SK281329B6

SK281329B6 - Spôsob výroby kvapalného surového železa alebo kvapalných predproduktov ocele a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu

Info

Publication number: SK281329B6
Application number: SK1155-93A
Authority: SK
Inventors: Werner Kepplinger; Panajiotis Matzawrakos; Johannes Schenk; Dieter Siuka; Christian Böhm
Original assignee: Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh; Pohang Iron & Steel Co., Ltd.; Research Institute Of Industrial Science & Technology,
Priority date: 1992-10-22
Filing date: 1993-10-21
Publication date: 2001-02-12
Also published as: ATA45696A; EP0594557A1; DE59310316D1; EP0969107B1; AU675245B2; SK156396A3; EP0969107A1; AU4913493A; CN1040460C; CN1090331A; US5534046A; TW283168B; BR9304322A; US5535991A; KR940009338A; RU2111259C1; EP0594557B1; JP3550083B2; CA2108816A1; UA26389C2

Abstract

Spôsob výroby spočíva v tom, že v tavnom splyňovacom pásme (I až IV) vytvorený redukčný plyn sa sčasti privádza do redukčného pásma priamo - a to bez čistenia - na vytvorenie vírivej vrstvy (18) a z ďalšej časti vytvorenej väčšími časticami pevnej látky sa privádza po čistení v horúcej cyklóne (25) redukčného pásma do lôžka vytvoreného v jeho spodnej časti. V zodpovedajúcom zariadení plynové potrubie (17) na redukčný plyn ústi prvým odbočovacím potrubím cez zariadenie (25) na čistenie plynu do spodnej oblasti redukčného reaktora (8) a z plynového potrubia (17) pred zariadením na čistenie plynu vychádza druhé odbočovacie potrubie, ktoré ústi do vyššie ležiacej oblasti redukčného reaktora (8).ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu výroby kvapalného surového železa alebo kvapalných predproduktov ocele zo vsádzkových látok pozostávajúcich zo železných rúd a prísad a aspoň čiastočne obsahujúcich jemný podiel, pričom sa vsádzkové látky vystavujú v predhrievačom pásme predhriatiu v procese vírivej vrstvy, redukujú sa v aspoň jednom redukčnom pásme v procese vírivej vrstvy na železnú hubu priamo a do značnej miery úplne, železná huba sa zaváža do taviaceho splyňovacieho pásma, za prívodu plynu nesúceho uhlík a obsahujúceho kyslík sa taví a vyrába sa redukčný plyn obsahujúci oxid uhoľnatý a vodík, ktorý sa zavádza do redukčného pásma, tam sa prevádza, ako výstupný plyn sa odvádza a privádza sa spotrebiteľovi.

Vynález sa ďalej týka zariadenia na vykonávanie tohto spôsobu, s aspoň jedným redukčným reaktorom s vírivou vrstvou, do ktorého ústi dopravné potrubie pre železnú rudu a prísady obsahujúce vsádzkové látky, plynové potrubie pre redukčný plyn, rovnako ako dopravné potrubie pre v ňom vytvorený redukčný produkt, a plynové potrubie pre horný plyn, a s tavným splyňovačom, do ktorého ústi dopravné potrubie vedúce redukčný produkt z redukčného reaktora, a má prívod pre plyny obsahujúce kyslík a nosiče uhlíka, rovnako ako odpichy pre surové železo, resp. predproduktu ocele a trosky, pričom plynové potrubie ústiace do redukčného reaktora vychádza pre redukčný plyn vytvorený v tavnom splyňovači z tavného splyňovača, a redukčnému reaktoru s vírivou vrstvou je v smere toku vsádzkových látok predradený predhrievači reaktor s vírivou vrstvou, do ktorého je zaústené plynové potrubie redukčného reaktora.

Doterajší stav techniky

Jeden takýto spôsob je známy napríklad zo spisu AT-B 390 622. Podľa tohto spisu sa vsádzkové látky s veľmi rozdielnymi veľkosťami zŕn spracovávajú tak, že sa predbežne redukujú a preosievaním vetrom sa rozdelia na podiely s rôznymi veľkosťami zŕn, ktoré sa potom oddelene podrobia konečnej redukcii. Tento známy jednostupňový proces však poskytuje iba nepatrné využitie tepla redukčného plynu a z tohto dôvodu má zvýšenú spotrebu redukčného plynu. Navyše tu nie je možné optimálne využitie energie chemicky viazanej v redukčnom plyne.

Podľa patentového spisu AT-B 387 403 sa vsádzkové látky obsahujúce siderit alebo hydratické vsádzkové látky kalcinujú v ohrievacom pásme s pevným lôžkom predradenom pásmu priamej redukcie s pevným lôžkom, pričom však vsádzka obsahuje iba hrubozmné vsádzkové látky obsahujúce železnú rudu a spracovateľné iba v pevnom lôžku.

Z patentového spisu US 5 082 251 je známy priamy spôsob redukcie, podľa ktorého po príprave rudy slúžiacej na dosiahnutie veľmi úzkeho rozdelenia veľkosti zŕn, a teda príslušne vysoko nákladnej a zahrnujúcej sušenie, preosievame a drvenie, sa jemné rudy bohaté na železo redukujú v systéme reaktorov s vírivou vrstvou v kaskádovitom usporiadaní pomocou reformovaného zemného plynu alebo oleja. Železný prach sa potom briketuje za horúca alebo za studená. Ako fluidný plyn sa v predhrievačom stupni využíva dymový plyn, ktorý sa vyrába spaľovaním zemného plynu so vzduchom. Musí teda byť privádzaná cudzia energia, pričom môže byť využité iba zistiteľné teplo vírivých plynov. Podľa tohto riešenia sa priama redukcia rúd vykonáva hlavne vodíkom.

