CZ20001469A3

CZ20001469A3 - Přímý redukční způsob a rotační nístějová pec

Info

Publication number: CZ20001469A3
Application number: CZ20001469A
Authority: CZ
Inventors: Makoto Nishimura; Hidetoshi Tanaka
Original assignee: Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho
Priority date: 1999-05-06
Filing date: 2000-04-21
Publication date: 2001-09-12
Also published as: NZ504325A; CN1219891C; CN1273277A; EP1050589A1; US6296479B1; AU3025200A; CA2307422A1; TW581816B; KR20010049329A

Description

Oblast techniky

Vynález se týká přímého redukčního způsobu a rotační nístějové pece. Přesněji řečeno, tento vynález se týká přímého redukčního způsobu, kteiý může zlepšit produktivitu a omezit požadavky na jednotku paliva účinným prováděním řízení atmosféiy ohřevu v peci, a dále se týká rotační nístějové pece k provádění přímého redukčního způsobu.

Dosavadní stav techniky

Běžně je znám výrobní způsob, v němž se suroviny, zahrnující kovový oxid nebo směs kovového oxidu a dřevěného uhlí - t.j. materiálu obsahujícího uhlík, použitého jako redukční činidlo, například uhlí, ve formě aglomerátů, jako jsou pelety a brikety, zavážejí do rotační nístějové pece, a kovový oxid v těchto surovinách se podrobuje přímé redukci pro znovuzískání kovu. Pec je konstruována tak, že teplo se přivádí k surovinám pomocí řady hořáků, v přímém redukčním způsobu. Během tohoto přímého redukčního způsobu se vnitřek pece vyhřeje a udržuje se na teplotě v rozsahu 1 200 až 1 500° C.

Pokud jde o technické aspekty přímých redukčních způsobů, používajících rotační nístějové pece, je znám způsob přivádění kovového oxidu, kteiý obsahuje redukční činidlo, do pražící pece nístějového typu, pro ohřev a redukování kovového oxidu v této peci, jak je například uvedeno v patentovém spisu US č. 4,622,905. V uvedeném způsobu jsou na boční stěně nainstalovány hořáky φφφφ

-2φφ φφφφ φφ φφ φφφ · · φ φφφφ • φ φ φ φφφ φ φ φ φ • φ ♦ φ φ φφφ φφφ • φ φ φφ φ φφφφ φφ φφφ φφ φφφ φφ φφ několika typů, a pec je řízena při smíšeném spalování s práškovým uhlím pro podporu emisní schopnosti plamenů při nebo poblíž ekvivalentního poměru 1,0.

V patentovém spisu US č. 4,401,214 je uvedeno, že vzduch v požadovaném množství ke spalování hořlavého plynu vyvinutého ze surovin, ve spojení s redukcí, se přivádí jako přídavný vzduch k hořákům, nainstalovaným na boční stěně. Ve spisu je také uvedeno, že shora uvedené atmosféry se může dosáhnout použitím plynného nebo kapalného paliva a předehřátého spalovacího vzduchu.

Podle shora uvedeného stavu techniky, se při výrobě kovů, jako je redukované železo, za použití rotační nístějové pece, přivádí do pece vzduch hořáky, které jsou nainstalované na boční stěně, v množství klížícím se ekvivalentnímu poměru 1,0 vzhledem k hořlavému plynu při spalování hořákem a redukci. Dále se u ohřívací pece, typu krokové nístějové pece, pro průběžný ohřev surovin, používají „koncové hořáky“ nebo „stropní hořáky“, jako hořáky nainstalované na stropu pece.

Vynálezci také prováděli řadu let studie o konstrukci rotačních nístějových pecí a navrhli technické řešení uvedené vjaponské patentové přihlášce č. 10-60514, která nebyla podrobena průzkumu (patent US č. 5,989,019). V tomto navrženém technickém řešení, poblíž nístěje, alespoň pod jedním z hořáků, uspořádaných v horní části boční stěny, je vytvořen prostředek pro přívod plynu k sekundárnímu spalování hořlavého plynu vyvinutého z ohřívaného materiálu. U této konstrukce může být hořlavý plyn, vyvinutý při redukci, spalován s vysokou účinností, a tak slouží jako zdroj přiváděného tepla pro suroviny. V důsledku toho se sníží množství paliva přiváděného k hořákům v rotační nístějové peci, čímž se sníží spotřeba paliva na jednotku výrobku.

