PL198614B1 - Sposób wytwarzania metalicznego żelaza - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania metalicznego zelaza, obejmuj acy etapy doprowadzania mieszaniny za- wierajacej w eglowy czynnik redukuj acy trzon redukcyjnego pieca wytopowego z obrotowym trzonem, grzanie tej mieszaniny w celu redukcyjnego wytopienia tlenków zelaza, ch lodzenie tak otrzymanego metalicznego zelaza i wyprowadzanie metalicznego zelaza na zewn atrz pieca do wykorzystania, znamienny tym, ze przed doprowadzeniem na trzon mieszaniny zawieraj acej w eglowy czynnik redu- kuj acy i tlenki zelaza tworzy si e odnawialny trzon poprzez uk ladanie warstwy materia lu trzonu na trzo- nie, przy czym metaliczne zelazo wytwarza si e podczas odnawiania materia lem trzonu cz esci lub ca lo sci odnawialnego trzonu, który zosta l uszkodzony podczas dzia lania. PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania metalicznego żelaza, a zwłaszcza sposób wytwarzania metalicznego żelaza przez doprowadzanie mieszaniny zawierającej węglowy czynnik redukcyjny, taki jak węgiel oraz tlenki żelaza, takie jak ruda żelaza na ruchomy trzon redukującego pieca wytopowego, ogrzewanie mieszaniny w celu zredukowania i roztopienia tlenków żelaza, a następnie chłodzenie tak otrzymanego metalicznego żelaza, przy czym sposób ten został ulepszony tak, aby umożliwić ciągłe prowadzenie powyższego procesu wytwarzania w sposób stabilny ze zmniejszeniem do minimum uszkodzeń trzonu lub napraw uszkodzonych obszarów powierzchni trzonu podczas przebiegu procesu.

Jako sposób wytwarzania zredukowanego żelaza znany jest proces ładowania mieszaniny tlenków żelaza, takich jak ruda żelaza i węglowego czynnika redukującego, takiego jak węgiel, na trzon obrotowego pieca lub redukcyjnego pieca z ruchomym trzonem, np. typu prostego rusztu, grzania mieszaniny za pomocą ciepła promieniowania w piecu podczas przemieszczania tej mieszaniny w piecu, a następnie wyprowadzania zredukowanego żelaza uzyskanego przez redukcję tlenków żelaza węglowym czynnikiem redukcyjnym, na zewnątrz pieca z trzonu za pomocą odpowiedniego urządzenia wyprowadzającego, takiego jak mechanizm ślimakowy.

W przypadku stosowania mieszaniny spieków w postaci np. granulek, kiedy spieki te są ładowane na trzon, proszek wytworzony ze spieków na skutek uderzeń przy spadaniu itd. gromadzi się na trzonie. Zgromadzony proszek jest ogrzewany i redukowany wraz ze spiekami, przez co zgromadzony proszek staje się sproszkowanym zredukowanym żelazem, a spieki stają się granulowanym zredukowanym żelazem. Granulowane zredukowane żelazo jest wyprowadzane z pieca za pomocą ślimaka wyprowadzającego, natomiast sproszkowane zredukowane żelazo jest wtłaczane w powierzchnię trzonu przez ślimak wyprowadzający. Przy ciągłym działaniu pojawia się zatem problem polegający na tym, że gdy ilość zredukowanego sproszkowanego żelaza wtłoczonego w powierzchnię trzonu zwiększa się, wówczas zredukowane sproszkowane żelazo łączy się ze sobą pod działaniem powtarzalnie przykładanych sił ściskających ze strony ślimaka wyprowadzającego i tworzy na powierzchni trzonu żelazną warstwę. W piecu redukcyjnym z ruchomym trzonem, ponieważ strefy grzania i redukcji mają wysoką temperaturę, natomiast strefa ładowania surowca i strefa wyprowadzania mają stosunkowo niską temperaturę, żelazna warstwa utworzona na powierzchni trzonu ma tendencję do pękania lub wypaczania się z powodu różnicy temperatury pomiędzy tymi strefami. Jeżeli ślimak wyprowadzający zostanie potem zablokowany przez odkształconą warstwę żelaza, powoduje to kłopoty, takie jak wyłączenie urządzenia.

Sposób rozwiązania powyższego problemu został już uprzednio zaproponowany przez wynalazców (japoński patent nr 3 075 721). Według zaproponowanego sposobu proszek wprowadzany do pieca wraz ze spiekami i wytwarzany ze spieków gromadzi się na powierzchni trzonu tworząc na nim warstwę tlenku żelaza, a urządzenie wyprowadzające ciągle przemieszczane w kierunku stropu pieca podczas działania, przez co regulowana jest szczelina pomiędzy urządzeniem wyprowadzającym a warstwą tlenku żelaza utworzoną na powierzchni ruchomego trzonu. Możliwe jest zatem uchronienie sproszkowanego zredukowanego żelaza przed wtłaczaniem w powierzchnię trzonu przez urządzenie wyprowadzające oraz uniemożliwienie powstawania warstwy żelaza na trzonie. Ponadto zgromadzona warstwa zredukowanego proszku żelaza jest okresowo wygarniana, dzięki czemu możliwe jest działanie ciągłe. Zaproponowany sposób ma umożliwić ciągłe działanie przez wyganianie warstwy żelaza powstałej na powierzchni trzonu i okresowe odnawianie i naprawianie powierzchni trzonu, ale nie chodzi przy tym o wygarnianie samego trzonu.

Ponadto, jako sposób wytwarzania metalicznego żelaza znany jest proces ładowania mieszaniny tlenków żelaza i materiału redukującego do redukcyjnego pieca wytopowego z ruchomym trzonem. Mieszaninę tę nagrzewa się ciepłem promieniowania w tym piecu podczas przemieszczania się tej mieszaniny w piecu. Tlenki żelaza redukuje się materiałem redukującym. Oddziela się nawęglony roztopiony i zbrylony żużel. Zredukowane żelazo chłodzi się w celu spowodowania zakrzepnięcia i utworzenia granulowanego metalicznego żelaza w postaci stałej. Następnie wyprowadza się to granulowane metaliczne żelazo w postaci stałej z pieca. W związku z tym wynalazcy poprzednio zaproponowali, np. w publikacji japońskiego nie przebadanego zgłoszenia patentowego nr 2000-144224 technikę tworzenia szklistej warstwy złożonej z tlenków żelaza, węgla i krzemionki na powierzchni obrotowego trzonu, przez co zabezpiecza się trzon przed uszkodzeniem przez roztopione żelazo.

