RS20060207A - Samo-redukujuće,hladno vezane granule - Google Patents

Abstract

Samo-redukujuće, hladno vezane granule i postupak za njihovu proizvodnju namenjene za topljenje u razne vrsta čelika, obuhvatajući proizvodnju gvožđa u visokoj peći, proizvodnju gvožđa u kupolnoj peći, i sve vrste proizvodnje čelika u pećima za topljenje čelika, itd. Samo redukujuće, hladno vezane granule obuhvataju koncentrat rode gvožđa, karbonatni redukcioni agens i fino usitnjen klinker Portland cementa sa posebnim osobinama kao vezivo. Komponente se zajedno kombinuju radi formiranja mešavine. Granule se proizvode kada se mešavina unese u disk za proizvodnju kuglica ili rotacioni doboš i doda se voda. Granule sa prethodno određenom veličinom koja je normalno u opsegu od oko 8 - 16 mm se dobijaju upotrebom valjkastih sita. Granule se tada kontinualno uvode u uređaj za tretiranje. Unutar uređaja za tretiranje, granule će tada biti hidratisane i karbonisane upotrebom vrelih gasova koji sadrže ugljen dioksid na temperaturi u opsegu od oko 100 - 300°C. Tako, posle sušenja, osušene granule se izvode iz uređaja za tretiranje i spremne su za upotrebu.

Description

SAMO-REDUKUJUĆE, HLADNO VEZANE GRANULE

OSNOVA PRONALASKA

1. Oblast pronalaska

Ovaj pronalazak se odnosi na samo-redukujuće, hladno vezane granule koje se koriste u železarama i postupak za njihovo dobijanje. Zbog samo-redukujućih osobina granula, kada se hladno vezane granule zagreju na visoke temperature, gvožđe i čelik mogu da se efikasnije proizvedu upotrebom ovih granula i ove granule mogu da se upotrebe u većini peći za topljenje kao što su elektrolučne peći (EAF), konvertorske peći, Simens-Martinove peći za proizvodnju čelika, visoke peći, kupolne peći za proizvodnju gvožđa, i peći za direktnu redukciju gvožđa (DRI) i dobijanje DRI proizvoda.

2. Opis srodnog stanja tehnike

U.S. Pat. No. 3,150,958 prijavljen od Collin i ostali otkriva postupak za redukciju oksida gvožđa i sprašenih karbonskih materijala i opšte principe za upotrebu samoredukujućih granula u proizvodnji čelika.

U.S. Pat. No. 3,174,846 prijavljen od Brisse i ostali otkriva postupak za briketiranje finih prahova gvožđe oksida sa bituminoznim ugljeni i otkriva njihovu primenu kao materijala za punjenje visoke peći.

U.S. Pat. No. 3,264,092 prijavljen od Ban otkriva sistem za dobijanje karbonskih i metalizovanih granula rude gvožđa pogodnih za upotrebu u operacijama topljenja u kupolnim pećima ili visokim pećima.

U.S. Pat. No. 3,323,901 prijavljen od Dahl i ostali otkriva granule napravljene od fino usitnjenog metalnog oksida rude, karbonskog redukcionog agensa i sulfatne lužine ili melasnog veziva.

U.S. Pat. No. 3,437,474 i 3,617,254 prijavljen od Imperato-a otkriva postupak za dobijanje rude u grudvama od rude metala/oksida zemno alkalnih metala i hidroksida/karbonskih materijala (npr., ugalj) pri čemu grudve reaguju sa ugljen dioksidom u prisustvu vlage što je pogodno za primenu u pećima za proizvodnju čelika.

U.S. Pat. No. 3,490,895 prijavljen od Svensson-a otkriva postupak za hladno očvršćavanje granula koje sadrže koncentrate rude gvožđa, fino usitnjene šljake Portlanđ cementa i vode. Sveže granule su umešane u masu razdvojenih fino usitnjenih čestica rude gvožđa. Masa za umešavanje se odvaja od granula kada one dostignu zadovoljavajuću čvrstoću.

U.S. Pat. No. 3,938,987 prijavljen od Ban-a otkriva granule formirane od rude oksida gvožđa sa nedostatkom što ne aglomerizuju pri čemu se ove granule sinteruju u mašini sa pokretnom rešetkom u prisustvu spolja dodatog karbonskog materijala u sloju sinterovanja dovoljnom da nadoknadi nedostatak unutar granula.

U.S. Pat. No. 4,049,435 prijavljen od Lotosh-a i ostalih otkriva mešanje rude sa mineralnim hidrauličnim vezivom, tako dobij ena mešavina se simultano homogenizuje i aktivira, onda se mešavina granuliše i sveže grudve se podvrgavaju tretmanu povišenom temperaturom i vlagom posle čega sledi dvostepeni tretman povišenom temperaturom.

U.S. Pat. No. 4,093,448 prijavljen od Eliseev-a i ostalih otkriva dobijanje mešavine iz koncentrata ruda sa sadržajem vlage od 7 do 15% i sa veličinom čestice manjom od 0,83mm i vezivnim materijalom u obliku kalcijum oksida ili magnezijum oksida. Mešavina se tada hidratiše i unosi u koncentrate rude radi dobijanja homogene mešavine koja sadrži 4 do 15 masenih procenata vezujućeg materijala. Homogena mešavina se tada granuliše radi dobijanja granula njihovim podvrgavanjem zasićenoj pari.

U.S. Pat. No. 4,168,966 prijavljen od Furui-a i ostalih otkriva aglomerate za upotrebu u visokoj peći koji sadrže cementizovani materijal formulisane tako daje odnos CaO prema Si02u opsegu od 1,2 do 1,9 i udeo formiranja šljake u opsegu od 13 do 19%. Ovako dobijeni razdvojeni vlažni aglomerati su podvrgnuti vodenoj pari bez neophodnosti za praškastom matricom pre uvođenja u peć.

