kúpeľ 18.

Skutočnosť, že sa vytvára most 19, môže byť zisťovaná napríklad vizuálne pomocou „ponorenej tyče“, ktorá sa zasúva zhora do nádoby 11, alebo pomocou vhodného kontrolného okienka (neznázomeného) v stene nádoby 11. Môže byť zisťovaná tiež pomocou vhodného obrazového záznamového zariadenia (tiež neznázomeného) umiestneného vnútri nádoby 11.

Nádoba 11 je tiež vybavená pozdĺž svojej hornej časti množstvom kyslíkových horákov, z ktorých len dva, 20 a

21, z ktorých sú znázornené len dva, prostredníctvom ktorých sa môže spaľovať CO vznikajúci pri reakcii a prenikajúci hornou vrstvou vsádzky 15.

Za prevádzky sa vo vsádzke 15 v hromadách 16 a 17 vytvára reakčná zóna, ktorá sa rozprestiera zdanlivo od spodnej časti hromád k jej horným koncom. Súčasne sa vytvára taviaca zóna 22, ktorá sa rozprestiera medzi spodkami hromád 16 a 17 a horným povrchom kvapalného kúpeľa 18. V priebehu reakcie sa redukovaná vsádzka 15 pohybuje vplyvom gravitácie z reakčnej zóny do taviacej zóny 22.

Troska, ktorá sa vytvára v priebehu tohto tavenia, pláva na povrchu kúpeľa 18 v tuneli 23, ktorý sa tiež tiahne pod taviacu zónu 22. Tunel 23 vedie k výstupnému otvoru trosky (neznázomenému) v nádobe 11 a otvory 13 a 14 sú usporiadané vzhľadom na tento výstupný otvor tak, že troska v tuneli 23 smeruje proti nemu.

V priebehu procesu slúži most 19 na zabránenie padania vsádzkového materiálu 15 priamo z hromád 16 a 17 do trosky v tuneli 23, alebo do kvapalného kovu v kúpeli 18, čím zabraňuje akémukoľvek „krátkemu spojeniu“.

Teplo dodávané do kúpeľa 18 prostredníctvom induktorov 12 sa rozptyľuje do vsádzky 15 v hromadách 16 a 17 a spolu s teplom z CO, spaľovaného horákmi 20 a 21, umožňuje reakciu oxidu železa a uhlíka vo vsádzke 15, čo má za následok redukciu oxidu železa. Táto redukcia, ktorá teda prebieha v pevnej fáze, prebieha takmer úplne vo vrchnej 20 mm vrstve hromád 16 a 17, hlavne v dôsledku tepla dodávaného do tejto vrstvy spaľovaním CO pomocou horákov 20 a 21. Zároveň sa pevné redukované železo taví v zóne

22, z ktorej sa účinkom gravitácie dostáva do kúpeľa 18.

Je potrebné si uvedomiť, že nehľadiac na prekonanie problémov uvedených v úvode tejto prihlášky, s ktorými je nutné počítať pri známych zariadeniach, je ďalšou výhodou spôsobu podľa vynálezu to, že z dôvodu, že môže pracovať so vsádzkou s takou malou veľkosťou častíc, môžu byť použité vsádzky, ktoré by normálne neboli použiteľné inak, než pri predbežnej peletizácii a/alebo sintrovaní.

Je potrebné si ďalej uvedomiť, že bez opustenia myšlienky a/alebo rozsahu pripojených nárokov sú bezpochyby možné časté obmeny v jednotlivostiach spôsobu redukcie zlúčeniny obsahujúce kov a tavenia podľa vynálezu a zariadenia na vykonávanie tohto spôsobu.

