CZ20011549A3 - Způsob výroby přímo redukovaného odsířeného železa - Google Patents

Description

Způsob výroby přímo redukovaného odsířeného železa

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby přímo redukovaného odsířeného železa.

Dosavadní stav techniky

Výroba přímo redukovaného železa se děje redukcí oxidu železa pevnými nebo plynnými redukčními činidly. Jako pevné redukční činidlo působí například uhlí, které za vyšších teplot reaguje s oxidem uhličitým a vytváří redukční plyn CO. Protože uhlí obsahuje poměrně vysoký obsah síry a zpracovávaná železná ruda tento prvek rovněž často obsahuje, obsahuje jak vyrobené železo tak odpadní plyn příliš mnoho síry. Dodatečné odsíření odpadních plynů a přímo redukovaného železa je nákladné.

Cílem vynálezu je navrhnout způsob výroby přímo redukovaného odsířeného železa.

Podstata vynálezu

Podle tohoto vynálezu se tento problém řeší způsobem výroby přímo redukovaného odsířeného železa ve vícenásobné nístějové peci, jež má dvě zóny uspořádané nad sebou, z nichž každá má několik nístějí, přičemž železná ruda reaguje s nosičem uhlíku při teplotě mezi 800 °C a 1100 °C na kovové železo, jež se spolu s plyny odsiřuje odsiřovacím činidlem v první zóně vícenásobné nístějové pece, přičemž se přímo redukované železo odpichuje z vícenásobné nístějové pece a odsířené plyny se vedou do druhé zóny, kde předehřivají železnou rudu na teplotu mezi 600 °C a 800 °C.

Tímto způsobem se uvnitř vícenásobné nístějové pece snižuje obsah síry v plynech. Při přímé redukci železa se z redukčního činidla, například uhlí, uvolňuje síra. Menší množství síry se též může uvolňovat při redukci na železo z • 4 «4·« • 4 4 44

44444 « 4 4 4 4 4·

4 4 4 44

4444 železné rudy. V tomto procesu se tedy tato síra udržuje v první zóně a proto už nemůže reagovat se železnou rudou nebo vzniklým železem, a když tak jen v menší míře. Proto má přímo redukované železo vyrobené tímto způsobem zřetelně nižší obsah síry.

Odsiřovací činidla obsahují například vápno (CaO), vápenec (CaC03) a/nebo magnezit (MgO). K odsiřování plynů dochází výhodně převážně uvnitř první zóny chemickou reakcí plynů obsahujících síru s těmito odsiřovacími činidly, přičemž síra reaguje s vápníkem a/nebo hořčíkem za vzniku síranů, siřičitanů, sirníků a podobně. Tyto sloučeniny vznikají převážně na povrchu odsiřovacího činidla. Předností těchto činidel je, že mají kladný účinek na vlastnosti strusky, když se taví společně s přímo redukovaným železem.

Vícenásobná nístějová pec sestává z první a druhé zóny, z nichž každá obsahuje několik nístějí. Je výhodné, když druhá zóna leží nad první zónou a plyny stoupají z první zóny do druhé zóny, zatímco pevná fáze se postupně přesouvá z druhé zóny do první zóny.

Pevné vstupy, to znamená železná ruda a redukční činidlo, se do vícenásobné nístějové pece mohou sázet buď odděleně nebo společně. Podle výhodného provedení se železná ruda nejprve vsazuje do horní nístěje vícenásobné nístějové pece v druhé zóně. Je hrnuta krouživým pohybem hrábly, které sahají až k obvodu nístěje a postupně je přesouvána do nižších nístějí. Potom se vsazuje redukční činidlo do příští nižší nístěje ve vícenásobné nístějové peci, výhodně v nižší sekci druhé zóny, a smísí se s předehřátou železnou rudou. Spékání redukčního činidla a rudy se předchází uvedeným krouživým přesouváním materiálu hrábly. Redukční činidla jsou například bitumenní uhlí, lignit, koks a podobně.

Ve výhodném provedení se odsiřovací činidla a redukční činidlo smíchá se železnou rudou ve druhé zóně.

Odsiřovací činidla se do vícenásobné nístějové pece mohou sázet společně se železnou rudou a/nebo nosičem uhlíku. Lze je však do vícenásobné nístějové pece sázet i odděleně.

V závislosti na obsahu siry v redukčním činidle se odsiřovací činidlo může do vícenásobné nístějové pece sázet buď v jednom bodě, nebo se může rozdělit a sázet v různých bodech. V druhém případě se též může použít činidel různé zrnitosti. Prokázalo se, že je výhodné sázet hrubozrnná odsiřovací činidla do druhé zóny a prášková odsiřovací činidla do první zóny. Částice se vypouštějí z vícenásobné nístějové pece buď s plyny nebo s pevnou fází v závislosti na jejich granulometrickém složení. Je výhodné vnášet prášková odsiřovací činidla do proudu plynu v první zóně s tím výsledkem, že odsíření je účinnější. Prášková odsiřovací činidla obohacená sírou se z vícenásobné nístějové pece odtahuji převážně s plyny.

