PL183185B1 - Urządzenie do wytwarzania surówki poprzez redukcję rudy żelaza - Google Patents

Abstract

1 . Urzadzenie do wytwarzania surówki poprzez redukcje rudy zelaza, zawierajace konwertor do redu- kcji koncowej rudy zelaza, do którego sa doprowadzo- ne przewody doprowadzajace wegiel oraz przewody doprowadzajace tlen, a z otwartym górnym koncem konwertora jest polaczony otwarty dolny koniec, stapiajacego rude zelaza i wstepnie redukujacego cy- klonu, znamienny tym, ze górna czesc (13), konwer- tora, która ma postac cisnieniowej kopuly (26), której wewnetrzna sciana (27) ma wbudowana wezownice z chlodzaca woda, a górna czesc (13) jest polaczona swoja dolna krawedzia z górna krawedzia dolnej czesci (14), przy czym dolna czesc (14) ma od wewnatrz, wylozenie ogniotrwale (15), w którym sa umieszczone wodne chlodnice plytowe (16). FIG 2 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wytwarzania surówki poprzez redukcję rudy żelaza.

Urządzenie do wytwarzania surówki poprzez redukcję rudy żelaza jest znane z holenderskiego opisu patentowego NL-C-257692. Urządzenie do wytopu surówki według tej publikacji zawiera konwertor do redukcji końcowej rudy żelaza, do którego są doprowadzone przewody doprowadzające węgiel oraz przewody doprowadzające tlen. Z otwartym górnym końcem,

183 185 konwertora jest połączony otwarty dolny koniec stapiającego rudę żelaza i wstępnie redukującego cyklonu. W konwertorze umieszcza się wsad zawierający żelazo z warstwążużla na powierzchni. Rudę żelaza stapia się i redukuje się wstępnie w stapiającym cyklonie, a końcową redukcję prowadzi się w warstwie żużla i konwertorze. Gaz redukujący jest dodatkowo spalany w stapiającym cyklonie. Konwertor ma wlot dodatkowego tlenu i wstępnie zredukowanej rudy żelaza oraz otwór spustowy surówki.

Jak przedstawiono w publikacj i Steel Times International, część 17, nr 3, marzec 1993, Redhill, Surrey, GB, str. 24 „Redakcja wsadu wjednym naczyniu przy wykorzystaniu cyklonowego wstępnego reduktora”, cyklonowy proces konwertorowy obejmuje etap redukcji wstępnej i etap redukcji końcowej. Etap redukcji wstępnej odbywa się w cyklonie, gdzie rudajest nie tylko wstępnie redukowana ale także stapiana. Cyklonjest umieszczony na górze konwertora stanowiącego zbiornik wsadu. Stopiona, wstępnie zredukowana ruda jest dostarczana do wsadu znajdującego się w konwertorze poprzez grawitację. Najważniejszą cechą cyklonowego procesu konwertorowego jest to, że proces jest prowadzony wjednym reaktorze. Wysoka temperatura cyklonu zapewnia bezpośrednie połączenie etapów redukcji wstępnej i końcowej. Pośrednie etapy obróbki, jak chłodzenie i odpylanie, które komplikują wiele procesów redukcji, nie sąkonieczne w cyklonowym procesie konwertorowym. W konwertorze typu wsadowego końca redukcja zachodzi przy gazyfikacji węgla. Gazy powstające w redukcji końcowej są więc spalane w cyklonie wytwarzając energię konieczną do topienia i redukcji. Efektem cyklonowego procesu konwertorowego jest stopiony produkt, w 25% zredukowany.

Inne propozycje urządzeń do bezpośredniej redukcji rudy żelaza są przedstawione w opisach patentowych US-A-3462263, GB-A-2100755, US-A-4076954 i EP-A-209149, ale nie podają one szczegółowej budowy pieca i wymagań dotyczących chłodzenia.

W przypadku urządzenia do wytopu surówki zawierającego cyklon, istnieje kilka problemów, które muszą być rozwiązane. Po pierwsze wstępnie zredukowana ruda, FeO, jest bardzo podatna na utlenianie, zwłaszcza w obszarze warstwy żużla w naczyniu metalurgicznym. Po drugie warstwa żużla ma tendencję do silnego pienienia się, powodując duże różnice w wysokości warstwy żużla i w konsekwencji w warunkach procesu. Po trzecie tlen i węgiel powinne być dodane w sposób, który jest optymalny dla procesu. Znane urządzenia do wytopu surówki wymagają dużych czasów postojowych na ich utrzymanie i konserwację.

