PL180334B1

PL180334B1 - Sposób wytwarzania plynnej surówki zelaza i urzadzenie do wytwarzania plynnej surówki zelaza PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL180334B1
Application number: PL96312776A
Authority: PL
Inventors: Hartog Huibert Willem Den; Hendrikus Koenraad Albe Meijer
Original assignee: Hoogovens Staal Bv
Priority date: 1995-02-13
Filing date: 1996-02-13
Publication date: 2001-01-31
Also published as: EP0726326B1; KR960031629A; NL9500264A; US5800592A; KR0178445B1; AU692344B2; ZA96967B; UA29482C2; RU2109070C1; CA2169020C; PL312776A1; US5968448A; CA2169020A1; BR9600707A; EP0726326A2; AU4339696A; DE69616607T2; CN1046960C; ATE208426T1; DE69616607D1

Abstract

1 Sposób wytwarzania plynnej surówki zelaza polegajacy na bezposredniej redukcji rudy zelaza podczas procesu redukcji w step- nej, po której prowadzi sie redukcje koncow a, przy czym podczas re- dukcji wstepnej transportuje sie rude zelaza do reaktora cyklonowego redukcji wstepnej i wstepnie sie ja tam redukuje za pom oca redu- kujacego gazu technologicznego pochodzacego z redukcji koncowej, przeprowadza sie dopalanie w redukujacym gazie technologicznym w reaktorze cyklonowym redukcji wstepnej poprzez doprowadzanie do niego tlenu tak, ze co najmniej czesciow o topi sie rude zelaza w tym re- aktorze i powoduje sie splyniecie w dól wstepnie zredukowanej i co najmniej czesciow o stopionej rudy zelaza z reaktora cyklonow ego re- dukcji wstepnej do znajdujacego sie pod mm pieca hutniczego, w któ- rym prowadzi sie nastepnie redukcje koncowa, przy czym redukcje koncow a przeprowadza sie w piecu hutniczym w znajdujacej sie w nim warstwie zuzla, poprzez doprowadzenie w egla i tlenu do tego pieca hutniczego i tworzy sie w ten sposób redukujacy gaz technolo- giczny oraz przeprowadza sie czesciow o dopalanie w redukujacym gazie technologicznym w piecu hutniczym za p o m oca doprowadzo- nego do niego tlenu, zn am ien n y tym , ze w egiel doprowadza sie bezposrednio do warstwy (7) z uz la, zas czesciow e dopalanie w pie- cu (4) hutniczym przeprowadza sie co najmniej czesciow o w war- stw ie (7) z uz la, przy czym w skaznik dopalania zdefiniow any w postaci .................................................................................................................... Fig 1 PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania płynnej surówki żelaza oraz urządzenie do wytwarzania płynnej surówki żelaza, zwłaszcza w gąskach.

Znany jest sposób, w którym redukuje się wstępnie rudę żelaza w stanie fluidalnym w komorze redukcyjnej.

W innym znanym sposobie redukuje się wstępnie rudę żelaza w postaci tabletek w komorze redukcyjnej.

W obu tych sposobach trzeba utrzymywać niską temperaturę w komorze redukcyjnej w celu zapobiegnięcia zmięknieniu rudy żelaza i zatkaniu komory redukcyjnej. W rezultacie transportuje się wstępnie zredukowaną rudę żelaza do pieca hutniczego w stanie stałym w temperaturze 600-900°C. Dotychczas nie stosowano tych sposobów na skalę przemysłową. Problem polega na tym, że współczynnik dopalania gazów technologicznych występujący w piecu hutniczym na końcowym etapie redukcji musi być wysoki, to jest wynosić co najmniej 0,40, ze względu na konieczność wytwarzania ciepła potrzebnego na końcowym etapie redukcji przy zapewnieniu racjonalnego zużycia węgla i tlenu. Ciepło to wydziela się nad stopionym materiałem i tylko częściowo jest przez niego wykorzystywane. Jeżeli dopalanie jest mniejsze niż 0,40, to silnie rośnie zużycie węgla oraz trzeba stosować drogi i mniej lotny węgiel. W tych znanych sposobach, na wylocie z komory redukcyjnej, gaz technologiczny, zawiera dużo jawnej energii cieplnej i che4

180 334 micznej. Jawną energię cieplną gazu technologicznego można wykorzystać różnymi sposobami. Od tej chwili gaz technologiczny posiadający energię chemicznąbędzie nazywany gazem eksportowym.

