SE458688B - Foerfarande och anlaeggning foer framstaellning av raajaern ur jaernbaerande oxidiskt material - Google Patents

Description

458 688 2 injicera järnslig,'kol, syrgas och slaggbildare under en i reaktorn före- fintlig iärnsmältas yta, där förhållandet CO;/CO i avgasen bringas att öka till ett högre värde än vad som motsvarar jâmvíktsförhàllandet vid atmosfärsf tryck, varigenom en större värmeutveckling i badet bringas att ske för en viss kolmängd och där iniicerad mängd kol i förhållande till mängd slig är förutbestämd att vara tillräcklig för att i reaktorn slutreducera förredu- cerad iårnslig, samt där CO och Ha i avgaser leds till ett förreduktionssteg, i vilket oreducerad järnslig förreduceras, varefter denna injiceras i reaktorn. I ett förreduktionssteg sker reduktion av iärnslig till en förreduktionsgrad som är optimal för slutreduktion i en reaktor.

Vid den från svenska patentet 8301159-3 kända tekniken för ràiärnsframstâll- ning är det nödvändigt med en avvägning av betingelserna i reaktorkärlet så att ràiärn och gas skall kunna produceras.

Betingelserna, såsom temperatur och råvaror , är emellertid ei de optimala vare sig för råiärnsframstâllning eller gasproduktion, utan är resultatet av en kompromiss. Sålunda skapas stora problem vad avser vârmebalans och utnyttjande av reduktíonsgas för förreduktion av det faktum att reduktionsgasen alstras i råiärnsframställ- ningsreaktorn. Härvid maste en energikrävande gasreníng ske så att för förreduktionen lämplig CO-Ha-halt uppnås samtidigt som CO; och H20 avlägsnas ur reduktionsgasen. < Till grund för föreliggande uppfinning ligger insikten om de problem tekniken enl. svenska patentet 8301159-3 är förknippad med samt att en helt annorlunda väg är tänkbar för att inom ramen för den grundläggande processgången framställa råjârn. Förfarandet, vilket medger ràjârnsproduktion under mer optimerade betingelser, möiliggör genom synnerligen hög flexibilitet en anpassning till aktuella bivillkor både vad avser processteknik och produk? tet.

Uppfinníngen hänför sig således till ett förfarande för framställning av råiärn ur iärnbärande oxidiskt material innefattande att slutreducera iärnoxiden genom att i åtminstone ett reaktorkärl, en slutreduktionsreaktor, tillföra järnoxiden, kol, syrgas och slaggbildare till en i reaktorn förefintlig iärnsmälta för slutreduktion och att i ett förreduktionssteg förreducera främst oreducerad iärnoxid, varefter denna iniiceras i reaktorn, samt att generera reduktionsgas för nämnda förreduktion. l 458 688 3 Förfarandet utmârks särskilt av, att reduktlonsgas för förreduktlonen nyproduceras genom en separat gasgenerering i åtminstone en separat, frán slutreduktionsreaktorn/-erna skild reaktor, en gasgenereríngsreaktor.

Uppfínníngen hänför sig även till en anläggning för framställning av ráiârn ur iârnbârande oxidiskt material innefattande åtminstone ett reaktorkârl, en slutreduktionsreaktor, i vilken iârnoxiden år avsedd att slutreduceras genom tillförsel av järnoxid, kol, syrgas och slaggbildare till en i reaktorn förefintlig järnsmâltas yta, varvid ett förreduktionssteg förefinns, i vilket främst oreducerad iärnoxid är avsedd att förreduceras, vilken jârnoxíd efter förreduktion är avsedd att slutreduceras i slutreduktionsreaktorn och varvid anordningar för generering av reduktionsgas för nämnda förreduktion förefínns.

Anläggningen utmârks av, att för separat generering av reduktíonsgas för förreduktionen förefinns åtminstone en separat, från slutreduktíonsreaktorn /-erna skild reaktor, en gasgenereringsreaktor, i vilken gasgenerering är avsedd att ske, pá i och för sig väsentligen känt sätt, genom tillförsel av främst kol och syrgas till en i reaktor/-erna förefintlig metailsmâltas, företrädesvis iärnsmältas, yta.

Nedan beskrivas uppfinningen i anslutning till ett utföringsexempel samt bifogade ritning, där fig. l visar ett schematiskt blockschema över en process enl. uppfinningen.

I fig. 1 visas ett förreduktionssteg 1, ett slutreduktionssteg 2 och ett gasproduktionssteg 3.

