SK91998A3

SK91998A3 - Process for producing sponge iron

Info

Publication number: SK91998A3
Application number: SK919-98A
Authority: SK
Inventors: Leopold W Kepplinger; Felix Wallner; Udo Gennari
Original assignee: Voest Alpine Ind Anlagen; Po Hang Iron & Steel; Res Inst Ind Science & Tech
Priority date: 1996-11-06
Filing date: 1997-11-05
Publication date: 1998-12-02
Also published as: AU4766597A; CN1053014C; JP2000503350A; ZA979930B; TW356479B; ATA193296A; RU2176672C2; KR100466630B1; BR9707112A; CZ213398A3; KR19990077052A; CA2242249A1; SK283074B6; UA43436C2; AU733442B2; US6149708A; EP0871783A1; DE59703015D1; CZ293263B6; EP0871783B1

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu výroby železnej huby priamou redukciou z materiálu vo forme čiastočiek, obsahujúceho oxid železa, pri ktorom sa redukčný plyn, ktorý sa vytvára v tavnej splyňovacej zóne z nosičov uhlíka a plynu obsahujúceho kyslík, zavádza do redukčnej zóny, v ktorej sa nachádza materiál obsahujúci oxid železa.

Doterajší stav techniky

Z EP-A-0 594 557 je známy spôsob výroby tekutého surového železa zo vsádzkových materiálov, ktoré sú tvorené železnými rudami a prísadami a vykazujú aspoň sčasti jemný podiel, pričom tieto vsádzkové materiály sa priamo redukujú na železnú hubu aspoň v jednej redukčnej zóne, táto železná huba sa natavuje v tavnej splyňovacej zóne za prívodu nosičov uhlíka a plynu obsahujúceho kyslík a vytvára sa redukčný plyn, ktorý sa zavádza do redukčnej zóny, tam sa premieňa a odvádza ako výstupný plyn. Pri tomto spôsobe je možné hospodárne využitie jemnej rudy tým, že sa podrobujú predhriatiu spôsobom s fluidnou vrstvou v predhrievacej zóne prevažne hematitické a/alebo magnetitické jemné rudy a takto predhriate vsádzkové materiály sa ďalej redukujú nahotovo v aspoň jednej nasledujúcej redukčnej zóne spôsobom s fluidnou vrstvou, načo sa vsádzkové materiály dávkujú do fluidného lôžka tavnej splyňovacej zóny prostredníctvom samočinnej dopravy a tam sa tavia.

Jeden spôsob typu uvedeného v úvode je známy z EP-A-0 217 331. U tohto spôsobu sa pre priamu redukciu jemnej rudy používa plyn, ktorý v podstate obsahuje CO a H₂ a bol zbavený prachu v cyklóne.

Železná huba vyrábaná podľa tohto stavu techniky priamou redukciou materiálu obsahujúceho oxid železa vykazuje spravidla nižší obsah uhlíka vo výške asi 1 %. Pre ďalšie spracovanie železnej huby je však výhodný vyšší obsah uhlíka, aby sa mohla pri tavení železnej huby a následnom oceliarenskom procese ušetriť energia bez toho, aby bol potrebný zvláštny prísun uhlíka (nauhličenie).

004/B

Vynález si teda kladie za úlohu modifikovať spôsob toho typu, ktorý je popísaný v úvode, do tej miery, aby železná huba vykazovala zvýšený obsah uhlíka, s výhodou v množstve medzi 1 a 4 %, hlavne nad 2,5 %.

Podstata vynálezu

Táto úloha je podľa vynálezu riešená kombináciou nasledujúcich znakov:

• do redukčnej zóny sa privádza redukčný plyn, ktorý obsahuje na Nm³ medzi 20 a 100 g prachu, ktorý vykazuje obsah uhlíka medzi 30 a 70 hmôt. %, a • materiál obsahujúci oxid železa sa vystavuje po určitú dobu, ktorá prekračuje čas potrebný na redukciu nahotovo, pôsobeniu redukčného plynu.

