PL81254B1 - - Google Patents

Description

Uprawniony z patentu: Metallurgical Development Company, Nassau (Wyspy Bahama) Sposób prowadzenia wielkiego pieca Przedmiotem wynalazku jest sposób prowadze¬ nia wielkiego pieca przy wytwarzaniu cynku lub cynku i olowiu za pomoca ladowania do szczytu szybu piecowego materialów zawierajacych tlenki cynku i/lub tlenki cynku i olowiu lacznie z pa¬ liwem weglowym i srodkiem redukujacym przy wdmuchiwaniu powietrza od spodu szybu.W wielkim piecu stosowanym w hutnictwie ze¬ laza stopiona surówka i zuzel sa usuwane z dolnej czesci pieca, a gazy wielkopiecowe ze szczytu pie¬ ca. W wielkim piecu sluzacym do wytwarzania cynku zuzel jest odprowadzany z dolnej czesci, a cynk pod postacia pary wchodzi w sklad gazów wielkopiecowych usuwanych ze szczytu pieca, przy- czym cynk mozna odzyskac za pomoca absorpcji w w rozpylanych kropelkach stopnionego olowiu. W wielkim piecu olowiowo-cynkowym, który zwykle jest stosowany w praktyce, olów — oraz mozliwa miedz i inne metale w malych ilosciach — jest do¬ datkowo odprowadzany ze spodu pieca w postaci stopionego produktu posredniego.Koks metalurgiczny i inne tego rodzaju materia¬ ly weglowe w postaci kawalków sa kosztowne i de¬ ficytowe. W hutnictwie zelaza usilowano w wiel¬ kim piecu uzupelniac koks za pomoca wtryskiwa¬ nia paliwa zawierajacego wegiel w proszkowanej postaci stalych czastek lub weglowodorów cieklych albo gazowych, na przyklad w dodatku do powie¬ trza dmuchowego. Sposoby te nie daly jednak po¬ zytywnych wyników w odniesieniu do wielkich 20 pieców do wytwarzania cynku lub olowiu i cynku, gdyz maja szkodliwy wplyw na sklad wchodzacych gazów wielkopiecowych, oddzialowujac zatem na odzyskanie wyparowanego cynku.W naszych spostrzezeniach dotyczacych pracy wielkiego pieca przy wytwarzaniu cyniku lub cyn¬ ku i olowiu stwierdzilismy,, ze czesc uzyteczna kok¬ su lub podobnego materialu kawalkowego dostar¬ czonego do takiego pieca mozna wyrazic proporcja wegla, który osiaga strefe dysz przy wlocie po¬ wietrza dmuchowego w poblizu spodu pieca. We¬ giel stracony w chlodnicy górnej czesci szybu, nie wnosi udzialu do zapotrzebowania przez piec ciepla fizycznego lub uzytecznego, redukujacego tlenku wegla. Pochodzace z szybu piecowego cieplo fizycz¬ ne jest potrzebne zarówno do topienia zuzla jak i metalu oraz do odparowywania cynku powstaja¬ cego wskutek redukcji.Wegiel bedzie reagowac z dwutlenkiem wegla wytwarzajac tlenek wegla, zgodnie z równaniem: C+C02^2CO Przy temperaturze nizszej od 1000°C, ten tlenek wegla nie zredukuje tlenku cynkowego i mozna go wiec nazwac bezuzytecznym tlenkiem wegla. Po¬ nadto reakcja ta jest reakcja endotermiczna. Dla¬ tego tez kazda taka reakcja w górnej czesci szybu piecowego miedzy dwutlenkiem wegla i weglem zwieksza straty wegla zarówno wynikle z powyz¬ szej reakcji jak i z dodatkowego zuzycia wegla na uzupelnienie ciepla straconego w reakcji endoter- 812543 81254 4 micznej. Zatem reakcja taka jest ekonomicznym marnotrawstwm.W wyniku tych obserwacji stwierdzono, ze pro¬ wadzenie wielkiego pieca przy wytwarzaniu cynku lub cynku i olowiu mozna udoskonalic za pomoca dobrania optymalnego rodzaju paliwa dotychczas nieznanego, które jest szczególnie wartosciowe do powyzszego celu. Istota wynalazku polega na sposobie prowadzenia wielkiego pieca przy otrzy¬ mywaniu cynku lub cynku i olowiu za pomoca la¬ dowania do szczytu szybu piecowego materialów zawierajacych tlenki cynku i/lub tlenki cynku i o- lowiu lacznie z paliwem weglowym i srodkiem re- y dukujacym przy wdmuchiwaniu powietrza od spo¬ du szybu, w" którym jako paliwo stosuje sie w po- " staci kawalków material weglowy dostarczajacy energii cieplnej ;i bedacy metalurgicznym