Förreduktionssteget 1 kan utgöras av en tva- eller trestegs fluidiserad bädd, till vilken jârnkoncentrat tillförs kontinuerligt i form av järnslig eller mikropellets, som förvärmts exempelvis till 2S0'C, i en icke visad förvârmningsenhet. I charge-materialet kan vid behov också iblandas kol eller koks. En viss del av den utgående gasen från förreduktionssteget, vilken utgående gas markerad med en pil 4 i fig. l och vilken gas innehåller CO, C01, H; och H,0 kan stoft renas i exempelvis cykloner och àterföras till förvârmningsenheten. 458 688 4 Det förreducerade jârnkoncentratet föres, eventuellt via ett mellanlager, till slutreduktionssteget 2, såsom pilen 6 utvisar.

Slutreduktionssteget innefattar åtminstone en keramiskt infodrad reaktor innehållande ett kolhaltigt järnbad, lämpligen med en kolhalt överstigande 12 och vid en temperatur av 1300 - 1600' C. Till reaktorn föres förreducerad järnslig 6, kol 7, syrgas (Os) B och slaggbildare (exempelvis 0aO) 9.

Dessa material tillföres reaktorn företrädesvis via injektionsmunstycken i reaktorns nedre del. Förreducerad iärnslig kan dock tillföras via iniek- tíonsmunstycken ovanför badytan eller 1 den s.k. slagglinien. I slutreduk- tionssteget 2 bildat råiârn 11 och slagg 12 kan avtappas kontinuerligt eller diskontinuerligt på känt sätt. lven gasproduktionssteget 3 innefattar åtminstone en keramiskt infodrad reaktor. Till reaktorn föres främst kol 7', syrgas B' och kylmedel 9'.

Förgasningen kan därvid genomföras på konventionellt sätt. Gasproduktionen kan även utföras väsentligen enl. svenska patenten nr. 7706876-5 och 6103201- 3. Gasproduktionssteget 3 innefattar i detta fall åtminstone en keramiskt infodrad reaktor innehållande ett kolhaltigt iärnbad lämpligen med en kolhalt överstigande 12 och vid en temperatur av 1300 - 1600' C. Syre i form av jârnoxider och syrgas tillföres smältan i ett stökiometrisk förhål- lande till kolet. Härvid önskar man sålunda primärt erhålla reduktionsgas, en blandning av CO och Ha. Gasbehandling för avlägsnande av CO; erfordras härvid ej utan reduktionsgasen, markerad med pilen 17 i fig. 1, kan efter att ev. ha passerat ett stoftreningssteg 18 tillföras förreduktionssteget 1 för användning vid förreduktionen.

Förfarandet enl. uppfinningen torde, vad avser den grundläggande principen, till väsentlig del framgå ovan. Då emellertid både gasproduktionen och slutreduktionen utgör processteg av väsentlig flexibilitet vad avser bl.a. produktionskapacitet för produkterna, ràiârn och gas, kan ett stort antal varianter, anpassade till olika bivillkor, tänkas.

Föredraget torde i de flesta fall vara att oxidationsgraden hos avgaserna 13 från slutreduktionen 2 bringas att vara hög, såsom högre än 53 och lägre än 100%, företrädesvis 10 - 902, varvid s.k. efterförbrånning av genererad gas sker. Oxidationsgraden definieras som n 458 68.8 CQa+HaO O.D. (X) = --------- X IÛÛ aJ+fla+cÜz+flaÛ vid oxidationsgraden 0 består gasen således av CO och H, och vid 0.D. = 100% av C02 och H20.

Förbränning av CO och H, till CO, bch H10 sker vid efterförbränningen. Vid upprätthållande av en hög oxidationsgrad utnyttjas sålunda energiinnehållet I 1 den genererade reduktionsgasen vid slutreduktionen 2. Genom att med ; lämplig oxidationsteknik förbränna avgasen från slutreduktionsreaktorn i ' reaktorns överdel ovanför badytan på ett sådant sätt att badet upptar värme från den överhettade gasen kan energiinnehållet i avgasen utnyttjas maximalt.

På motsvarande sätt är det i de flesta fall att föredraga att oxídations- graden bríngas att vara låg vid gasgenereringen 3, såsom lägre än 102, varvid OO; - rening av den genererade reduktionsgasen 17 kan undvaras.