Podstata vynálezu

Úlohou vynálezu je vytvoriť spôsob definovaného typu a zariadenia na jeho vykonávanie, pričom by sa umožnilo použiť hospodárnym spôsobom železné rudy obsahujúce prinajmenšom jemný podiel pri použití nespracovaného uhlia ako nosiča uhlíka, pričom by mohla byť využitá chemicky viazaná energia obsiahnutá v použitom redukčnom plyne obsahujúcom oxid uhoľnatý a vodík.

Vynález rieši túto úlohu tým, že vytvára spôsob výroby kvapalného surového železa alebo kvapalných predproduktov ocele zo vsádzkových látok pozostávajúcich zo železných rúd a prísad a aspoň čiastočne obsahujúcich jemný podiel, pričom sa vsádzkové látky vystavujú v predhrievačom pásme predhriatiu v procese vírivej vrstvy, redukujú sa v aspoň jednom redukčnom pásme v procese vírivej vrstvy na železnú hubu priamo a do značnej miery úplne, železná huba sa zaváža do tavného splyňovacieho pásma, za prívodu plynu nesúceho uhlík a obsahujúceho kyslík sa taví a vyrába sa redukčný plyn obsahujúci oxid uhoľnatý a vodík, ktorý sa zavádza do redukčného pásma, tam sa prevádza, ako výstupný plyn sa odvádza a privádza sa spotrebiteľovi. Podľa vynálezu sa v tavnom splyňovačom pásme vytvorený redukčný plyn sčasti privádza do redukčného pásma priamo - a to bez čistenia - kvôli vytvoreniu vírivej vrstvy a z ďalšej časti vytvorenej väčšími časticami pevnej látky sa privádza po čistení v horúcej cyklóne redukčného pásma do lôžka vytvoreného v jeho spodnej časti.

Jadro vynálezu je teda treba vidieť v rozdelení redukčného plynu vytvoreného v taviacom splyňovači, pričom časť je vystavená čisteniu a privádzaná redukčnej šachte v spodnej oblasti, v ktorej je prv redukovaná hrubozmná ruda. Druhá časť redukčného plynu nie je vystavená žiadnemu čisteniu. Obsahuje preto určitý podiel jemného prachu. Táto časť redukčného plynu sa privádza do redukčnej šachty v o niečo vyššie ležiacej oblasti a slúži tu na redukciu podielu jemnej rudy nachádzajúcej sa nad podielom hrubej rudy vo vírivom lôžku.

Podľa vynálezu je teda nutné iba časť redukčného plynu podrobiť čisteniu, pričom vyčistený redukčný plyn sa privádza spodnej časti lôžka vytvoreného v redukčnej šachte a tam v dôsledku svojej čistoty nedochádza ani k nabaľovaniu ani k tvoreniu zhlukov. Tým sa zaistí, že i hrubozmné častice rudy, ktoré sa zachytávajú v spodnej časti lôžka, sú podrobené do značnej miery finálnej redukcii.

Pre jemnejšie rudné častice zhromažďujúce sa v lôžku nad touto hrubozmnou frakciou je postačujúce privádzať redukčný plyn spoločne s v ňom obsiahnutým prachom, pričom napriek tomu sa zaistí značná finálna redukcia, pretože tieto jemnozmné častice v dôsledku svojho pohybu nedávajú vo vírivom lôžku, resp. fluidnom lôžku žiaden dôvod k vzniku zbalkov, resp. zhlukov.

Prostredníctvom tohto dvojstupňového privádzania redukčného plynu, teda privádzania v dvoch rozdielnych výškových úrovniach, k redukčnej šachte sa darí pre jemné veľkostné podiely zŕn rudy zaistiť do značnej miery konečnú redukciu, a to s čo najmenšími nákladmi na čistiace práce a prístroje na čistenie redukčného plynu.

Výhodné uskutočnenie podľa vynálezu spočíva v tom, že časť redukčného plynu sa po čistení v horúcej cyklóne a premývači ako chladiaci plyn primiešava k časti redukčného plynu privádzaného do redukčného pásma.

Ďalšie výhodné uskutočnenie spôsobu podľa vynálezu spočíva v tom, že aspoň najjemnejšie, do značnej miery úplne redukované vsádzkové látky sa prostredníctvom nútenej dopravy, prednostne pneumatickej dopravy, zavážajú do fluidného lôžka a/alebo prípadne i do pevného lôžka tavného splyňovacieho pásma a tam sa tavia.

Kvôli účinnému predhrievaniu vsádzkových látok sa redukčný plyn vystupujúci z redukčného pásma výhodne privádza do predhrievacieho pásma, pričom sa čiastočným spaľovaním redukčného plynu spôsobuje zvýšenie teploty.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia predloženého vynálezu sa kvôli účinnému zhodnoteniu prachu, prípadne jemných podielov vznikajúcich pri redukcii, redukčný plyn odsávaný z redukčného pásma v redukčnej cyklóne zbavuje jemných častíc, pričom jemné častice odlúčené v redukčnej cyklóne sa v priebehu odlučovania takmer úplne redukujú a pomocou injektora sa privádzajú do tavného splyňovacieho pásma v oblasti privádzania plynu obsahujúceho kyslík.

Iné výhodné uskutočnenie spôsobu podľa vynálezu spočíva v tom, že z vírivej vrstvy redukčného pásma sa časť vsádzkových látok vynáša a cez systém uzáverov sa za pomoci injektora privádza do tavného splyňovacieho pásma a v oblasti privádzania plynu obsahujúceho kyslík.

Ďalšie výhodné uskutočnenie spočíva v tom, že podiel vsádzkových látok vynášaný z vírivej vrstvy redukčného pásma sa privádza spoločne s materiálom odlúčeným v redukčnej cyklóne do tavného splyňovacieho pásma.