Z artykułu „The cyclone converter fumace” (Piec z konwerterem cyklonowym) van Langena i innych (Revue de Metallurgie, 90 (1993) nr 3,363-368) znany jest sposób, w którym rudę żelaza redukuje się wstępnie w piecu z konwerterem cyklonowym za pomocą redukującego gazu technologicznego uzyskiwanego w końcowym etapie redukcji. Piec z konwerterem cyklonowym instaluje się nad i w bezpośredniej łączności z piecem hutniczym, w którym przebiega końcowy etap redukcji. Do pieca z konwerterem cyklonowym doprowadza się tlen i węgiel. Wstępnie zredukowana ruda żelaza spływa w dół z pieca z konwerterem cyklonowym do pieca hutniczego. W piecu hutniczym, na górnej powierzchni płynnego wsadu znajduje się warstwa żużla.

Z opisu patentowego nr EP-A-236802 znany jest sposób, w którym węgiel doprowadza się do płynnego wsadu przez dolne dysze pieca. Do pieca wtłacza się gorące powietrze o temperaturze 1200°C do dopalania, wskutek czego stopień utlenienia gazu technologicznego wylatującego z pieca wynosi 40%. Gorące powietrze o temperaturze 1200°C wtłacza się również do pieca z konwerterem cyklonowym, w którym odbywa się drugie dopalanie do stopnia utlenienia 80%.

Z opisu patentowego nr EP-A-237811 znany jest sposób podobny do przedstawionego w opisie EP-A-236802, w którym tylko połowa gazów technologicznych z pieca hutniczego płynie do pieca z konwerterem cyklonowym kanałem, w którym wprowadza się gorące powietrze powodując dodatkowe dopalanie tak, że gazy wpływające do pieca z konwerterem cyklonowym mają temperaturę 2500°C. Płynna ruda żelaza przepływa z pieca z konwerterem cyklonowym do pieca hutniczego oddzielnym otworem.

Z opisu patentowego NL-B-257692 znane jest również prowadzenie wstępnej redukcji w piecu z konwerterem cyklonowym, ale nie ujawniono etapu dopalania w piecu.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania płynnej surówki żelaza poprzez bezpośrednią redukcję obejmującą etap redukcji wstępnej w piecu z konwerterem cyklonowym oraz etap redukcji końcowej w piecu hutniczym, który to sposób, pomimo niskiego stopnia dopalania w piecu hutniczym, umożliwia obniżenie zużycia węgla i w którym istnieje możliwość wyboru stopnia, w jakim wytwarza się gaz eksportowy w stosunku do użycia gazu eksportowego.

Sposób wytwarzania płynnej surówki żelaza polegający na bezpośredniej redukcji rudy żelaza podczas procesu redukcji wstępnej, po której prowadzi się redukcję końcową przy czym podczas redukcji wstępnej transportuje się rudę żelaza do reaktora cyklonowego redukcji wstępnej i wstępnie się jątam redukuje za pomocąredukującego gazu technologicznego pochodzącego z redukcji końcowej, przeprowadza się dopalanie w redukującym gazie technologicznym w reaktorze cyklonowym redukcji wstępnej poprzez doprowadzanie do niego tlenu tak, że co najmniej częściowo topi się rudę żelaza w tym reaktorze i powoduje się spłynięcie w dół wstępnie zredukowanej i co najmniej częściowo stopionej rudy żelaza z reaktora cyklonowego redukcji wstępnej do znajdującego się pod nim pieca hutniczego, w którym prowadzi się następnie redukcję końcową przy czym redukcję końcową przeprowadza się w piecu hutniczym w znajdującej się w nim warstwie żużla, poprzez doprowadzenie węgla i tlenu do tego pieca hutniczego i tworzy się w ten sposób redukujący gaz technologiczny oraz przeprowadza się częściowo dopalanie w redukującym gazie technologicznym w piecu hutniczym za pomocą doprowadzonego do niego tlenu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że węgiel doprowadza się bezpośrednio do warstwy żużla, zaś częściowe dopalanie w piecu hutniczym przeprowadza się co najmniej częściowo w warstwie żużla, przy czym wskaźnik dopalania zdefiniowany w postaci.