Při způsobu přímé redukce kovového oxidu, zavážením surovin, zahrnujících kovový oxid a dřevěné uhlí, do pece a jejich ohřevem, postupuje redukční reakce a redukuje se kovový oxid. Když se během tohoto způsobu suroviny ohřejí na teplotu 1 000° C nebo vyšší, redukční reakce postupuje lychle. Proto pro dosažení ·« ·♦·» ·* ·· • · · 9 9 9 9 · 9 99 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 ·

9 9 9 9 9 9

999 99 99

-3vysoké produktivity vyžadují suroviny rychlý ohřev, bezprostředně po zavezení do pece.

Na druhé straně, když se zavážejí suroviny do pece, vyvíjí se velké množství hořlavého pfynu, obsahujícího CO, H₂, CH, atd. Toto množství hořlavého plynu během doby klesá, a odpovídajícím způsobem se mění množství tepla působícího na suroviny. Přesněji řečeno, v druhé redukční době může být kov, který již byl redukován, znovu oxidován (reoxidován) pomocí CO₂, H₂O, atd., které jsou obsaženy ve spalinách, zásluhou redukce v množství hořlavého plynu vyvinutého ze surovin a majícího redukční charakter. Z tohoto důvodu musí být v druhé redukční době udržována kolem surovin redukční atmosféra.

A navíc, protože požadavky na jednotku paliva v tomto způsobu mohou být zlepšeny použitím hořlavého plynu vyvinutého redukcí kovového oxidu, jako tepelného zdroje, je také důležité spalovat hořlavý plyn vyvinutý ze surovin v peci.

Takže v minulosti byty zjištěny následující body;

(1) redukční reakce kovového oxidu se zrychlí rychlým ohřevem surovin bezprostředně po jejich zavezení do pece, (2) redukční atmosféra musí být vytvářena v druhé redukční době pro zabránění opětné oxidaci surovin a (3) požadavek na jednotku paliva může být zlepšen spalováním hořlavého plynu vyvinutého ze surovin.

Avšak v dosavadním stavu techniky nebyla vytvořena konstrukce rotační nístějové pece ani uspořádání hořáků pro uskutečnění shora uvedených bodů.

Podle shora uvedených patentových spisů US č. 4,622,905 a US č. 4,401,214, boční hořáky, vytvořené na boční stěně se používají v rotační nístějové peci a koncové hořáky, uspořádané na stropu se používají u ohřívací pece, typu krokové nístějové pece. Při tomto způsobu, kde množství tepla působícího na suroviny se mění s časem, a množství hořlavého pfynu vyvinutého ze surovin se také mění, ·· · * • · · · • ·· · • · · · • · » · ·· ··

-4avšak dosud nebyl vytvořen účinný krok k uspořádání rotační nístějové pece a nainstalování hořáků.

Podstata vynálezu

Cílem tohoto vynálezu je vytvořit přímý redukční způsob, kteiý může zlepšit produktivitu redukčního procesu kovových oxidů rychlým ohřevem surovin, bezprostředně po jejich zavezení do pece, který vytváří redukční atmosféru v druhé redukční době pro zabránění opětné oxidaci surovin, a kteiý může snížit požadavek na jednotku paliva spalováním hořlavého plynu vyvinutého ze surovin, a cílem je rovněž vytvořit rotační nístějovou pec k provádění tohoto přímého redukčního způsobu.

Přímý redukční způsob podle vynálezu sestává z kroků přivádění surovin, zahrnujících kovový oxid a dřevěné uhlí, do rotační nístějové pece, podle vynálezu, jehož podstatou je, že obsahuje první redukční dobu, t.j. dobu, během níž se vyvine 70 až 80 % celkového množství hořlavého plynu ze surovin, přičemž v této první redukční době se ohřívají a redukují suroviny první vytápěcí jednotkou, uspořádanou ke způsobení silné míchací činnosti pro atmosféru kolem surovin a dále se suroviny ohřívají a redukují ve druhé době, následující po první redukční době, druhou vytápěcí jednotkou, uspořádanou ke způsobení slabé míchací činnosti pro atmosféru kolem surovin, přičemž se vyrábí kov, to znamená, že je to činnost k udržování redukčního plynu.