Výroba železnej huby s obsahom uhlíka medzi 0,5 a 2,5 % je už známa z WOA-93/14228, a to u tohto známeho spôsobu sa pre stanovenie uhlíka pridávajú malé množstvá zemného plynu, pričom sa tento zemný plyn vnáša, priamo do reaktora s fluidnou vrstvou. Toto opatrenie samotné je však málo efektívne, pretože pri redukčných teplotách zaisťujúcich priamu redukciu nie je zaistený úplný rozpad zemného plynu.

Z US-A-5,137,566 je známe vyrábať vysoko koncentrovaný karbid železa zo železnej rudy s pomocou redukčného plynu a nauhličovacieho plynu, pričom v dôsledku časovej závislosti tvorby karbidu železa sa kvôli premene usiluje o vyššiu dobu zotrvania. Samotné zvýšenie doby zotrvania materiálu obsahujúceho oxid železa pri priamej redukcii podmieňuje značný pokles výroby, to znamená podstatne znížený výnos redukovaného materiálu za časovú jednotku. Tento spôsob je preto relatívne nákladný a takto vyrábaný karbid železa sa vďaka tomu používa len ako prísada pri výrobe ocele. Oproti tomu je vytýčenou úlohou podľa vynálezu to, aby všetka železná huba použitá na výrobu ocele vykazovala zvýšený obsah uhlíka, to znamená, aby sa táto takto vyrábaná železná huba so zvýšeným obsahom uhlíka používala nielen ako prísada pri výrobe ocele, ale pre ňu sama tvorila základnú látku.

Z US-A-Re-32,247 je známe premieňať materiál obsahujúci oxid železa v prvom stupni na karbid železa a v druhom stupni vyrábať priamo z tohto karbidu železa oceľ. U tohto známeho spôsobu sa používa na redukciu redukčný plyn obsahujúci vodík a na vytváranie karbidu železa materiál obsahujúci uhlík.

004/B

Nevýhodou pritom je úplná premena železa na karbid železa, pretože je to tiež spojené s vysokou spotrebou energie (vyššia spotreba materiálu obsahujúceho uhlík pri priamej redukcii).

Podľa vynálezu sa pre redukciu jemnej rudy používa redukčný plyn, ktorý sa vytvára v tavnom splyňovači, pričom jeho obsah prachu obsahuje na Nm³ medzi 20 a 100 g, pričom prach vykazuje obsah uhlíka medzi 30 a 70 % hmotnosti. Obsah prachu a obsah uhlíka sa môžu nastavovať horúcoplynovou cyklónou a nosičom uhlíka, prípadne primiešaním napríklad hutníckeho koksu, jemnej koksovej drviny alebo ropného koksu do tavného splynovača. Môžu sa vsádzať tiež zmesi uhlia, ktoré vykazujú rôzne vysoko výrazný sklon k rozpadu zrna (dekrepitácia). Jemná ruda redukovaná nahotovo je tak dlho vystavená tomuto špeciálnemu redukčnému plynu, až sa dosiahne požadovaný obsah uhlíka. Vynález sa zakladá na poznatku, že obsah uhlíka jemnej rudy redukovanej nahotovo stúpa exponenciálne, ak je vystavená tomuto špeciálnemu redukčnému plynu po dobu dlhšiu ako je čas potrebný na redukciu nahotovo.

Redukčný plyn zavádzaný do redukčnej zóny obsahuje s výhodou medzi 40 a 90 g prachu na Nm³.

Jedno ďalšie výhodné vyhotovenie spôsobu podľa vynálezu spočíva v tom, že prach obsiahnutý v redukčnom plyne vykazuje obsah uhlíka medzi 45 a 55 hmotnostnými %.

U spôsobu podľa vynálezu sa môže priama redukcia vykonávať v dvoch alebo viacerých reaktoroch s fluidnou vrstvou, usporiadaných za sebou a redukčný plyn sa môže zavádzať do tohto reaktora s fluidnou vrstvou, ktorý je z hľadiska smeru toku materiálu obsahujúceho oxid železa posledný a prúdi ním a následne tiež ostatnými reaktormi s fluidnou vrstvou v protismere k toku materiálu obsahujúceho oxid železa.