U.S. Pat. No. 4,528,029 prijavljen od Goksel-a otkriva samo-redukujuće aglomerate materijala koji sadrži oksid gvožđa dobijenih pravljenjem ovlažene mešavine koncentrata rude, fino usitnjenog prirodnog pirolizovanog karbonskog materijala, oko 1 do oko 30 masenih % vezujućeg agensa, kao što je pečeni ili hidratisani kreč, i 0 do oko 3 masena % silikatnog materijala, čime se iz ove mešavine dobijaju sveži aglomerati i hidrotermalno očvršćavanje svežih aglomerata dovodeći ih u kontakt sa vodenom parom pod pritiskom.

U.S. Pat. No. 4,636,342 prijavljen od Mivashita i ostalih otkriva kontinualni unos svežih granula koje sadrže karbonantno vezivo u reaktor vertikalnog tipa pri čemu sveže granule kontinualno prolaze sukcesivno kroz zonu pred sušenja, karbonizacionu zonu i zonu sušenja u reaktoru vertikalnog tipa, uduvavajući gas za predsušenje u zonu predsušenja radi predsušenja svežih granula u toj zoni; uduvavanje karbonizacionog gasa koji sadrži ugljen dioksid od 5 do 95 zapreminskih % i zasićene vodene pare od 5 do 95 zapreminskih % u karbonizacionu zonu radi karbonizacije karbonatnog veziva koje se nalazi u svcžim granulama u toj zoni; i uduvavanje gasa za sušenje u zonu za sušenje radi očvršćavanja svežih granula u toj zoni.

U.S. Pat. No. 4,846,884 prijavljen od Shigematsu-a i ostalih otkriva postupak mešanja portland cementa , cementa iz visoke peći ili šljake iz visoke peći mešanjem veziva sa fino usitnjenom rudom gvožđa radi dobijanja velikih blokova. Blokovi se tada podvrgavaju vodenoj pari ili očvršćavanju, i zdrobe. Mana ovog postupka je da će jačina na pritisak pri visokoj temeraturi biti manja nego što je potrebno, i takođe teško je dobiti samo redukujuće kvalitete neophodne za granule.

U.S. Pat. No. 5,066,327 prijavljen odYanaka-e i ostalih koristi cement kao vezivo i meša cement sa fino usitnjenom rudom gvožđa i/ili karbonskim materijalom dodavanjem vode radi formiranja svežih granula. Posle postavljanja svežih granula na pokretnu rešetku, granule se tada tretiraju gasom sa koncentracijom od 55 zapreminskih % ili više ugljen dioksida. Mana ovog postupka je daje neophodna koncentracija ugljen dioksida suviše visoka i teško gaje obezbediti u ovako velikim količinama u industrijskom okruženju.

U.S. Pat. No. 6,334,883 prijavljen od Takenaka-e i ostalih otkriva granule koje sadrže karbonatni materijal i rudu gvožđa koja se uglavnom sastoji od gvožđe oksida. Maksimum fluidnosti karbonatnog materijala kod omekšavanja i topljenja, i odnos čestica gvožđe oksida od 10 mm ili manjih u rudi gvožđa, su u specificiranom opsegu.

U.S. Pat. No. 6,409,964 prijavljen od Aota-e i ostalih otkriva oblikovana tela koja sadrže materijale gvožđa u obliku čestica, kao što su livene granule, briketi i slično, sa dovoljnom čvrstoćom da izdrže temperature od najmanje 1000°C koji mogu da se dobiju korišćenjem potpuno hidratisanog visoko aluminatnog cementa kao veziva. U ovim granulama se koriste veće čestice rude gvožđa. Zbog materijala koji se upotrebljavaju i proizvodnih postupaka, granule dobijene na ovaj način imaju poteškoća u oblasti samo redukcije. Takođe, veliki sadržaj alumine u vezivu nije poželjan u nekim procesima topljenja jer će povećati sadržaj alumine u šljaci.

U.S. Pat. No. 6,565,623 prijavljen od Contrucci-a i ostalih otkriva tretiranje i sušenje samo-redukujućih aglomerata koji sadrže cement kao vezivo u prisustvu zasićene pare na temperaturi od oko 70 do oko 110°C i pod atmosferskim pritiskom. Samo-redukujući aglomerati se sastoje od mešavine usitnjene rude gvožđa i/ili industrijskog ostatka koji sadrži okside gvožda i/ili metalno gvožđe, usitnjenih karbonskih materijala kao što su mineralni ugalj, drveni ugalj, sveži naftni koks i sličnih usitnjenih materijala, materijala za topljenje kao što su ingoti iz čeličane i ingoti iz visoke peći, čvstog kreča. kreča i sličnih materijala, cementa kao veziva i agensa za topljenje, uz vlažnost između 7 i 12%. Ovaj postupak koristi paru za tretiranje cementnih blokova ali pošto sveži blokovi imaju malu čvrstoću na pritisak, sveži blokovi moraju da se prethodno osuše radi smanjenja sadržaja vode čime se pokušava povećanje čvrstoće na pritisak svežih blokova. Ipak, ovaj postupak prethodnog sušenja svežih blokova će kao rezulatal dati nedovoljnu hidratisanost svežih blokova i smanjiti kvalitet čvrstoće na pritisak konačnog proizvoda.. Čvrstoća na pritisak na hladno se smatra manjom od poželjnog prošeka i ima opseg od samo oko 17 - 50 kgf/granula.

Kod skorije razvijenih tehnologija topljenja gvožđa i čelika, kao što su tehnologija direktnog topljenja, tehnologija proizvodnje gvožđa topljenjem-redukcijom, DRI tehnologija, tehnologija smanjenja odnosa koks-metal u visokim pećima i tehnologija dobijanja gvožđa upotrebom hladno vezanih granula kao punjenje u visokoj peći umesto sintera, najveći problem na koji se naišlo je kako da se proizvede stabilna, visoko efikasna i brzo redukujuća ruda gvožđa uz relativno male troškove proizvodnje, pod svim vrstama uslova topljenja tokom industrijske proizvodnje. Iz ovog razloga, razvoj hladno vezanih aglomerata sa svojstvom samo-redukcije se smatra za važan pristup rešavanju ovog problema.

