SK768987A3

SK768987A3 - Process for producing metals or metal alloys and device for carrying out such a method

Info

Publication number: SK768987A3
Application number: SK7689-87A
Authority: SK
Inventors: Erich Ottenschlager; Werner L Kepplinger
Original assignee: Voest Alpine Ind Anlagen
Priority date: 1986-10-30
Filing date: 1987-10-27
Publication date: 1998-04-08
Also published as: KR880005276A; ZA878021B; DD262677A5; KR950001910B1; PH26200A; ATA288786A; AU597119B2; CN1011894B; DE3735965A1; AT386007B; BR8705782A; DE3735965C2; CN87107202A; CZ279400B6; SU1547713A3; JPS63128132A; SK278936B6; CZ768987A3; IN171251B; UA2124A1

Description

Oblasť technikyTechnical field

Vynález sa týka spôsobu na získanie kovov, prípadne kovových zliatin, najmä spôsobu na získanie ferozliatin, redukciou oxidov kovov v redukčnej zóne, ktorá je vytvorená vrstvou uhlia, ktorou prúdi redukčný plyn, a zariadenia na vykonávanie r tohto spôsobu.The invention relates to a process for obtaining metals or metal alloys, in particular to a process for obtaining ferro-alloys, by reducing metal oxides in a reduction zone formed by a layer of coal through which a reducing gas flows and to a method for carrying out the process.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V európskom spise EP-A-0 174 291 je popísaný spôsoo na vytavovanie kovov, a to medi, olova, zinku, niklu, kobaltu a cínu, z oxidických, jemne zrnitých neželezných rúd, pričom sa vsádzkový materiál vnáša do redukčnej zóny, ktorá je tvorená zvírenou vrstvou uhlia v taviacom splynovači. Pri priechode touto redukčnou .zónou sa oxidický vsádzkový materiál redukuje na kov, ktorý sa zhromažďuje v spodnej časti taviaceho splynovača.EP-A-0 174 291 discloses a method for the smelting of metals, namely copper, lead, zinc, nickel, cobalt and tin, from oxidic, fine-grained non-ferrous ores, the feed material being introduced into the reduction zone which is formed by a whirling layer of coal in the melter gasifier. Upon passing through this reduction zone, the oxidic feed material is reduced to a metal that collects at the bottom of the melter gasifier.

Ukázalo sa, že sa spôsob podľa európskeho spisu EP-A-0 174 291 môže s výhodou používať na redukciu oxidov, ktoré reagujú s elementárnym uhlíkom pri teplotách pod 1000 °C, že však môže dochádzať k problémom pri získaní kovov a kovových zliatin, najmä ferozliatin, ako feromangánu, ferochrómu a ferosilícia, ktoré w je možné získať z ich oxidov až pri teplotách nad 1000 °C a elementárnym uhlíkom * ako redukčným prostriedkom, pretože doba styku týchto vsádzkových oxidických materiálov reagujúcich pri vyšších teplotách s časticami uhlia, vytvárajúcimi zvírenú vrstvu, je pomerne krátka.It has been shown that the process according to EP-A-0 174 291 can be advantageously used for the reduction of oxides which react with elemental carbon at temperatures below 1000 ° C, but that there may be problems in obtaining metals and metal alloys, in particular ferroalloys, such as ferro-manganese, ferrochromium and ferro-silicon, which can be obtained from their oxides at temperatures above 1000 ° C and elemental carbon * as a reducing agent, since the contact time of these high-temperature reactive oxidic materials with the coalescing coal particles is relatively short.