PL 198 614 B1

Jednakże, ponieważ ta szklista warstwa jest uszkadzana przez infiltrację (przenikanie) żużla i erozję przy kontynuowaniu operacji, nadal potrzebne jest ulepszenie, by osiągnąć stabilne i ciągłe działanie.

W świetle przedstawionego powyżej stanu techniki, celem przedmiotowego wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania metalicznego żelaza, który umożliwia łatwe usuwanie lub naprawianie powierzchni trzonu, nawet gdy sproszkowane metaliczne żelazo jest zagłębione w powierzchni trzonu, lub gdy powierzchnia trzonu uległa infiltracji żużla i erozji, co może zwiększyć współczynnik dostępności i możliwości konserwacji trzonu i zapewnia długotrwałe ciągłe działanie.

Sposób wytwarzania metalicznego żelaza, obejmujący etapy doprowadzania mieszaniny zawierającej węglowy czynnik redukujący i tlenki żelaza na trzon redukcyjnego pieca wytopowego z obrotowym trzonem, grzanie tej mieszaniny w celu redukcyjnego wytopienia tlenków żelaza, chłodzenie tak otrzymanego metalicznego żelaza i wyprowadzanie metalicznego żelaza na zewnątrz pieca do wykorzystania, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przed doprowadzeniem na trzon mieszaniny zawierającej węglowy czynnik redukujący i tlenki żelaza tworzy się odnawialny trzon poprzez układanie warstwy materiału trzonu na trzonie, przy czym metaliczne żelazo wytwarza się podczas odnawiania materiałem trzonu części lub całości odnawialnego trzonu, który został uszkodzony podczas działania.

Korzystnie, metaliczne żelazo wytwarza się podczas odnawiania trzonu przez doprowadzanie materiału trzonu i tworzącego warstwę na odnawialnym trzonie, który został uszkodzony podczas działania albo przez doprowadzanie materiału trzonu na powierzchnię uszkodzonego odnawialnego trzonu.

Korzystnie, materiałem trzonu wypełnia się wyszczerbienia powstałe w powierzchni warstwy trzonu podczas działania redukującego pieca wytopowego.

Korzystnie, całość lub część odnawialnego trzonu, która została uszkodzona podczas działania, usuwa się okresowo lub w sposób ciąg ły.

Korzystnie, grubość odnawialnego trzonu jest regulowana.

Korzystnie, odnawialny trzon odnawia się poprzez doprowadzenie materiału trzonu, po usunięciu całości lub części odnawialnego trzonu.

Korzystnie, materiał trzonu zawiera substancję o wysokiej temperaturze topnienia, odporną na korozyjne działanie powstającego żużla.

Korzystnie, materiał trzonu zawiera ponadto substancję węglową.

Korzystnie, substancja o wysokiej temperaturze topnienia zawiera tlenki, obejmujące tlenek glinu i/lub tlenek magnezu albo węglik krzemu.

Korzystnie, materiał trzonu zawiera ponadto czynnik przyspieszający spiekanie.

Korzystnie, po doprowadzeniu chłodziwa do odnawialnego trzonu, który został uszkodzony podczas działania, ten odnawialny trzon usuwa się wraz z usytuowaną na nim warstwą zakrzepłego żelaza, zaś metaliczne żelazo wytwarza się podczas odnawiania części lub całości odnawialnego trzonu materiałem trzonu.

Korzystnie, odnawialny trzon zmiękcza się przed odnawianiem go.

Korzystnie, po wprowadzeniu materiału trzonu i ułożeniu go warstwą na trzonie układa się modyfikator atmosfery zawierający sproszkowaną substancję węglową, a następnie doprowadza się mieszaninę zawierającą węglowy czynnik redukujący i tlenki żelaza.

Korzystnie, materiał trzonu miesza się z modyfikatorem atmosfery.

Korzystnie, modyfikator atmosfery układa się w co najmniej dwóch warstwach.

Korzystnie, warstwę materiału węglowego umieszcza się pomiędzy trzonem a odnawialnym trzonem albo pomiędzy odnawialnym trzonem a odnawialnym trzonem dostarczanym na ten odnawialny trzon.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że sposób według wynalazku pozwala na wyeliminowanie powyżej wskazanych problemów.

Przy praktycznym realizowaniu sposobu według wynalazku metaliczne żelazo można wytwarzać podczas wypełniania materiałem trzonu wyszczerbień powstałych w powierzchni warstwy trzonu podczas działania redukującego pieca wytopowego, by je naprawić.

Korzystnie, po doprowadzeniu chłodziwa do odnawialnego trzonu, który został uszkodzony podczas działania, by spowodować zakrzepnięcie roztopionego żelaza spoczywającego na powierzchni odnawialnego trzonu, ten odnawialny trzon usuwa się wraz z rezydującym żelazem, a metaliczne żelazo wytwarza się podczas odnawiania części lub całości odnawialnego trzonu materiałem trzonu.

Sposób według wynalazku został poniżej dokładniej omówiony w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie jeden przykład realizacji redukcyjnego pieca wytopowego z kołowym

PL 198 614 B1 ruchomym trzonem, fig. 2 przedstawia piec w przekroju wzdłuż linii A-A z fig. 1, fig. 3 przedstawia redukcyjny piec wytopowy w schematycznym przekroju patrząc na fig. 1 w kierunku obrotu ruchomego trzonu, fig. 4 przedstawia ten piec w widoku pokazującym stan, w którym odnawialny trzon jest początkowo tworzony, fig. 5 przedstawia schematycznie ten piec w widoku pokazującym zwykłe działanie, fig. 6 przedstawia schematycznie ten piec w widoku pokazującym uszkodzenie odnawialnego trzonu, fig. 7 przedstawia schematycznie ten piec w widoku pokazującym odnawianie odnawialnego trzonu, fig. 8 przedstawia schematycznie ten piec w widoku pokazującym odnawianie odnawialnego trzonu, fig. 9 przedstawia schematycznie ten piec w widoku pokazującym odnawianie odnawialnego trzonu, fig. 10 przedstawia schematycznie ten piec w widoku pokazującym odnawianie odnawialnego trzonu, fig. 11 przedstawia schematycznie ten piec w widoku pokazującym działanie wykorzystujące modyfikator atmosfery, fig. 12 przedstawia schematycznie ten piec w widoku pokazującym działanie wykorzystujące dwie warstwy modyfikatora atmosfery, a fig. 13 przedstawia ten piec w widoku pokazującym ulepszenie ułatwiające usuwanie odnawialnego trzonu za pomocą warstw materiału węglowego.