Postoji postupak koji se zove AISI proces. AISI proces uključuje fazu prethodne redukcije i fazu redukcije prilikom topljenja. U AISI procesu se prethodno zagrejanim i prethodno delimično redukovanim granulama rude gvožđa, ugljem ili koksnom prašinom i materijalom za topljenje napuni odozgo reaktor za topljenje pod pritiskom koji sadrži kupatilo rastopljenog gvožđa ili šljake. Ugalj delimično koksuje u sloju šljake i granule rude gvožđa se rastvore u šljaci i zatim se redukuju ugljenikom (drvenim ugljem) u šljaci. Uslovi proces kao rezultat daju penušanje šljake. Ugljen dioksid i vodonik generisani tokom procesa se naknadno sagorevaju u/ili odmah iznad sloja šljake radi obezbeđenja dodatne energije neophodne za endotermsku reakciju redukcije. Kiseonik se uduvava odozgo kroz centralni, vodom hlađeni kanal, a azot se injektira kroz duvaljke na dnu reaktora kako bi se obezbedilo dovoljno mešanje radi olakšanja prenosa toplote energije dobijene posle sagorevanja u kupatilu. Iz otpadnog gasa se uklanja prašina u vrelom ciklonu pre nego što se uvede u jamsku peć radi predgrevanja i pred-redukcije granula FeO ili vustit.

Takođe postoji i postupak poznat kao COREX.R™ postupak (COREX.R™ je zaštitni znak kompanije Deutsche Voest-Alpine Industrieanlagen GMBH i Voest-Alpine Industrieanlagenbau). U COREX.R™ postupku metalurški rad se izvodi u dva procesna reaktora: redukciona peć i lonac za topljenje sa gasifikatorom. Upotrebom ne koksnih ugljeva i materijala koji sadrže gvožđe kao što su grudve rude, granule ili sinter, vreli metal se dobija u kvalitetu visoke peći. Prolaskom kroz sistem za održavanje pritiska, ugalj ulazi u kupolu lonca za topljenje sa gasifikatorom gde se odvija destruktivna destilacija uglja na temperaturi u opsegu od 1100 - 1150°C. Kiseonik uduvan u lonac za topljenje sa gasifikatorom daje sloj koksa nastao od unetog uglja i rezultuje kao redukcioni gas koji se sastoji od 95% CO + H2i oko 2% CO2. Ovaj gas izlazi iz lonca za topljenje sa gasifikatorom, iz njega se uklanja prašina i hladi se do željene temperature redukcije između 800°C i 850°C. Gas se tada koristi za redukciju grudvi rude, granula ili sintera u redukcionoj peći. Porozno gvožđe se vadi iz redukcione peći pomoću specijalno projektovanog pužnog transportera i ubacuje u lonac za topljenje sa gasifikatorom gde se topi do tečnog metala. Kao u visokoj peći, čvrsti kreč podešava bazičnost šljake da bi se obezbedilo uklanjanje sumpora iz vrelog metala. U zavisnosti koja je ruda gvožđa korišćena, Si02može biti dodat u sistem radi podešavanja hemijskog sastava i viskoznosti šljake. Procedura istakanja i temperatura kao i sastav vrelog metala su inače potpuno isti kao u visokoj peći. Gas sa vrha redukcione peći ima neto kalorijsku vrednost od oko 7000 KJ/Nm3i može da se upotrebi u velikom broju primena.

Postupak hladnog vezivanja je defmisan kao i fizički i hemijski proces radi dobijanja aglomerata prethodno određene veličine i mase sa dovoljnom čvrstoćom i trajnošću za upotrebu. Ovo je ostvareno na način da se izmešaju materijali koji sadrže gvožđe oksid, veziva, i/ili aditive radi formiranja svežih granula upotrebom mašina za granulisanje. Pošto su granule granulisane, sveže granule se tretiraju na uobičajeni način.

Proces hladnog vezivanja je uobičajeno klasiran tipom veziva korišćenog u granulama ili postupkom tretiranja granula. Na primer, hidraulička veza, karbonatna veza, termo-hidraulička veza, Sorel cementna veza, veza tečnog stakla i ostale veze organskih veziva su procesi koji su svi analizirani i iskorišćeni u prošlosti, ali sa nezadovoljavajućim rezultatima. U daljem tekstu su dva primera hidrauličkog i karbonatnog postupka hladnog vezivanja.

Hidraulički vezujući proces koristi hidrauličke supstance kao veziva. Na primer, cement korišćen u ovom procesu se sastoji od Portland cementa, visoko aluminatnog cementa, cementa visoke peći, ili šljake visoke peći. Takođe korišćeni su kreč, hidratisani kreč i drugi. Posle mešanja veziva i materijala koji sadrže gvožđe oksid i dodavanja vode, granule se formiraju. Zatim se granule suše i očvršavaju. Tipični proces hidrauličke veze koristi Portland cement kao vezivo.

Proces karbonatne veze kao vezivo upotrebljava kreč, hidratisani kreč ili druge materijale koji sadrže kreč. Posle mešanja veziva i fino usitnjene rude radi formiranja granula, granule se tretiraju vrelim gasovima koji sadrže ugljen dioksid. Kalcijum hidroksid koji se nalazi u granulama reaguje sa ugljen dioksidom tako da se dobije kalcijum karbonat i pošto se ovo odigra, granule će steći adekvatnu čvrstoću i tranost.

Svi postupci hladog vezivanja do danas su se pokazali neefikasnim u praktičnim primenama.

