SK5972001A3 - Method for producing directly reduced, desulfurized iron - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu výroby priamo redukovaného odsíreného železa

Doterajší stav techniky

Výroba priamo redukovaného železa sa deje redukciou oxidu železa pevnými alebo plynnými redukčnými činidlami. Ako pevné redukčné činidlo pôsobí napríklad uhlie, ktoré pri vyšších teplotách reaguje s oxidom uhličitým a vytvára redukčný plyn CO. Pretože uhlie obsahuje pomerne vysoký obsah síry a spracovávaná železná ruda tento prvok tiež často obsahuje, obsahuje ako vyrobené železo tak odpadový plyn príliš mnoho síry. Dodatočné odsírenie odpadových plynov a priamo redukovaného železa je nákladné.

Cieľom vynálezu je navrhnúť spôsob výroby priamo redukovaného odsíreného železa

Podstata vynálezu

Podľa tohto vynálezu sa tento problém rieši spôsobom výroby priamo redukovaného odsíreného železa vo viacnásobnej nístejovej peci, ktorá má dve zóny usporiadané nad sebou, z ktorých každá má niekoľko nístejí, pričom železná ruda reaguje s nosičom uhlíka pri teplote medzi 800 °C a 1 100 °C na kovové železo, ktoré sa spolu s plynmi odsíruje odsírovacím činidlom v prvej zóne viacnásobnej nístejovej pece, pričom sa priamo redukované železo odpichuje z viacnásobnej nístejovej pece a odsírené plyny sa vedú do druhej zóny, kde predohrievajú železnú rudu na teplotu medzi 600 °C a 800 °C.

• · ·· · ·· ·· ·· • · ·· · ·· · • · · · ··· · · • · ·· ·· · · · · • · ···· ·· ···· ··· ·· ·· ·· ·

Týmto spôsobom sa vo vnútri viacnásobnej nístejovej pece znižuje obsah síry v plynoch. Pri priamej redukcii železa sa z redukčného činidla, napríklad uhlia, uvoľňuje síra. Menšie množstvo síry sa tiež môže uvoľňovať pri redukcii na železo zo železnej rudy V tomto procese sa teda táto síra udržuje v prvej zóne a preto už nemôže reagovať so železnou rudou alebo vzniknutým železom, a keď tak len v menšej miere. Preto má priamo redukované železo vyrobené týmto spôsobom zreteľne nižší obsah síry.

Odsírovacie činidla obsahujú napríklad vápno (CaO), vápenec (CaCOj) a/alebo magnezit (MgO). K odsírovaniu plynov dochádza výhodne prevažne vo vnútri prvej zóny chemickou reakciou plynov obsahujúcich síru s týmito odsírovacími činidlami, pričom síra reaguje s vápnikom a/alebo horčíkom za vzniku síranov, siričitanov, sírnikov a podobne. Tieto zlúčeniny vznikajú prevažne na povrchu odsírovacieho činidla Prednosťou týchto činidiel je, že majú kladný účinok na vlastnosti trosky, keď sa taví spoločne s priamo redukovaným železom

Viacnásobná nístejová pec pozostáva z prvej a druhej zóny, z ktorých každá obsahuje niekoľko nístejí. Je výhodné, keď druhá zóna leží nad prvou zónou a plyny stúpajú z prvej zóny do druhej zóny, zatiaľ čo pevná fáza sa postupne presúva z druhej zóny do prvej zóny.

Pevné vstupy, to znamená železná ruda a redukčné činidlo, sa do viacnásobnej nístejovej pece môžu sádzať buď oddelene alebo spoločne. Podľa výhodného uskutočnenia sa železná ruda najprv vsadzuje do hornej nísteje viacnásobnej nístejovej pece v druhej zóne. Je hrnutá krúživým pohybom hrablami, ktoré siahajú až k obvodu nísteje a postupne je presúvaná do nižších nístejí Potom sa vsadzuje redukčné činidlo do nasledujúcej nižšej nísteje vo viacnásobnej nístejovej peci, výhodne v nižšej sekcii druhej zóny, a zmieša sa s predhriatou železnou rudou. Spekaniu redukčného činidla a rudy sa predchádza uvedeným krúživým presúvaním materiálu hrablami. Redukčné činidlá sú napríklad bituménne uhlie, lignit, koks a podobne.