CO₂ + H₂O

CO₂ + CO+H₂O+ h₂ gdzie CO2, CO, H2O + H2 są stężeniami w procentach udziałów objętościowych tych gazów na wylocie z pieca hutniczego, jest nie większy niż 0,55.

180 334

Ponadto węgiel doprowadza się bezpośrednio do warstwy żużla co najmniej jednym ze sposobów polegających na pneumatycznym transporcie silnie rozdrobnionego węgla za pomocą co najmniej j ednej lancy, pneumatycznym transporcie silnie rozdrobnionego węgla za pomocąco najmniej jednej dyszy bocznej w piecu hutniczym, wrzucającej węgiel bezpośrednio do warstwy żużla, oraz wrzucaniu kawałków węgla o przeciętnych wymiarach nie mniejszych niż 6 mm do warstwy żużla, przy czym bezpośrednio do warstwy żużla doprowadza się węgiel zawierający co najmniej 25% wagowych cząstek o wymiarach nie mniejszych niż 6 mm, zaś na tonę wytwarzanej surówki żelaza zużywa się od 500 do 1000 kg węgla.

Tlen doprowadza się do reaktora cyklonowego redukcji wstępnej w postaci w zasadzie czystego tlenu i/lub do pieca hutniczego tlen doprowadza się w postaci w zasadzie czystego tlenu i o temperaturze nie większej niż 100°C.

Stosuje się współczynnik dopalania redukującego gazu technologicznego na wylocie z pieca hutniczego zawierający się w przedziale od 0,20 do 0,55 a bardziej korzystnie, w przedziale od 0,30 do 0,45, zaś wskaźnik dopalania gazu technologicznego na wylocie z reaktora cyklonowego redukcji wstępnej utrzymuje się na poziomie wynoszącym co najmniej 0,60, korzystnie co najmniej 0,70 a na tonę wyprodukowanej surówki żelaza zużywa się od 600 do 800 kg węgla, korzystnie od 650 do 750 kg węgla, przy czym stosuje się węgiel o dużej lotności.

Ponadto stosuje się stopień wstępnego redukowania (PRD) rudy żelaza na wylocie z reaktora cyklonowego redukcji wstępnej, zdefiniowany jako zależność i

[o]_B wynoszący od 0,15 do 0,30 gdzie [O]a jest zawartością tlenu w stosunku molowym do wstępnie zredukowanej rudy żelaza z reaktora cyklonowego redukcji wstępnej, a [O]b jest zawartością tlenu w stosunku molowym do rudy żelaza doprowadzanej do tego reaktora cyklonowego i/lub stosuje się temperaturę wstępnie zredukowanej rudy żelaza na wylocie z reaktora cyklonowego redukcji wstępnej zawierającą się w przedziale wartości od 1200 do 1600°C.

Redukujący gaz technologiczny doprowadza się bezpośrednio z pieca hutniczego do cyklonowego redukcji wstępnej, zaś węgiel dostarcza się do warstwy żużla co najmniej częściowo w postaci miału.

Urządzenie do wytwarzania płynnej surówki żelaza poprzez bezpośrednie redukowanie rudy żelaza zawierające piec hutniczy wyposażony w urządzenie doprowadzające węgiel oraz lancę doprowadzającą tlen do tego pieca hutniczego, a także w otwór spustowy odprowadzający płynną surówkę żelaza i żużel, które zabiera ponadto reaktor cyklonowy redukcji wstępnej usytuowany nad piecem hutniczym i połączony z nim otworem oraz tworzący wspólnie z tym piecem hutniczym pojedynczy reaktor, lancę doprowadzającą rudę żelaza połączoną z reaktorem cyklonowym redukcji wstępnej, lancę doprowadzającą tlen połączoną z reaktorem cyklonowym redukcji wstępnej, który jest wyposażony w otwór odprowadzający połączony z instalacją odprowadzającą gaz technologiczny, zawierającą połączony z nią kocioł parowy oraz urządzenie odpylające gaz technologiczny połączone z kotłem parowym, według wynalazku charakteryzuje się tym, że urządzenie doprowadzające węgiel zawiera co najmniej jedną pneumatyczną dyszę boczną pneumatycznego transportu węgla usytuowaną z boku w piecu hutniczym.