Podle vynálezu je také vytvořena rotační nístějová pec pro redukování surovin, zahrnujících kovový oxid a dřevěné uhlí, pro výrobu kovu, jejíž podstatou je, že rotační nístějová pec je opatřena první vytápěcí jednotkou, uspořádanou k vyvolání silné míchací činnosti pro atmosféru kolem surovin, to znamená, že je to činnost ····

-5tt • tt

9 99

999

9· 99 tttt · tt « 9 ♦ • tttt · • tttt · ·· tttt pro dostatečné míchání hořlavého plynu s oxidačním plynem, a uspořádanou v poloze uvnitř této pece, odpovídající první redukční době, vymezené jako doba, během níž se vyvine 70 až 80 % celkového množství hořlavého plynu ze surovin, a dále je opatřena druhou vytápěcí jednotkou, uspořádanou k vyvolání slabé míchací činnosti pro atmosféru kolem surovin, a uspořádanou v poloze uvnitř této pece, odpovídající další redukční době, následující po první redukční době.

Pomocí shora uvedených význaků se přímým redukčním způsobem redukování směsi kovového oxidu, uhlí, atd., zlepší produktivita rychlým ohřevem surovin v první redukční době, přičemž se pro zabránění opětné oxidace surovin vytvoří redukční atmosféra kolem surovin v další redukční době, a sníží se požadavek na jednotku paliva spalováním hořlavého plynu vyvinutého ve spojení s redukcí.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, kde na obr. 1 je v půdorysu znázorněno jedno provedení konstrukce rotační nístějové pece podle vynálezu, na obr. 2 je v rozloženém pohledu znázorněna rotační nístějová pec podle obr. 1, na obr. 3 je zobrazen graf, znázorňující změny množství hořlavého plynu po zavezení surovin, na obr. 4 je příkladný pohled znázorňující stav při vytvoření víru v zóně 1, znázorněné na obr. 1 a 2, na obr. 5 je příkladný pohled znázorňující stav při vytvoření víru v zóně 3, znázorněné na obr. 1 a 2, v řezu podle přímky V - V, na obr. 6 je příkladný pohled znázorňující zónu 1 na obr. 1 a 2, podle dalšího provedení, na obr. 7 je příkladný pohled znázorňující zónu 1 na obr. 1 a 2, podle ještě dalšího provedení, na ohr. 8 je zobrazen graf znázorňující teploty plynu v blízkosti surovin pro srovnání případů instalování stropního hořáku a hořáku

9999

9

-69 9 9

ΦΦ ΦΦΦ

9 · • Φ ΦΦΦ v boční stěně v zóně 1 a 2, odpovídající první redukční době, na obr. 9 je zobrazen graf, znázorňující koncentrace CO v blízkostí surovin pro porovnání případů instalování stropního hořáku a hořáku v boční stěně v zóně 3, odpovídající druhé redukční době, na obr. 10 je zobrazen graf, znázorňující vztah podílu sekundárního spalování a množství požadovaného plynného paliva a na obr. 11 je příkladný pohled znázorňující provedení, v němž je odbočka kouřovodu vytvořena poblíž výpustné sekce rotační nístějové pece.

Příklady provedení vynálezu

Konstrukce, provoz a výhody tohoto vynálezu budou dále popsány podle výkresu. Na obr. 1 je v půdorysu znázorněn jeden příklad konstrukce rotační nístějové pece podle vynálezu a na obr. 2 je v rozloženém pohledu znázorněna rotační nístějová pec podle obr. 1. Na obr. 1 a 2 jsou zobrazeny, rotační nístějová pec 1, nístěj 2, strop 3, boční stěna 4, přičemž vztahové značky 5 a 5a označují hořáky nebo přívodní trubky pro přívod oxidačního plynu pro spalování (dále také stručně označeny jako „hořák atd.“). Dále jsou zde znázorněny suroviny 6, dávkovač 10 surovin, zařízení Π pro regeneraci výsledného produktu a kouřovod 13.