Przykłady realizacji przedmiotowego wynalazku zostaną opisane poniżej szczegółowo w odniesieniu do rysunków. Należy jednak zauważyć, że następujące przykłady realizacji są przedstawione jedynie jako typowe przykłady, a przedmiotowy wynalazek nie jest ograniczony do przedstawionych przykładów.

Figury 1-3 są schematycznymi objaśniającymi widokami, które przedstawiają jeden przykład redukcyjnego pieca wytopowego z ruchomym trzonem (piec obrotowy). Piec taki jest konstrukcją w kształcie kopuły, posiadającą obrotowy trzon w postaci toroidalnego pierścienia. W szczególności fig. 1 jest schematycznym widokiem z góry, fig. 2 jest przekrojem wzdłuż linii A-A z fig. 1, a fig. 3 jest schematycznym widokiem objaśniającym, który przedstawia przekrój redukcyjnego pieca wytopowego w postaci rozwiniętej patrząc w kierunku obrotu obrotowego trzonu na fig. 1 dla łatwiejszego zrozumienia. Na rysunku przez 1 oznaczono obrotowy trzon, a przez 2 oznaczono korpus pieca przykrywający ten obrotowy trzon. Obrotowy trzon 1 jest skonstruowany tak, że może być napędzany przez urządzenie napędzające (nie pokazano), aby obracał się z prawidłową prędkością.

Jak pokazano przykładowo na fig. 2, wiele palników 3 umieszczonych jest w odpowiednich miejscach w powierzchni ściany korpusu 2 pieca. Ciepło spalania i ciepło promieniowania wytwarzane przez palniki 3 jest przenoszone do mieszaniny zawierającej węglowy czynnik redukujący oraz tlenki żelaza (dalej nazywana również mieszaniną surowców), która jest umieszczona na obrotowym trzonie 1, aby przeprowadzać przez grzanie redukcję mieszaniny surowców. Poniżej przedmiotowy wynalazek jest opisany w nawiązaniu do przypadku stosowania w charakterze mieszaniny surowców spieków zawierających węglowy czynnik redukujący oraz tlenki żelaza (dalej zwane spiekami surowca). Jednakże przedmiotowy wynalazek nie ogranicza się do stosowania spieków, ale można stosować również proszkową mieszaninę surowców. Ponadto, spieki można przygotowywać w różnych kształtach, takich jak pastylki i brykiety.

Figura 3 przedstawia korzystny przykład korpusu 2 pieca. Wnętrze korpusu 2 pieca jest podzielone przegrodami K1 do K3 na wiele stref sięgających od redukcyjnej strefy Z1 do chłodzącej strefy Z4. Urządzenie 4 załadunku spieku surowców, urządzenie do załadunku modyfikatora atmosfery i urządzenie 5 do załadunku materiału trzonu są umieszczone naprzeciw siebie na obrotowym trzonie 1, po wejściowej stronie w kierunku obrotu korpusu 2 pieca. Urządzenie ładujące 6 jest umieszczone najbliżej wyjścia w kierunku obrotu (inaczej mówiąc tuż przed urządzeniem załadowczym 5 ze względu na obrotową konstrukcję).

Podczas działania takiego redukcyjnego pieca wytopowego obrotowy trzon 1 jest obracany z uprzednio określoną prędkością, a spieki surowca są doprowadzane przez urządzenie ładujące 4 na obrotowy trzon 1 tak, że warstwa spieków surowca ma prawidłową grubość. Spieki surowca załadowane na obrotowy trzon 1 są poddawane działaniu ciepła spalania i ciepła promieniowania wytwarzanego przez palniki 3 podczas przemieszczania się w strefach redukcji i wytapiania Z1 do Z3. Tlenki żelaza w spiekach surowca są redukowane przez grzanie za pomocą tlenku węgla wytwarzanego po reakcji pomiędzy tlenkami żelaza a węglowym czynnikiem redukującym w spiekach surowca. Następnie zredukowane żelazo wytworzone z prawie całkowitą redukcją tlenków żelaza jest dalej grzane w atmosferze bogatej w węgiel, przez co otrzymuje się granulki roztopionego metalicznego żelaza w procesie, w którym zredukowane żelazo jest nawęglane, roztapiane i zbrylane przy równoczesnym oddzielaniu od żużla wytwarzanego jako produkt uboczny. Następnie granulowane roztopione metaliczne żelazo jest chłodzone za pomocą dowolnego odpowiedniego urządzenia chłodzącego C w strefie Z4 chłodzenia do zakrzepnięcia i jest kolejno wygarniane przez urządzenie wyprowadzające 6

PL 198 614 B1 umieszczone za strefą Z₄ chłodzenia. Równocześnie wyprowadzany jest również żużel wytworzony jako produkt uboczny. Po przejściu przez lej H granulowane metaliczne żelazo i żużel są oddzielane od siebie za pomocą dowolnego odpowiedniego urządzenia oddzielającego (takiego jak sito lub magnetyczne urządzenie sortujące). Wreszcie można otrzymać granulowane metaliczne żelazo o czystości nie mniejszej niż około 95%, korzystniej nie mniejszej niż około 98% i zawierające bardzo mało składników żużlowych.

Według przedmiotowego wynalazku, przy wytwarzaniu metalicznego żelaza o dużej czystości przy użyciu redukującego pieca wytopowego z ruchomym trzonem, opisanego powyżej, głównym celem jest w szczególności ochrona trzonu obrotowego 1. Poniżej podano zatem opis gównie sposobów naprawiania i odnawiania trzonu. Jednakże konstrukcja redukcyjnego pieca wytopowego z ruchomym trzonem, którego dotyczy wynalazek, nie ogranicza się do kształtu i konstrukcji pokazanych na fig. 1-3. Jeżeli tylko redukcyjny piec wytopowy zawiera jako część składową ruchomy trzon, według przedmiotowego wynalazku można skutecznie wykorzystywać różne redukcyjne piece wytopowe z ruchomym trzonem o dowolnych innych konstrukcjach, np. typu prostego rusztu.