Pevné látky, to znamená vyredukované železo, zbytky nosiče uhlíku a osiřovací činidla se odpichují z vícenásobné nístějové pece a následně taví. Odsiřovací činidla tvoří spolu s hlušinou z rudy strusku a nahromaděná sira se odstraňuje společně se struskou.

Redukční plyny se v peci mohou upravit na optimální koncentraci selektivním sázením redukčního činidla do nižších nístějí vícenásobné nístějové pece, čímž se docílí vyššího stupně přeměny na kov.

Kromě toho se může injektovat redukční činidlo do spodních nístějí vícenásobné nístějové pece. Tím se dosáhne vyššího stupně redukce rudy.

Všechny stoupající plyny včetně prchavých složek redukčních činidel se potom spálí v horní části pece, to znamená v druhé zóně, a tím se optimálně využije zbytkového tepla plynů uvnitř pece. Dosahuje se dobré tepelné účinnosti, protože se zlepši energetická bilance procesu.

Vícenásobná nístějové pec může pracovat v zájmu dalšího ♦ φ · « « · * • Φ ·· Φ

zlepšeni produktivity ve specifickém přetlakovém režimu.

Ve výhodném provedeni se ruda v nejvyššich nistějich pece suší a předehřivá horkými plyny v peci a kontaktem s nístějemi a teprve potom přichází do styku s redukčním činidlem. Ruda se před přidáním pevného redukčního činidla zahřívá na teplotu nejméně 400 °C, výhodně na nejméně 600 °C až 700 °C.

Selektivně se mohou injektovat plyny obsahující kyslík do nístěje, v níž se tepelné nároky musí krýt spalováním nadbytečných procesních plynů, například nad nístějí, do níž se sázejí pevná redukční činidla.

Je výhodné používat plyny obsahující kyslík, které mají teplotu nejméně 350 °C.

Navíc lze jednu nebo více nístějí v peci, jež jsou pod nístějí do níž se vsazují pevná redukční činidla, zahřívat hořáky.

Přehled obrázků na výkresech

Provedení vynálezu bude nyní popsáno za pomoci obrázků.

Obrázek 1 ukazuje průřez vícenásobnou nístějovou pecí pro výrobu přímo redukovaného odsířeného železa.

Příklad provedení vynálezu

Obrázek 1 ukazuje průřez vístěnístějovou pecí 10, jež má několik nístějí 12 umístěných nad sebou. Tyto samonosné nístěje 12 jsou stejně jako plášť 14, klenba 16 a dno pece 18 vyrobeny ze žárovzdorného materiálu.

Vícenásobná nístějová pec 10 je rozdělena do dvou zón umístěných jedna nad druhou jako na obrázku první zóna 20 a druhá zóna 22.

Klenba 16 pece 10 je opatřena odtahem 26, jimiž jsou plyny odtahovány z pece, a otvorem 28, do něhož se sází ruda do horní nístěje.

•						··	•
• · ·	*	9	•	•	«	•	• ·
	··		9	•	99·	9	•	•
• 0	•	• «	9	• ·	• ·	•	•
φ 0		•	•	•	• 9	•	•	•
»··	·♦			·«	99	··	···

Ve středu pece 10 je umístěna hřídel 24, na níž jsou umístěna hrabla sahající od středu až k obvodu nístěje.

Hrabla jsou konstruována tak, aby krouživým pohybem posunovala materiál v jedné nístěji od středu k obvodu a v nístěji umístěné pod ní od obvodu ke středu s cílem dopravovat takto materiál sestupně odshora dolů pecí. Hřídel 24 a hrabla jsou chlazena vzduchem a na hrablech jsou otvory, jimiž může vzduch proudit do nitra pece a zde sloužit k dospalování.

Jakmile se ruda vsadí do první nístěje, je hrábly krouživým pohybem hrnuta k obvodu nístěje, kde propadá do nejblíže nižší nístěje otvory, jimiž je dno pro tento účel opatřeno. Zde se ruda posunuje ke středu nístěje a potom propadá do nejblíže nižší nístěje. Během této doby se ruda suší kontaktem s nístějí a účinkem stoupajících horkých plynů a zahřívá se na asi 600 °C.

V postranních stěnách vícenásobné nístějové pece 10 jsou sázecí otvory 30, 32 a 34, jimiž se sází pevný materiál do pece. Tyto pevné materiály představují nejdříve nosiče uhlíku jako hnědouhelný koks, ropný koks, vysokopecní prach, uhlí a podobně, posléze odsiřovací činidla jako vápno, (CaO), vápenec {CaCOj) a/nebo megnezit (MgO).

Nosič uhlíku se sází do nístěje otvory 30 a 34 do obou zón 20 a 22 a mísí se se zahřátou rudou hrábly 22. Uhlí se zplyňuje za vysoké teploty a vzniká oxid uhelnatý, což má za následek, že se během sestupu vícenásobnou nístějovou pecí 10 oxid železa přítomný v rudě postupně redukuje na kovové železo.

Odsiřovací činidla se do vícenásobné nístějové pece vnášejí v několika bodech. Hrubozrnné odsiřovací činidlo se do vícenásobné nístějové pece sází společně se železem otvorem 28 a/nebo společně s nosiči uhlíku otvorem 30.