Vynález bol vyvolaný snahou vyhnúť sa týmto problémom a ťažkostiam a jeho úlohou je vyvinutie spôsobu a zariadenia hore popísaného druhu, ktoré by umožňovali vyrábať kovy a zliatiny kovov, obzvlášť ferozliatiny, ako sú feromangán, ferochróm a ferosilícium, z kusovitých oxidických vsádzkových materiálov v taviacom splyňovači, pričom by mal kov tak vysokú afinitu ku kyslíku, že by reagoval s elementárnym uhlíkom až pri teplotách nad 1 000 °C.The present invention has been attempted to avoid these problems and difficulties and has the object of developing a method and apparatus of the type described above which would make it possible to produce metals and metal alloys, especially ferroalloys such as ferro-manganese, ferrochromium and ferro-silicon. wherein the metal would have such a high affinity for oxygen that it would react with elemental carbon at temperatures above 1000 ° C.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Táto úloha je spôsobom podľa vynálezu vyriešená tak, že sa kusovitý oxidický vsádzkový materiál pôsobením gravitácie vedie pevnou vrstvou uhlia, pozostávajúcou z troch vrstiev, pričom:This object is achieved by the method according to the invention in that the lumpy oxide feed material is guided by gravity through a solid layer of coal consisting of three layers, wherein:

spodná vrstva pokrytá kvapalnou zmesou z redukovaného kovu a strusky je z odplyneného uhlia, do strednej vrstvy sa zavádza kyslík alebo plyn obsahujúci kyslík na vytvorenie horúceho redukčného plynu pozostávajúceho v podstate z oxidu uhoľnatého a do hornej vrstvy sa zavádzajú spaľovacie plyny z častíc uhlia a z kyslíka, prípadne z plynov obsahujúcich kyslík.the lower layer covered with the reduced metal-slag liquid mixture is degassed coal, oxygen or oxygen-containing gas is introduced into the middle layer to form a hot reducing gas consisting essentially of carbon monoxide, and combustion gases of coal particles and oxygen are introduced into the upper layer, optionally from oxygen-containing gases.

S výhodou sa používa kusový vsádzkový materiál s veľkosťou zrna 6 až 50 mm, s výhodou 10 až 30 mm.Preferably a lump batch material with a grain size of 6 to 50 mm, preferably 10 to 30 mm, is used.

S výhodou sa na vytvorenie pevnej vrstvy používa uhlie z- veľkosťou častíc 5 až 100 mm, najmä 5 až 30 mm.Coal with a particle size of 5 to 100 mm, in particular 5 to 30 mm, is preferably used to form the solid layer.

Pri výhodnom spôsobe vyhotovenia sa udržiava hrúbka strednej a hornej pevnej vrstvy 1 až 4 m.In a preferred embodiment, the thickness of the middle and upper solid layers is maintained at 1 to 4 m.

Iné uskutočnenie spôsobu podľa vynálezu sa vyznačuje tým, že sa odlučujú prachovité častice uhlia z odpadových plynov z pevných vrstiev (z redukčnej zóny) a tieto odlúčené častice uhlia, s výhodou v horúcom stave, sa zavádzajú spolu s kyslíkom alebo s plynom obsahujúcim kyslík do horákov, ktoré smerujú do hornej časti pevnej vrstvy.Another embodiment of the method according to the invention is characterized in that the pulverized coal particles are separated from the solid-bed waste gases (from the reduction zone) and the separated coal particles, preferably in the hot state, are introduced into the burners together with oxygen or oxygen-containing gas. that are directed to the top of the solid layer.

S výhodou sa používa uhlie, ktoré si po odplynení zachováva svoj kusovitý charakter, takže pri použitom rozsahu zrnenia 5 až 100 mm, s výhodou 5 až 30 mm, má po odplynení aspoň 50 % vzniknutého odplyneného uhlia pôvodnú veľkosť častíc 5 až 100 mm, prípadne 5 až 30 mm a zvyšok má najmenšie zrne.Prednosťou spôsobu podľa vynálezu je skutočnosť, že má zachované všetky známe prednosti redukčného procesu v šachtových peciach, vykurovaných fosílnou energiou, ako sú protiprúdová výmena tepla, metalurgická reakcia v pevnej vrstve s elementárnym uhlíkom, ktorá je nevyhnutná na redukciu oxidov neušľachtilých kovov a dobré oddeľovanie kovu od strusky. Skoksovanie, prípadne odplynenie uhlia sa môže vykonávať bez vytvárania dechtu a iných kondenzovateľných zlúčenín. Plyn, vytvárajúci sa pri odplyňovaní uhlia, pôsobí ako prídavný redukčný prostriedok spolu s redukčnými plynmi, vytvárajúcimi sa splyňovaním odplyneného uhlia.Preference is given to using coal which, after degassing, retains its lumpy character, so that for a grain size range of 5 to 100 mm, preferably 5 to 30 mm, after degassing at least 50% of the degassed coal produced has an initial particle size of 5 to 100 mm. The advantage of the method according to the invention is that it retains all known advantages of the reduction process in shaft furnaces heated by fossil energy, such as countercurrent heat exchange, metallurgical reaction in a solid layer with elemental carbon, which is necessary to reduce non-noble metal oxides and good separation of metal from slag. The jumping or degassing of the coal can be carried out without the formation of tar and other condensable compounds. The gas produced by the degassing of coal acts as an additional reducing agent together with the reducing gases produced by gasifying the degassed coal.