Przedmiotowy wynalazek jest realizowany w urządzeniu do wytwarzania metalicznego żelaza, w którym mieszanina zawierająca tlenki żelaza, np. rudę żelaza jako źródło żelaza i węglowy czynnik redukujący, np. węgiel, służący jako czynnik do redukowania tlenków żelaza jest doprowadzana na trzon redukcyjnego pieca wytopowego z ruchomym trzonem i grzana jest w celu redukcyjnego wytopienia tlenków, a otrzymane przez to metaliczne żelazo chłodzi się i wyprowadza na zewnątrz pieca. Ponadto celem wynalazku jest ochrona trzonu, który służy do wspierania warstwy, kiedy metaliczne żelazo jest kolejno wytwarzane przez etapy grzania, redukcji, nawęglania i roztapiania, jak również umożliwienie kontynuowania stabilnego działania przez renowację powierzchni trzonu tworzonej przy ładowaniu mieszaniny surowców.

Podstawowa koncepcja przedmiotowego wynalazku polega na sposobie wytwarzania metalicznego żelaza, przy czym sposób ten zawiera etapy doprowadzania mieszaniny zawierającej węglowy czynnik redukujący i tlenki żelaza na trzon redukcyjnego pieca wytopowego z ruchomym trzonem, chłodzenia tak otrzymanego metalicznego żelaza i wyprowadzania metalicznego żelaza na zewnątrz pieca, przy czym materiał trzonu układa się w postaci warstwy na trzonie przed doprowadzeniem mieszaniny, przez co tworzy się odnawialny trzon, a metaliczne żelazo jest wytwarzane podczas odnawiania materiałem trzonu części lub całości odnawialnego trzonu, który został uszkodzony podczas eksploatacji.

Figury 4 i 5 przedstawiają schematycznie w przekroju korzystny przykład realizacji przedmiotowego wynalazku. Na początku działania materiał trzonu kładzie się w postaci warstwy na ogniotrwałym trzonie 8 redukcyjnego pieca wytopowego z ruchomym trzonem przed doprowadzeniem spieków surowca, przez co powstaje odnawialny trzon 9, który nadaje się do odnawiania w zależności od potrzeb. Sposób wprowadzania materiału trzonu nie jest ograniczony do jednego określonego sposobu ale zaleca się, by materiał trzonu układać na ogniotrwałym trzonie równomierną warstwą stosując urządzenie 5 doprowadzania materiału trzonu, gdy trzon jest obracany. Zaleca się również wypoziomowanie i zagęszczanie materiału trzonu za pomocą urządzenia wyprowadzającego 6, gdy trzon jest obracany, po wprowadzeniu materiału trzonu na ogniotrwały trzon. Jest tak dlatego, ponieważ odnawialny trzon o odpowiedniej wytrzymałości i gładkości można wytwarzać przy dowolnej żądanej grubości. Alternatywnie, zamiast urządzenia wyprowadzającego 6 można stosować dowolne urządzenie poziomujące (nie pokazano).

Grubość odnawialnego trzonu nie jest ograniczona do jednej szczególnej wartości ale zaleca się, by grubość trzonu korzystnie była nie mniejsza niż 5 mm, korzystniej nie mniejsza niż 10 mm, z punktu widzenia powstrzymywania roztopionego żużla przed infiltracją w ogniotrwały trzon i nadawania odnawialnemu trzonowi wystarczającej wytrzymałości odpowiedniej wobec operacji ładowania spieków surowców lub wyprowadzania żużla oraz metalicznego żelaza jako produktu.

Po utworzeniu odnawialnego trzonu surowcowe spieki G doprowadza się na odnawialny trzon za pomocą urządzenia 4 doprowadzającego surowiec podczas obrotu trzonu. Jak opisano powyżej w odniesieniu do fig. 1-3, spieki surowca poddawane są działaniu ciepła spalania i ciepła promieniowania, wytwarzanego przez palniki podczas swego ruchu w strefach Z1 do Z5 redukcyjnego pieca, dzięki czemu tlenki żelaza w spiekach surowca są redukowane w stanie stałym i stają się zredukowanym żelazem. Zredukowane żelazo jest dalej ogrzewane tak, że jest nawęglane i ma mniejszą temperaturę topnienia, a następnie topi się. Roztopione żelazo przywiera do spieku i rośnie w stosunkowo dużą bryłkę metalicznego żelaza Fe. oddzielając się od żużla, który jest wytwarzany jako produkt

PL 198 614 B1 uboczny i spieka się w żużel Sg. Następnie bryłki metalicznego żelaza Fe i żużla Sg są chłodzone tuż przed urządzeniem wyprowadzającym, jak opisano powyżej i są przemieszczane do położenia, gdzie zamontowane jest urządzenie wyprowadzające. Następnie granulowane metaliczne żelazo Fe i żużel Sg, oba w stanie stałym w trakcie chłodzenia są wygarniane z powierzchni trzonu przez urządzenie wyprowadzające.

Wytwarzanie metalicznego żelaza jest kontynuowane w ten sposób. Jednakże przy długotrwałym kontynuowaniu takiego działania odnawialny trzon ulega stopniowo zniszczeniu i nie można już kontynuować stałej produkcji metalicznego żelaza. Na fig. 6 przedstawiono przykład uszkodzenia odnawialnego trzonu. Przykładowo, część roztopionego żużla wytworzonego jako produkt uboczny w opisanym powyżej redukcyjnym procesie wytapiania styka się z odnawialnym trzonem i wnika w ten trzon. Ponadto przy ciągłym działaniu ilość żużla wnikającego w odnawialny trzon zwiększa się, na skutek czego odnawialny trzon ulega korozji lub zmiękczeniu w wyniku zmniejszenia swej temperatury topnienia, co powoduje metamorficzną ekspansję. W rezultacie odnawialny trzon traci wytrzymałość i gładkość wymaganą od takiego trzonu, i nie można już kontynuować stabilnej produkcji metalicznego żelaza. Jeżeli wnikanie żużla postępuje nadal, rozszerzająca się infiltracja żużla i erozja sięgają do ogniotrwałego trzonu. Doprowadza to w końcu do tego, że piec trzeba wyłączyć i naprawiać ogniotrwały trzon.