Urządzenie do wytwarzania surówki poprzez redukcję rudy żelaza, według wynalazku, zawiera konwertor do redukcji końcowej rudy żelaza, do którego są doprowadzone przewody doprowadzaj ące węgiel oraz przewody wprowadzające tlen, a z otwartym górnym końcem zbiornika konwertorowego jest połączony otwarty dolny koniec stapiającego rudę żelaza i wstępnie redukującego cyklonu.

Urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że zbiornik konwertorowy ma górną część, która ma postać ciśnieniowej kopuły, której wewnętrzna ściana ma wbudowaną wężownicę z chłodzącą wodą a górna część jest połączona swoją dolną krawędzią z górną krawędzią dolnej części. Dolna część ma od wewnątrz wyłożenie ogniotrwałe, w którym są umieszczone wodne chłodnice płytowe.

Części górna i dolna konwertora mają w obszarze ich połączenia poziomy przekrój poprzeczny większy niż ich przekrój powyżej i poniżej obszaru ich połączenia. Dolna część jest połączona rozłącznie z górną częścią.

Bezpośrednio nad górną częścią konwertora jest zamontowany otwarty do niej cyklon, przy czym przekrój poprzeczny połączenia cyklonu z konwertorem jest równy, a korzystnie rozszerza się w kierunku do dołu.

Na wewnętrznej powierzchni swojej ściany, górna część ma napyloną powłokę ogniotrwałą. Wyłożenie ogniotrwałe dolnej części konwertora zawiera warstwę wyłożenia zewnętrznego i warstwę wyłożenia wewnętrznego, a wodne chłodnice płytowe sąusytuowane co najmniej w górnej strefie dolnej części konwertora.

W zbiorniku konwertorowym jest umieszczona centralnie pionowa środkowa lanca połączona ze źródłem tlenu.

183 185

Konwertorjest wyposażony w zespół bocznych lanc wprowadzonych z boków do wnętrza konwertora i połączonych ze źródłem tlenu.

Boczne lance są usytuowane skośnie do dołu ich końcem wylotowym.

Konwertor ma co najmniej jedną rynnę węglową wprowadzoną przez wewnętrzną ścianę w górnej części do wnętrza zbiornika.

Konwertor zawiera co najmniej jedną usytuowaną centralnie, pionową środkową lancę połączoną ze źródłem węgla.

Urządzenie do wytopu surówki według wynalazku, dzięki dwuczęściowej budowie konwertora zapewnia możliwość szybkiej wymiany jedynie dolnej części, którajest zużywana w każdym procesie i wymaga konserwacji. Wyposażenie dolnej części w układ chłodzący w postaci wodnych chłodnic płytowych zapewnia długą żywotność konwertora, ponieważ ciepło wytwarzane podczas spalania gazów procesowych jest absorbowane przez układ chłodzący. Konstrukcja urządzenia jest bardzo prosta i zwarta, dzięki czemu nie ma strat przy przemieszczaniu wewnątrz urządzenia przerabianych materiałów. Zastosowanie dwuwarstwowego wyłożenia dolnej części zbiornika konwertorowego przedłuża jego żywotność w newralgicznym punkcie, to jest w strefie warstwy żużla. Centralnie umieszczona środkowa lanca zapewnia dostarczanie tlenu zawsze w tym samym miejscu nad warstwą żużla, nawet, gdy jego poziom zmienia się. Dodatkowe zastosowanie zespołu bocznych lanc tlenowych zapewnia dostarczanie tlenu do konwertora bezpośrednio nad warstwę żużla.

Według wynalazku możliwe jest przyspieszenie końcowej redukcji, gdyż dostarczany węgiel co najmniej w części ma postać rozdrobmonąi jest dostarczany bezpośrednio do warstwy żużla dzięki środkowej lancy węglowej.

Przedmiot wynalazkujest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do wytwarzania surówki znane ze stanu techniki, w widoku z boku, w częściowym przekroju, fig. 2 - pierwszy przykład wykonania urządzenia do wytwarzania surówki w cyklonowym procesie konwertorowym według wynalazku, fig. 3 - drugi przykład wykonania urządzenia do wytwarzania surówki według wynalazku, fig. 4 - urządzenie z fig. 3 z usuniętą dolną częścią zbiornika konwertorowego.