Ako zvláštna výhoda spôsobu podľa vynálezu sa uvádza, že sa môže vykonávať redukcia oxidov neušľachtilých prvkov, ako napríklad kremíka, chrómu a mangánu bez použitia elektrickej energie. Pri spôsobe podľa vynálezu sa jednoduchým spôsobom zosilňuje energia potrebná pre odplynenie uhlia, pretože najmenšie zrno (pod 5 mm) sa vynáša s horúcimi plynmi z taviaceho splyňovača, oddeľuje sa a zavádza sa späť do hornej dúchacej zóny do plynov obsahujúcich kyslík a oxiduje sa plynmi obsahujúcimi kyslík, čím sa uvoľňuje teplo.A particular advantage of the process according to the invention is that reduction of oxides of non-noble elements such as silicon, chromium and manganese can be carried out without the use of electrical energy. In the method of the invention, the energy required for coal degassing is simply enhanced because the smallest grain (below 5 mm) is discharged with the hot gases from the melter gasifier, separated and recycled to the upper blowing zone into the oxygen-containing gases and oxidized by the gases containing oxygen, releasing heat.

Rozpad zŕn sa skúša, tak, že sa frakcia uhlia so zrnením 16 až 20 mm podrobuje jednohodinovému odplyneniu vo vopred vyhriatej komore na teplotu 1 400 °C. Objem komory je 12 dnA Po ochladení prepláchnutím studeným inertným plynom sa určí rozdelenie veľkosti zŕn.The grain disintegration is tested by subjecting the coal fraction having a grain size of 16 to 20 mm to a 1 hour degassing in a preheated chamber to a temperature of 1400 ° C. The chamber volume is 12 days. After cooling by flushing with cold inert gas, the grain size distribution is determined.

Vynález sa rovnako týka zariadenia na vykonávanie spôsobu podľa vynálezu so šachtovým taviacim splyňovačorri opatreným žiaruvzdornej výmqrovkou, ktorá má v hornej časti vsádzací otvor na vnášanie uhlia a kusového oxidického vsádzkového materiálu a potrubie na odvádzanie plynov, v bočnej stene má Šachtový taviaci splynovač prívod uhlia a prívod pre kyslík, prípadne pre plyn obsahujúci kyslík a v spodnej časti je vybavený pre zhromažďovanie roztaveného kovu a tekutej strusky. Toto zariadenie sa vyznačuje tým, že za vytvorenia troch nad sebou usporiadaných pevných vrstiev A, B, C:The invention also relates to an apparatus for carrying out the method according to the invention with a shaft melter gasifier equipped with a refractory mill having an inlet at the top for introducing coal and lump oxidic feed material and a gas outlet pipe, the side melter gasifier having a coal feed and feed line. for oxygen or oxygen-containing gas and in the lower part is equipped for collecting molten metal and liquid slag. This device is characterized in that with the formation of three superposed rigid layers A, B, C:

je v oblasti medzi najspodnejšou pevnou vrstvou A a medzi strednou vrstvou B usporiadaný veniec dúchadiel pre kyslík, prípadne pre plyn obsahujúci kyslík a v odstupe nad ním v oblasti medzi strednou vrstvou B a hornou pevnou vrstvou C je veniec horákov pre plyn obsahujúci častice uhlia a kyslík, prípadne plyn obsahujúci kyslík.a fan ring for oxygen or oxygen-containing gas is disposed in the region between the lowermost solid layer A and the middle layer B and there is a fan ring for the gas containing coal and oxygen particles at a distance above it optionally an oxygen-containing gas.