Urządzenie doprowadzające węgiel zawiera ponadto co najmniej jedno grawitacyjne urządzenie wrzucające doprowadzające węgiel do pieca hutniczego.

W sposobie według wynalazku powstaje więcej gazu eksportowego o większej zawartości energii chemicznej oraz ustala się niższy wskaźnik dopalania. W pewnych przypadkach pożądane jest wytwarzanie większych lub mniejszych ilości gazu eksportowego. Sposób ten daje taką możliwość.

Węgiel dostaje się do warstwy żużla w stanie stałym w postaci rozdrobnionej, a nie w postaci roztworu w kąpieli płynnej surówki żelaza, jak w sposobie ujawnionym w opisie EP-A-236802 stanowiącym stan techniki.

180 334

Skutkiem bezpośredniego doprowadzania węgla do warstwy żużla, a tym samym tego, że pierwsze częściowe dopalanie występuje co najmniej częściowo w warstwie żużla, jest wysoka sprawność transportu ciepła do żużla i płynnej surówki żelaza.

Ponadto, możliwe jest uzyskanie grubej warstwy żużla, korzystnie o głębokości od 1 do 3 m, w której zachodzi częściowe dopalanie i redukcja FeO za pomocą węgla. W celu regulacji spieniania się żużla pożądane jest doprowadzanie co najmniej pewnej ilości węgla, korzystnie co najmniej 25% , w postaci stosunkowo dużych kawałków, tj., kawałków o przeciętnych wymiarach 6 mm lub większych.

Sposób według wynalazku umożliwia wytwarzanie surówki żelaza przy niskim zużyciu węgla. Na wylocie reaktora cyklonowego, gaz technologiczny nie ma już tak dużo energii chemicznej i ma wysoki współczynnik dopalania, przy czym preferuje się stosowanie węgla o dużej lotności. Jest on znacznie tańszy od węgla o małej lotności. Stwierdzono, że w sposobie według wynalazku można z powodzeniem stosować węgiel o dużej lotności. W znanych sposobach, w których stosuje się komorę redukcyjną nie można stosować węgla o dużej lotności ze względu na potrzebny w piecu hutniczym wysoki współczynnik dopalania.

Redukujący gaz technologiczny według wynalazku może płynąć z pieca hutniczego bezpośrednio do reaktora cyklonowego redukcji wstępnej tym samym przewodem, którym płynie stopiona, częściowo zredukowana, ruda.

W takich warunkach technologicznych można uzyskać bardzo małe użycie węgla.

Szczególne korzyści uzyskuje się stosując technologię, w której utrzymuje się niskie stężenie związków żelaza Fe_xO_y w warstwie żużla, doprowadzając węgiel do warstwy żużla co najmniej częściowo w stanie silnie rozdrobnionym, to jest w postaci cząstek o wymiarach poniżej 6 mm. Podczas końcowego etapu redukcji związków żelaza Fe_xO_y w żużlu do surówki żelaza, węgiel utlenia się do tlenku węgla CO i dwutlenku węgla CO₂. Końcowe redukowanie przebiega zgodnie z następuj ącą zależnością:

R = k x A x C.

We wzorze tym Rjest szybkością reakcji podczas końcowej redukcji, k jest stałą którajednak w pierwszym przybliżeniu jest odwrotnie proporcjonalna do charakterystyki wymiaru liniowego cząstek węgla, Ajest powierzchnią właściwą cząstek węgla, a C jest stężeniem związków żelaza Fe_YO_v w żużlu.

W związku z tym, że węgiel jest silnie rozdrobniony, rośnie zarówno stała k, jak i powierzchnia właściwa A. W rezultacie końcowa redukcja wstępnie zredukowanych związków żelaza Fe_xOy, wydostających się z cyklonu do topienia, przebiega szybciej, co z kolei powoduje, że stężenie Fe_xO_y w żużlu pozostaje na niskim poziomie. Zaletą takiego przebiegu procesu jest to, że żużel wolniej działa na ogniotrwałą wykładzinę pieca hutniczego. Mniej zużywana wykładzina ogniotrwała pieca hutniczego ma dłuższą żywotność.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania j est przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat technologiczny sposobu i urządzenia według wynalazku, fig. 2 przykład zależności pomiędzy ciepłem jawnym i energią chemiczną w gazie technologicznym wylatującym z cyklonu do topienia, a zużyciem węgla, fig. 3 - przykładowy wykres parametrów technologicznych dla jednego przykładu wykonania sposobu według wynalazku, fig. 4 - wykres parametrów technologicznych dla drugiego przykładu wykonania sposobu według wynalazku.