srod¬ kiem redukujacym, który uprzednio poddano o- bróbce dla zmniejszenia jego zdolnosci reagowania z dwutlenkiem.Paliwo moze stanowic normalny, wypalony koks metalurgiczny, konwencjonalnie przesiewany i kla¬ syfikowany lub material zbrykietowany i wstepnie uksztaltowany, wytworzony z materialu zawiera¬ jacego wegiel o stosunkowo malych wymiarach.Odmiennie paliwo moze stanowic czesc zmieszanego} zbrykietowanego wsadu skladajacego sie z wegla, metalurgicznego materialu tlenkowego topników i spoiwa.Chociaz nie jest pozadane ograniczenie szerokiego zakresu powyzszego wynalazku, okazuje .sie, ze naj¬ lepszym paliwem jest paliwo zaopatrzone w mate¬ rial z fizyczna warstwa zaporowa dla powstrzyma¬ nia lub zapobiezenia w górnej czesci pieca przed do¬ stepem dwutlenku wegla do wegla w paliwie. Ma¬ terial ten moze pokrywac cale kawalki paliwa; od¬ miennie lub dodatkowo moze pokrywac sciany po¬ rów lub szczelin wewnatrz kawalków paliwa. W dolnej czesci pieca zapora taka ulega rozpadowi, stopieniu lub zanikowi.Ujmujac ogólnie, taka fizyczna lub mechaniczna zapore moze stanowic substancja nieorganiczna bierna w procesie stapiania; chociaz mozliwe jest wytworzenie warstwy zaporowej z wegla o mniej¬ szych porach lub bez,porów, która nie reaguje w wiekszym stopniu, dopóki nie znajdzie sie w dol¬ nej czesci pieca.Na przyklad kawalki paliwa mozna poddac zet¬ knieciu z roztworem wodnym lub zawiesina sto¬ sownego kwasu nieorganicznego, zasady lub soli za pomoca zamoczenia lub natryskania i po wysusze¬ niu i/lub nagrzaniu wytworzy sie warstwe zaporo¬ wa stale/j pozostalosci. Przykladem takich materia¬ lów sa: kwas borowy, tlenek wapniowy lub wodo¬ rotlenek wapnia lub weglan, krzemiany jak krze¬ mian sodowy lub borany, jak boraks.Odmiennie lub dodatkowo kawalki paliwa mozna poddac zetknieciu — przykladowo zanurzajac lub natryskujac — z stopionym pakiem lub smola i przed uzyciem w piecu wstepnie podgrzac dla od¬ pedzenia z paliwa lotnych skladników. W tym przykladzie zaladowanie pieca nastepuje bez po¬ wlekania substancjami nieweglowymi, lecz dzieki znacznemu zmniejszeniu obszaru powierzchni prze¬ ksztalcajacej koks lub brykiety z materialu poro¬ watego podobnego do gabki do materialu gladkie¬ go, obszar powierzchni dostepnej dla reakcji dwu¬ tlenku wegla z weglem ulega znacznemu zmniej¬ szeniu i przyczynia sie do przydatnosci paliwa w piecu, a paliwo nie poddane obróbce jest zbyt po¬ datne na powyzsza reakcje.Przy stosowaniu konwencjonalnie wypalanego koksu, przed ladowaniem koksu do pieca wykorzy¬ stuje sie normalne podgrzewanie dla usuniecia za¬ wartej wody i pozostawienia substancji nieorga¬ nicznej lub dla odpedzenia skladników lotnych z smoly lub paku. Mozna uzyc równiez natryskiwa¬ nia wstepnie podgrzanego koksu a przy stosowaniu brykietów mozna na gorace brykiety rozpylic roz¬ twór lub zawiesine. Przy uzyciu smoly lub paku ko¬ nieczne jest schlodzenie wytworzonych po formo¬ waniu brykietów, potem powlec je warstwa smo¬ ly lub paku i przed zaladowaniem do pieca pod¬ dac je wstepnemu nagrzaniu. Uzycie formowa¬ nych brykietów z pakiem lub smola nie jest po¬ zadane ze wzgledu na koszt wyzej wymienionych operacji.Natomiast przy uzyciu brykietów do mieszani¬ ny z której sa wytwarzane brykiety mozna dodac wyzej wymienionych substancji nieorganicznych w postaci bezwodnej lub w roztworze wodnym lub w zawiesinie.Zdolnosc materialu do reakcji mozna mierzyc róznymi znormalizowanymi sposobami. Najlepsza metoda jest oznaczanie wielkosci straty na cie¬ zarze rozdrobnionej próbki koksu lub innego we¬ gla w strumieniu czystego dwutlenku wegla na¬ grzanego do 1000°C. Sposobem tym mozna okres¬ lic predkosc straty na ciezarze koksu. Prowadzo¬ ne w powyzszych