Kromě toho se odsiřovací činidlo injektuje do stoupajících plynů otvorem 32 v první zóně 20.

• 9

999

β

V tomto způsobu se sira uvolňuje ve dvou stupních. Do přibližně 600 °C se nejdříve jako H₂S uvolňuje minerální síra, přítomná v rudě nebo nosiči uhlíku ve formě CaSO₄ a FeS₂. Potom se nad teplotou asi 800 °C uvolňuje síra přítomná v nosiči ulíku v organické formě. Za podmínek převažujících ve vícenásobné nístějové peci 10 reaguje tato síra přednostně s odiřovacími činidly, a proto nemůže reagovat se železnou rudou nebo železem. Plyny jsou proto odsířeny a vyrobené železo obsahuje méně síry než v běžných způsobech.

V postranní stěně jsou umístěny trysky 38 pro injektování horkých (350 °C až 500 °C) plynů obsahujících kyslík, jimiž se může dmýchat vzduch nebo jiný plyn obsahující kyslík do pece 10. V důsledku vysokých teplot a přítomnosti kyslíku shoří jisté množství uhlí na oxid uhličitý, který zase reaguje s nadbytečným uhlím a redukuje se na oxid uhelnatý. Nakonec oxid uhelnatý redukuje oxid železa na kovové železo. Protože tato reakce je převážně endotermni, vyplývá nutnost instalovat ve spodní části pece hořáky 4 0, které zajišťují stejnoměrně vysokou tepolotu v dolních nístějích pece. Zde se může použít hořáků plynových nebo na přáškové uhlí.

Tyto hořáky mohou spalovat plyn nebo práškové uhlí se vzduchem pro předehřívání nebo přídavné zahřívání. Přídavný redukční plyn může vzniknout na základě kvantitativního poměru mezi palivem a kyslíkem, nebo se při nadbytku vzduchu dosáhne dospalování procesních plynů. Při spalování práškového uhlí se v hořáku může vytvářet nadbytek oxidu uhelnatého. Při použití komor pro externí spalování se popeloviny ze spáleného uhlí nedostanou do pece a nemíchají se s přímo redukovaným železem. Tvorbou oxidu uhelnatého se se sníží spotřeba nosiče uhlíku v peci 10, a proto i obsahu popelovin v konečném produktu.

Ve finálním stupni nebo ve dvou finálních stupních je zde možnost injektovat plynné redukční činidlo, například oxid uhelnatý nebo vodík, speciálními tryskami 42. V této bezkyslíkaté atmosféře se může dokončit redukce rudy.

Přímo redukované železo se následně odpichuje společně s popelem z redukčního činidla výpustí 44 ve spodku 18 pece

10.

Regulované vnášení pevných a plynných redukčních činidel, plynů obsahujících kyslík a odsiřovacích činidel v různých bodech vícenásobné nístějové pece 10 dovoluje přesnou regulaci redukce rudy a uskutečnění tohoto způsobu za optimálních podmínek.

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby přímo redukovaného odsířeného železa ve vícenásobné nístějové peci, jež má dvě zóny umístěné nad sebou, z nichž každá má několik nístějí, přičemž železná ruda reaguje s redukčním činidlem při teplotě mezi 800 °C a 1100 °C na kovové železo a plyny se odsiřují odsiřovacím činidlem v první zóně vícenásobné nístějové pece, přičemž se přímo redukované železo odpichuje z vícenásobné nístějové pece a odsířené plyny se vedou do druhé zóny, kde předehřívají železnou rudu na teplotu mezi 600 °C a 800 °C.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že odsiřovací činidla obsahují vápno, vápenec a/nebo magnezit.
3. 3. Způsob podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že se želená ruda sází do druhé zóny a postupně se přesouvá do první zóny.
4. 4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že se odsiřovací činidla a redukční činidlo směšují se železnou rudou v druhé zóně.
5. 5. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že se část odsiřovacích činidel a nosiče uhlíku směšují se železnou rudou v druhé zóně a zbytek odsiřovacích činidel se uvádí do první zóny.
6. 6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že se používá odsiřovacích činidel rozmanitého granulometrického složení.
7. 7. Způsob podle nároku 5 nebo 6, vyznačuj ící • · • · •· • · • ·· •· • · · ·· • · · ·· • · ·· • · · · se t i m, že se hrubozrnná odsiřovací činidla uvádějí do druhé zóny a prášková odsiřovací činidla do první zóny.
8. 8. Způsob podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že se ruda suší ve druhé zóně vícenásobné nístějové pece a následně zahřívá na teplotu nejméně 400 °C, výhodně však nejméně 600 °C, dříve než se přidá pevné redukční činidlo.
9. 9. Způsob podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že se plyny obsahující kyslík injektují do první zóny.
10. 10. Způsob podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že se pevná a/nebo plynná redukční činidla přivádějí do spodních nístějí vícenásobné nístějové pece.
11. 11. Způsob podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že se jedna nebo více nístějí v peci zahřívá hořáky.
12. 12. Způsob podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že se způsob provádí v podmínkách přetlaku.