IZVOD IZ PRONALASKA

Cilj ovog pronalaska je da obezbedi samo-redukujuće, hladno vezane granule i postupak za njihovu proizvodnju radi topljenja u veliki broj različitih čelika, obuhvatajući visoke peći za proizvodnju gvožđa, kupolne peći za proizvodnju gvožđa, i proizvodnju svih vrsta čelika u pećima za topljenje čelika, itd. Tokom proizvodnje hladno vezanih granula, nema vode ili otpadnih gasova ili bilo kog drugog otpada koji se baca. Sirovi materijali u ovim granulama su ekstenzivni i prašina gvožđa ili talog iz proizvodnje čelika dobijen iz čeličana ili železara može u potpunosti da se iskoristi. Kvalitet granula je vrlo stabilan. Troškovi proizvodnje granula su niži nego kod poznatih konkurentnih proizvoda i investicioni kapital je manji od polovine u odnosu na sinter. Tako, ovaj pronalazak može da značajno smanji troškove proizvodnje i neizbežno zagađivanje čeličana i železara. Samo-redukujuće, hladno vezane granule obuhvataju koncentrat rude gvožđa, karbonatni redukujući agens i fino usitnjeni klinker Portland cementa sa posebnim osobinama kao vezivo. Komponente se međusobno kombinuju tako da se dobije mešavina. Granule se proizvode kada se mešavina unese na disk za formiranje kuglica ili u rotacioni doboš i doda voda. Granule sa prethodno određenom veličinom koja je normalno u opsegu od 8 - 16 mm se dobijaju upotrebom valjkastih sita. Granule se tada kontinualno uvode u uređaj za tretiranje. Unutar uređaja za tretiranje, granule će se hidratisati i karbonizovati upotrebom vrelih gasova koji sadrže ugljen dioksid koji se nalaze na temperaturi u opsegu od oko 100 - 300°C. Tako, posle sušenja, osušene granule se izvode iz uređaja za tretiranje

i spremne su za upotrebu.

Ovaj pronalazak nudi sledeće prednosti u odnosu na dosadašnju struku:

(1) sve vrste postojećih peći za proizvodnju čelika i relevantna postrojenja mogu da se iskoriste i prepravke sa velikim investicionim troškovima nisu neophodne (2) nove granule koje koristi ovaj pronalazak imaju troškove proizvodnje mnogo manje nego što su troškovi kod proizvodnje prethodno redukovanih granula i pečenih granula; može se postići kontinualna industrijska proizvodnja i nema

emitovanja nikakvih zagađivača.

(3) može se postići visoka fleksibilnost za različite rude gvožđa jer mogu da se koriste sve vrste usitnjenih koncentrata i jeftin usitnjeni hematit, i može se delimično dodati prašina koja sadrži gvožđe iz čeličana kao što je talog iz Linz-Donawitz ("LD")-ove proizvodnje čelika;

(4) manji utrošak energije; i

(5) nove granule mogu da se upotrebe u LD i EAF pećima čime se mogu smanjiti troškovi proizvodnje čelika čak do 20%.

KRATAK OPIS CRTEŽA

Slika 1. je šematski prikaz koji ilustruje ostvarenje uređaja iz ovog pronalaska.

OPIS POŽELJNIH OSTVARENJA

Samo-redukujuće, hladno vezane granule obuhvataju koncentrat rude gvožđa, karbonatni redukujući agens i fino usitnjeni klinker Portland cementa sa posebnim osobinama kao vezivo. Koncentrat rude gvožđa može da se sastoji od drugih materijala koji sadrže gvožđe kao što su talog od proizvodnje čelika, prašina iz visokih peći, zgura sa valjaka, itd. Najveći deo koncentrata gvožđa treba da bude veličine oko 200 mesh ili manji, i poželjno između oko 200 mesh i 325 mesh, u protivnom će doći do smanjenja čvrstoće granule. Sadržaj gvožđa u koncentratu rude gvožđa normalno treba da bude oko 60% ili više; može da bude pomešan sa usitnjenom rudom gvožđa. Sadržaj koncentrata rude gvožđa koji se nalazi u granulama je direktno zavisan od sadržaja gvožđa u njemu i sadržaj redukujućeg agensa i veziva je normalno između oko 60 - 79 % masenih.

Karbonatni redukujući agens je tipično ugljena prašina. Ona može da se sastoji od koksne prašine, antracita, ili njihove mešavine. Sadržaj vezanog ugljenika u ovim karbonatnim materijalima je normalno oko 70% ili veći, što veći to bolje. Ugljena prašina treba da ima više od 95% čestica veličine manje od oko 0,3 mm, ili drugim rečima, čestice ugljene prašine treba da budu oko 48 mesh ili manje, normalno oko 60 mesh kod proizvodnje gvožđa i oko 200 mesh kod proizvodnje čelika. Sadržaj ugljenika u granulama zavisi od oksidovanog gvožđa sadržanog u granulama i sadržaja vezanog ugljenika u uglju, i treba da ima vrednost toliku da se 90% masenih sadržanog gvožđa redukuje od ukupne količine oksidovanog gvožđa u granulama; u protivnom, će doći do smanjenja čvrstoće vrelih granula. Toplotna ravnoteža takođe treba da se uzme u obzir kada se izračunava vrednost uglja sadržanog u granulama. Normalno sadržaj uglja je u opsegu od 10 - 26% masenih.

Vezivo je fino samleveni klinker Portland cementa posebnih osobina tako da omogući da granule imaju veliku početnu čvrstinu, dobre kvalitete hidracije i karbonizacije, takve da granule posle tretiranja u reakcionom uređaju imaju veliku čvrstoću i samo-redukujuće osobine. Poznato je da dikalcijum silikat sadržan u klinkeru cementa ima najmanju brzinu hidracije u poređenju sa trikalcijum silikatom, trikalcijum aluminatom i braon mileritom koji se sadrže u klinkeru Portland cementa. Dikalcijum silikat će značajno uticati na čvrstoću granula, tako da se njegov sadržaj mora smanjiti toliko da bude manji od oko 20% masenih, ili još bolje manji od oko 8% masenih. Ostali zahtevi klinkera cementa su sledeći: (1) tri kalcijum silikat sadržan u klinkeru cementa treba da ima sadržaj od više od 50% masenih, sa optimalnim sadržajem od oko 56% masenih, što veći to bolje; (2) odnos zapremina tri kalcijum silikata i tri kalcijum aluminata treba da bude od oko 5:1 do 10:1; (3) klinker cementa treba da bude fino usitnjen tako da udeo zapremine čestica veličine

manje od oko 0,08 mm bude oko 90% ili više; i

(4) sadržaj slobodnog kalcijum oksida (f-CaO) treba da bude manji od oko 3% masena. Granule će imati malu čvrstoću na pritisak ako sadrže manje od oko 10% veziva, ali će granule biti komparativno skuplje za korišćene ako sadrže više od 20% veziva. Normalno, sadržaj veziva u granulama je u opsegu od oko 10 - 20% masenih.