S výhodou je potrubie na odvádzanie odpadového plynu-vybavené horúcou cyklónou na odlučovanie častíc uhlia z odpadového plynu a vynášací koniec tejto horúcej cyklóny je potrubím spojený s vencom horákov.Preferably, the waste gas discharge line is provided with a hot cyclone for separating coal particles from the waste gas, and the discharge end of the hot cyclone is connected to the burner ring by a line.

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Spôsob podľa vynálezu, prípadne zariadenie na vykonávanie spôsobu podľa vynálezu je bližšie objasnený na výkrese, ktorý schematicky znázorňuje taviaci splynovač s pripojeným prídavným zariadením.The process according to the invention or the apparatus for carrying out the process according to the invention is explained in more detail in the drawing, which schematically shows a melter gasifier with an auxiliary device attached.

Príklad uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Šachtový taviaci splynovač 1 je vybavený žiaruvzdornou výmurovkou 2. Oblasť dna šachtového taviaceho splynovača 1 slúži na zhromažďovanie roztaveného kovu 3 a roztavenej strusky 4. Pri dne je odpichový otvor 5 pre kov a odpichový otvor 6 pre strusku. V hornej časti šachtového taviaceho splyňovača 1 je vsádzací otvor 7 na zavádzanie kusového uhlia a vsádzací otvor 9 pre kusovitý oxidický vsádzkový materiál. Nad roztaveným kovom 3 a roztavenou struskou 4 je vytvorená pevná vrstva uhlia, a to najspodnejšia vrstva A z odplyneného uhlia, ktorou sa nevedie plyn, stredná vrstva B z odplyneného uhlia, ktorou sa vedie plyn a horná vrstva C z kusového uhlia, ktorou sa vedie plyn.The shaft melter 1 is equipped with a refractory lining 2. The bottom region of the shaft melter 1 serves to collect molten metal 3 and molten slag 4. At the bottom there is a tap hole 5 for metal and a tap hole 6 for slag. In the upper part of the shaft melter gasifier 1 there is an inlet opening 7 for introducing lump coal and an inlet opening 9 for lumpy oxide feed material. Above the molten metal 3 and the molten slag 4, a solid coal layer is formed, namely the lowest gas-free gas-free coal layer A, the gas-gas-medium mid-layer B and the upper-layer lump-coal C which conducts the gas. gas.

V bočnej stene šachtového taviaceho splyňovača i sú dúchadlá vo forme venca dúchadiel 8 pre kyslík alebo pre plyny obsahujúce kyslík. Tieto dúchadlá sú usporiadané v oblasti medzi najspodnejšou vrstvou A, ktorou sa nevedie plyn a medzi strednou vrstvou B.In the side wall of the shaft melter gasifier 1 there are blowers in the form of a crown of oxygen blowers 8 or for oxygen-containing gases. These blowers are disposed in the region between the gas-free, lowermost layer A and the intermediate layer B.

V hraničnej oblasti medzi strednou vrstvou B a hornou vrstvou C je veniec horákov 10 v bočnej stene šachtového taviaceho splyňovača 1, do ktorých sa zavádza zmes práškovitých častíc uhlia a kyslíka, prípadne plynu obsahujúceho kyslík. Z hornej časti šachtového taviaceho splyňovača 1 odvádza potrubie 11 vzniknutý odpadový plyn do horúcej cyklóny 12. Prachovité častice uhlia, ktoré sú v odpadovom plyne suspendované, sa v horúcej cyklóne 12 odlučujú a z vynášacieho konca horúcej cyklóny 12, v ktorej je zabudované dávkovacie zariadenie 13, sa potrubím 14 zavádzajú do venca horákov 10. Potrubím 15 sa zavádza kyslík obsahujúci plyn do horákov W. Dávkovacím zariadením 13 sa môže riadiť plnenie horúcej cyklóny 12 a môže sa tak ovplyvňovať odlučovacie pôsobenie horúcej cyklóny 12. Z hornej časti horúcej cyklóny 12 sa odvádza odpadový plyn potrubím 16.In the boundary region between the middle layer B and the upper layer C there is a ring of burners 10 in the side wall of the shaft melter gasifier 1, into which a mixture of pulverized coal and oxygen particles or oxygen-containing gas is introduced. From the upper part of the shaft melter gasifier 1, the generated waste gas is conveyed to the hot cyclone 12 by the duct 11. The pulverized coal particles suspended in the waste gas are separated in the hot cyclone 12 and from the discharge end of the hot cyclone 12. The piping 15 introduces the oxygen-containing gas into the burners W. The metering device 13 can control the filling of the hot cyclone 12 and thus the separation action of the hot cyclone 12 can be influenced. gas pipe 16.