Rotační nístějová pec 1, znázorněná na obr. 1 a 2, je konstruována následovně. Suroviny 6 obsahující kovový oxid a dřevěné uhlí (jako uhlí) jsou přiváděny dávkovačem 10 surovin do nístěje 2, která je pohyblivá při svém otáčení. Suroviny 6 se ohřívají a redukují plameny, vytvořenými hořáky atd. 5, 5a, uspořádanými ve stropu 3 a boční stěně 4 v rotační nístějové peci L Výrobek, Lj. kov, získaný po redukci, se regeneruje zařízením 11 pro regeneraci výsledného produktu. Kouřovod 13, znázorněný na obr. 2, je uspořádán pro odvádění spalin

•	0		• 0	000 9		09		• 9
9	9 9	•	0	•	•	•	•	•
	9	•	0	090	•	0	0	•
								9
•	9	9	0	9	•	0	0	•
	990		• 0	0 00		09		09

-Ί ζ hořáku, plynů vyvinutých ve spojení s redukcí a spalin vyvinutých z dřívějších plynů.

V takto zkonstruované rotační nístějové peci 1 jsou hořáky 5 uspořádány poblíž stropu 3 v polohách uvnitř pece, odpovídajících první době ohřevu (první redukční době) pro suroviny 6 (t.j. v poloze uvnitř pece v zónách 1 a 2), takže plameny se vytvářejí směrem šikmo dolů. Dále jsou uspořádány hořáky nebo přívodní trubky 5a pro přívod oxidačního plynu pro spalování, v boční stěně 4 v polohách uvnitř pece, odpovídajících druhé redukční době pro suroviny 6 (tj. v polohách uvnitř pece v zóně 3), takže plameny se vytvářejí v horizontálním směru. Hořáky 5 uspořádané poblíž stropu 3 způsobují silnou míchací činnost pro atmosféru kolem surovin 6, a hořáky nebo přívodní trubky 5a pro přívod oxidačního plynu pro spalování, v boční stěně 4 způsobují poměrně slabou míchací činnost pro atmosféru kolem surovin 6. Silná míchací činnost znamená dostatečné míchání hořlavého plynu s oxidačním plynem. Na druhé straně, poměrně slabá míchací činnost znamená, udržování redukčního plynu kolem surovin 6. Dále bude popsán důvod, proč hořáky atd. 5, 5a způsobují různé míchací činnosti, a důvod provozních výhod vyplývajících z uspořádání hořáků atd. 5, 5a, způsobujících různé míchací činnosti.

Nejdříve, bezprostředně po zavezení surovin 6 do pece (t.j. v polohách uvnitř pece v zónách 1 a 2, znázorněných na obr. 1 a 2), se vyvíjí velké množství hořlavého plynu (obsahujícího CO, H₂, CH| atd.), jak je znázorněno na obr. 3. Při uspořádání hořáků atd. 5 poblíž stropu 3 pro urychlení míchací činnosti v zónách 1 a 2 silnou míchací činností, způsobenou hořáky atd. 5, se může proto účinně uiychlit sekundární spalování. Zejména, když jsou hořáky atd. 5 uspořádány poblíž stropu 3, jak je znázorněno na obr. 4, vytváří proud plynu v zóně 1 (a rovněž v zóně 2) vír 7 v úseku vertikálně k obvodovému směru a hořlavý plyn 9, vyvinutý ze surovin 6, se silně promíchává, čímž se urychlí sekundární spalování.

-8««·· 4 ·♦ 9·9· ·· ··

4 4 · 4 4 4 4 4 4 • · · 4 ··· · · 4 · • 4··· 444 44 · • 44 44 4 4444 ··· 44 444 44 44

Když se zvýší množství surovin 6, přiváděných do pece, odpovídajícím způsobem vzroste množství hořlavého plynu, vyvinutého z těchto surovin. Současně se také zvětší velikost rotační nístějové pece 1, a sníží se tepelné ztráty z pece na jednotku surovin. V takovém případě se zvýšením množství surovin 6, přiváděných do pece, se může část hořáků 5 použít pouze k přivádění spalovacího vzduchu, bez přivádění paliva, a tím se může použít jako přívodní trubky k přivádění oxidačního plynu pro spalování, právě v první redukční době. Dále, v případě, že se vyvíjí velké množství hořlavého plynu se zvýšením množství surovin 6, přiváděných do pece, mohou být všechny hořáky 5 nahrazeny přívodními trubkami 5a pro přívod oxidačního plynu pro spalování. Tyto přívodní trubky mohou být také provedeny pomocí hořáků, jimiž je vháněn oxidační plyn, bez vhánění paliva.