Vo výhodnom uskutočnení sa odsírovacia činidla a redukčné činidlo zmiešajú so železnou rudou v druhej zóne.

·· • · » ·· • · • ··· » · · I ·· ··

Odsírovacie Činidlá sa do viacnásobnej nístejovej pece môžu sádzať spoločne so železnou rudou a/alebo nosičom uhlíka Je možné však do viacnásobnej nístejovej pece sádzať aj oddelene.

V závislosti na obsahu síry v redukčnom činidle sa odsírovacie činidlo môže do viacnásobnej nístejovej pece sádzať buď v jednom bode, alebo sa môže rozdeliť a sádzať v rôznych bodoch V druhom prípade sa tiež môžu použiť činidlá rôznej zrnitosti. Dokázalo sa, že je výhodné sádzať hrubozrnné odsírovacie činidlá do druhej zóny a práškové odsírovacie činidlá do prvej zóny. Častice sa vypúšťajú z viacnásobnej nístejovej pece buď s plynmi alebo s pevnou fázou v závislosti na ich granulometrickom zložení Je výhodné vnášať práškové odsírovacie činidlá do prúdu plynu v prvej zóne s tým výsledkom, že odsírenie je účinnejšie. Práškové odsírovacie činidlá obohatené sírou sa z viacnásobnej nístejovej pece odťahujú prevážne s plynmi

Pevné látky, to znamená vyredukované železo, zvyšky nosiča uhlíka a osirovacie činidlá sa odpichujú z viacnásobnej nístejovej pece a následne tavia. Odsírovacie činidlá tvoria spolu s hlušinou z rudy strusku a nahromadená síra sa odstraňuje spoločne so struskou.

Redukčné plyny sa v peci môžu upraviť na optimálnu koncentráciu selektívnym sádzaním redukčného činidla do nižších nístejí viacnásobnej nístejovej pece, čím sa docieli vyšší stupeň premeny na kov.

Okrem toho sa môže injektovať redukčné činidlo do spodných nístejí viacnásobnej nístejovej pece. Tým sa dosiahne vyšší stupeň redukcie rudy.

Všetky stúpajúce plyny vrátane prchavých zložiek redukčných činidiel sa potom spália v hornej časti pece, to znamená v druhej zóne, a tým sa optimálne využije zvyškové teplo plynov vo vnútri pece. Dosahuje sa dobrá tepelná účinnosť, pretože sa zlepší energetická bilancia procesu.

Viacnásobná nístejová pec môže pracovať v záujme ďalšieho zlepšenia produktivity v špecifickom pretlakovom režime.

• · ·· · ·· ·· • · ·· · · · • · · · ··· • ········· • · ···· ·· ···· ··· ·· ·· ·· · 4

Vo výhodnom uskutočnení sa ruda v najvyšších nístejách pece suší a predhrieva horúcimi plynmi v peci a kontaktom s nístejami a až potom prichádza do styku s redukčným činidlom Ruda sa pred pridaním pevného redukčného činidla zahrieva na teplotu najmenej 400 °C, výhodne na najmenej 600 °C až 700 °C

Selektívne sa môžu injektovať plyny obsahujúce kyslík do nísteje, v ktorej sa tepelné nároky musia kryť spaľovaním nadbytočných procesných plynov, napríklad nad nístejami, do ktorých sa sádzajú pevné redukčné činidlá

Je výhodné používať plyny obsahujúce kyslík, ktoré majú teplotu najmenej 3 50 °C

Navyše je možné jednu alebo viac nístejí v peci, ktoré sú pod nístejou do ktorej sa vsadzujú pevné redukčné činidlá, zahrievať horákmi.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Uskutočnenie vynálezu bude teraz opísané pomocou obrázkov.

Obrázok 1 ukazuje prierez viacnásobnou nístejovou pecou na výrobu priamo redukovaného odsíreného železa.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Obrázok 1 ukazuje prierez viacnásobnou nístejovou pecou 10. ktorá má niekoľko nístejí 12 umiestených nad sebou. Tieto samonosné nísteje 12 sú rovnaké ako plášť 14. klenba 16 a dno pece 18 vyrobené zo žiaruvzdorného materiálu

Viacnásobná nístejová pec 10 je rozdelená do dvoch zón umiestených jedna nad druhou ako na obrázku prvá zóna 20 a druhá zóna 22.