U nekim slučajevima, granulama mogu da se dodaju aditivi u količini od oko 0 - 3% masenih. Aditivi mogu da budu dolomit, čvrsti kreč, kreč, gašeni kreč, bentonit, kalcijum hlorid, i bilo koji drugi materijal koji može podesiti baznost, karakteristike šljake i čvrstoću granula. Veličina čestica treba da bude oko 48 mesh ili manja.

Komponente granule su oko 60 - 79% masenih koncentrata rude gvožđa, oko 10 - 26% masenih karbonatnog redukujućeg agensa i oko 10 - 20% masenih fino usitnjenog klinker Portland cementa sa posebnim osobinama kao vezivo, sa ukupnom masom od 100%.

Za proizvodnju granula, pravi se izotropna mešavina, mešanjem prethodno maseno odmerenih količina gore pomenutih materijala. Mešavina se stavlja u uređaj za granulisanje kao što su disk za formiranje kuglica ili u rotacioni doboš radi formiranja granula uz dodavanje dovoljne količine vode. Posle toga, granule mogu da se tretiraju prirodno na vazduhu ili da se tretiraju pomoću industrijskog postupka tretiranja kao što je opisano u daljem tekstu.

Posle granulisanja, granule se sortiraju tako što se prosejavaju na valjkastim sitima, iz razloga odvajanja nepoželjnih suviše velikih ili suviše malih granula kao i radi uklanjanja slobodnog praha kako se ne bi vezao za granule ili cementovao čvršće na granulama. Svrha uklanjanja ili topljenja slobodnog praha na granulama je da sc sprcči međusobno vezivanje granula jedne za drugu usled postojanja slobodnog praha kada prolaze kroz reakcioni uređaj. Višak slobodnog praha i premale ili prevelike granule mogu da se recikluju i da se ponovo granulišu. Sadržaj vode u svežim granulama je normalno u opsegu od oko 8 - 12% masenih.

Prema slici 1. granule se kontunalno uvode u reakcioni uređaj 10 kroz ulazni otvor na vrhu 12 reakcionog uređaja radi hidracije, karbonizacije i sušenja granula. Reakcioni uređaj 10 je jednostruki vertikalni sud koji ima ulazni otvor na vrhu i izlazni otvor 14 na dnu, unutrašnjost suda je sistematično podeljena na gorni i donji deo 16 i 18 respektivno, gde se gas za tretiranje uvodi u donji deo 18 reakcionog uređaja 10 i izvodi kroz izlazni otvor 12 suda posle kontakta sa granulama u donjem i gornjem delu 18 i 16 respektivno, suda. Reakcioni uređaj 10, može, naravno, da ima više ulaznih i izlaznih otvora po želji. Gas za tretiranje je uglavnom otpadni gas koji sasdrži 10% zapreminskih ili više ugljen dioksida na temperaturi u opsegu od 100 - 300°C, i potiče iz industrijskih peći kao što su visoke peći.

Granule će sekvenciajlno i kontinualno prolaziti kroz gornji i donji deo, 16 i 18, respektivno, reakcionog uređaja 10. Tokom spuštanja unutar gornjeg dela 16, granule se polako zagrevaju i tretiraju gasom za tretiranje koji sadrži ugljen dioksid koji dolazi iz donjeg dela 18 i parom otparenom sa granula koje se nalaze niže. Tokom kretanja na dole unutar donjeg dela 18 reakcionog uređaja 10, granule će biti zagrejane i tretirane gasom za tretiranje koji sadrži ugljen dioksid sa temperaturom u opsegu od oko 100 - 300°C i takođe parom otparenom sa granula koje se nalaze niže. U svom pravcu prolaska od ulaznog otvora 12 do izlaznog otvora 14 reakcionog uređaja 10, granule će biti sekvencijalno i kontinualno tretirane uglavnom hidracijom, hidracijom i karbonacijom, uglavnom karbonacijom i sušenjem. Tako će granule biti dovoljno hidratisane, karbonisane i osušene.

Granule će biti spremne za upotrebu čim su izvedene iz reakciog uređaja 10. Vreme od ulaska granula kroz ulazni otvor 12 reakcionog uređaja 10 do završetka i izlaza granula kroz izlazni otvor 14 reakcionog uređaja 10 je oko 24 - 96 časova. U ovom pronalasku, zbog osobine veziva da brzo vezuje, sekvenca pred sušenja procesa tretiranja primenjena u ostalim pronalascima nije potrebna. Ovo će stoga, smanjiti neunuformnost vode u granulama koja se odigrava tokom granulisanja, čime se garantuje da su hidracija i karbonacija uniformne.

Granule takođe mogu biti tretirane prirodno na vazduhu i temperaturi od više od oko 20°C i bez direktnog izlaganja sunčevoj svetlosti tokom oko 14 - 28 dana. Ovakve granule imaju čvrstoću na pritisak na hladno uobičajeno u opsegu od 25 - 50 kgf/granula. Ove granule mogu da se upotrebljavaju u proizvodnjama gde su zahtevi za čvrstoćom granula niži kao što je DRI proizvodnja u pećima sa obrtnim središtem.