Sposób wytwarzania płynnej surówki żelaza według wynalazku oraz urządzenie do wytwarzania płynnej surówki żelaza przedstawiono na fig. 1, na której uwidoczniono reaktor 1 cyklonowy redukcji wstępnej, do którego doprowadza się za pomocą instalacji zasilającej 2 koncentrat rudy żelaza z gazem nośnym. Równocześnie do reaktora 1 cyklonowego redukcji wstępnej doprowadza się za pomocąlancy 3 w zasadzie czysty tlen. Termin „czysty tlen” stosuje się tu w tym znaczeniu, w jakim rozumie się go w hutnictwie żelaza. Bezpośrednio pod reaktorem cyklonowym redukcji wstępnej znajduje się połączony z nim przepływowo piec 4 hutniczy. Rudę żelaza wstępnie redukuje się w reaktorze 1 cyklonowym i topi się wskutek działania na nią redukującego gazu technologicznego pochodzącego z pieca 4 hutniczego. W gazie technologicznym

180 334 utrzymuje się dopalanie za pomocą tlenu w reaktorze 1 cyklonowym. Stopiona ruda żelaza zredukowana w zakresie od 15 do 30% spływa w temperaturze, korzystnie, 1400-1600°C wzdłuż ścianki 5 reaktora 1 cyklonowego redukcji wstępnej bezpośrednio do pieca 4 hutniczego.

Podczas pracy pieca 4 hutniczego znajduje się w nim wsad 6 surówki żelaza pokryty z góry warstwą? żużla. Zazwyczaj warstwa 7 żużla ma grubość 2 m. Do centralnej lancy 12 w piecu 4 hutniczym doprowadza się lancą 16 w zasadzie czysty tlen, a urządzeniem 9 doprowadzającym węgiel. Wstępnie zredukowaną rudę żelaza ostatecznie redukuje się węglem doprowadzanym bezpośrednio do warstwy 7 żużla, w wyniku czego powstaje gaz technologiczny zawierający dwutlenek węgla CO₂ i tlenek węgla CO, a także wodę H₂O i wodór H₂ z wodoru pochodzącego z węgla. Gaz technologiczny wraz z tlenem doprowadzanym do pieca 4 hutniczego dopala się w piecu hutnicznym do współczynnika dopalania równego, co najwyżej, maksymalnie 40%. Uwalniane w tym procesie ciepło jest transportowane do warstwy żużla z pewnym współczynnikiem przejmowania ciepła (HTE). Gaz technologiczny płynie bezpośrednio do reaktora 1 cyklonowego redukcji wstępnej, gdzie, jak wspomniano wcześniej, jest częściowo dopalany, po czym wylatuje z cyklonu do topienia 1 z pewnym współczynnikiem dopalania. Stopioną rudę żelaza i żużel spuszcza się spustem 10.

Na figurze 1 pokazano również, że przez trzon pieca 4 hutniczego, w miej scu 11, można doprowadzić gaz obojętny do mieszania wsadu 6.

W urządzeniu według wynalazku reaktor 1 cyklonowy redukcji wstępnej i piec 4 hutniczy tworzą razem jeden zespół, albo inaczej mówiąc, są ze sobą połączone otworem, którym przepływa zarówno stopiona ruda żelaza jak i gaz technologiczny, bez jakiegokolwiek rurociągu, ponieważ reaktor 1 znajduje się bezpośrednio na górze pieca 4 hutniczego.

Na figurze 1 przedstawiono przykładowo doprowadzanie tlenu i węgla do pieca 4 hutniczego za pomocą urządzenia doprowadzającego zawierającego centralną lancę 12, która wyrzuca te składniki do, lub bezpośrednio nad warstwę 7 żużla. Do tego celu można zastosować różne rozwiązania. Węgiel, ale nie gruby a raczej silnie rozdrobniony, doprowadza się, korzystnie, jedną lub więcej lancami albo dyszami 17, na przykład przez boczną ściankę pieca 4 hutniczego, przez którą wprowadza się silnie rozdrobniony węgiel, korzystnie miał węglowy, bezpośrednio w warstwę żużla. Przyspiesza to końcową redukcję wstępnie zredukowanej rudy żelaza w warstwie 7 żużla, co zabezpiecza wykładzinę ogniotrwałą 13 w piecu hutniczym 4 na poziomie warstwy żużla.