Výhodne sa prach odlúčený v horúcej cyklóne cez sústavu uzáverov pomocou injektora a prostredníctvom horáka na kyslík a prach privádza do tavného splyňovacieho pásma v oblasti medzi tam sa vytvárajúcim fluidným lôžkom jemného koksu a fluidným lôžkom hrubého koksu.

Ďalšie výhodné uskutočnenie spočíva v tom, že časť pre spôsob nutných prísad sa zaváža spoločne s uhlím priamo do tavného splyňovacieho pásma a časť prísad sa zaváža spoločne s jemnou rudou do predhrievacieho pásma.

Ďalšie výhodné uskutočnenie spočíva podľa vynálezu v tom, že spoločne s uhlím zavážané prísady sa používajú ako hrubé zrno, prednostne s veľkosťou medzi 4 mm a

12,7 mm, a spoločne s jemnou rudou zavážané prísady sa používajú v jemnozmnej forme, prednostne rádovo medzi 2 mm a 6,3 mm.

Prednostne sú vytvorené dve miestne oddelené, za sebou zapojené redukčné pásma, pričom redukčný plyn, ktorý vystupuje z prvého redukčného pásma, sa privádza do druhého redukčného pásma, ktoré je predradené v zmysle prúdu jemnej rudy prvému redukčnému pásmu a z neho sa privádza za zhustenia tlaku do predhrievacieho pásma.

Iné výhodné uskutočnenie vynálezu spočíva v tom, že z predhrievacieho pásma vystupujúci výstupný plyn sa prípadne po primiešaní časti redukčného plynu vystupujúceho z redukčného pásma po čistení kyslíkom uhličitým privádza na výrobu za horúca briketovaného železa, pričom jemná ruda predhriata v predhrievačom pásme sa následne podrobuje v najmenej jednom redukčnom pásme ďalekosiahlej dokončovacej redukcii a ďalej sa privádza do stláčacieho a briketovacieho zriadenia, a výstupný plyn sa po ohriati vedie aspoň do jedného redukčného pásma pri vyvíjaní vírivého lôžka a z neho sa po prechode ním odsáva a privádza sa do predhrievacieho pásma za čiastočného spaľovania kvôli zvýšeniu teploty na vytvorenie vírivého lôžka.

Posledné výhodné uskutočnenie spôsobu spočíva v tom, že sa spracovávajú predovšetkým hematitové a magnetitové rudy a/alebo rudné prachy.

Vynález ďalej vytvára zariadenie na vykonávanie uvedeného spôsobu s aspoň jedným redukčným reaktorom s vírivou vrstvou, do ktorého ústi dopravné potrubie pre železnú rudu a prísady obsahujúce vsádzkové látky, plynové potrubie pre redukčný plyn, rovnako ako dopravné potrubie pre v ňom vytvorený redukčný produkt a plynové potrubie pre horný plyn a s tavným splyňovačom, do ktorého ústi dopravné potrubie vedúce redukčný produkt z redukčného reaktora, a má prívod pre plyny obsahujúce kyslík a nosič uhlíka, rovnako ako odpichy pre surové železo, resp. predproduktu ocele a trosky, pričom plynové potrubie ústiace do redukčného reaktora vychádza pre redukčný plyn vytvorený v tavnom splyftovači z tavného splyňovača a redukčnému reaktoru s vírivou vrstvou je v smere toku vsádzkových látok predradený predhrievači reaktor s vírivou vrstvou, do ktorého je zaústené plynové potrubie redukčného reaktora. Podľa vynálezu plynové potrubie pre redukčný plyn ústi prvým odbočovacím potrubím cez zariadenie na čistenie plynu do spodnej oblasti redukčného reaktora a z plynového potrubia pred zariadením na čistenie plynu vychádza druhé odbočovacie potrubie, ktoré ústi do vyššie ležiacej oblasti redukčného reaktora.

Podľa výhodného uskutočnenia vynálezu je upravené pneumatické dopravné potrubie pre dopravu železnej huby vytvorenej v redukčnom reaktore s vírivou vrstvou do tavného splyňovača, pričom dopravné potrubie vyúsťuje vo výške fluidného lôžka a/alebo pevného lôžka do tavného splyňovača.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia do plynového potrubia, ktoré ústi z redukčného reaktora s vírivou vrstvou do predhrievacieho reaktora s vírivou vrstvou, je zaúsené kyslíkové potrubie.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia predloženého vynálezu je možné redukciu výhodne riadiť cez stupeň fluidizácie vnútri redukčného reaktora, a taktiež vnútri predhrievacieho reaktora tým, že redukčný reaktor s vírivou vrstvou má spodný diel s menším priemerom a horný, na spodný diel nadväzujúci diel s väčším priemerom, pričom prechod zo spodného do horného dielu je vytvorený kužeľovito a do kužeľovitého prechodového kusa ústi druhé odbočovacie potrubie pre redukčný plyn.

Iné výhodné uskutočnenie podľa vynálezu spočíva .v tom, že predhrievači reaktor s vírivou vrstvou má kužeľovitý spodný koniec, do ktorého ústi plynové potrubie pre redukčný plyn.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia predloženého vynálezu je kvôli odvádzaniu úplne redukovaných jemných čiastočiek z redukčného reaktora s vírivou vrstvou redukčný reaktor s vírivou vrstvou vo výške vírivej vrstvy opatrený zariadením na vynášanie jemných častic, z ktorého vedie dopravné potrubie k pneumatickému dopravnému zariadeniu, ktoré je vo výške pevného lôžka alebo fluidného lôžka vytvoreného v tavnom splyňovači do neho zaústené.