Claims (11)

1. Spôsob redukcie a tavenia zlúčeniny obsahujúcej kov, pri ktorom sa vykonáva zavádzanie vsádzky (15) zahrnujúcej zmes zlúčeniny obsahujúcej kov a vhodného redukčného činidla v časticovej forme do ohrievacej nádoby (11) indukčnej pece (10) kanálikového typu, ktorá obsahuje kúpeľ (18) uvedeného kovu v kvapalnej forme tak, že sa aspoň jedna hromada (16, 17) vsádzky (15) vytvára nad kovovým kúpeľom (18), vyznačujúci sa tým, že vsádzka (15) sa zavádza do nádoby (11) takým spôsobom a rýchlosťou, že vytvára spojitú vrstvu (19) vsádzky (15), ktorá sa rozprestiera na spôsob mosta cez celý kvapalný kúpeľ (18) a všetku trosku (23), ktorá môže byť prítomná, takže sa vo vsádzke (15) vytvára reakčná zóna, v ktorej sa všetka zlúčenina obsahujúca kov môže redukovať a pod zónou redukcie kovu sa vytvára taviaca zóna (22), v ktorej sa môže taviť všetok redukovaný kov, a že sa riadi takým spôsobom, že uvedená spojitá vrstva (19) môže byť udržovaná v podstate po celý čas trvania procesu, a tak, že redukcia uvedenej zlúčeniny obsahujúcej kov môže prebiehať celkom v pevnej fáze.

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa vsádzka (15) zavádza do nádoby (11) prostredníctvom v odstupoch umiestnených jednotlivých vstupných otvorov (13, 14) na vytvorenie vo vzájomnom susedstve umiestnených hromád (16, 17) vsádzky (15) vnútri nádoby (11), ktorých spodky splývajú a určujú tak spojitú vrstvu (19) vsádzky (15).

3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že sa vytváranie súvislej vrstvy (19) vykonáva riadením veľkosti hromád (16, 17) vsádzky vnútri nádoby (11).

4. Spôsob podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa vytváranie súvislej vrstvy (19) vykonáva strategickým umiestnením otvorov (13, 14), ktorými sa vsádzka (15) zavádza do nádoby (11) a/alebo riadením počtu týchto otvorov (13, 14) a rýchlosti, s ktorou sa nimi vsádzka (15) zavádza a/alebo riadením hladiny kvapalného kovu (18) v nádobe (11).

5. Spôsob podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že uvedené riadenie procesu sa vykonáva riadením aspoň jedného z nasledujúcich parametrov:

1. spôsobu a rýchlosti, akou sa vsádzka (15) zavádza do nádoby (11);

2. veľkosti častíc vsádzky (15);

3. stupňa premiešavania vsádzky (15);

4. rýchlosti dodávania tepla do nádoby (11).

6. Spôsob podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že veľkosť častíc vsádzky (15) je taká, že môže prechádzať sitom 10 mm, výhodne 6 mm, ešte výhodnejšie 3 mm.

7. Spôsob podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že zahrnuje kroky spaľovania všetkého CO, ktorý sa vytvára v priebehu redukcie zlúčeniny obsahujúcej kov a ktorý prechádza vsádzkou, nad vsádzkou, a využitie takto získaného tepla v reakcii.

8. Spôsob podľa nároku 7, vyznačujúci sa tým, že sa uvedené spaľovanie vykonáva kyslíkovými a/alebo vzduchovými horákmi (20, 21) umiestnenými v nádobe (11) nad vsádzkou (15).

9. Spôsob podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že kov zlúčeniny obsahujúcej kov zahrnuje alebo obsahuje jeden alebo viac z nasledujúcich kovov: železo, chróm, mangán, meď, zinok, olovo.

10. Spôsob podľa niektorého z nárokov 1 až 8, vyznačujúci sa tým, že kov zlúčeniny obsahujúcej kov zahrnuje železo.

11. Zariadenie na vykonávanie spôsobu podľa niektorého z nárokov 1 až 10, ktoré zahrnuje jedinú komoru indukčnej pece (10) kanálikového typu, v ktorej sa vykonáva uvedená redukcia a tavenie, pričom komora je vybavená aspoň jedným zavádzacím otvorom (13, 14) na vsádzku (15), aspoň jedným výstupným otvorom na kvapalný kovový výrobok a/alebo na trosku vytváranú pri reakcii, vyznačujúci sa tým, že aspoň jeden zavádzači otvor (13, 14) je umiestnený tak a má takú veľkosť, že vsádzka zavádzaná jeho prostredníctvom sa môže rozprestierať ako spojitá vrstva (19) cez celý kúpeľ kvapalného kovu (18) a trosku (23), ktorá môže byť v komore prítomná.