Zvýšenie obsahu uhlíka v železnej hube sa môže dosiahnuť tým, že sa predĺži zotrvanie u materiálu obsahujúceho oxid železa pri priamej redukcii oproti minimálnemu zotrvaniu nevyhnutnému na redukciu tohto materiálu nahotovo.

Zvýšenie obsahu uhlíka sa však môže výhodne dosiahnuť tiež tým, že sa redukcia vykonáva so špecifickým množstvom redukčného plynu, ktoré je oproti

004/B špecifickému minimálnemu množstvu plynu potrebnému na redukciu nahotovo materiálu obsahujúceho oxid železa zvýšené.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je následne bližšie vysvetlený s pomocou príkladu vyhotovenia znázorneného na výkrese, pričom obrázky ukazujú zariadenie, v ktorom sa môže vykonávať niektorý výhodný variant spôsobu podľa vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Zariadenie obsahuje tri reaktory 1 až 3 s fluidnou vrstvou zapojené do série za sebou, pričom jemná ruda sa privádza cez prívod 4 rudy do prvého reaktora 1 s fluidnou vrstvou, v ktorom prebieha v predhrievačom stupni 5 predhriatie jemnej rudy a eventuálne predredukovanie, a následne sa vedie z reaktora 1 s fluidnou vrstvou cez dopravné potrubie 6 do reaktora 2, 3 s fluidnou vrstvou. V reaktore 2 s fluidnou vrstvou nastáva v predredukovacom stupni 7 predredukovanie a v reaktore 3 s fluidnou vrstvou potom v dokončovacom stupni 8 dokončovacia redukcia jemnej rudy na železnú hubu.

Materiál redukovaný nahotovo, teda železná huba, sa cez. dopravné potrubie 9 privádza do tavného splynovača 10. V tavnom splynovači 10 sa v tavnej splyňovacej zóne 11 vytvára z uhlia a plynu obsahujúceho kyslík redukčný plyn, ktorý obsahuje CO, H₂ a prach obsahujúci uhlík, a privádza sa prívodom 12 redukčného plynu cez horúcu cyklónu 19 do reaktora 3 s fluidnou vrstvou, ktorá je v smere toku jemnej rudy posledná. Redukčný plyn sa potom vedie v protismere k toku rudy z reaktora 3 s fluidnou vrstvou do reaktora 2 a 1 s fluidnou vrstvou, a to cez spojovacie potrubie

13. Z reaktora 1 s fluidnou vrstvou sa ako kychtový plyn odvádza cez odvod 14 kychtového plynu a následne sa ochladzuje a perie v mokrej pračke 15 plynu.

Tavný splynovač 10 má prívod 16 pre pevné nosiče uhlíka, prívod 17 pre plyny obsahujúce kyslík a tiež prípadne prívody pre nosiče uhlíka, ktoré sú pri izbovej teplote plynné alebo kvapalné ako uhľovodíky a tiež pre spálené prímesi. V tavnom splynovači 10 sa pod tavnou splyň ovacou zónou 11 zhromažďuje tekuté surové

004/B železo, pripadne roztavený polotovar na výrobu ocele a tekutá struska, ktoré sa odpichujú odpichom 18.

V prívode 12 redukčného plynu, ktorý vychádza z tavného splynovača 10 a ústi do reaktora 3 s fluidnou vrstvou, je navrhnutá horúcoplynová cyklóna 19, ktorá slúži na to, aby regulovala obsah prachu navrhovaný podľa vynálezu v redukčnom plyne, pričom častice prachu odlúčené v tejto cyklóne sa cez spätné vedenie 20 privádzajú s dusíkom ako s dopravným prostriedkom a cez horák 32 za dúchania kyslíka do tavného splynovača 10.

Reaktor 2 s fluidnou vrstvou, v ktorom prebieha predredukovanie jemnej rudy, je zásobovaný rovnakým množstvom redukčného plynu, ktorý však má menší redukčný potenciál, čo je však pre predredukovanie úplne dostatočné. Pretože tu dosiahnutý stupeň redukcie redukovaného materiálu je nižší ako v dokončovacom redukčnom stupni 8, nevyskytuje sa tu tiež žiadne lipnutie. Premenený redukčný plyn vystupujúci z tohto reaktora 2 s fluidnou vrstvou sa privádza potrubím 13 do pračky 26. časť vypraného premeneného redukčného plynu sa odvádza odvádzacím potrubím 27 výstupného plynu a druhá časť sa privádza potrubím 13 do predhrievacieho stupňa 5, to znamená do reaktora 1 s fluidnou vrstvou.