Pokazane na fig. 1 urządzenie do wytopu surówki zawiera konwertor 1, cyklon 2 i środkową lancę 3. Cyklon ma wlot 6 tlenu i drobnej rudy, a na dole konwertora 1 znajduje się otwór spustowy 7 surówki i żużla.

Proces wytopu jest prowadzony następująco. W konwertorze 1 umieszcza się wsad 4 zawierający żelazo z warstwą żużla 5 na powierzchni. Wstępna redukcja i topienie rudy żelaza odbywa się w cyklonie 2 według reakcji:

Fe2Oa + CO-» 2 FeO + CO₂

Ruda żelaza, dostarczana także przez wlot 6 cyklonu 2 jest wstępnie zredukowana do FeO i stopiona. Wstępnie zredukowana ruda żelaza spada lub spływa następnie do zbiornika konwertora 1.

Rude żelaza redukuje się końcowo w warstwie żużla według reakcji:

FeO + C-» Fe + CO

W tym celu dostarcza się tlen i węgiel do konwertora 1 poprzez pionową środkową lancę 3, która jest połączona ze źródłem tlenu i/lub węgla. W procesie końcowej redukcji wytwarza się gaz zawierający redukujący CO, według reakcji:

C+ 1/:2Θ₂->CO

Gaz ten częściowo spala się powyżej warstwy żużla 5 w konwertorze 1 wytwarzając przez to ciepło potrzebne do końcowej redukcji. Gaz redukujący jest dodatkowo spalany w cyklonie 2 przy dostarczaniu tlenu do cyklonu 2 przez wlot 6. W obu przypadkach, reakcje przebiegają następująco:

CO + 1/2O2-> CO2

Surówka i żużel sąwylewane przez otwór spustowy 7. Gazy sąodprowadzane przez wylot 8. Proces prowadzi się w temperaturze od 1773K do 2973K. Ciśnienie w urządzeniu zawiera się w zakresie od 0,1 do 0,6 kPa.

183 185

Urządzenie do wytopu surówki według wynalazku, pokazane na fig. 2, zawiera konwertor 11, który składa się z górnej części 13 i dolnej części 14. Górna część 13 ma postać ciśnieniowego kołpaka lub pokrywy z umieszczoną od wewnątrz wężownicąz chłodzącą wodą. Dolna część 14 jest wyposażona od wewnątrz w wyłożenie ogniotrwałe 15, w którym są umieszczone płytowe chłodnice wodne 16. Wodne chłodnice płytowe 16, pokazane na fig. 2 są typu, takiego, jakie są stosowane do chłodzenia wymurówki wielkiego pieca, i są usytuowane powyżej wsadu zawierającego żelazo 17, na wysokości warstwy żużla 18, w szczególności na wysokości warstwy spienionego żużla 19. Pomiędzy częściami górną 13 i dolną 1-4, konwertor 11 ma pośrednią część 20 o zwiększonym przekroju poprzecznym, w której zbiera się spieniony żużel 19. Konwertor 1 i ma zespół łączący 21, który umożliwia odłączanie górnej części 13 od dolnej części 14. Górna część 13 konwertora 11 ma dołączonąrynnę 22 wystającązjej ściany do dostarczania węgla. Tlen jest dostarczany za pośrednictwem bocznych lanc 23 wystających na boki ze ścian konwertora 11, które podczas procesu sąusytuowane powyżej warstwy żużla 18. Pośrednia część 20 o zwiększonym, przekroju poprzecznym, umożliwia umieszczenie bocznych lanc 23 bardziej poziomo. Jak pokazano na fig. 2 w dennicy konwertora 11 są usytuowane przewody wlotowe 24 doprowadzające gaz do przemywania wsadu zawierającego żelazo 17. W urządzeniu korzystnie jest również zastosowana środkowa lanca taka, jak pokazano na fig. 1.