Na druhé straně, v zóně 3, odpovídající druhé době ohřevu (druhé redukční době) pro suroviny 6, vzniká nebezpečí, protože hořlavý plyn s redukční činností se vyvíjí v malém množství (viz obr. 3), a suroviny 6, které již byly redukovány, mohou být znovu oxidovány pomocí CO₂, H₂O, atd., které jsou obsaženy ve spalinách, jestliže se zvýší míchání plynu v zóně 3. V tomto vynálezu proto hořáky nebo přívodní trubky 5 a pro přívod oxidačního plynu pro spalování, způsobující poměrně nízké míchání atmosféiy kolem surovin 6, jsou uspořádány v zóně 3, odpovídající druhé redukční době. Přesněji řečeno, jak je znázorněno na obr. 5 (v řezu podle přímky V - V podle obr. 1), všechny hořáky atd. 5a, vytvářejí proud plynu, který naráží na protilehlou stěnu a potom se rozšiřuje v radiálním směru v zóně 3. Proto tento proud plynu vytváří malý vír 8 v blízkosti surovin 6, a míchací činnost vytvořená hořáky atd. 5a poměrně slábne. V důsledku toho se v zóně 3 vytvoří skutečně uspokojivá redukční atmosféra pro zabránění opětovné oxidaci surovin 6 a hořlavý plyn vyvinutý se surovin 6 se spaluje, čímž se dosáhne snížení požadavků na jednotku paliva.

• » 00

-9• 0 0000 00 00 0 00 «00 0000 0 0 0 0 000 0 0 0 0 0 000 0 000 00 0 • 00 00 0 0000 00 000 00 0 00 00 00

Dále, v zóně 3, odpovídající druhé redukční době (viz obr. 2), kde pecní plyn, obsahující hořlavý plyn, proudí od konce zóny ohřevu směrem ke kouřovodu 13, se může použít část hořlavého plynu jako paliva pro ohřev surovin 6. V takovém případě, mohou být některé několikanásobné hořáky atd. 5a nahrazeny přívodními trubkami pro přívod oxidačního plynu (například vzduchu) pro spalování. V alternativním provedení se mohou použít stávající hořáky takovým způsobem, aby přiváděly jenom spalovací vzduch, bez přivádění paliva. V tomto případě mohou stávající hořáky také vykonávat stejnou funkci jako přívodní trubky pro přívod oxidačního plynu pro spalování.

V případě, kdy se hořlavý plyn vyvinutý ze surovin 6, může účinně využít ve druhé redukční době, je možné, nahradit všechny stávající hořáky přívodními trubkami pro přívod oxidačního plynu pro spalování. V této souvislosti se to také samozřejmě týká případu, kdy stávající hořáky mohou také sloužit jako přívodní trubky pro přívod oxidačního plynu pro spalování, pouze pro přivádění spalovacího vzduchu bez přivádění paliva. Jak je znázorněno na obr. 11 pomocí příkladu uspořádání odbočky kouřovodu 13. otevřeného do výpustné sekce a provádějícího řízem tlaku, hořlavý plyn vyvinutý ze surovin v první redukční době se může přivádět do druhé redukční doby. A také, když je poblíž výpustného zařízení uspořádán odváděči kanál pro spaliny pro odsávání spalin, mohou být všechny hořáky nebo přívodní trubky 5a pro přívod oxidačního plynu pro spalování rovněž nahrazeny přívodními trubkami. Tedy prostředek pro využití hořlavého plynu není obzvláště konstrukčně omezen, pokud tento prostředek umožňuje, aby hořlavý plyn vyvinutý ze surovin v první redukční době byl účinně využit ve druhé redukční době.

Výraz „hořák“, jak je zde použit, znamená takzvaný hořák, jímž jsou vháněny jak palivo (plynné, kapalné nebo pevné), tak oxidační plyn (obsahující vzduch, kyslík a vzduch obohacený kyslíkem) pro spalování. Avšak tento hořák může být • Φ φφφφ

Φ Φ • Φ

Φ Φ

Φ

Φ Φ

- 1099 ΦΦΦ* • · • ΦΦΦ

ΦΦ

Φ

Φ «Φ ΦΦΦ

Φ Φ ΦΦΦ

ΦΦ ΦΦ použit takovým způsobem, aby přiváděl pouze oxidační plyn pro spalování hořlavého plynu, vyvinutého ze surovin, v závislosti na reakci v peci. V tomto případě hořák vykonává stejnou funkci jako přívodní trubka pro přívod oxidačního plynu pro spalování.