Podľa ďalšieho výhodného usporiadania sú usporiadané v smere prúdu vsádzkových látok navzájom za sebou ležiace dva redukčné reaktory s vírivou vrstvou.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia predloženého vynálezu sa zvlášť účinné využitie vznikajúcich prebytočných plynov dosiahne tak, že plynové potrubie pre výstupný plyn pre výrobu za horúca briketovaného železa po medzizapojení premývača na oxid uhličitý a ohrievacie zariadenie ústi do najmenej jedného redukčného reaktora, z ktorého vedie plynové potrubie do predhrievacieho reaktora s vírivou vrstvou, pričom do predhrievacieho reaktora s vírivou vrstvou ústi dávkovacie potrubie jemnej rudy z predhrievacieho reaktora s vírivou vrstvou, vystupuje dopravné potrubie vedúce predhriatu jemnú rudu redukčnému reaktoru, pričom za redukčným reaktorom je v smere prúdu jemnej rudy zaradené stláčacie a briketovacie zariadenie.

SK 281329 Β6

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude bližšie vysvetlený prostredníctvom konkrétnych príkladov vyhotovenia znázornených na výkresoch, na ktorých predstavuje každý z obr. 1 až 3 schematicky jedno vyhotovenie zariadenia podľa vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Obr. 1 znázorňuje prvý spôsob vyhotovenia zariadenia podľa vynálezu. Zariadenie obsahuje predhrievači reaktor 1 vytvorený ako predhrievači reaktor 1 s vírivou vrstvou, do ktorého sa zavádzacím potrubím 3 vyústeným vo výške pásma 2 vírivého lôžka zavádzajú vsádzkové látky obsahujúce železnú rudu a prísady. Na hornom konci predhrievacieho reaktora 1 s vírivou vrstvou, vytvoreného vo forme šachty, sa v ňom vyvíjané a nim pretekajúce plyny odsávajú cez odvod 6 plynov, opatrený cyklónou 4 čistenia plynov a premývačom 5 plynov typu Venturiho premývača. Tieto plyny sú použiteľné ako vysoko hodnotný výstupný plyn s výhrevnosťou rovnajúcou sa asi 8000 kJ/Nm³ na rôzne účely, napríklad vyvíjanie prúdu s kyslíkom alebo bez kyslíka.

Vsádzkové látky predhriate v predhrievačom reaktore 1 sa spolu vedú dopravným potrubím 7 do redukčného reaktora 8 vytvoreného rovnako ako reaktor s vírivou vrstvou a v ňom sa z najväčšej časti úplne redukujú.

Cez pneumatické dopravné potrubie 9 s injektorom dusíka - tu by sa tiež mohlo usporiadať iné zariadenie na nútenú dopravu - sa železná huba, vytváraná v redukčnom reaktore 8, s vírivou vrstvou vedie do tavného splyňovača 10, a to zavádza sa do neho vo výške fluidného lôžka III, II a/alebo vo výške pod ním sa nachádzajúceho pevného lôžka I, ktoré sú vytvorené v tavnom splyňovači 10. Tavný splyňovač 10 má aspoň jeden prívod II na uhlie a prísady, ako i v niekoľkých výškach usporiadané dýzové prívody 12 na plyny obsahujúce kyslík.

V tavnom splyňovači 10 sa pod tavným splyňovacím pásmom, tvoreným pevným lôžkom I, nad ním ležiacim fluidným lôžkom II hrubého koksu, na ním ležiacim fluidným lôžkom III jemného koksu a nad ním ležiacim upokojovacím priestorom IV zhromažďuje roztavené surové železo 13 a roztavená kvapalná troska 14, ktoré sa odpichujú navzájom oddelene vždy cez jeden zo zodpovedajúcich odpichov 15,16. V tavnom splyňovači 10 sa z nosičov uhlíka a z plynu obsahujúceho kyslík vyvíja redukčný plyn, ktorý sa zhromažďuje v upokojovacom priestore IV nad fluidným lôžkom III a cez plynové potrubie 17 sa vedie do redukčného reaktora 8 s vírivou vrstvou, a to cez zúženie tvaru zrezaného kužeľa, ktoré tvorí kužeľové dno 19 pre rozdeľovanie plynov redukčného reaktora 8 s vírivou vrstvou, vytvoreného v podstate v tvare šachty, pričom po jeho obvode sa privádza kruhovým potrubím 20 redukčný plyn. Toto usporiadanie umožňuje vytváranie vírivej vrstvy 18.

Veľké čiastočky pevnej látky, ktoré nemôžu byť udržané v stave vznášania vo vírivej vrstve 18, klesajú pôsobením tiaže a sú odsávané cez ústredný výpust 21 pevnej látky. Tento ústredný výpust 21 pevnej látky je usporiadaný tak, že cez radiálny prívod 22 plynu do valcového dielu 23 nádoby so spodným kužeľovým dnom 24 pod horným kužeľovým dnom 19 pre rozdeľovanie plynov v tvare zrezaného kužeľa sa vytvára prúdenie v pevnom lôžku, takže sa dosahuje uspokojivá redukcia i veľkých častíc.

Tým, že dno 19 pre rozdeľovanie plynov má tvar zrezaného kužeľa, mení sa s výškou rýchlosť v prázdnej trubici. Následkom toho sa v priebehu výšky dna 19 pre rozde ľovanie plynov nastaví vlastné rozdelenie veľkosti zŕn. Zodpovedajúcim usporiadaním dýz v dne 19 pre rozdeľovanie plynov môže tak byť vytvorená interne cirkulujúca vírivá vrstva, v ktorej je uprostred vyššia rýchlosť plynu ako na okraji. Vytvorenie takejto vírivej vrstvy môže byť použité tak pri redukčnom reaktore 8, ako pri predhrievačom reaktore 1.