warunkach pomiary dajace w wyniku predkosci straty na ciezarze wieksza niz 0,20 g/sek na 1 cm3 dwutlenku wegla zwykle od¬ powiadaja próbkom koksu o niedopuszczalnie du¬ zej zdolnosci do reagowania, okreslajac niedo¬ puszczalnosc takiego koksu w wielkim piecu do otrzymywania cynku. Zwykle najkorzystniejsze sa wartosci ponizej 0,15 g/sek na 1 cm3 dwutlen¬ ku wegla.Dla warunków piecowych stosunek CO do C02 w gazie przy szczycie wsadu, mozna uzyc dla o- kreslenia ilosci wegla zuzytego w reakcji z dwu¬ tlenkiem wegla. Im wiekszy jest stosunek CO do C02, przy innych parametrach stalych, tym wiecej wegla uleglo zuzyciu w reakcji z C02. Na przy¬ klad, gdy w strefie dysz pieca 100°/o wegla ule¬ glo spaleniu do CO, to po zredukowaniu ZnO i inych tlenków stosunek CO do C02 moze wyno¬ sic 2,5. Chociaz gdy tylko 95% wegla uleglo utle¬ nieniu do CO a pozostale 5% przereagowalo z dwutlenkiem wegla powstalym podczas redukcji, stosunek CO do COz zwiekszy sie do 4,0. W tym ostatnim przypadku przeznaczona na stapianie nadwyzka ciepla, to znaczy róznica ciepla spala¬ nia CO i ciepla absorbowanego w reakcji endoter- micznej miedzy weglan i dwutlenkiem wegla, wy¬ niesie tylko 85% przypadku pierwszego.Dla wyrównania tych 15%, zwiekszenie ilosci wegla na jednostke cynku bedzie konieczne do doprowadzenia do pieca dla uzyskania stalej predkosci odparowywania cynku. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6081 254 5 6 Sposób wedlug wynalazku bedzie blizej wyjas¬ niony na podstawie przykladów i rysunków na których fig. 1 przedstawia wykres straty na cie¬ zarze paliwa preparowanego w stosunku do straty na ciezarze odpowiadajacego paliwa nietraktowa- nego w podanych warunkach ogrzewania, a fig. 2 przedstawia wykres stosunku CO do C02 w pró¬ bie piecowej w porównaniu do preparowanego i nie preparowanego paliwa.Przyklad I przedstawia strate na ciezarze preparowanych i nie preparowanych próbek koksu wskutek reakcji z dwutlenkiem wegla w tempe¬ raturze 1000°C. W tej próbie próbke koksu o- grzewa sie w strumieniu dwutlenku wegla w temperaturze 1000°C, a strata na ciezarze jest wy¬ razona w procentach straty na ciezarze w ciagu 1 minuty. Preparowany koks zostal pokryty za pomoca natryskiwania 2,5% roztworu kwasu bo¬ rowego w wodzie.Zdolnosc do reagowania róznych koksów meta¬ lurgicznych preparowanych i nie preparowanych pochodzacych z róznych krajów okreslono dla temperatury 1000°C, a wyniki podano w tabeli 1 — cztery próbki kazdego koksu preparowano oddzielnie.Stopien obnizenia rozwazanej zdolnosci do rea¬ gowania, jak juz wyzej wspomniano, oceniono za pomoca analizy statystycznej uzyskanych wyni¬ ków,, a analize przedstawiono na fig. 1 lacznie z linia regresyjna (wspólczynnik korelacji równy 0,97) i 95% przedzialem ufnosci. Uzyskano w ten spo¬ sób równanie linii regresyjnej.Zdolnosc do reagowania preparowanego koksu = 0,659, zdolnosc do reagowania nie preparowa¬ nego koksu —0,01.Przyklad II. wykazuje efekt zastosowania kok¬ su o obnizonej aktywnosci, wskutek potraktowa¬ nia go roztworem kwasu borowego, po zalado¬ waniu do wielkiego pieca przy otrzymywaniu olowiu i cyniku. Jak mozna zauwazyc z tabeli 2 i fig. 2 przez zastosowanie koksu o obnizonej aktywnosci uzyskuje sie pewne korzysci dla pie¬ ca, a zwlaszcza bardziej ustalony stosunek CO do C02 w trakcie prowadzenia kampanii wielkopie¬ cowej i polepszone wlasciwosci zuzlu i trzona pie¬ cowego.Prowadzi sie dwie oddzielne próby piecowe, jed¬ na z uformowanym wstepnie koksem metalurgicz¬ nym bez jakiegokolwiek pokrycia warstwa soli nieorganicznej i druga z wstepnie uformowanym koksem metalurgicznym, wytworzonym z tych sa¬ mych surowców jak w uprzednim przypadku z zastosowaniem powloki z nieorganicznej soli