Vztah mezi silnou a slabou míchací činností způsobenou hořáky atd. 5, 5a. je znázorněn jen relativně, a jejich poměr není speciálně vymezen. Pro dosažení uvedených výhod tohoto vynálezu je však výhodné, aby míchací akce byla prováděna co nejsilněji v zónách 1 a 2, zatímco v zóně 3 byla prováděna co nejslaběji.

V tomto vynálezu, jak bylo shora popsáno, je doba pro ohřev vnitřku pece rozdělena do první redukční doby a do druhé redukční doby. Tedy v první redukční době se suroviny ohřívají a redukují pomocí hořáků 5, způsobujících silnou míchací činnost pro atmosféru kolem surovin 6. Potom, ve druhé redukční době, následovně po první redukční době, se suroviny ohřívají a redukují pomocí hořáků nebo přívodních trubek 5a pro přívod oxidačního plynu pro spalování, způsobujících poměrně slabou míchací akci pro atmosféru kolem surovin 6, čímž se vyrábí kov. Pro rozlišení první redukční doby a druhé redukční doby ve shora uvedeném výrobním procesu, je pivní redukční doba definována jako doba, během níž se vyvine 70 až 80 % celkového množství hořlavého plynu vyvinutého ze surovin, a následující doba je definována jako druhá redukční doba. Důvod pro takové definování těchto dvou dob je následující. V době, během níž se vyvine 70 % celkového množství hořlavého plynu vyvinutého ze surovin, tj. v době do konce první redukční doby, odpovídající svému spodnímu limitu, se opětovné oxidaci surovin pomocí CO₂, H₂O, atd., které jsou obsaženy ve spalinách, může zabránit pomocí CO atd., vyvinutého ze surovin. Jestliže je první redukční doba definována jako doba, během níž se vyvine 80 % nebo více celkového množství hořlavého plynu vyvinutého ze surovin, vzniká možnost opětovné oxidace surovin

- 11 • 999 9 99 9999 ·· ·· o 99 · · · · 9 υ 9 « · · 999 9 9 9 · • 9 9·« · · » · · ®

9·· 9 9 9 9999

999 99 119 99 9· pomocí CO₂, Η₂Ο, atd., které jsou obsaženy ve spalinách, způsobená mírou redukce pomocí CO atd., vyvinutého ze surovin. Proto v době, během níž množství hořlavého plynu vyvinutého ze surovin překročí 80 % jeho celkového množství, se požaduje zabránit opětovné oxidaci surovin použitím druhého topného prostředku (hořáků atd. 5a), způsobujících poměrně slabou míchací činnost. Mimochodem, z hlediska výroby rotační nístějové pece, kdy se použije první topný prostředek, existuje několik případů, kde samotné náklady na pec jsou velice vysoké, například z důvodu složitého tvaru pece. Z hlediska výroby rotační nístějové pece se preferuje provedení co nejmenší zóny, zabezpečené prvním topným prostředkem. V tomto ohledu, v případě, že se bere v úvahu jako prioritní hledisko výroba pece, to znamená, že nejvyšší priorita se přikládá snížení výrobních nákladů na pec, může se začátek zóny zabezpečené druhým topným prostředkem, t.j. druhé redukční doby, stanovit na dřívější dobu. V takovém případě se může dosáhnout původního cíle redukování kovového oxidu, například definováním první redukční doby, jako doby, během níž během níž se vyvine asi 40 % celkového množství hořlavého plynu vyvinutého ze surovin, a použitím druhého topného prostředku v zóně odpovídající následné době. Důvodem je to, že hořlavý plyn, vyvinutý ze surovin, je vyvinut ve velkém množství v počátečním stavu ohřevu a redukčního procesu, kde vyvinutý hořlavý plyn vytváří účinek, zejména v počátečním stavu ohřevu a redukčního procesu, přičemž přepnutí na druhý topný prostředek může být provedeno v době, v níž množství hořlavého plynu vyvinutého ze surovin dosáhne asi 40 % jeho celkového množství.