U poređenju sa postojećim tehnikama, ove hladno vezane granule i postupak za njihovu proizvodnju imaju sledeće karakteristike: (1) granule imaju dovoljno veliku čvrstoću na pritisak na hladno; granule tretirane postupkom sa vrelim gasom koji sadrži ugljen dioksid tokom 96 časova će imati čvrstoću na pritisak na hladno normalno u opsegu od oko 78 - 200 kgf/granula što je pogodno za transport i skladištenje; (2) granule će imati veću jačinu na toplo i neće pucati ili se sprašiti tokom redukcije i zagrevanja, zadržavajući svoj čvrst oblik sve dok se granule ne istope; temperatura početka omekšavanja će biti viša od 1000°C, i ona može biti podešena;

(3) granule će imati veliku brzinu redukcije kao što sledi:

(a) na temperaturi okoline od 900°C tokom 3 časa, stepen redukcije može da dostigne više od 90%; i (b) na temperaturi okoline od 1200°C tokom 30 minuta, skoro sva ruda gvožđa može biti redukovana; (4) granule koje sadrže ugljenu ili koksnu prašinu mogu u potpunosti da zamene sinter kao šarža visoke peći, značajno smanjujući odnos koks - metal čak do 280 kgf/t; granule se takođe mogu koristiti kao šarža u proizvodnji gvožđa u kupolnim pećima i u DRI proizvodnji; (5) granule mogu da se koriste kao šarža za direktnu proizvodnju čelika, značajno smanjujući troškove proizvodnje; (6) granule mogu da se skladište tokom dugog vremenskog perioda (više od 10 godina), bez pretvaranja u prah; (7) potrebno je relativno manje ulaganje sa istim kapacitetom, koje je samo 1/2 ili manje od onog za sinter; (8) sve vrste oksidne rude gvožđa, talog od proizvodnje čelika i zgura sa valjaka koji sadrže materijale sa oksidovanim gvožđem mogu da se iskoriste u granulama, i ovo će smanjiti troškove sirovina; i (9) čvrsoća i karakteristike topljenja granula mogu da se podese u skladu sa različitim zahtevima topljenja.

Granule će očuvati svoju originalnu strukturu što će ih sprečiti da pucaju i pretvaraju se u prah na visokim temperaturama u okolini prethodnog zagrevanja i peći za proizvodnju čelika. Upotrebom visoko kvalitetnog veziva, optimalnog oblika i kreativnog procesa proizvodnje, samo-redukujuće hladno vezane granule mogu da se proizvedu sa velikom čvrstoćom i na sobnoj temperaturi i na visokoj temperaturi. Pre separacije između zgrudvanog i tečnog gvožđa, granule će da zadrže svoj originalni oblik kada se granule zagreju na visoku temperaturu. Specijalno dizajnirane granule za proizvodnju čelika imaju racionalni sadržaj unutrašnjeg ugljenika. Svi materijali (ruda gvožđa, ugljeni prah i vezivo) koji će učestvovati u reakciji redukcije će se pažljivo samleti i uniformno izmešati. Specifična površina može da dostigne 2500 cm /g. Sve ove karakteristike će obezbediti odlične dinamičke reakcione uslove u reakciji redukcije.

Kada se granula stave u rastopljeni čelik, usled visoke temperature, ugljenik unutar granula potpuno gasifikuje; molekuli se kreću vrlo aktivno i brzina redukcije je vrlo velika. Tako, redukcija rude gvožđa u ovakvim granulama može da se završi u ne više od 3 minuta posle pregrevanja na visokoj temperaturi i onda će se granule istopiti.

Sumirano, samo-redukujuće, hladno vezane granule mogu da zadovolje zahteve svih vrsta postupaka topljenja zbog korišćenja kompatibilnih materijala i procesa za proizvodnju granula u celini.

Sledeći primeri, bez ograničavanja, ilustruju ovaj pronalazak.

Primer 1

Posle proizvodnje mešavine koja sadrži masenih 67% koncentrata rude gvožđa, 20% antracitnog uglja i 13% veziva, mešavina je postavljena u disk za proizvodnju kuglica i mešavini je dodata voda radi dobijanja loptastih granula sa sadržajem vlage od oko 9 do 11%). Zatim, se granule sortiraju valjkastim sitima radi dobijanja granula veličine 8-16 mm, i onda su granule tretirane postupkom prema ovom pronalasku sa vrelim pcćnim gasom na temperaturi od 150°C koji sadrži oko 25% zapreminskih ugljen dioksida tokom 96 časova. Glavni maseni hemijski sastav suvih granula je kao što sledi:

Čvrstoća na pritisak na hladno je 80 kgf/granula. Temperatura omekšavanja je 970°C. Granule mogu da se upotrebe kao šarža za dobijanje gvožđa u manjim visokim pećima i DRI pećima ili za druge primene.

Primer 2

Primenom istog postupka kao u primeru 1, uz promenu komponenata mešavine tako da sadrži masenih 75% koncentrata rude gvožđa, 13% koksne prašine i 12% veziva, čvrstoća granula je povećana u odnosu na primer 1. Maseni hemijski sastav tretirane granule je kao što sledi:

Čvrstoća na pritisak na hladno je oko 100 kgf/granula, a temperatura omekšavanja je viša od 1000°C. Granule mogu da se upotrebljavaju umesto sintera kao šarža za proizvodnju gvožđa u velikim visokim pećima, i smanjiće utrošak koksa za 238 kg po toni sirovog gvožđa.

Dalji primeri osnovnog masenoe hemijskog sastava granule su:

Principi, poželjna ostvarenja i načini izvođenja ovog pronalaska su opisani u prethodnim specifikacijama. Ipak, ovaj pronalazak koji se štiti ne treba da se tumači da je ograničen na određena ostvarenja ovde obuhvaćena. Ostvarenja treba tumačiti pre kao ilustrativne nego kao ograničavajuće. Varijacije i izmene mogu da budu napravljene od strane drugih bez udaljavanja od ideje ovog pronalaska. Prema tome, sve takve varijacije i izmene koja padaju u okvir ideje i obima ovog pronalaska kao što je definisano u sledećim patentnim zahtevima su namerno izričito njima obihvaćeni.