Ponadto, przy wyprowadzaniu zarówno granulowane metaliczne żelazo Fe, jak i żużel Sg są w stanie stałym i często są wprowadzane w odnawialny trzon pod naciskiem urządzenia wyprowadzającego. W szczególności granulowane metaliczne żelazo Fe i żużel Sg mają tendencję do łatwego wprowadzenia w odnawialny trzon, gdy jest on zmiękczony, jak opisano powyżej. Żużel Sg wprowadzony w odnawialny trzon jest przemieszczany w piecu przy obrocie trzonu i ponownie roztapiany, ponieważ podlega działaniu wysokiej temperatury. Na skutek tego taki żużel Sg wnika w odnawialny trzon podobnie jak opisany powyżej żużel roztopiony. Metaliczne żelazo Fe wprowadzone w odnawialny trzon jest również przemieszczane z powrotem do pieca na skutek obrotu trzonu i roztapiane ponownie, ponieważ podlega działaniu wysokiej temperatury. Dlatego takie metaliczne żelazo łączy się ze sobą lub z metalicznym żelazem Fe wytworzonym ze świeżo doprowadzonych spieków G surowca i rośnie w powiększone metaliczne żelazo. Przy dalszym zwiększeniu wymiarów metalicznego żelaza tak zwiększone metaliczne żelazo nie może być wystarczająco chłodzone i doprowadzane do stanu stałego przez zdolność chłodzenia strefy chłodzenia, a zatem dochodzi do sekcji wyprowadzania, gdy jest jeszcze w stanie roztopionym. Trudno jest wyprowadzać metaliczne żelazo w takim stanie z pieca za pomocą urządzenia wyprowadzającego. W zależności od rodzaju zastosowanego urządzenia wyprowadzającego metaliczne żelazo Fe i żużel Sg, które mają tendencję do łatwego wnikania w odnawialny trzon, mają często postać drobnoziarnistego metalicznego żelaza Fe i żużla Sg, które nie są wystarczająco zbrylone i rosną w opisanym powyżej procesie wytapiania.

Ponadto, w operacji wyprowadzania odnawialny trzon powiększony metamorficznie jest czasami chwytany przez urządzenie wyprowadzające i częściowo odwarstwiany. W innych przypadkach powiększone metaliczne żelazo przebywające w odnawialnym trzonie jest usuwane i powstaje tam wyszczerbienie. Metaliczne żelazo Fe i żużel Sg mają tendencję do gromadzenia się w tak powstałym wyszczerbieniu, przyspieszając przez to wnikanie żużla w odnawialny trzon i powodując zwiększanie wymiaru bryłek roztopionego żelaza, które na skutek tego pozostają roztopione.

Odnawianie odnawialnego trzonu, przeprowadzane według przedmiotowego wynalazku, ma odtwarzać funkcję odnawialnego trzonu i kontynuować stabilną operację wytwarzania metalicznego żelaza. Przykłady sposobu odnawiania przedstawiono na fig. 7-10.

Na figurze 7 przez 9a oznaczono uszkodzony obszar odnawialnego trzonu 9. Po wyprowadzeniu metalicznego żelaza Fe i żużla Sg na zewnątrz pieca za pomocą wyprowadzającego urządzenia 6 na powierzchnię uszkodzonego obszaru 9a odnawialnego trzonu wprowadza się materiał trzonu przed doprowadzeniem spieków G surowca tak, że może być kontynuowana stabilna operacja wytwarzania metalicznego żelaza. W tym czasie dolny koniec lemiesza urządzenia wyprowadzającego jest usytuowany na powierzchni uszkodzonego obszaru 9a odnawialnego trzonu i przy obrocie trzonu usuwa część metalicznego żelaza Fe i żużla Sg z powierzchniowej warstwy uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu oraz prasuje materiał trzonu świeżo doprowadzony na powierzchnię uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu w warstwę powierzchniową uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu, przywracając przez to funkcję uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu. Doprowadzanie materiału trzonu nie jest koniecznie zawsze kontynuowane, ale może być zatrzymywane, gdy funkcja uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu jest przywrócona. Następnie podobny etap odnawiania

PL 198 614 B1 może być powtórzony w stopniu, w jakim uszkodzenie odnawialnego trzonu zostało spowodowane ponownie przy dalszym kontynuowaniu działania.

Zatrzymywanie wytwarzania metalicznego żelaza w celu przeprowadzenia etapu odnawiania odnawialnego trzonu powoduje zmniejszenie współczynnika dostępności. Jednakże, kiedy odnawialny trzon jest silnie uszkodzony, np., kiedy w odnawialnym trzonie powstanie duże wyszczerbienie, znacznie przyspiesza ono wnikanie żużla w odnawialny trzon i powoduje, że metaliczne żelazo zwiększa wymiar swych bryłek i pozostaje roztopione, jak opisano powyżej. W związku z tym wytwarzanie metalicznego żelaza może być czasami zatrzymywane.

W przypadku opisanej powyżej metody odnawiania, ponieważ dolny koniec lemiesza urządzenia wyprowadzającego jest usytuowany na powierzchni uszkodzonego obszaru 9a odnawialnego trzonu, większość materiału trzonu poza tą jego częścią, która jest wciskana w uszkodzony obszar odnawialnego trzonu, jest wyprowadzana z pieca przez urządzenie wyprowadzające. Zwiększa się zatem ilość zużywanego materiału trzonu.

Figura 8 przedstawia inny przykład sposobu odnawiania. Po wyprowadzeniu metalicznego żelaza Fe i żużla Sg z pieca za pomocą wyprowadzającego urządzenia 6 materiał trzonu jest doprowadzany tak, aby utworzył warstwę na powierzchni uszkodzonego obszaru 9a odnawialnego trzonu przed doprowadzeniem spieków G surowca tak, że można kontynuować stabilną operację wytwarzania metalicznego żelaza. W tym czasie dolny koniec lemiesza urządzenia wyprowadzającego jest usytuowany na poziomie nieco oddalonym nad powierzchnią uszkodzonego obszaru 9a odnawialnego trzonu. Na skutek tego część metalicznego żelaza Fe i żużla Sg na powierzchniowej warstwie uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu nie może być usuwana, ale nowa warstwa odnawialnego trzonu powstaje na uszkodzonym obszarze odnawialnego trzonu ze świeżo doprowadzanego materiału trzonu, przez co przywraca się funkcję odnawialnego trzonu. Doprowadzanie materiału trzonu nie jest koniecznie zawsze kontynuowane, ale może być zatrzymywane, gdy tworzona jest nowa warstwa odnawialnego trzonu.