Časť redukčného plynu vystupujúceho z tavného splyňovača 10 sa podrobí čisteniu v horúcej cyklóne 25, chladenie v nasledujúcom premývači 26 a cez kompresor 27 sa opäť premiešava cez plynové potrubie 28 k redukčnému plynu vystupujúcemu z tavného splyňovača 10. Prach odlúčený v horúcej cyklóne 25 sa cez injektor 29 dusíka vedie späť do tavného splyňovača 10. Časť ešte neochladeného redukčného plynu vystupujúceho z horúcej cyklóny 25 sa cez radiálny prívod 22 plynu, tvorený kruhovým potrubím, vedie do redukčného reaktora 8 s vírivou vrstvou cez jeho valcový diel 23 nádoby.

Plyn odsávaný z redukčného reaktora 8 s vírivou vrstvou sa vedie plynovým potrubím 30 do redukčnej cyklóny 31, v ktorom sa odlučujú jemné podiely ešte obsiahnuté v redukčnom plyne a dokončí sa ich redukcia. Tieto jemné podiely sa privádzajú cez dopravné potrubie 32 a injektor 33 dusíka do tavného splyňovača 10 približne vo výške horného konca pevného lôžka I.

Čiastočne oxidovaný redukčný plyn vystupujúci z redukčného reaktora 8, sa vedie plynovým potrubím 30 do predhrievacieho reaktora 1, pričom pre ohriatie redukčného plynu sa jeho časť spaľuje, a to v spaľovacej komore 34, do ktorej je vyústené potrubie 35 privádzajúce plyn, obsahujúci kyslík.

Z redukčného reaktora 8 s vírivou vrstvou sa časť úplne zredukovaných vsádzkových látok odvádza vo výške vírivej vrstvy 18 vynášacou závitovkou 36 a potrubím 37 cez injektor 33 dusíka sa vedie do tavného splyňovača 10 približne vo výške horného konca pevného lôžka I, prednostne spoločne s jemnými podielmi pochádzajúcimi z redukčnej cyklóny 31.

Jemnozmný produkt odlúčený v cyklóne 4 čistenia plynov z odvodu 6 plynov sa vedie cez dopravné potrubie 38 a uzávery 39, ktorú sú tiež usporiadané v iných dopravných potrubiach 32, 37 pre čiastočne alebo úplne zredukovaný produkt, cez kruhové potrubie 20 privádzajúce redukčný plyn do redukčného reaktora 8 s vírivou vrstvou.

Činnosť zariadenia znázorneného na obr. 1 je nasledujúca.

Predbežne spracovaná jemná ruda - preosiata a usušená - majúca rozdelenie veľkosti zma napríklad

- 0,044 mm = asi 20 %

0,044 - 6,3 mm = asi 70 %

6,3 -12,7 mm = asi 10 % a s vlhkosťou asi 2 % sa privádza pneumaticky alebo pomocou zvislého alebo vodorovného dopravníka do predhrievacieho reaktora 1. Tam sa predhrieva v pásme 2 vírivého lôžka asi na teplotu 850 °Č a prípadne sa predbežne redukuje pôsobením redukčného prostredia.

Pre tento proces predbežnej redukcie má redukčný plyn obsahovať aspoň 25 % oxidu uhoľnatého a vodíka, aby mal dostatočný redukčný účinok.

Potom prúdi predhriata a pripadne predbežne zredukovaná jemná ruda - výhodne pôsobením sily tiaže - do redukčného reaktora 8, v ktorého vírivej vrstve 18 sa jemná ruda pri teplote asi 850 °C redukuje v širokej miere až na stupeň železa. Pre tento redukčný proces má mať plyn obsah oxidu uhoľnatého a vodíka asi 68 %.

V redukčnom reaktore 8 prebieha odsatie jemnej rudy, pričom podiel s veľkosťou zma pod 0,2 mm sa odvádza re4 dukčným plynom do redukčnej cyklóny 31. Tam dochádza v priebehu odlučovania pevných látok vplyvom pôsobenia redukčnej cyklóny 31 k dokončeniu redukcie jemnej rudy s veľkosťou častíc pod 0,2 mm.

Jemnejší podiel pevných látok, ktorý je z vírivej vrstvy 18 redukčného reaktora 8 vynášaný vynášacou závitovkou 36, sa privádza cez uzávery 39 spoločne s jemnou rudou odlúčenou v redukčnej cyklóne 31 pomocou injektora 33 dusíka do tavného splyňovača 10 v oblasti vdúchavacích rovín plynu obsahujúceho kyslík.

Hrubší podiel pevných látok zo spodnej oblasti redukčného reaktora 8 sa cez uzávery 39 a pomocou injektora 9 dusíka alebo vynášaním silou tiaže vdúchava, resp. zaváža do tavného splyňovača 10 v oblasti fluidného lôžka III jemného koksu.

Prach, odlúčený v horúcej cyklóne 25, prevažne obsahujúci železo a uhlík, sa privádza cez uzávery 39 pomocou injektora 29 dusíka a prostredníctvom horáka na kyslík a prach do tavného splyňovača 10 v oblasti medzi fluidným lôžkom ΙΠ jemného koksu a fluidným lôžkom II hrubého koksu.

Prísady potrebné pre proces sa zavádzajú ako hrubozmné, prednostne s veľkosťou zŕn od 4 do 12,7 mm, prívodom 11, a ako jemnozmné, prednostne s veľkosťou zŕn od 2 do 6,3 mm, zavádzacím potrubím 3 s cieľom predhriatia a kalcinácie.

Pre jemné rudy s dlhším časom redukcie je podľa obr. 2 usporiadaný druhý redukčný reaktor 8' s vírivou vrstvou a ak je treba, i tretí reaktor, s druhou redukčnou cyklónou 31' v sérii s prvým redukčným reaktorom 8. V druhom redukčnom reaktore 8' sa jemná ruda redukuje až na stupeň wňstitu a v prvom redukčnom reaktore 8 sa redukuje na stupeň železa.