Klenba 16 pece 10 je vybavená odťahom 26. ktorým sú plyny odťahované z pece, a otvorom 28. do ktorého sa sadza ruda do hornej nísteje.

·· ·· ·· • · · · · · • ··· · · ···· • · · · · · · ··· ·· ·· ·· ·

V strede pece 10 je umiestnený hriadeľ 24. na ktorom sú umiestené hrable siahajúce od stredu až k obvodu nísteja.

Hrable sú konštruované tak, aby krúživým pohybom posunovali materiál v jednej nísteji od stredu k obvodu a v nísteji umiestenej pod ňou od obvodu ku stredu s cieľom dopravovať takto materiál vzostupne od zhora dolu pecou. Hriadeľ 24 a hrable sú chladené vzduchom a na hrabliach sú otvory, ktorými môže vzduch prúdiť do vnútra pece a tu slúžiť na dospaľovanie.

Akonáhle sa ruda vsadí do prvej nísteje, je hrablami krúživým pohybom hrnutá k obvodu nísteja, kde prepadá do najbližšej nižšej nísteje otvormi, ktorými je dno na tento účel vybavené Tu sa ruda posunuje ku stredu nísteja a potom prepadá do najbližšej nižšej nísteje. Počas tejto doby sa ruda suší kontaktom s nístejou a účinkom stúpajúcich horúcich plynov a zahrieva sa na asi 600 °C.

V postranných stenách viacnásobnej nístejovej pece 10 sú sádzacie otvory 30, 32 a 34. ktorými sa sádza pevný materiál do pece. Tieto pevné materiály predstavujú najskôr nosiče uhlíka ako hnedouhoľný koks, ropný koks, vysokopecní prach, uhlie a podobne, potom odsírovacie činidlá ako vápno, (CaO), vápenec (CaCCh) a/alebo magnezit (MgO).

Nosič uhlíka sa sádza do nísteja otvormi 30 a 34 do obidvoch zón 20 a 22 a mieša sa so zahriatou rudou hrablami 22. Uhlie sa splyňuje za vysokej teploty a vzniká oxid uhoľnatý, čo má za následok, že sa počas zostupu viacnásobnou nístejovou pecou 10 oxid železa prítomný v rude postupne redukuje na kovové železo.

Odsírovacie činidlá sa do viacnásobnej nístejovej pece vnášajú v niekoľkých bodoch. Hrubozrnné odsírovacie činidlo sa do viacnásobnej nístejovej pece sádza spoločne so železom otvorom 28 a/alebo spoločne s nosičmi uhlíka otvorom 30.

Okrem toho sa odsírovacie činidlo injektuje do stúpajúcich plynov otvorom 32 v prvej zóne 20.

·· ·· ·· • · · · · · • · ··· · · ··· · ··· • · · · · · ·· ·· ·· ·

V tomto spôsobe sa síra uvoľňuje v dvoch stupňoch. Do približne 600 °C sa najskôr ako H₂S uvoľňuje minerálna síra, prítomná v rude alebo nosiči uhlíka vo forme CaSO₄ a FeS₂. Potom sa nad teplotou asi 800 °C uvoľňuje síra prítomná v nosiči uhlíka v organickej forme Za podmienok prevažujúcich vo viacnásobnej nístejovej peci 10 reaguje táto síra prednostne s odsírovacími činidlami, a preto nemôže reagovať so železnou rudou alebo železom. Plyny sú preto odsírené a vyrobené železo obsahuje menej síry než v bežných spôsoboch.

V postrannej stene sú umiestené trysky 38 na injektovanie horúcich (350 °C až 500 °C) plynov obsahujúcich kyslík, ktorými sa môže dúchať vzduch alebo iný plyn obsahujúci kyslík do pece 10.. V dôsledku vysokých teplôt a prítomnosti kyslíka zhorí isté množstvo uhlia na oxid uhličitý, ktorý zase reaguje s nadbytočným uhlím a redukuje sa na oxid uhoľnatý. Nakoniec oxid uhoľnatý redukuje oxid železa na kovové železo Pretože táto reakcia je prevážne endotermná, vyplýva nutnosť inštalovať v spodnej časti pece horáky 40. ktoré zaisťujú rovnomerne vysokú teplotu v dolných nístejách pece Tu sa môžu použiť horáky plynové alebo na práškové uhlie