Grubość nowej warstwy odnawialnego trzonu, ułożonej na uszkodzonym obszarze odnawialnego trzonu, nie jest ograniczona do jakiejś konkretnej wartości, ale korzystnie jest nie mniejsza niż 2 mm, aby uniknąć szkodliwego oddziaływania uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu na świeżą warstwę odnawialnego trzonu. Następnie podobny etap odnawiania można powtórzyć w fazie, w której uszkodzenie odnawialnego trzonu znów się pojawiło i dalej prowadzić operację.

W przypadku powyższego sposobu odnawiania ilość zużywanego materiału trzonu można zmniejszyć przez zatrzymanie doprowadzania materiału trzonu, kiedy tworzona jest nowa warstwa odnawialnego trzonu. Dodatkowo, jak w przypadku pokazanym na fig. 7, wytwarzanie metalicznego żelaza można zatrzymać w celu przeprowadzenia etapu odnawiania odnawialnego trzonu.

Według innego sposobu odnawiania materiał trzonu może wypełnić wyszczerbienie powstałe w powierzchni warstwy trzonu podczas działania redukcyjnego pieca wytopowego.

Figura 9 przedstawia jeszcze inny przykład sposobu odnawiania. Po wyprowadzeniu metalicznego żelaza Fe i żużla Sg z pieca za pomocą wyprowadzającego urządzenia 6 część lub całość uszkodzonego obszaru 9a odnawialnego trzonu jest usuwana przed doprowadzeniem spieków G surowca, by spowodować pojawienie się nowej powierzchni odnawialnego trzonu z mniejszym uszkodzeniem lub bez uszkodzenia tak, że funkcja odnawialnego trzonu może zostać przywrócona i można kontynuować stabilną operację wytwarzania metalicznego żelaza.

Sposób usuwania uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu nie jest ograniczony do jakiegoś jednego określonego przykładu i można stosować dowolne odpowiednie środki usuwania (nie pokazano). Przy stosowaniu wyprowadzającego urządzenia 6 do usuwania uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu możliwe jest wyprowadzanie metalicznego żelaza Fe i żużla Sg z pieca, a równocześnie usuwanie uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu. Następnie podobny etap odnawiania można powtórzyć w fazie, w której uszkodzenie odnawialnego trzonu ponownie pojawiło się i kontynuować operację. Ponadto w fazie, w której grubość odnawialnego trzonu osiągnęła minimalną granicę, materiał trzonu może być ponownie wprowadzony w celu odtworzenia odnawialnego trzonu tak, by miał uprzednio określoną grubość. Chociaż tego nie pokazano, kiedy uszkodzony obszar odnawialnego trzonu jest usunięty, materiał trzonu można ponownie wprowadzić w celu odtworzenia odnawialnego trzonu, by miał uprzednio określoną grubość.

Przy wymienionym wyżej sposobie odnawiania ilość zużytego materiału trzonu jest zmniejszona, jak w przypadku fig. 8. W pewnych przypadkach pojawiają się jednak trudności z usuwaniem uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu do stanu płaskiego i równomiernego i pożądane jest

PL 198 614 B1 dodawanie materiału trzonu w zależności od natury lub stopnia uszkodzenia odnawialnego trzonu, np. gdy odnawialny trzon jest nierównomiernie uszkodzony lub kiedy uszkodzenie wchodzi w pewnych miejscach głęboko w odnawialny trzon. Dodatkowo, jak w przypadku fig. 7, wytwarzanie metalicznego żelaza można zatrzymać, aby przeprowadzić etap odnawiania odnawialnego trzonu.

Figura 10 przedstawia jeszcze inny przykład sposobu odnawiania. Po wyprowadzeniu metalicznego żelaza Fe i żużla Sg z pieca za pomocą wyprowadzającego urządzenia 6, część lub całość uszkodzonego obszaru 9a odnawialnego trzonu usuwa się przed wprowadzeniem spieków G surowca i doprowadza się materiał trzonu, by utworzył warstwę na odsłoniętej powierzchni odnawialnego trzonu tak, że funkcję odnawialnego trzonu można przywrócić i kontynuować stabilną operację wytwarzania metalicznego żelaza. Jak w przypadku fig. 9, sposób odnawiania uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu nie jest ograniczony do jakiegoś jednego określonego przykładu wykonania. Ponadto, jak w przypadku fig. 8, grubość nowej warstwy odnawialnego trzonu ułożonej na odsłoniętej powierzchni po usunięciu nie jest ograniczona do jednego określonego przykładu wykonania, ale jest korzystnie nie mniejsza niż 2 mm, aby uniknąć szkodliwego wpływu uszkodzonego obszaru pozostałego odnawialnego trzonu na nową warstwę odnawialnego trzonu. Następnie podobny etap odnawiania można powtórzyć w fazie, w której uszkodzenie odnawialnego trzonu wystąpi ponownie, aby kontynuować operację.

Przy wyżej wymienionym sposobie odnawiania czasami występują trudności z usuwaniem uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu do stanu płaskiego i równomiernego, jak w przypadku pokazanym na fig. 9, ale nie ma żadnych problemów, ponieważ odnawialny trzon jest świeżo tworzony na odsłoniętej powierzchni usytuowanego pod spodem odnawialnego trzonu.

Ponadto, jak w przypadku pokazanym na fig. 7, wytwarzanie metalicznego żelaza można zatrzymać, aby przeprowadzić etap odnawiania odnawialnego trzonu. Ponadto, w przypadkach przedstawionych na fig. 9 i 10, kiedy usuwa się część lub całość uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu, część odnawialnego trzonu, która nie jest uszkodzona, może być również usunięta.

Operacja usuwania metalicznego żelaza i żużla, usytuowanych na warstwie powierzchniowej odnawialnego trzonu lub wciskania świeżego materiału trzonu w powierzchniową warstwę uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu albo usuwanie uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu można przeprowadzać nie tylko za pomocą urządzenia wyprowadzającego, takiego jak urządzenie typu zgarniaka lub ślimaka, ale również za pomocą dowolnych innych odpowiednich elementów usuwających, takich jak frezarka.