Při konstruování rotační nístějové pece, kde se celková redukční doba rozděluje na první redukční dobu a na druhou redukční dobu, jak bylo shora popsáno, se nastaví topný výkon hořáků 5 nebo přívodních trubek 5a pro přívod oxidačního plynu pro spalování, například tak, aby množství hořlavého plynu, vyvinutého v zóně 1 a 2, dosáhlo 70 až 80 % jeho celkového množství.

Z hlediska zvýšení produktivity rychlým ohřevem a redukcí surovin bezprostředně po jejich zavezení do pece, se počátek druhé redukční doby s výhodou nastaví na dobu bezprostředně po zavezení surovin. Tento vynález není však omezen na takové nastavení doby, a počátek druhé redukční doby může být nastaven tak, aby proces ohřevu a redukce byl zahájen po uplynutí určité doby od zavezení surovin. Je proto podstatné, aby hořáky 5, způsobující silnou míchací činnost pro atmosféru kolem surovin, byly uspořádány v zóně pece, odpovídají době, během níž se vyvine 70 až 80 % celkového množství hořlavého plynu vyvinutého ze surovin.

Na obr. 6 je příkladný pohled znázorňující zónu 1 podle dalšího provedení. Konstrukce zóny 1 v tomto provedení se liší od provedení podle obr. 4 tím, že je opatřena vstupy 12a, 12b, jimiž je přiváděn oxidační plyn pro spalování, jako je vzduch, boční stěnou 4 dovnitř rotační mstějové pece 1. U konstrukce podle obr. 4 se sekundární spalování v zóně 1 (a rovněž v zóně 2) provádí přídavným vzduchem z hořáků 5. Vytvoření vzduchových vstupů 12a, 12b, k přivádění vzduchu pro sekundární spalování, jak je znázorněno na obr. 6, je výhodné pro další utychlení sekundárního spalování společně s činností shora popsaného víru 7\

Na obr. 7 je příkladný pohled znázorňující zónu 1 podle ještě dalšího provedení. U konstrukce podle tohoto provedení jsou ve stropu 3 nainstalovány hořáky 5 stropního typu. Také u konstrukce podle obr. 7 jsou vytvořeny vzduchové vstupy 12a, 12b, 12c, atd., pro sekundární spalování, v boční stěně 4, ve stropu 3 a/nebo uvnitř rotační nístějové pece 1. Použití takové konstrukce také dále urychluje sekundární spalování v zóně 1.

Provozní výhody tohoto vynálezu budou dále podrobněji popsány ve spojení s příklady. Je třeba poznamenat, že tento vynález není samozřejmě omezen na následující příklady, a že technický rozsah tohoto vynálezu zahrnuje jiná provedení, v nichž je vynález realizován za různých podmínek, atd.

Také tvar surovin 6, který je zde použit, je věcí výběru. Jinými slovy, suroviny mohou být ve tvaru aglomerátů, jako jsou pelety nebo brikety, nebo může být na nístěj ukládán prášek ve tvaru vrstvy, bez lisování tohoto prášku. V alternativním provedení může být na nístěj ukládán prášek v jednoduchém lisovaném stavu, získaném například lehkým stlačením prášku.

Také se vždycky nevyžaduje, aby výsledný produkt (kov) byl redukován do úplně kovového stavu, ale může být ve formě houbovitého železa, se zbytky neredukovaných částí. Kromě toho tento vynález zahrnuje případ tavení nebo spojení pomocí tavení surovin v peci a získání kovu.

Příklady

Při použití rotační nístějové pece, znázorněné na obr. 1 a 2 byly provedeny různé pokusy. Na obr. 8 je zobrazen graf, znázorňující teploty plynu (předpokládané průměrné hodnoty na základě numerického výpočtu) v blízkosti surovin, pro porovnám mezi případy instalování stropního hořáku (koncový hořák) a hořáku v boční stěně (boční hořák) v zónách 1 a 2 odpovídajících první redukční době. Výsledky podle obr. 8 byly získány přiváděním stejného množství paliva ke každému hořáku. Výsledky ukazují, že průměrná teplota v blízkosti surovin v zóně 1 je asi o 300 K vyšší v případě použití stropního hořáku než v případě použití hořáku v boční stěně. Je proto samozřejmé, že použití stropního hořáku je výhodnější pro účely dosažení rychlého ohřevu.