Jak już wspomniano, część węgla może być w postaci grubej, tj. o wielkości> 6 mm. Taki węgiel można doprowadzać grawitacyjnie przez odpowiednie otwory w garze pieca.

Gaz technologiczny wypływa z reaktora 1 cyklonowego redukcji wstępnej, mając temperaturę 1200-1800°C. To ciepło jawne przetwarza się w kotle 14 parowym w parę wodną, którą można wykorzystać do wytwarzania energii elektrycznej. Uzyskanej w ten sposób energii elektrycznej jest więcej jest potrzebne do wytwarzania niezbędnego tlenu. Za kotłem 14 parowym gaz technologiczny nadal ma energię chemiczną, z której również można wytwarzać energię elektryczną.

Proces można realizować w warunkach podwyższonego ciśnienia w reaktorze 1 cyklonowym redukcji wstępnej i w piecu 4 hutniczym, na przykład do 3 barów.

Na figurze 1 pokazano również proces odpylania gazu technologicznego za kotłem 14 parowym w urządzeniu odpylającym 15 w postaci zwężkowej płuczki gazowej.

Gaz technologiczny, nazywany za kotłem parowym gazem eksportowym nadal zawiera energię chemiczną, określaną od tego miejsca energią eksportową, której ilość można wybierać w zależności od potrzeb, regulując zużycie węgla w procesie na poziomie wyższym od minimalnego zużycia węgla niezbędnego do wytworzenia surówki żelaza.

Na figurze 2 przedstawiono przykład zależności pomiędzy ilością ciepła jawnego i energii chemicznej w gazie technologicznym wylatującym z reaktora 1 cyklonowego z jednej strony, a zużyciem węgla z drugiej. Przykład przedstawiony na fig. 2 odnosi się do przykładu współczynnika dopalania 25% w piecu hutniczym i współczynnika przejmowania ciepła w piecu hutniczym na poziomie 80%. Na figurze tej widać również, że w takiej sytuacji w pierwszym przypadku ilość ciepła jawnego w gazie technologicznym jest w zasadzie stała i niezależna od użycia węgla, natomiast ilość energii chemicznej w gazie eksportowym rośnie wraz ze zużyciem węgla. W ga

180 334 zie technologicznym znajduje się ciepło jawne w ilości około 5 GJ na tonę surówki żelaza, którego nie można uniknąć, ale które można wykorzystać w kotle parowym do wytworzenia pary wodnej, a tę do wytworzenia energii elektrycznej, którą z kolei można wykorzystać do wytworzenia potrzebnego tlenu. Natomiast ilość energii chemicznej gazu eksportowego można wybierać regulując współczynnik dopalania. Minimalne zużycie węgla w danej sytuacji wynosi około 640 kg na tonę surówki żelaza. Z figury tej wynika, że w odróżnieniu od znanych procesów, w których stosuje się komorę redukcyjną proces według wynalazku nie daje wysokich, niepożądanych ilości energii eksportowej, ale można go, o ile jest to pożądane, stosować przy minimalnym zużyciu węgla bez nadmiernego wytwarzania energii eksportowej.