V tomto prípade sa podiel pevných látok, ktorý sa vynáša z vírivej vrstvy 18' druhého redukčného reaktora 8' vynášacou závitovkou 36', zavádza spoločne s hrubším podielom pevných látok zo spodnej oblasti druhého redukčného reaktora pôsobením sily tiaže do prvého redukčného reaktora 8. Jemná ruda odlúčená v druhej redukčnej cyklóne 31' sa spoločne s jemnou rudou odlúčenou v prvej redukčnej cyklóne 31 vedie pomocou injektora 33 dusíka do tavného splyňovača 10 v oblasti vdúchavacích rovín plynu obsahujúceho kyslík.

Ak v prípade použitia dvoch redukčných reaktorov 8, 8' s vírivou vrstvou a dvoch redukčných cyklón 31,31' nestačí prevádzkový tlak vyrovnávať tlakové straty v systéme, privádza sa podľa vynálezu zmes plynov potrebná pre predhrievači reaktor 1 na nutný tlak pomocou kompresora 40. V tomto prípade sa plyn z druhej redukčnej cyklóny 31' čistí v premývači 41. V ďalšom postupe sa stláča iba čiastkový prúd plynu - jedna časť sa odvádza ako výstupný plyn potrubím 42-a zmiešava sa v zmiešavacej komore 43 s plynom obsahujúcim kyslík privádzacím potrubím 44, takže potom môže v predhrievačom reaktore 1 prebiehať čiastočné spaľovanie redukčného plynu kvôli dosiahnutiu nutnej teploty predhriatia jemnej rudy.

Hodnotný výstupný plyn z výroby surového železa môže byť použitý, ako bolo uvedené, na vyvíjanie prúdu s kyslíkom alebo kyslíka. Podľa jedného výhodného vyhotovenia vynálezu, znázorneného na obr. 3, sa výstupný plyn po prietoku čistiacim zariadením 45 s oxidom uhličitým a ohrievacím zariadením 46 použije opísaným spôsobom ako redukčný plyn.

Na výrobou za horúca briketovaného železa sa železná ruda rovnakej špecifikácie ako pre výrobu surového železa predhreje a redukuje redukčným plynom v rovnakých zariadeniach. Úplne redukované zrnité frakcie z aspoň jedné ho redukčného reaktora 8 a z redukčnej cyklóny 31 sa vdúchajú pomocou injektorov 33 dusíka do zásobného bunkra 47. Alternatívne môže hrubšia frakcia zo spodnej oblasti redukčného reaktora 8 byť tiažovým vynášacím zariadením zavádzaná do zásobného bunkra 47.

Potom sa úplne zredukovaná jemná ruda so stupňom metalizácie asi 92 % a s teplotou aspoň 750 °C pôsobením sily tiaže vedie cez závitovku 48 na predbežné stlačenie s regulovateľným motorom do valcového briketovacieho lisu 49.

V nasledujúcich príkladoch sú uvedené typické parametre spôsobu podľa vynálezu, dosahované pri prevádzke zariadenia podľa vynálezu, znázornených na obr. 1 až 3.

Príklad

Analýza uhlia (hodnoty z analýzy za sucha)

C 77 %

H 4,5 %

N 1,8%

O 7,6 %

S 0,5 % popol 9,1 %

C_fix 61,5%

Analýza rudy (hodnoty z analýzy za vlhka)

Fe Fe₂O₃CaO MgO SiO₂A1₂O₃MnO

62,84 %

87,7 %

0,73 %

0,44 %

6,53 %

0,49 %

0,15 % straty žíhaním 0,08 %

Vlhkosť 2 %

Rozdelenie veľkosti zŕn jemnej rudy + 10 mm 0 %

10-6 mm 5,8%

6-2 mm 44,0 %

2-0,63 mm 29,6%

0,63-0,125 mm 13,0%

-0,125 mm 7,6%

Prísady (hodnoty z analýzy za sucha)

CaO 45,2%

SiO 9,3 %

SiO₂ 1,2 %

A1₂O₃ 0,7 %

MnO 0,6 %

Fe₂O₃ 2,3 % straty žíhaním 39,1 %

Na výrobu 42 t surového železa za hodinu v zariadení podľa obr. 1 bolo splyňovaných 42 t/h uhlia s 29 000 Nm³/h kyslíka. Spotreba rudy bola 64 t/h a spotreba prísad bola 14 t/h.

Vyrobené surové železo má okrem železa toto zloženie: C 4,2 %

Si 0,4 %

0,07 %

Mn 0,22 %

S 0,04 %

Výstupný plyn zo zariadenia na výrobu surového železa ie vypustený v množstve 87 000 Nm³/h a má toto zloženie: CO 36,1 %

CO₂ 26,9 %

H₂ 16,4%

h₂o	1,5 %
N₂ +Ar	18,1 %
ch₄	1 %
h₂s	0,02 %
výhrevnosť	6780kJ/Nm³

Pri ďalšom využití výstupného plynu zo zariadenia na výrobu surového železa pre výrobu za horúca briketovaného železa v zariadení podľa obr. 3 môže byť vyrobených 29 t/h za horúca briketovaného železa. Nato je treba 36 000 Nm³/h recyklovaného plynu. Za horúca briketovaná železná huba má podľa analýzy toto zloženie:

Kov 92 %

C 1 %

S 0,01 %

P 0,03 %

Množstvo výstupného plynu zo zariadenia na výrobu za horúca briketovaného železa sa rovná 79 000 Nm’/h a plyn má toto zloženie:

CO	21,6%
CO₂	44,1 %
H₂	10,6 %
h₂o	2,8 %
N₂+Ar	19,9 %
ch₄	1 %
výhrevnosť	4200 kJ/Nm³