I optimerande syften kan också kolsammansättningen och/eller O;-halten i använd syrgas och/eller temperaturen vara olika för slutreduktionen och den separata gasgenereringen. Sålunda hålles svavelhalten hos den vid slutreduktionen använda kolsammansâttningen lämpligen väsentligt lägre än svavelhalten hos den vid den separata gasgenereringen använda kolsammansâtt- ningen. Härvid hålles behovet av svavelrening av råiärnet från slutreduktio- nen lågt, varvid tapptemperaturen vid slutreduktíonen kan hållas lägre än om omfattande svavelrening skulle erfordras i ett separat svavelreningssteg.

En hög svavelhalt i gasgenereringssteget kan i de flesta fall tolereras. J Härvid kan sålunda svavelbelastningen i den totala processen optimeras.

En tänkbar variant av förfarandet enl. uppfinningen är en där iärnflödet i form av exempelvis slig och förreducerat material fördelas till slutreduk- tionen och den separata gasgenereringen för att uppnå maximal produktion av råiârn och reduktionsgas.

Vid överföring av reduktionsgasen från gasgenereringen 3 kan flera olika möjligheter tänkas. Sålunda kan reduktionsgasen, då den överförs till 458 688 6 förreduktionssteget, ha hög temperatur eller lag temperatur, såsom i huvudsak rumstemperatur, samt vara renad eller icke renad från stoft.

Slutreduktionen och/eller den separata gasgenereringen kan utföras vid atmosfärstryck eller överatmosfâriskt tryck. vid överatmosfäriskt tryck bringas en eller bägge av reaktorerna 1 och 3 att ha ett totalt tryck understigande 100 bar. företrädesvis omkring 1 - 10 bar.

Föredraget, enl. uppfinningen, är att respektive reaktorkärl ges en form och utformning anpassad till processen, som skall utföras i reaktorn.

Salunda utformas, i tillämpliga fall, en reaktor för slutreduktion förehàl- landevis vid i syfte att vara lämpad för förbränning av gas ovanför smältans yta och för utnyttjande av denna vid gasförbränningen frigiorda energin.

Härvid bör reaktorn ej vara påtagligt konísk närmast ovanför badytan. I vissa utföranden kan härvid reaktorns väggar vara kylda. En reaktor för den separata gasgenereringen utformas, i tillämpliga fall, för ett förhål- landevis stort baddiup.

Såsom torde framgått ovan medför uppfinningen väsentliga fördelar jämfört med vad som är tidigare känt. Sålunda (1) är gasproduktionen och ràjärnspro- duktionen ej avhängiga av varandra, (2) kan reduktíonsgasen ges låg C02- halt utan att energi- och investeringskrävande gasreningsprocesser behöver tíllgripas, (3) kan kolbehovet i slutreduktíonssteget minskas, vilket medför högre produktivitet samt minskad belastning vad avser svavelförore- ningar, (4) blir processens tillgänglighet högre p.g.a. separerad produktion av gas och ràjärn, (5) kan respektive reaktorers form optimeras och foder- slitaget kan minskas genom utnyttiande av optimala betingelser, såsom temperatur och slaggsammansättning i respektive processteg.

Ovan har uppfinningen beskrivits i anslutning till utföringsexempel.

Naturligtvis kan fler utföringsformer och mindre förändringar tänkas, utan att uppfínningstanken därför fràngàs.

Sålunda kan, vad avser reaktorutformning för slutreduktionen olika varianter tänkas för att skydda reaktorväggarna mot de päkänningar i form av främst höga temperaturer, som uppträder vid omfattande efterförbränning till höga oxidationsgrader. v s 458 688 7 Vattenkylning har tidigare nämnts. Tänkas kan också att material tillförs så att en för väggen skärmande rida utbildas. Slaggen kan också fås att skärmande uppjäsa genom gasförbrânning centralt i reaktorn ovanför badytan.

Tânkbart âr också att rotera smälta och slagg så att en uppkrypning av smälta och slagg pà väggen erhålla. Ytterligare en möjlighet är att rotera ïeåktüffl .

Såsom torde framgått ovan kan ett flertal olika varianter tänkas, där hänsyn tagits till olika bivillkor. Gas fràn det separata gasgenererings- steget kan således utnyttjas för andra ändamål än förreduktion. Enl. uppfinningen kan vidare processen med fördel drivas kontinuerligt då gasgenereringen är separerad fràn slutreduktionen.

Uppfinningen skall således ei anses begränsad till ovan angivna utförings- former, utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram.