na przyklad 2,5% roztwór kwasu borowego.Dzialanie wielkiego pieca w dwu warunkach podano jako przypadek 1 — koks nie preparowa¬ ny i jako przypadek 2 — koks preparowany. Po¬ równanie dzialania pieca w wymienionych przy¬ padkach mozna najlepiej zrozumiec na podstawie fig. 2.Poniewaz zdolnosc do reagowania koksu okres¬ lono za pomoca reakcji koksu z dwutlenkiem we¬ gla dla wytworzenia CO, to znaczy: C+C02 = 2CO, zatem stosunek CO do COz w gazie wielkopieco¬ wym jest wyrazony jako wydajnosc pieca dla sprawnego stapiania materialów zawierajacych tlenki cynku i olowiu. Ogólne spostrzezenia dla obu przypadków podsumowano w tabeli 2.Zatem na podstawie równoleglych prób pieco¬ wych stwierdzono, ze sprawnosc stapiania w wiel¬ kim piecu materialów zawierajacych tlenki cyn¬ ku i olowiu mozna zwiekszyc za pomoca rozwa¬ zanego obnizenia zdolnosci do reagowania koksu, przed zaladowaniem koksu do pieca, wskutek na¬ lozenia fizycznej warstwy zaporowej na powierz¬ chnie koksu przy uzyciu soli nieorganicznej — mianowicie roztworu kwasu borowego. 20 25 bel£ S pr paro- ana .100 .088 .120 .082 .069 .084 .127 .166 .500 .146 .151 .282 .266 .057 .144 60 Tabela 1 Rodzaj koksu A (B40-60 mm) C Bi(40-60 mm) D E F G H I J K L M N Kraj pocho¬ dzenia USA Wlochy W. Bryt.Wlochy W. Bryt.„ USA W. Bryt. „ „ „ Polska W. Bryt.Strat na ciezarze/min. próbka 1 preparo¬ wana 0.075 0.048 0.170 0.040 0.058 0.100 0.130 0.149 0.359 0.115 0.150 0.279 0.320 0.134 0.035 nieprepa- rowana 0.096 0.090 0.234 0.068 0.068 0.121 0.272 0.177 0.561 0.178 0.370 0.497 0.433 0.201 0.078 próbka 2 preparo¬ wana 0.100 0.088 0.120 0.082 0.069 0.084 0.127 0.166 0.500 0.146 0.151 0.282 0.266 0.057 0.144 nieprepa- rowana 0.240 0.174 0.185 0.150 0.141 0.104 0.213 0.210 0.679 0.198 0.373 0.445 0.416 0.151 0.300 próbka 3 preparo¬ wana 0.074 0.088 0.246 0.066 0.130 0.091 0.094 0.122 0.313 0.250 0.350 0.450 0.413 0.151 0.164 niepre- paro- wana 0.109 0.161 0.409 0.120 0.237 0.116 0.120 0.203 0.471 0.348 0.677 0.578 0.434 0.219 0.405 próbka 4 preparo¬ wana 0.072 0.065 0.111 0.079 0.120 0.051 0.085 0.119 0.289 0.154 0.255 0,595 0.312 0.254 niepre- paro- wana 0.128 0.139 0.290 0.131 0.196 0.076 ' 0.114 0.243 0.418 0.201 0.565 0.792 0.413 0.415/ ' f 81254 7 8 Tabela 2 Zdolnosc do re¬ akcji koksu w temperaturze 1000°C.Warunkiw trzo¬ nie pieca Warunki w zuzlu Warunki szybowe Przypadek 1 0;250°/« stra¬ ty na cie¬ zarze na 1 minute (koks niepreparo- wany) Trudne Bardzo duza lepkosc Liczne zros¬ niecia. Nieje¬ dnolity od¬ biór wsadu na szczycie pieca wsku¬ tek uporczy¬ wych zwisów wsadu Przypadek 2 | 0,170% straty na ciezarze na 1 minute (koks preparowany) Normalne Normalne Brak zrosniec.Nie wystepo¬ wanie zwisów wsadu i nor¬ malny doplyw wsadu pieco¬ wego PL

Claims (14)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób prowadzenia wielkiego pieca, przy otrzymywaniu cynku lub cynku i olowiu za po¬ moca ladowania do szczytu szybu piecowego ma¬ terialów zawierajacych tlenki cynku i/lub tlenki cynku i olowiu lacznie z paliwem weglowym i srodkiem redukujacym przy wdmuchiwaniu po¬ wietrza od spodu szybu, znamienny tym, ze jako paliwo stosuje sie w postaci kawalków material weglowy dostarczajacy energii cieplnej i bedacy metalurgicznym srodkiem redukujacym, który u- przednio poddaje sie preparowaniu dla obnizenia jego zdolnosci reagowania z dwutlenkiem wegla w temperaturze 1000°C.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze material zawierajacy wegiel stanowi koks meta¬ lurgiczny w postaci wypalonej.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze material zawierajacy wegiel stanowia brykiety ksztaltowane wstepnie za pomoca prasowania ma¬ terialu wyjsciowego o stosunkowo malych wymia¬ rach.