Elektrický príkon zariadenia na výrobu surového železa a zariadenie na výrobu za horúca briketovaného železa sa rovná 23 MW. Výstupný plyn zo zariadenia na výrobu za horúca briketovaného železa zodpovedá tepelnému výkonu 145 MW.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Spôsob výroby kvapalného surového železa alebo kvapalných predproduktov ocele zo vsádzkových látok pozostávajúcich zo železných rúd a prísad a aspoň čiastočne obsahujúcich jemný podiel, pričom sa vsádzkové látky vystavujú v predhrievačom pásme (2) predhriatiu v procese virivej vrstvy, redukujú sa v aspoň jednom redukčnom pásme (18, 18') v procese vírivej vrstvy na železnú hubu priamo a do značnej miery úplne, železná huba sa zaváža do tavného splyňovacieho pásma (I až IV), za prívodu plynu nesúceho uhlík a obsahujúceho kyslík sa taví, a vyrába sa redukčný plyn obsahujúci oxid uhoľnatý a vodík, ktorý sa zavádza do redukčného pásma (18, 18'), tam sa prevádza, ako výstupný plyn sa odvádza a privádza sa spotrebiteľovi, vyznačujúci sa tým, že v tavnom splyňovacom pásme (I až IV) vytvorený redukčný plyn sa sčasti privádza do redukčného pásma priamo - a to bez čistenia - kvôli vytvoreniu vírivej vrstvy (18), a z ďalšej časti vytvorenej väčšími časticami pevnej látky sa privádza po čistení v horúcej cyklóne (25) redukčného pásma do lôžka vytvoreného v jeho spodnej časti.
2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že časť redukčného plynu sa po čistení v horúcej cyklóne (25) a premývači (26) ako chladiaci plyn primiešava k časti redukčného plynu privádzaného do redukčného pásma.
3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že aspoň najjemnejšie, do značnej miery úplne redukované vsádzkové látky sa prostredníc tvom nútenej dopravy, prednostne pneumatickej dopravy, zavážajú do fluidného lôžka (II, III) a/alebo prípadne i do pevného lôžka (I) tavného splyňovacieho pásma (I až IV) a tam sa tavia.
4. Spôsob podľa jedného alebo viacerých z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že redukčný plyn vystupujúci z redukčného pásma sa privádza do predhrievacieho pásma (2), pričom s čiastočným spaľovaním redukčného plynu spôsobuje zvýšenie teploty.
5. Spôsob podľa jedného alebo viacerých z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že redukčný plyn odsávaný z redukčného pásma sa v redukčnej cyklóne (31) zbavuje jemných častíc, pričom jemné častice odlúčené v redukčnej cyklóne (31) sa v priebehu odlučovania takmer úplne redukujú a pomocou injektora (33) sa privádzajú do tavného splyňovacieho pásma (I až IV) v oblasti privádzania plynu obsahujúceho kyslík.
6. Spôsob podľa jedného alebo viacerých z nárokov 1 až 5, vyznačujúci sa tým, že z vírivej vrstvy (18) redukčného pásma sa časť vsádzkových látok vynáša a cez systém uzáverov (39) s pomocou injektora (33) privádza do tavného splyňovacieho pásma (I až IV) v oblasti privádzania plynu obsahujúceho kyslík.
7. Spôsob podľa nároku 6, vyznačujúci sa t ý m , že podiel vsádzkových látok vynášaný z vírivej vrstvy (18) redukčného pásma sa privádza spoločne s materiálom odlúčeným v redukčnej cyklóne (31) do tavného splyňovacieho pásma (I až IV).
8. Spôsob podľa nároku 6 alebo 7, vyznačujúci sa tým, že prach odlúčený v horúcej cyklóne (25) sa cez sústavu uzáverov (39) s pomocou injektora (29) a prostredníctvom horáka na kyslík a prach privádza do tavného splyňovacieho pásma (I až IV) v oblasti medzi tam sa vytvárajúcim fluidným lôžkom (III) jemného koksu a fluidným lôžkom (II) hrubého koksu.
9. Spôsob podľa jedného alebo viacerých z nárokov 1 až 8, vyznačujúci sa tým, že časť pre spôsob nutných prísad sa zaváža spoločne s uhlím priamo do tavného splyňovacieho pásma (I až IV) a časť prísad sa zaváža spoločne s jemnou rudou do predhrievacieho pásma (2).
10. Spôsob podľa nároku 9, vyznačujúci sa t ý m , že spoločne s uhlím zavážané prísady sa používajú ako hrubé zrno, prednostne s veľkosťou medzi 4 mm a

12,7 mm, a spoločne s jemnou rudou zavážané prísady sa používajú vjemnozmnej forme, prednostne rádovo medzi 2 mm a 6,3 mm.
11. Spôsob podľa jedného alebo viacerých z nárokov 1 až 10, vyznačujúci sa t ý m , že sú vytvorené dve miestne oddelené, za sebou zapojené redukčné pásma (18, 18'), pričom redukčný plyn, ktorý vystupuje z prvého redukčného pásma (18), sa privádza do druhého redukčného pásma (18'), ktoré je predradené v zmysle prúdu jemnej rudy prvému redukčnému pásmu (18), a z neho sa privádza za zhustenia tlaku do predhrievacieho pásma (2).
12. Spôsob podľa jedného alebo viacerých z nárokov 1 až 11, vyznačujúci sa tým, že z predhrievacieho pásma (2) vystupujúci výstupný plyn sa prípadne po primiešaní časti redukčného plynu vystupujúceho z redukčného pásma (18) po čistení kyslíkom uhličitým privádza na výrobu za horúca briketovaného železa, pričom jemná ruda predhriata v predhrievačom pásme (2) sa následne podrobuje v najmenej jednom redukčnom pásme ďalekosiahlej dokončovacej redukcii a ďalej sa privádza do stláčacieho a briketovacieho zariadenia (48, 49), a výstupný plyn sa po ohriatí vedie aspoň do jedného redukčného pásma pri vyvíjaní vírivého lôžka (18) a z neho sa po prechode nim