Spôsob podľa vynálezu sa s výhodou vykonáva tak, že sa dávkovacími otvormi v hornej časti šachtového taviaceho splynovača 1 vnáša uhlie spolu s kusovitým oxidickým vsádzkovým materiálom. Uhlie sa odplyní v pevnej vrstve C. Na toto odplynenie potrebné teplo sa získa jednak z horúcich redukčných plynov, ktoré stúpajú z pevnej vrstvy B, jednak ako spaľovacie teplo z pevných častíc uhlia, ktoré sa spaľujú plynom obsahujúcim kyslík v horákoch 10. Vertikálne rozloženie vrstvy C sa volí tak, aby plyny, opúšťajúce vrstvu C, mali teplotu aspoň 950 °C. Tým sa zaručí krakovanie dechtov a iných kondenzovateľných zlúčenín. Tým je vylúčené upchanie pevnej vrstvy C. V praxi sa osvedčuje hrúbka pre vrstvu C 1 až 4 m. Vertikálne < rozloženie vrstvy 1 až 4 m sa osvedčuje rovnako pre pevnú vrstvu B. Vo vrstve C odplynené uhlie vytvára pri klesaní smerom dole pevnú vrstvu B.The process according to the invention is preferably carried out in that coal is fed through the metering orifices in the upper part of the shaft melter gasifier 1 together with the lumpy oxide feed material. The coal is degassed in the solid layer C. The heat required for this degassing is obtained from the hot reducing gases rising from the solid layer B and the combustion heat from the solid coal particles that are combusted by the oxygen-containing gas in the burners. C is selected such that the gases leaving the layer C have a temperature of at least 950 ° C. This ensures the cracking of tars and other condensable compounds. This avoids clogging of the solid layer C. In practice, a thickness of 1 to 4 m for the layer C is proven. The vertical <layer layout of 1 to 4 m is also valid for solid layer B. In layer C, the degassed coal forms a solid layer B as it falls downwards.

Kusový oxidický vsádzkový materiál sa natavuje v pevnej vrstve B a redukuje sa elementárnym uhlíkom. Teplo potrebné na tavenie a na redukciu, sa získa splynením horúceho odplyneného uhlia plynom obsahujúcim kyslík, ktorý sa zavádza dúchadlami 8 do šachtového taviaceho splynovača 1.. V pevnej vrstve B vznikajúci roztavený kov a roztavená struska tečú smerom dole, zhromažďujú sa vo vrstve A a odpichújú sa. . .The lump oxide feed material is melted in solid layer B and reduced with elemental carbon. The heat required for melting and reduction is obtained by gasifying hot degassed coal with oxygen-containing gas, which is introduced by blowers 8 into the shaft melter gasifier 1. In the solid layer B molten metal is formed and molten slag flows downwards, collected in layer A and they tap. . .

Vynález objasňuje príklad praktického uskutočnenia. Percentá sa myslia vždy hmotnostné.The invention is illustrated by way of example. Percentages are always by weight.