Ponadto, środki do regulacji grubości odnawialnego trzonu nie są ograniczone do jednego szczególnego przykładu, ale mogą stanowić urządzenie wyprowadzające używane do usuwania metalicznego żelaza i żużla, usytuowanych na warstwie powierzchniowej odnawialnego trzonu lub też mogą być urządzeniem służącym do usuwania uszkodzonego odnawialnego trzonu albo urządzeniem poziomującym. Grubość odnawialnego trzonu można regulować przez regulowanie odstępu pomiędzy dolnym końcem (np. końcowe położenie lemiesza) takiego urządzenia, które jest zainstalowane w piecu a odnawialnym trzonem.

Ponadto, sposób wznoszenia i opuszczania urządzenia wyprowadzającego lub urządzenia usuwającego nie jest ograniczony do jednego określonego przykładu, ale można tu stosować podnośnik, cylinder hydrauliczny lub pneumatyczny itd.

Chociaż opisano powyżej kilka przykładów sposobu odnawiania odnawialnego trzonu, można również zastosować dowolny odpowiedni sposób odnawiania inny niż przedstawiono powyżej albo też sposoby te można łączyć ze sobą. Ponieważ odnawialny trzon jest wystawiony na działanie wysokiej temperatury w piecu i podlega infiltracji i erozji roztopionego żużla, jak opisano powyżej, materiał trzonu jest korzystnie substancją o wysokiej temperaturze topnienia i odporną na korozję pod działaniem roztopionego żużla. Taki materiał trzonu zawiera np. tlenki, obejmujące tlenek glinu i/lub tlenek magnezu albo węglik krzemu. Można również zastosować dowolną inną odpowiednią substancję, jeżeli ma ona wymienione wyżej właściwości. Według przedmiotowego wynalazku materiałem trzonu może być jeden, dwa albo więcej rodzajów materiałów w odpowiedniej kombinacji. Mianowicie nie ma żadnego określonego ograniczenia liczby stosowanych rodzajów materiałów trzonu. Ponadto, przy stosowaniu wymienionego wyżej materiału trzonu do tworzenia odnawialnego trzonu można opóźnić uszkodzenie odnawialnego trzonu na skutek erozji powodowanej przez roztopiony żużel. W rezultacie możliwe jest zwiększenie współczynnika dostępności urządzenia i zmniejszenie ilości zużywanego materiału trzonu.

PL 198 614 B1

Ponadto, materiał trzonu zawiera substancję węglową (kiedy materiał trzonu jest mieszaniną materiału odpornego na korozję o wysokiej temperaturze topnienia i substancji węglowej), odnawialny trzon ma strukturę porowatą na skutek wypalenia substancji węglowej w piecu, przez co ekspansję metamorficzną, przypisywaną infiltracji roztopionego żużla można zmniejszyć, a powierzchnię odnawialnego trzonu można utrzymywać w stanie płaskim i równomiernym przez dłuższy czas. Porowata struktura odnawialnego trzonu jest również korzystna, ponieważ ułatwia usuwanie uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu, kiedy odnawialny trzon jest odnawiany, a ponadto zmniejsza zużycie końca lemiesza urządzenia do usuwania uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu, np. urządzenia wyprowadzającego.

Stosunek mieszania materiału o wysokiej temperaturze topnienia do substancji węglowej nie jest ograniczony do jakiejś szczególnej wartości, ale zalecane jest by był w zakresie korzystnie od 20:80 do 80:20, a korzystniej od 70:30 do 30:70. Jeżeli ilość substancji węglowej jest za mała, wówczas zmniejszy się liczba porów w odnawialnym trzonie, co spowoduje zmniejszenie tłumienia ekspansji metamorficznej przypisywanej infiltracji roztopionego żużla oraz trudności z usuwaniem uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu. Jeśli natomiast ilość substancji węglowej jest za duża, wówczas odnawialny trzon może nie mieć określonego poziomu wytrzymałości i potrzebne będzie ciągłe doprowadzanie materiału trzonu, ponieważ substancja węglowa jest wypalana i zużywana w piecu, co powoduje niepożądane zwiększenie kosztu. Stosowanie węgla jako substancji węglowej jest korzystniejsze, ponieważ popiół w węglu dodatkowo działa jako spoiwo łączące materiał o dużej temperaturze topnienia, dzięki czemu odnawialny trzon ma odpowiednią wytrzymałość wobec ładowania spieków surowca lub wyprowadzania metalicznego żelaza jako produktu oraz żużla Sg. Przy stosowaniu węgla, głównie w celu uzyskania spajania popiołem z węgla, stosunek mieszania materiału o wysokiej temperaturze topnienia z substancją węglową można wybierać tak, aby uzyskać żądane spajanie bez ograniczania wymienionego wyżej stosunku mieszania substancji węglowej.

Według przedmiotowego wynalazku materiał trzonu może zawierać środek przyspieszający spiekanie. Mieszanie środka przyspieszającego spiekanie w materiale trzonu jest korzystne, ponieważ środek przyspieszający spiekanie działa jako spoiwo wobec materiału o wysokiej temperaturze topnienia, a zatem nadaje odnawialnemu trzonowi odpowiednią wytrzymałość wobec ładowania spieków surowca lub wyprowadzania metalicznego żelaza jako produktu i żużla. Środkiem przyspieszającym spiekanie jest przykładowo mieszanka krzemionkowa, taka jak kaolin. Jednakże można stosować również każdą inną odpowiednią substancję, jeżeli tylko działa ona jako spoiwo.

Stosunek mieszania środka przyspieszającego spiekanie nie jest ograniczony do żadnej konkretnej wartości, jeżeli tylko można uzyskać spajanie i zwykle jest w zakresie 3-15%. Ponieważ mieszanka krzemionkowa itp. jako przykład środka przyspieszającego spiekanie ma małą odporność na korozję wobec roztopionego żużla, nie jest korzystne mieszanie dużej ilości środka przyspieszającego spiekanie w materiale trzonu.

Wielkość ziaren materiału o wysokiej temperaturze topnienia, substancji węglowej i środka przyspieszającego spiekanie, które są zawarte w materiale trzonu, nie jest ograniczona do żadnej konkretnej wartości, ale zalecane jest by była nie większa niż średnio 4 mm, korzystniej nie większa niż średnio 2 mm, a to ze względu na tłumienie infiltracji roztopionego żużla i osiąganie prawidłowej równowagi pomiędzy wytrzymałością na operację ładowania spieków surowca lub operację wyprowadzania metalicznego żelaza jako produktu i żużla oraz łatwość usuwania uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu.