Na figurze 3 przedstawiono wykres parametrów technologicznych jednego przykładu wykonania sposobu według niniejszego wynalazku. Przykład z fig. 3 odnosi się do przykładu wstępnego zredukowania rudy żelaza w reaktorze 1 cyklonowym redukcji wstępnej o 20% i doprowadzania do pieca 4 hutniczego wstępnie zredukowanej rudy żelaza o temperaturze 1500°C. Na fig. 3 uwzględniono straty chłodzenia rzędu 500 MJ na tonę surówki żelaza, natomiast nie założono żadnych strat ani tlenku żelaza. Przykład z fig. 3 ilustruje zależność pomiędzy sprawnością przejmowania ciepła z pieca hutniczego a współczynnikiem dopalania w piecu hutniczym, przy czym parametrem jest zużycie węgla. Dla niskiej sprawności przejmowania ciepła temperatura gazu technologicznego w piecu hutniczym jest za wysoka. Z drugiej strony istnieją ograniczenia na największą wartość sprawności przejmowania ciepła przez warstwę żużla i wsadu od gazu technologicznego. W tych przypadkach, w których współczynnik dopalania jest za wysoki, gaz technologiczny w reaktorze cyklonowym redukcji wstępnej staje się zbyt ubogi, zatem w gazie technologicznym jest zbyt mało tlenku węgla CO do uzyskania 20% redukcji wstępnej w reaktorze cyklonowym. Natomiast w tych przypadkach, w których współczynnik dopalania jest za niski, zużycie węgla jest za wysokie i powoduje za dużo gazu technologicznego. Warunkiem minimalnego zużycia węgla jest wysoki współczynnik dopalania. W przykładzie wykonania z fig. 3, minimalne zużycie węgla wynosi około 640 kg na tonę surówki przy sprawności przejmowania ciepła około 80%. Oznacza to, że również współczynnik dopalania w reaktorze cyklonowym jest wysoki (co najmniej 70%). W celu optymalizacji można by zmniejszyć zużycie węgla do 500 kg na tonę surówki żelaza. Jak widać na fig. 2 jeżeli potrzebna jest większa ilość energii eksportowej, to proces według wynalazku umożliwia wytwarzanie jej w ilościach do około 10 GJ na tonę surówki przy użyciu węgla w ilości około 900 kg na tonę surówki.

Na figurze 4 przedstawiono wykres parametrów technologicznych dla innego przykładu wykonania sposobu według wynalazku, w którym współczynnik dopalania może zawierać się w przedziale od około 0,25 do około 0,55. Na fig. 4 uwzględniono straty chłodzenia rzędu 1000 MJ na tonę surówki, które zazwyczaj mogą występować w takiej ilości, a także straty węgla i tlenku żelaza rzędu 60 kg każdego z nich na tonę surówki, np. na pylenie. Zarówno w przykładzie wykonania pokazanym na fig. 3 jak i 4 stosowano węgiel o średniej lotności rzędu 32 MJ/kg, a jego zużycie wynosiło rzędu 500-100 kg/tonę surówki żelaza.

180 334

Fig.2

Okno robocze

100-------,--------l Granica przejmowania caepła\

Sprawność 80 przejmowania ciepła [%]

Zużycie węgla gaz za \ ubogi ’ ' ' 800

Za duże \ 900 \ gazu

0

700

600 temperatura gazu powyżej 1800 C

10 15 20 25 50

Współczynnik dopalania [%]

180 334

OKNO ROBOCZE

40 50 60

Współczynnik dopalaniaO Γ /₀

Fig. 4

Fig.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania płynnej surówki żelaza polegający na bezpośredniej redukcji rudy żelaza podczas procesu redukcji wstępnej, po której prowadzi się redukcję końcową, przy czym podczas redukcji wstępnej transportuje się rudę żelaza do reaktora cyklonowego redukcji wstępnej i wstępnie się jątam redukuje za pomocąredukującego gazu technologicznego pochodzącego z redukcji końcowej, przeprowadza się dopalanie w redukującym gazie technologicznym w reaktorze cyklonowym redukcji wstępnej poprzez doprowadzanie do niego tlenu tak, że co najmniej częściowo topi się rudę żelaza w tym reaktorze i powoduje się spłynięcie w dół wstępnie zredukowanej i co najmniej częściowo stopionej rudy żelaza z reaktora cyklonowego redukcji wstępnej do znajdującego się pod nim pieca hutniczego, w którym prowadzi się następnie redukcję końcową, przy czym redukcję końcową przeprowadza się w piecu hutniczym w znajdującej się w nim warstwie żużla, poprzez doprowadzenie węgla i tlenu do tego pieca hutniczego i tworzy się w ten sposób redukujący gaz technologiczny oraz przeprowadza się częściowe dopalanie w redukującym gazie technologicznym w piecu hutniczym za pomocą doprowadzonego do niego tlenu, znamienny tym, że węgiel doprowadza się bezpośrednio do warstwy (7) żużla, zaś częściowe dopalanie w piecu (4) hutniczym przeprowadza się co najmniej częściowo w warstwie (7) żużla, przy czym wskaźnik dopalania zdefiniowany w postaci