4. 4. Sposób wedlug zastrz. 1,2 lub 3, znamienny tym, ze dla powstrzymania lub zapobiezenia w górnej czesci pieca przed dostepem dwutlenku wegla do wegla w paliwie stosuje sie material z fizyczna warstwa zaporowa, przy czym material ten pokrywa cale kawalki paliwa i/lub scianki porów lub szczelin wewnatrz kawalków paliwa. 5.
5. 5. Sposób wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze material tworzacy fizyczna warstwe zaporowa stanowi substancja nieorganiczna bierna podczas procesu stapiania.
6. 6. Sposób wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze przed zastosowaniem w piecu material paliwa poddaje sie zetknieciu z roztworem lub zawiesina nieorganicznego kwasu, zasady lub soli oraz suszy i/lub ogrzewa dla wytworzenia stalej pozostalosci warstwy zaporowej.
7. 7. Sposób wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze kwas nieorganiczny stanowi kwas borowy.
8. 8. Sposób wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze zasade stanowi wodorotlenek wapnia lub tlenek wapniowy.
9. 9. Sposób wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze sól stanowi weglan, krzemian lub boran, jak we¬ glan wapniowy, krzemian sodowy lub boraks.
10. 10. Sposób wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze material tworzacy fizyczna warstwa zaporowa stanowi wegiel o mniejszych porach lub nie ma¬ jacy porów.
11. 11. Sposób wedlug zastrz. 10, znamienny tym, ze przed uzyciem w piecu material paliwa kawalko¬ wego poddaje sie zetknieciu ze stopiona smola lub pakiem i nastepnie ogrzewa sie dla odpedzenia skladników lotnych i wytworzenia weglowej po¬ zostalosci warstwy zaporowej o mniejszych porach lub nie majacej porów.
12. 12. Sposób wedlug zastrz. 6—11, znamienny tym, ze koks metalurgiczny w postaci wypalonej pod¬ daje sie zamoczeniu lub natryskowi przy uzyciu roztworu wodnego lub zawiesiny, albo stopionej smoly lub paku i nastepnie calosc ogrzewa sie dla wytworzenia materialu z fizyczna warstwa za¬ porowa i uzyskania wstepnego podgrzania paliwa.
13. 13. Sposób wedlug zastrzezenia 6—11, znamien¬ ny tym, ze wstepnie uksztaltowane na goraco bry¬ kiety poddaje sie zanurzeniu lub natryskowi przy uzyciu wodnego roztworu lub zawiesiny wskutek czego ulegaja przemianie w material z fizyczna warstwa zaporowa, przy czym brykiety utrzymu¬ je sie w stanie wystarczajaco goracym aby mozna bylo zaladowac je jako paliwo.
14. 14. Sposób wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze stosuje sie brykiety do których podczas ich wy¬ twarzania dodano odpowiedniego nieorganicznego kwasu, zasady lub soli dla utworzenia wewnatrz brykietu stalej pozostalosci z fizyczna warstwa zaporowa. 15 20 25 30 35 40 4581254 O-Bh 07 o-b| 0-5I O 4 O 3 O 2 Ol ,' %o o/ o / /o O Ol 0-2 0-3 0-4 O-5 0-6 0 7 0-8 0-9 IO FIG.I _hO -U 0~ O !*¦ -Or9-! 1 ' 1 r- J*. I A -8 IO 12 14 Ib I8| 20 22 v-24| 26 28 f I 1 1- A y FIG.2 PL