Jedna možnosť nastavenia teploty redukčného plynu, ktorá by mala byť 750 950 °C, s výhodou 800 - 850 °C, vyplýva z výhodne navrhnutého spätného vedenia 29 plynu, ktoré vychádza z prívodu 12 redukčného plynu a privádza časť redukčného plynu cez pračku 30 a kompresor 31 opäť späť do prívodu 12 redukčného plynu, a síce pred usporiadanie horúcoplynovej cyklóny 19.

Kvôli nastaveniu predhrievacej teploty jemnej rudy sa môže do predhrievacieho stupňa 5, teda do reaktora 1 s fluidnou vrstvou, privádzať potrubím 32 plyn obsahujúci kyslík, ako je vzduch alebo kyslík, čím dôjde k čiastočnému spáleniu premeneného redukčného plynu privádzaného do predhrievacieho stupňa

5. Riadením čiastočného spaľovania možno nastaviť teplotu jemnej rudy pri predhrievaní tým spôsobom, že sú optimalizované teploty v nasledujúcich redukčných stupňoch 7, 8.

004/B

Vynález sa neobmedzuje iba na príklad vyhotovenia znázornený na výkrese, ale sa môže v rôznych ohľadoch modifikovať. Napríklad je možné zvoliť počet reaktorov s fluidnou vrstvou vždy podľa požiadaviek.

Príklad

U zariadenia, ktoré zodpovedá obrázku 1 výkresov, sa na výrobu 40 t surového železa/h vsádza do tavného splynovača 1 031,4 t uhlia/h s chemickým zložením uvedeným v tabuľke I a ako plyn sa privádza 31 240 Nm³ O₂/h.

Tabuľka I

uhlie (suché)
C	78,9 %
H	3,8 %
N	1,0%
0	2,0 %
popol	8,7 %
Cfix	72,0 %

Do zariadenia sa vsádza jemná ruda (hematit, veľkosť zrna menšia ako 8 mm) v množstve 58,6 t/h so zložením rudy uvedeným v tabuľke II a dávkujú sa prísady v množstve 8,6 t/h podľa tabuľky III.

Tabuľka II

ruda (vlhká)
Fe	62,8 %
Fe₂O₃	87,7 %
LOI	0,08 %
vlhkosť	2,0 %

004/B

Tabuľka III

prísady
CaO	45,2 %
MgO	9,3 %
S1O2	1,2 %
AI2O3	0,7 %
žíhacie straty	39,1 %

V tavnom splynovači 10 sa vytvára redukčný plyn v množstve 63 440 Nm³/h a s teplotou 1 000 až 1 200 °C. Tento plyn sa z tavného splyňovača 10 odoberá a primiešaním redukčného plynu ochladeného v pračke 30 sa upraví na teplotu 800 °C. Po opustení cyklóny 19 má redukčný plyn zloženie uvedené v tabuľke IV.

Tabuľka IV

redukčný plyn pre dokončovací redukčný stupeň 8, 800 °C
CO	62%
0 O i	5%
h₂	28 %
n₂	5%
prach	80 g/Nm³
obsah C v 50 % prachu

Tabuľka V

redukčný plyn pre predredukovací stupeň 7, 800 °C
CO	52%
CO₂	19%
h₂	24%
n₂	5%

004/B

Nastavením časového zotrvania tohto redukčného plynu v dokončovacom redukčnom stupni 8 sa môže nastaviť obsah uhlíka v železnej hube. Súvislosť medzi časovým zotrvaním a obsahom uhlíka je znázornená na obrázku 2, pričom os premenných udáva časové zotrvanie v minútach a os poradníc obsah uhlíka v železnej hube v hmotnostných %.