Na obr. 9 je zobrazen graf, znázorňující koncentrace CO (předpokládané průměrné hodnoty na základě numerického výpočtu) v blízkosti surovin, pro porovnání mezí případy instalování stropního hořáku (koncový hořák) a hořáku v boční stěně (boční hořák) v zóně 3 odpovídající druhé redukční době. Výsledky podle obr. 9 znázorňují rozdělení koncentrace CO poblíž střední části druhé ·· ··

I · · « » · · I ··· ·

-14redukění doby v radiálním směru. Jak je patrno z grafu, případ použití hořáku v boční stěně vytváří vyšší koncentraci CO, t.j., plynu s redukčním působením, než případ použití stropního hořáku, jak ve vnitřní, tak ve vnější oblasti vnitřku pece. Je proto samozřejmé, že použití hořáku v boční stěně je výhodnější pro účely zabránění opětnému oxidování surovin.

Na obr. 10 je zobrazen graf, znázorňující podíl, v němž se provádí sekundární spalování v peci, za použití hořlavého plynu vyvinutého ze surovin a poměr snižování požadovaného množství plynného paliva, které je přiváděno do pece. Poměr snížení požadovaného paliva byl vypočten na příkladu Fe₂O₃, t.j. jednoho z kovových oxidů, změřením množství plynného paliva, požadovaného pro dosažení reakce, při níž byl Fe2O₃ redukován uhlíkem v atmosféře o teplotě 1400° C, a rozložen na železo a oxid uhelnatý, a potom změřením, jak toto množství požadované pro dosažení reakce v peci bylo sníženo spalováním oxidu uhelnatého vytvořeného redukcí (sekundární spalování) při různých poměrech.

Jak je patrné z výsledků podle obr. 10, spalováním oxidu uhelnatého vytvořeného redukcí při 100 %, může být množství plynného paliva přiváděného do pece sníženo o 40 %, ve srovnání s případem, kdy se vůbec neprovádí sekundární spalování.

- 15ργ 2000 -

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Přímý redukční způsob podle vynálezu sestává z kroků přivádění surovin, zahrnujících kovový oxid a dřevěné uhlí, do rotační nístějové pece, vyznačující se tím, že obsahuje první redukční dobu, t.j. dobu, během níž se vyvine 70 až 80 % celkového množství hořlavého plynu ze surovin, přičemž v této první redukční době se ohřívají a redukují suroviny prvním topným prostředkem, uspořádaným ke způsobení silné míchací činnosti pro atmosféru kolem surovin a dále se tyto suroviny ohřívají a redukují ve druhé době, následující po první redukční době druhým topným prostředkem, uspořádaným ke způsobení slabé míchací činnosti pro atmosféru kolem surovin.
2. Přímý redukční způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že prvním topným prostředkem je hořák a/nebo přiváděči zařízení pro oxidační plyn pro spalování.
3. Přímý redukční způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že druhým topným prostředkem je hořák a/nebo přiváděči zařízení pro oxidační plyn pro spálovém.

• · · · • · ·
4 4 4 » · 4 ·

-164. Rotační nístějová pec pro redukování surovin, zahrnujících kovový oxid a dřevěné uhlí, pro výrobu kovů, vyznačující se tím, že tato rotační nístějová pec sestává z prvního topného prostředku, uspořádaného ke způsobení silné míchací činnosti pro atmosféru kolem surovin, a uspořádaného v poloze uvnitř uvedené pece, odpovídající první redukční době,vymezené jako doba, během níž se vyvine 70 až 80 % celkového množství hořlavého plynu ze surovin, a dále sestává ze druhého topného prostředku, uspořádaného ke způsobení slabé míchací činnosti pro atmosféru kolem surovin, a uspořádaného v poloze uvnitř uvedené pece, odpovídající druhé redukční době, následující po první redukční době
5. Rotační nístějová pec podle nároku 4, vyznačující se t í m, že prvním topným prostředkem je hořák a/nebo přiváděči zařízení pro oxidační plyn pro spalování.
6. Rotační nístějová pec podle nároku 4, vyznačující se tím, že druhým topným prostředkem je hořák a/nebo přiváděči zařízení pro oxidační plyn pro spalování.