Claims (32)

1. Samo-redukujuće, hladno vezane granule naznačene time što obuhvataju, masenih, oko 60 - 79% materijala koji sadrži gvožđe oksid, pri čemu je najveći deo tog materijala veličine između oko 200 mesh ili manje, oko 10 - 26% karbonatnog redukcionog agensa sa česticama veličine od oko 48 mesh ili manjom, i oko 10 - 20% fino usitnjenog klinkera Portland cementa kao veziva pri čemu oko 90% ili više ukupne zapremine koju čine čestice klinkera cementa je veličine manje od 0,08 mm i udeo dikalcijum silikata sadržanog u klinkeru cementa je manji od 20% masenih, sa ukupom masom materijala koji sadrži oksid gvožđa, karbonatnog redukcionog agensa i klinkera cementa od 100%.

2. Granule prema zahtevu 1, naznačene time što je materijal koji sadrži oksid gvožđa koncentrat rude gvožđa sa sadržajem gvožđa od najmanje oko 60% masenih.

3. Granule prema zahtevu 2, naznačene time što pomenute granule dalje obuhvataju fino usitnjene rude gvožđa, prašinu od proizvodnje čelika, prašinu iz visoke peći, zguru sa valjaka ili njihovu mešavinu kombinovanu sa pomenutim koncentratom rude gvožđa.

4. Granule prema zahtevu 1, naznačene time što je karbonatni redukcioni agens koksna prašina, ne-koksni ugalj , drveni ugalj, grafit ili njihova mešavina.

5. Granule prema zahtevu 1, naznačene time što pomenuti klinker cementa sadrži oko 50% masenih ili više trikalcijum silikata.

6. Granule prema zahtevu 4, naznačene time što pomenuti klinker cementa sadrži trikalcijum silikat i trikalcijum aluminat u odnosu od oko 5:1 do 10:1.

7. Granule prema zahtevu 4, naznačene time što pomenuti klinker cementa ima sadržaj slobodnog kalcijum oksida manji od oko 3% masenih.

8. Granule prema zahtevu 1, naznačene time što se pomenute granule tretiraju vazduhom tokom 14-28 dana na temperaturi od oko 20°C ili višoj bez direktnog izlaganja sunčevoj svetlosti.

9. Granule prema zahtevu 1, naznačene time što pomenute granule imaju veličinu u opsegu od oko 8-16 mm.

10. Granule prema zahtevu 1, naznačene time što se pomenute granule tretiraju gasom za tretiranje koji sadrži ugljen dioksid oko 10% zapreminskih ili više na temperaturi u opsegu od oko 100 - 300°C.

11. Granule prema zahtevu 10, naznačene time što se pomenute granule tretiraju tokom 24 - 96 časova.

12. Granule prema zahtevu 1, naznačene time što pomenute granule dalje obuhvataju aditiv za podeševanje bazičnosti pomenutih granula.

13. Postupak za proizvodnju granula prema zahtevu 1 naznačen time što obuhvata mešanje pomenutog materijala koji sadrži oksid gvožđa, pomenuti karbonatni redukcioni agens i pomenuti fino usitnjeni klinker Portland cementa, unošenje pomenute mešavine i vode u uređaj za granulisanje, sortiranje pomenutih granula radi dobijanja granula sa prethodno određenom veličinom koja je u opsegu od oko 8-16 mm i koje sadrže oko 8 - 12% masenih vode, i unošenje pomenutih sortiranih granula u reakcioni uređaj radi tretiranja pomenutih sortiranih granula gasom za tretiranje koji sadrži ugljen dioksid na temperaturi u opsegu od oko 100 - 300°C.

14. Postupak prema zahtevu 13 naznačen time što je pomenuti reakcioni uređaj vertikalni sud koji ima ulazni otvor na svom vrhu i izlazni otvor na svom dnu, što je unutrašnjost suda podeljena u gornji deo i donji deo, što se pomenuti gas za tretiranje uvodi u pomenuti donji deo i izvodi kroz pomenuti izlazni otvor pomenutog suda posla kontakta sa granulama unutar pomenutih gornjeg i donjeg dela, što se pomenute sortirane granule sekvencijalno i kontinualno pomeraju na dole kroz pomenute gornji i donji deo pomenutog reakcionog uređaja posle unošenja u pomenuti reakcioni uređaj kroz pomenuti ulazni otvor, što se pomenute sortirane granule tretiraju u pomenutom reakcionom sudu hidracijom, karbonacijom i sušenjem pre nego što se pomenute granule izvedu kroz pomenuti izlazni otvor pomenutog reakcionog uređaja.

15. Postupak prema zahtevu 14 naznačen t i m e što je pomenuti reakcioni uređaj jednostruki vertikalni sud.

16. Postupak prema zahtevu 15 naznačen time što je pomenuto vreme tretiranja pomenutih granula pomenutom hidracijom, karbonacijom i sušenjem oko 24 - 96 časova.

17. Postupak prema zahtevu 15 naznačen time što je sadržaj ugljen dioksida u pomenutom gasu za tretiranje oko 10% zapreminskih ili veći.

18. Postupak prema zahtevu 13 naznačen time što je pomenuti gas za tretiranje otpadni gas dobijen iz visoke peći, toplane ili peći mlina sa valjcima ili industrijske peći.

19. Postupak prema zahtevu 15 naznačen time što je pomenuti uređaj za granulisanje disk za proizvodnju kuglica ili rotacioni doboš i što se pomenute granule sortiraju valjkastim sitom.

20. Postupak prema zahtevu 13 naznačen time što pomenuta mešavina dalje obuhvata aditiv za podešavanje bazičnosti pomenutih granula.