Na obrázku 2 sa graf A vzťahuje k špecifickej spotrebe redukčného plynu 1 500 Nm³/t rudy. Graf B sa vzťahuje k špecifickému úbytku redukčného plynu 1 200 Nm³/t rudy. Z obrázku 2 možno zistiť to, že obsah uhlíka v železnej hube stúpa ako s dobou zotrvania, tak i so špecifickou spotrebou redukčného plynu.

Ukázalo sa, že vyššie obsahy uhlíka sú dosiahnuteľné až vtedy, keď je jemná ruda redukovaná nahotovo a následne sa ešte dlhšie vystavuje redukčnému plynu. Súvislosť medzi stupňom redukcie a obsahom uhlíka v železnej hube je znázornená na obrázku 3, pričom stupeň redukcie (Femet/Feceík) v % je vynesený na osi premenných a obsah uhlíka v % hmotnosti na osi poradníc. Graf C sa vzťahuje k redukcii pri 850 °C a graf D sa vzťahuje k redukcii pri 800 °C.

Z obrázku 3 je vidno, že obsah uhlíka stúpa až vtedy, keď je ruda redukovaná nahotovo, pričom pod „redukovaním nahotovo,, sa chápe taký stupeň redukcie, ktorý je maximálne dosiahnuteľný za daných podmienok redukcie. Graf C ukazuje, že ruda redukovaná nahotovo pri 850 °C vykazuje redukčný stupeň asi 90 až 92 %, zatiaľ čo graf D ukazuje, že ruda redukovaná nahotovo pri 800 °C vykazuje redukčný stupeň asi 85 až 87 %. Ak teraz necháme túto nahotovo redukovanú rudu ešte dlhšie v kontakte s redukčným plynom použitým podľa vynálezu, zvýši sa redukčný stupeň už iba nepodstatne, zatiaľ čo obsah uhlíka vzrastie silne. Týmto spôsobom je možné vyrábať železnú hubu so zvýšeným obsahom uhlíka.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Spôsob výroby železnej huby priamou redukciou materiálu vo forme častíc obsahujúceho oxid železa, pri ktorom sa redukčný plyn, ktorý sa vytvára v tavnej splyňovacej zóne z nosičov uhlíka a plynu obsahujúceho kyslík, zavádza do redukčnej zóny, v ktorej sa nachádza materiál obsahujúci oxid železa, vyznačujúci sa kombináciou nasledujúcich znakov:

• do redukčnej zóny sa privádza redukčný plyn, ktorý obsahuje na Nm³ medzi 20 a 100 g prachu, ktorý má obsah uhlíka medzi 30 a 70 hmotnostnými %, a • materiál obsahujúci oxid železa sa vystavuje tomuto redukčnému plynu po dobu, ktorá prekračuje čas potrebný na redukovanie nahotovo.
2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že redukčný plyn zavádzaný do redukčnej zóny obsahuje 40 až 90 g prachu na Nm³.
3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že prach obsiahnutý v redukčnom plyne má obsah uhlíka medzi 45 až 55 hmotnostnými %.
4. Spôsob podľa jedného alebo viacerých z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že sa priama redukcia vykonáva v dvoch alebo viacerých reaktoroch s fluidnou vrstvou zapojených za sebou a redukčný plyn sa zavádza do reaktora s fluidnou vrstvou usporiadaného v smere toku materiálu obsahujúceho oxid železa ako posledný a prúdi týmto a tiež nasledujúcimi reaktormi s fluidnou vrstvou v protiprúde k materiálu obsahujúcemu oxid železa.
5. Spôsob podľa jedného alebo viacerých z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že zotrvanie pri priamej redukcii je oproti minimálnemu zotrvaniu nevyhnutné na redukciu materiálu obsahujúceho oxid železa nahotovo predĺžené.
6. Spôsob podľa jedného alebo viacerých z nárokov 1 až 5, vyznačujúci sa tým, že sa redukcia vykonáva so špecifickým množstvom redukčného plynu, ktoré je zvýšené oproti minimálnemu špecifickému množstvu plynu nevyhnutného na redukciu materiálu obsahujúceho oxid železa nahotovo.