Na fig. 3 pokazano inny przykład wykonania urządzenia według wynalazku. Jest ono podobne do urządzenia z fig. 2. W tym przykładzie wykonania cyklon 12 urządzenia do stapiania rudy ma zespół przewodów doprowadzających 25 do dostarczania rudy żelaza i tlenu, które są rozmieszczone regularnie względem siebie dla zapewnienia wysokiego stopnia wstępnej redukcji rudy żelaza przy wysokiej wydajności cyklonu 12. Cyklon 12 jest usytuowany bezpośrednio ponad konwertorem 11 ijest do niego otwarty, przy czym przekrój poprzeczny połączenia cyklonujest równy lub rozszerza się w kierunku do dołu. Górna część 13 konwertora 11 z fig. 3 ma postać ciśnieniowej kopuły 26, wjej ścianie jest umieszczona wężownica ścienna 27 do chłodzenia wodą, a na wewnętrznej powierzchni jest napylona warstwa ogniotrwała 28. Wyłożenie ogniotrwałe 15 dolnej części 14 konwertora 11 składa się z warstwy wyłożenia zewnętrznego 29 i warstwy wyłożenia wewnętrznego 30. Wodne chłodnice płytowe 16, chociaż są znane w wielkich piecach, nie były stosowane w konwertorach.

Jak pokazano na fig. 4 górna część 13 konwertora 11, razem z cyklonem 12 jest zamocowana na podporze 36 usytuowanej powyżej ściany 31. Pod dolną częścią 14 konwertora 11, która jest odłączalna, jest umieszczony siłownik 32. Dolna część 14 jest przemieszczana do dołu i następnie przesuwana do położenia 34 za pomocąwózka 33, a następnie może być zabrana do położenia 35 w celu naprawy ogniotrwałego wyłożenia. Po tym, jeżeli jest konieczne, druga przygotowana dolna część 14 może być zamocowana w odwrotnych czynnościach.

183 185

FIG. 3

183 185

FIG. 2

183 185

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do wytwarzania surówki poprzez redukcję rudy żelaza, zawierające konwertor do redukcji końcowej rudy żelaza, do którego są doprowadzone przewody doprowadzające węgiel oraz przewody doprowadzające tlen, a z otwartym górnym końcem konwertora jest połączony otwarty dolny koniec, stapiającego rudę żelaza i wstępnie redukującego cyklonu, znamienny tym, że górną część (13), konwertora, która ma postać ciśnieniowej kopuły (26), której wewnętrzna ściana (27) ma wbudowaną wężownicę z chłodzącą wodą, a górna część (13) jest połączona swoją dołnąkrawędziąz gómąkrawędziądolnej części (14), przy czym dolna część (14) ma od wewnątrz, wyłożenie ogniotrwałe (15), w którym są umieszczone wodne chłodnice płytowe (16).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że części górna (13) i dolna (14) konwertora (11) mająw obszarze ich połączenia poziomy przekrój poprzeczny większy niż ich przekroje powyżej i poniżej obszaru ich połączenia.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że dolna część (14) konwertora jest połączona rozłącznie z jego górną częścią (13).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że bezpośrednio nad górną częścią (13) konwertora (11) jest zamontowany otwarty do niej cyklon (12), przy czym przekrój poprzeczny połączenia cyklonu (12) konwertorem (11) jest równy, a korzystnie rozszerza się w kierunku do dołu.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że na wewnętrznej powierzchni swojej ściany, górna część (13) konwertora ma napyloną powłokę ogniotrwałą (28).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wyłożenie ogniotrwałe (15) dolnej części (14) konwertora (11) zawiera warstwę wyłożenia zewnętrznego (29) i warstwę wyłożenia wewnętrznego (30), a płytowe chłodnice wodne (16) sąusytuowane co najmniej w górnej strefie dolnej części (14) konwertora (11).
7. 7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w konwertorze (11) jest umieszczona centralnie pionowa środkowa lanca (3) połączona ze źródłem tlenu.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że konwertor (11) jest wyposażony w zespół bocznych lanc (23) wprowadzonych z boków do wnętrza konwertora (11) i połączonych ze źródłem tlenu.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że boczne lance (23) sąusytuowane skośnie do dołu ich końcem wylotowym.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że konwertor (11) ma co najmniej jedną rynnę węglową (22) wprowadzonąprzez wewnętrzną ścianę (27) w górnej części (13) do wnętrza konwertora (11).
11. 11. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że konwertor (11) zawiera co najmniej jedną usytuowaną centralnie, pionową środkową lancę (3) połączoną ze źródłem węgla.