CO₂+H₂O ~ CO₂ + CO+H₂O+H₂ gdzie CO2, CO, H2O + H2 są stężeniami w procentach udziałów objętościowych tych gazów na wylocie z pieca hutniczego, jest nie większy niż 0,55.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że doprowadza się węgiel bezpośrednio do warstwy żużla co najmniej jednym ze sposobów polegających na pneumatycznym transporcie silnie rozdrobnionego węgla za pomocą co najmniej jednej lancy, pneumatycznym transporcie silnie rozdrobnionego węgla za pomocą co najmniej jednej dyszy bocznej w piecu hutniczym, wrzucającej węgiel bezpośrednio do warstwy żużla, oraz wrzucaniu kawałków węgla o przeciętnych wymiarach nie mniejszych niż 6 mm do warstwy żużla.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że bezpośrednio do warstwy żużla doprowadza się węgiel zawierający co najmniej 25% wagowych cząstek o wymiarach nie mniejszych niż 6 mm.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że na tonę wytwarzanej surówki żelaza zużywa się od 500 do 1000 kg węgla.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że tlen dostarcza się do reaktora (1) cyklonowego redukcji wstępnej w postaci w zasadzie czystego tlenu.
6. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że tlen doprowadza się do pieca (4) hutniczego w postaci w zasadzie czystego tlenu i o temperaturze nie większej niż 100°C.
7. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się współczynnik dopalania redukującego gazu technologicznego na wylocie z pieca (4) hutniczego zawierający się w przedziale od 0,20 do 0,55 a bardziej korzystnie, w przedziale od 0,30 do 0,45.
8. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się wskaźnik dopalania gazu technologicznego na wylocie z reaktora (1) cyklonowego redukcji wstępnej wynoszący co najmniej 0,60, korzystnie co najmniej 0,70 a na tonę wyprodukowanej surówki żelaza zużywa się od 600 do 800 kg węgla, korzystnie od 650 do 750 kg węgla.
9. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się węgiel o dużej lotności.

180 334
10. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się stopień wstępnego redukowania (PRD) rudy żelaza na wylocie z reaktora (1) cyklinowego redukcji wstępnej, zdefiniowany jako zależność.

, [O], [O], wynoszący od 0,15 do 0,30 gdzie [O]a jest zawartością tlenu w stosunku molowym do wstępnie zredukowanej rudy żelaza z reaktora (1) cyklonowego redukcji wstępnej, a [O]b jest zawartością tlenu w stosunku molowym do rudy żelaza doprowadzanej do tego reaktora (1) cyklonowego.
11. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się temperaturę wstępnie zredukowanej rudy żelaza na wylocie z reaktora (1) cyklonowego redukcji wstępnej zawierającą się w przedziale wartości od 1200 do 1600°C.
12. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że redukujący gaz technologiczny doprowadza się bezpośrednio z pieca (4) hutniczego do reaktora (1) cyklonowego redukcji wstępnej.
13. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że węgiel dostarcza się do żużla co najmniej częściowo w postaci miału.
14. Urządzenie do wytwarzania płynnej surówki żelaza poprzez bezpośrednie redukowanie rudy żelaza zawierające piec hutniczy wyposażony w urządzenie doprowadzające węgiel oraz lancę doprowadzającą tlen do tego pieca hutniczego, a także w otwór spustowy odprowadzający płynną surówkę żelaza i żużel, które zawiera ponadto reaktor cyklonowy redukcji wstępnej usytuowany nad piecem hutniczym i połączony z nim otworem oraz tworzący wspólnie z tym piecem hutniczym pojedynczy reaktor, lancę doprowadzającą rudę żelaza połączonąz reaktorem cyklonowym redukcji wstępnej, lancę doprowadzającątlen połączonąz reaktorem cyklonowym redukcji wstępnej, który jest wyposażony w otwór odprowadzający połączony z instalacjąodprowadzającągaz technologiczny, zawierającą połączony z nią kocioł parowy oraz urządzenie odpylające gaz technologiczny połączone z kotłem parowym, znamienne tym, że urządzenie doprowadzające (9) węgiel zawiera co najmniej jedną pneumatyczną dyszę boczną (17) pneumatycznego transportu węgla usytuowaną z boku w piecu (4) hutniczym.
15. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że urządzenie doprowadzające (9) węgiel zawiera co najmniej jedno grawitacyjne urządzenie wrzucające doprowadzające węgiel do pieca (4) hutniczego.

* * *