21. Samo-redukujuće, hladno vezane granule naznačene time što obuhvataju, masenih, oko 60 - 79% koncentrata rude gvožđa koji sadrži najmanje oko 60%) masenih gvožđa, pri čemu je najveći deo pomenutog koncentrata rude gvožđa između oko 200 mesh i 325 mesh, oko 10 - 26% karbonatnog redukcionog agensa sa česticama veličine od oko 48 mesh ili manjom, i oko 10 - 20% fino usitnjenog klinkera Portland cementa kao veziva pri čemu oko 90% ili više ukupne zapremine koju čine čestice klinkera cementa je veličine manje od 0,08 mm i udeo dikalcijum silikata sadržanog u klinkeru cementa je manji od 20% masenih, klinker cementa sadrži oko 50% ili više trikalcijum silikata, klinker cementa sadrži trikalcijum silikata i trikalcijum aluminata u odnosu od oko 5:1 do 10:1 i klinker cementa ima sadržaj slobodnog kalcijum oksida manji od oko 3% masenih, sa ukupom masom materijala koji sadrži koncentrat rude gvožđa, karbonatnog redukcionog agensa i klinkera cementa od 100% i što granule imaju veličinu u opsegu od 8 - 16 mm.

22. Granule prema zahtevu 21, naznačene time što pomenute granule dalje obuhvataju fino usitnjene rude gvožđa, prašinu od proizvodnje čelika, prašinu iz visoke peći, zguru sa valjaka ili njihovu mešavinu kombinovanu sa pomenutim koncentratom rude gvožđa.

23. Granule prema zahtevu 21, naznačene time što je karbonatni redukcioni agens koksna prašina, ne-koksni ugalj , drveni ugalj, grafit ili njihova mešavina.

24. Granule prema zahtevu 21, naznačene time što se pomenute granule tretiraju vazduhom tokom 14-28 dana na temperaturi od oko 20°C ili višoj bez direktnog izlaganja sunčevoj svetlosti.

25. Granule prema zahtevu 21, naznačene time što se pomenute granule tretiraju gasom za tretiranje koji sadrži ugljen dioksid oko 10% zapreminskih ili više na temperaturi u opsegu od oko 100 - 300°C.

26. Granule prema zahtevu 25, naznačene t i m e što se pomenute granule tretiraju tokom 24 - 96 časova.

27. Granule prema zahtevu 21, naznačene time što pomenute granule dalje obuhvataju aditiv za podeševanje bazičnosti pomenutih granula.

28. Granule prema zahtevu 21, naznačene time što su pomenute granule tretirane i imaju čvrstoću na pritisak na hladno od oko 78 - 200 kgf/granula

29. Granule prema zahtevu 21, naznačene time što su pomenute granule tretirane i imaju otpornost na toplotu veću od oko 1000°C.

30. Samo redukujuće, hladno vezane granule naznačene time što obuhvataju, masenih, oko 60 - 79% koncentrata rude gvožđa koji sadrži najmanje oko 60%o masenih gvožđa, pri čemu je najveći deo pomenutog koncentrata rude gvožđa između oko 200 mesh i 325 mesh, oko 10 - 26% karbonatnog redukcionog agensa sa česticama veličine od oko 48 mesh ili manjom, i oko 10 - 20%> fino usitnjenog klinkera Portland cementa kao veziva pri čemu oko 90% ili više ukupne zapremine koju čine čestice klinkera cementa je veličine manje od 0,08 mm, udeo dikalcijum silikata sadržanog u klinkeru cementa je manji od 20% masenih, klinker cementa sadrži oko 50% ili više trikalcijum silikata, klinker cementa sadrži trikalcijum silikata i trikalcijum aluminata u odnosu od oko 5:1 do 10:1 i klinker cementa ima sadržaj slobodnog kalcijum oksida manji od oko 3% masenih, sa ukupom masom materijala koji sadrži koncentrat rude gvožđa, karbonatnog redukcionog agensa i klinkera cementa od 100% i što granule imaju veličinu u opsegu od 8 - 16 mm, što su pomenute granule tretirane gasom za tretiranje koji sadrži ugljen dioksid oko 10% zapreminskih ili više na temperaturi u opsegu od oko 100 - 300°C, i što imaju čvrstoću na pritisak na hladno od oko 78 - 200 kgf/granula.

31. Granule prema zahtevu 30, naznačene t i m e što pomenute granule imaju otpornost na toplotu veću od oko 1000°C.

32. Postupak za proizvodnju granula prema zahtevu 31 naznačen time što obuhvata mešanje pomenutog koncentrata rude gvožđa, pomenuti karbonatni redukcioni agens i pomenuti fino usitnjeni klinker Portland cementa, unošenje pomenute mešavine i vode u disk za proizvodnju kuglica ii rotacioni doboš radi formiranja kugličastih granula , sortiranje pomenutih granula valjkastim sitom radi dobijanja granula sa prethodno određenom veličinom koja je u opsegu od oko 8-16 mm i koje sadrže oko 8 - 12% masenih vode, i unošenje pomenutih sortiranih granula u reakcioni uređaj radi tretiranja pomenutih sortiranih granula gasom za tretiranje koji sadrži ugljen dioksid na temperaturi u opsegu od oko 100 - 300°C, što je pomenuti reakcioni uređaj jednostruki vertikalni sud koji ima ulazni otvor na svom vrhu i izlazni otvor na svom dnu, što je unutrašnjost suda podeljena u gornji deo i donji deo, što se pomenuti gas za tretiranje uvodi u pomenuti donji deo i izvodi kroz pomenuti izlazni otvor pomenutog suda posla kontakta sa granulama unutar pomenutih gornjeg i donjeg dela, što se pomenute sortirane granule sekvencijalno i kontinualno pomeraju na dole kroz pomenute gornji i donji deo pomenutog reakcionog uređaja posle unošenja u pomenuti reakcioni uređaj kroz pomenuti ulazni otvor, što se pomenute sortirane granule tretiraju u pomenutom reakcionom sudu hidracijom, karbonacijom i sušenjem pre nego što se pomenute granule izvedu kroz pomenuti izlazni otvor pomenutog reakcionog uređaja.