PríkladExample

Postupuje sa hore popísaným spôsobom. Ako ruda sa používa kusová mangánová ruda so zrnitosťou 10 až 30 mm, obsahujúca približne 42 % mangánu. Mangánová ruda vykazuje túto analýzu:The procedure is as described above. The ore is a lump manganese ore with a grain size of 10 to 30 mm, containing approximately 42% manganese. Manganese ore shows the following analysis:

Fefe

CaOCaO

MgOMgO

SiO₂ SiO ₂

5,7 %5,7%

11,8%11,8%

2,2 %2.2%

5,2 %5.2%

AI2O3Al2O3

0,1 %0.1%

MnOMnO

53,2 %53.2%

CO₂ CO ₂

17,9%17,9%

H₂OH ₂ O

1,5 %1.5%

Ako uhlie sa používa stredne prchavé bituminózne uhlie nasledujúceho približného zloženia:Medium volatile bituminous coal of the following approximate composition is used as coal:

61 % 61% Cfix Cfix 25% 25% prchavé podiely volatile proportions 10% 10% popol ash 4% 4% voda Water

Priemer častíc uhlia je 1 až 40 mm. Na tonu feromangánu 75 % sa používaThe diameter of the coal particles is 1 to 40 mm. Per tonne of ferro-manganese 75% is used

750 kg uhlia. Pri analýze feromangánu sa zistilo:750 kg of coal. Ferromangan analysis revealed:

Mn Mn 75,0 % 75.0% C C 7,0 % 7.0% Si Are you 0,8 % 0.8% S WITH 0,02 % 0.02%

Spotreba kyslíka na tonu feromangánu je 950 Nm^ a spotreba plynu na tonu feromangánu je 3 200 Nm^ s výhrevnosťou približne 2 000 na ΝπτλOxygen consumption per tonne of ferro-manganese is 950 Nm ^ and gas consumption per tonne of ferro-manganese is 3 200 Nm ^ with a calorific value of approximately 2 000 per Νπτλ

Claims

PATENT CLAIMS

Method for obtaining metals or metal alloys, in particular ferro-alloys, by reducing metal oxides in a reduction zone formed by a layer of coal through which a reducing gas flows, characterized in that the lump oxide feed material is guided by a heavily solid layer of coal consisting of three layers A, B, C, where:

the lower layer A, covering the liquid mixture of reduced metal and slag, is of degassed coal, oxygen or oxygen-containing gas is introduced into the middle layer B to form a hot reducing gas consisting essentially of carbon monoxide and combustion gases consisting of from coal particles

And oxygen, optionally oxygen-containing gas.

Method according to claim 1, characterized in that the lump oxide material is charged with a grain size of 6 to 50 mm, preferably 10 to 30 mm.

Method according to claims 1 and 2, characterized in that coal having a grain size of 5 to 100 mm, in particular 5 to 30 mm, is used to form solid layers A, B, C.

Method according to claims 1 to 3, characterized in that the thickness of the middle layer B and the upper layer C is maintained between 1 and 4 m.

Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that dust particles of coal are separated from the gas leaving the solid layers (A, B, C) of the coal of the reduction zone and these coal particles, preferably in the hot state, together with oxygen or with the oxygen-containing gas introduced into the burners which are directed to the uppermost solid layer (C) of the coal.

Device for carrying out the method according to claims 1 to 5, comprising a shaft refractory melted gasifier (1) having an inlet opening (7) at the top for coal introduction and an inlet opening (9) for lump oxide feed material and a discharge line (11) for waste gases, in the side wall there is a coal pipe (14) and an oxygen or oxygen-containing pipe (15) and which has a space for collecting liquid metal and liquid slag at the bottom, formation of superimposed solid layers (A, B, C) of coal:

a fan ring (8) for oxygen or oxygen-containing gas is disposed in the region between the lowermost solid layer (A) and between the middle layer (B), and a rim is spaced above it in the region between the middle layer (B) and the upper layer (C) burners (10) for a gas comprising coal and oxygen particles or an oxygen containing gas.

Apparatus according to claim 6, characterized in that the discharge pipe (11) has a built-in hot cyclone (12) for separating coal particles from the waste gas, the discharge end of the hot cyclone (12) being connected to the burner ring (10). ) for introducing a gas containing coal particles and oxygen or an oxygen containing gas.