Claims (11)

458 688 Pâtçntkygv

1. Förfarande för framställning av ráiärn ur iärnbärande oxídiskt material innefattande att slutreducera järnoxíden genom att i åtminstone ett reaktor- ' kärl , en slutreduktionsreaktor, tillföra iärnoxiden, kol, syrgas och slaggblldare till en i reaktorn förefintlig íärnsmälta för slutreduktion och att i ett förreduktionssteg förreducera främst oreducerad iârnoxíd, varefter denna ínïiceras i reaktorn, samt att generera reduktionsgas för nämnda förreduktion, k ä n n e t e c k n a t a v, att reduktionsgas för förreduktionen (1) nyproduceras genom en separat gasgenerering (3) i åtminstone en separat, från slutreduktionsreaktorn/-erna skild (2) reaktor (3), en gasgenereringsreaktor.

2. Förfarande enl. krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v, att den separata gasgenereringen sker genom tillförsel av främst kol (7') och syrgas (8') till en i reaktorn/-erna (3) förefintlíg metallsmälta.

3. Förfarande enl. krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v, att oxidationsgraden (0.D.) hos avgaserna fran slutreduktionen (2) bringas att vara hög, såsom högre än 5% och lägre än 100%, företrädesvis 10 ~ 90 8, varvid s.k. efterförbränning av genererad gas sker ovanför badytan i slutreduktionsreaktorn (2).

4. Förfarande enl. krav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t a v, att oxldationsgraden (O.D.) hos reduktionsgasen fran den separata gasgenererlngen (3) bringas att vara lägre än 10%.

5. Förfarande enl. krav 1, 2, 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a t a v, att kolsammansättningen (7,7') och/eller O, - halten i använd syrgas (8,8') och/eller temperaturen är olika för slutreduktionen (2) och den separata gasgenereringen (3).

6. Förfarande enl. krav 1, 2, 3, 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a t a v, att svavelhalten hos den vid slutreduktionen (2) använda kolsammansått- ningen (7) är (väsentligt) lägre än svavelhalten hos den vid den separata gasgenereringen (3) använda kolsammansättningen (7'). 458 688 9

7. Förfarande enl. krav 1, 2, 3, 4 eller 5, k ä n n e t e c k n s t a v, att âärnflödet, exempelvis i form av slig och förreducerat material (6) fördelas till slutreduktionen (2) och den separata gasgenereringen (3) för att uppnå maximal produktion av rájärn (11) och reduktionsgas (17).

8. Förfarande enl. krav 1, 2, 3, 4, S, 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a t a v, att slutreduktionen (2) och/eller den separata gasgeneringen (3) utföres vid ett tryck lägre än 100 bar, företrädesvis 1 till 10 bar.

9. Anläggning för framställning av ràiärn ur iärnbärande oxídiskt material innefattande åtminstone ett reaktorkärl, en slutreduktíonsreaktor, i vilken F" iärnoxiden är avsedd att slutreduceras genom tillförsel av järnoxid, kol, syrgas och slaggbildare till en i reaktorn förefintlig åärnsmältas yta, varvid ett förreduktionssteg förefinns, i vilket främst oreducerad iârnoxid är avsedd att förreduceras, vilken iärnoxid efter förreduktion är avsedd att slutreduceras i slutreduktionsreaktorn och varvid anordningar för generering av reduktionsgas för nämnda förreduktion förefinns, k ä n n e - t e c k n a d a v, att för separat generering (3) av reduktionsgas (17) för förreduktionen (1) förefinns åtminstone en separat, från slutreduk- tionsreaktorn/-erna (2) skild reaktor (3), en gasgenereringsreaktor (3), i vilken gasgenerering (3) är avsedd att ske, pà i och för sig väsentligen känt sätt, genom tillförsel av främst kol (7') och syrgas (8') till en i reaktorn/-erna (3) förefintlig metallsmältas, företrädesvis iärnsmältas, yta.

10. Anläggning enl. krav 9, k ä n n e t e c k n a d a v, att respektive reaktorkärl (2,3) har en form och ett utförande anpassad/-t till processen, som skall utföras i reaktorn, varvid varie slutreduktionsreaktor (2) är utformad förhållandevis vid i syfte att vara lämpad för förbränning av gas ovanför smältans yta och för utnyttjande av den för förbränningen frigjorda energin och varvid varje gasgenereringsreaktor (3) är utformad för ett förhållandevis stort baddjup.

11. Anläggning enl. krav 9 eller 10, k ä n n e t e c k n a d a v, att varje slutreduktionsreaktors (2) vägg ovanför smältans yta är avsedd att, exempelvis genom kylning och/eller skärmning av väggen, skyddas för främst höga temperaturer uppträdande vid förbränning av gas ovanför smâltans yta.