SK 281329 Β6 odsáva a privádza sa do predhrievacieho pásma (2) za čiastočného spaľovania kvôli zvýšeniu teploty pre vytvorenie vírivého lôžka.
13. Spôsob podľa jedného alebo viacerých z nárokov 1 až 12, vyznačujúci sa tým, že sa spracovávajú predovšetkým hematitové a magnetitové rudy a/alebo rudné prachy.
14. Zariadenie na vykonávanie spôsobu podľa jedného alebo viacerých z nárokov 1 až 13, s najmenej jedným redukčným reaktorom (8, 8') s vírivou vrstvou, do ktorého ústi dopravné potrubie (7) pre železnú rudu a prísady obsahujúce vsádzkové látky, plynové potrubie (17) pre redukčný plyn, rovnako ako dopravné potrubie (9) pre v ňom vytvorený redukčný produkt, a plynové potrubie (30) pre horný plyn, a s tavným splyňovačom (10), do ktorého ústi dopravné potrubie (9) vedúce redukčný produkt z redukčného reaktora (8, 8'), a má prívod (11, 12) pre plyny obsahujúce kyslík a nosiče uhlíka, rovnako ako odpichy (15, 16) pre surové železo (13), resp. predproduktu ocele a trosky (14), pričom plynové potrubie ústiace do redukčného reaktora (8, 8') vychádza pre redukčný plyn vytvorený v tavnom splyňovači (10) z tavného splyňovača (10) a redukčnému reaktoru (8, 8') s vírivou vrstvou je v smere toku vsádzkových látok predradený predhrievači reaktor (1) s vírivou vrstvou, do ktorého je zaústené plynové potrubie (17) redukčného reaktora (8, 8'), vyznačujúce sa tým, že plynové potrubie (17) pre redukčný plyn ústi prvým odbočovacím potrubím cez zariadenie (25) na čistenie plynu do spodnej oblasti redukčného reaktora (8) a z plynového potrubia (17) pred zariadením na čistenie plynu vychádza druhé odbočovacie potrubie, ktoré ústi do vyššie ležiacej oblasti redukčného reaktora (8).
15. Zariadenie podľa nároku 14, vyznačujúce sa t ý m , že je upravené pneumatické dopravné potrubie (9) na dopravu železnej huby vytvorenej v redukčnom reaktore (8, 8') s vírivou vrstvou do tavného splyňovača (10), pričom dopravné potrubie vyúsťuje vo výške fluidného lôžka (II, III) a/alebo pevného lôžka (I) do tavného splyňovača (10).
16. Zariadenie podľa nároku 14 alebo ^vyznačujúce sa tým, že do plynového potrubia (30), ktoré ústi z redukčného reaktora (8, 8') s vírivou vrstvou do predhrievacieho reaktora (1) s vírivou vrstvou, je zaústené kyslíkové potrubie (35).
17. Zariadenie podľa jedného alebo viacerých z nárokov 14 až 16, v y z n a č u j ú c e sa t ý m , že redukčný reaktor (8,8') s vírivou vrstvou má spodný diel (23) s menším priemerom a horný, na spodný diel nadväzujúci diel s väčším priemerom, pričom prechod zo spodného do horného dielu je vytvorený kužeľovito a do kužeľovitého prechodového kusa (19) ústi druhé odbočovacie potrubie pre redukčný plyn.
18. Zariadenie podľa jedného alebo viacero z nárokov 14 až 17, vyznačujúce sa tým, že predhrievači reaktor (1) s vírivou vrstvou má kužeľovitý spodný koniec, do ktorého ústi plynové potrubie (30) pre redukčný plyn.
19. Zariadenie podľa jedného alebo viacerých z nárokov 14 až 18, v y z n a č u j ú c e sa t ý m , že redukčný reaktor (8, 8') s vírivou vrstvou je vo výške vírivej vrstvy (18, 18') opatrený zariadením (36) na vynášanie jemných častíc, z ktorého vedie dopravné potrubie (37) k pneumatickému dopravnému zariadeniu (33), ktoré je vo výške pevného lôžka (I) alebo fluidného lôžka (II) vytvoreného v tavnom splyňovači (10) do neho zaústené.
20. Zariadenie podľa jedného alebo viacerých z nárokov 14 až 19, vyznačujúce sa tým, že sú usporiadané v smere prúdu vsádzkových látok navzájom za sebou ležiace dva redukčné reaktory (8, 8’) s vírivou vrstvou.
21. Zariadenie podľa jedného alebo viacerých z nárokov 14 až 20 na vykonávanie spôsobu podľa nároku 12, vyznačujúce sa tým, že plynové potrubie (6, 42) pre výstupný plyn pre výrobu za horúca briketovaného železa po medzizapojení premývača (45) na oxid uhličitý a ohrievacieho zariadenia (46) ústi do najmenej jedného redukčného reaktora (8), z ktorého je vedené plynové potrubie do predhrievacieho reaktora (1) s vírivou vrstvou, pričom do predhrievacieho reaktora (1) s vírivou vrstvou ústi dávkovacie potrubie (3) jemnej rudy z predhrievacieho reaktora (1) s vírivou vrstvou vystupuje dopravné potrubie vedúce predhriatu jemnú rudu redukčnému reaktoru, pričom za redukčným reaktorom (8) je v smere prúdu jemnej rudy zaradené stláčacie a briketovacie zariadenie (48,49).