Tieto horáky môžu spaľovať plyn alebo práškové uhlie so vzduchom na predhrievanie alebo prídavné zahrievanie. Prídavný redukčný plyn môže vzniknúť na základe kvantitatívneho pomeru medzi palivom a kyslíkom, alebo sa pri nadbytku vzduchu dosiahne dospaľovanie procesných plynov. Pri spaľovaní práškového uhlia sa v horáku môže vytvárať nadbytok oxidu uhoľnatého Pri použití komôr na externé spaľovanie sa popoloviny zo spáleného uhlia nedostanú do pece a nemiešajú sa s priamo redukovaným železom. Tvorbou oxidu uhoľnatého sa zníži spotreba nosiča uhlíka v peci 10. a preto aj obsahu popolovín v konečnom produkte

Vo finálnom stupni alebo v dvoch finálnych stupňoch je tu možnosť injektovať plynné redukčné činidlo, napríklad oxid uhoľnatý alebo vodík, špeciálnymi tryskami 42. V tejto bezkyslikatej atmosfére sa môže dokončiť redukcia rudy.

···· ··· ·· ·· • · · • · ··· • · · · ·· ·· • · ·· ·

Priamo redukované železo sa následne odpichuje spoločne s popolom z redukčného činidla výpusťou 44 na spodku 18 pece 10.

Regulované vnášanie pevných a plynných redukčných činidiel, plynov obsahujúcich kyslík a odsírovacích činidiel v rôznych bodoch viacnásobnej nístejo• vej pece 10 dovoľuje presnú reguláciu redukcie rudy a uskutočnenie tohto spôsobu za optimálnych podmienok

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob výroby priamo redukovaného odsíreného železa vo viacnásobnej nístejovej peci, ktorá má dve zóny umiestené nad sebou, z ktorých každá má niekoľko nístejí, pričom železná ruda reaguje s redukčným činidlom pri teplote medzi 800 °C a 1100 °C na kovové železo a plyny sa odsírujú odsírovacím činidlom v prvej zóne viacnásobnej nístejovej pece, pričom sa priamo redukované železo odpichuje z viacnásobnej nístejovej pece a odsírené plyny sa vedú do druhej zóny, kde predohrievajú železnú rudu na teplotu medzi 600 °C a 800 °C
2. 2 Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že odsírovacie činidlá obsahujú vápno, vápenec a/alebo magnezit.
3. 3. Spôsob podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa železná ruda sádza do druhej zóny a postupne sa presúva do prvej zóny.
4. 4. Spôsob podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že sa odsírovacie činidlá a redukčné činidlo zmiešajú so železnou rudou v druhej zóne.
5. 5. Spôsob podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že sa časť odsírovacích činidiel a nosiča uhlíka zmieša so železnou rudou v druhej zóne a zvyšok odsírovacích činidiel sa uvádza do prvej zóny ·« · · ·· ·· • · ·· ··· ··· • · · · ··· · · • ········· • · ······ ···· ··· ·· ·· ·· ·
6. 6 Spôsob podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že sa používa odsírovacie činidlo rozmanitého granulometrického zloženia.
7. 7. Spôsob podľa nároku 5 alebo 6, vyznačujúci sa tým, že sa hrubozrnné odsírovacie činidla uvádzajú do druhej zóny a práškové odsírovacie činidla » do prvej zóny
8. 8 Spôsob podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa ruda suší v druhej zóne viacnásobnej nístejovej pece a následne zahrieva na teplotu najmenej 400 °C, výhodne však najmenej 600 °C, skôr než sa pridá pevné redukčné činidlo.
9. 9. Spôsob podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa plyny obsahujúce kyslík injektujú do prvej zóny
10. 10 Spôsob podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa pevné a/alebo plynné redukčné činidlá privádzajú do spodných nístejí viacnásobnej nístejovej pece.

    e
11. 11. Spôsob podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa jedna alebo viac nístejí v peci zahrieva horákmi.
12. 12. Spôsob podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa spôsob vykonáva v podmienkach pretlaku.

    »» · ·· ·· ·· • · • ·· • · • · • »·> • • • ·