Jak pokazano na fig. 11, modyfikator atmosfery, zawierający sproszkowaną substancję węglową, można układać w postaci warstwy na odnawialnym trzonie 9 przed doprowadzeniem spieków surowca, a następnie na tę warstwę można doprowadzać spieki G surowca. Tworzenie warstwy modyfikatora 10 atmosfery powoduje powstrzymywanie utleniających spalin, które zawierają CO2 i H2O, przed psuciem redukującej atmosfery w sąsiedztwie spieków G surowca i skutecznie wspomaga redukcję, nawęglanie i roztapianie spieków G surowca. Ponadto zmniejsza się ilość FeO pozostającego w roztopionym żużlu, a zatem można zmniejszyć infiltrację żużla w odnawialny trzon i erozję tego trzonu. Ponadto, ponieważ modyfikator atmosfery wzmacnia atmosferę redukującą w sąsiedztwie spieków G surowca, a następnie służy jako paliwo gdy jest spalany w piecu, możliwe jest zmniejszenie ilości paliwa zużywanego przez palnik, takiego jak gaz ziemny. Ponadto modyfikator atmosfery służy do zmniejszania infiltracji roztopionego żużla w odnawialny trzon, by ułatwić usuwanie metalicznego żelaza Fe i żużla Sg z odnawialnego trzonu i osiągnąć łatwiejsze wyprowadzanie z pieca.

PL 198 614 B1

Przykłady modyfikatora atmosfery obejmują sproszkowany węgiel, sproszkowany koks naftowy oraz miał koksowy. Grubość modyfikatora atmosfery nie jest ograniczona do żadnej konkretnej wartości i może wystarczyć bardzo cienka warstwa modyfikatora atmosfery, by skutecznie wzmacniać atmosferę redukującą w sąsiedztwie spieków surowca i ułatwiać wyprowadzanie metalicznego żelaza i żużla. Zwykle zamierzone cele można osiągnąć nawet przy grubości około 1-10 mm. Dodatkowo pożądane jest, by modyfikator atmosfery był doprowadzany ciągle, ponieważ jest on spalany i zużywany w piecu.

Wielkość ziarna modyfikatora atmosfery nie jest ograniczona do żadnej konkretnej wartości, ale zalecane jest by korzystnie nie była większa niż średnio 5 mm, korzystniej nie większa niż średnio 2 mm.

Sposób ładowania materiału trzonu nie jest ograniczony do żadnego konkretnego przykładu, ale zalecane jest, aby materiał trzonu był ładowany tak, by leżał na ogniotrwałym trzonie i miał równomierną grubość z zastosowaniem do ładowania urządzenia 5 doprowadzania proszku podczas obrotu trzonu.

Ponadto mieszanie odpowiedniej ilości materiału trzonu z modyfikatorem atmosfery jest zalecane jako prosty sposób przywracania działania uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu. Materiał trzonu zmieszany z modyfikatorem atmosfery jest przemieszczany do góry do wyprowadzającego urządzenia 6 przy obrocie trzonu i jest prasowany w powierzchniową warstwę uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu pod działaniem urządzenia wyprowadzającego, na skutek czego przywrócone jest działanie odnawialnego trzonu. Stosunek mieszania materiału trzonu do modyfikatora atmosfery nie jest ograniczony do żadnej konkretnej wartości, ale stosunek mieszania zwykle jest korzystny w zakresie 30-70%. Jeżeli stosunek mieszania materiału trzonu jest zbyt mały, wynik odnawiania uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu będzie pogorszony. Mieszanie materiału trzonu z modyfikatorem atmosfery nie zawsze jest pożądane i mieszanie takie można przeprowadzać tylko wtedy, gdy przywraca się działanie uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu. Ponadto, sposób mieszania materiału trzonu w modyfikatorze atmosfery jest korzystny, ponieważ koszt urządzenia i przestrzeń zamontowania można zmniejszyć, gdyż jedno urządzenie doprowadzające może być wspólnie wykorzystywane do doprowadzania materiału trzonu i modyfikatora atmosfery.

Figura 12 przedstawia inne działanie przy użyciu modyfikatora atmosfery. Modyfikator atmosfery, zawierający sproszkowaną substancję węglową, układa się w dwóch warstwach na odnawialnym trzonie 9 przed doprowadzeniem spieków surowca, a następnie na te dwie warstwy dostarcza się spieki G surowca. W procesie bez stosowania modyfikatora atmosfery, jak pokazano na fig. 7 albo w procesie, przy którym modyfikator atmosfery układa się jedną warstwą, jak pokazano na fig. 11, dolny koniec lemiesza wyprowadzającego urządzenia 6 zawsze styka się z powierzchnią odnawialnego trzonu, która jest utworzona z materiału trzonu zawierającego materiał o wysokiej temperaturze topnienia i dużej ścieralności, takiego jak tlenek glinu i tlenek magnezu, a więc koniec lemiesza jest zauważalnie zużywany. W przypadku tworzenia dwóch warstw modyfikatora atmosfery koniec lemiesza urządzenia wyprowadzającego jest jednak usytuowany na górnej powierzchni warstwy modyfikatora atmosfery dolną stroną i jest powstrzymywany przed zetknięciem się bezpośrednio z odnawialnym trzonem o dużej ścieralności. Na skutek tego żywotność lemiesza można przedłużyć i można zwiększyć współczynnik dostępności urządzenia. Określenie „tworzenie dwóch warstw” oznacza tu etapy tworzenia pierwszej warstwy modyfikatora atmosfery i poziomowania powierzchni tej pierwszej warstwy, a następnie tworzenie innej (drugiej) warstwy modyfikatora atmosfery w celu zapewnienia lepszego działania. Przez utworzenie tych dwóch warstw modyfikatora atmosfery koniec lemiesza urządzenia wyprowadzającego może być trzymany w kontakcie z pierwszą warstwą modyfikatora atmosfery i może być chroniony przed bezpośrednim kontaktem z odnawialnym trzonem. Nawet kiedy modyfikator atmosfery układany jest w postaci jednej warstwy, można przykładowo osiągnąć ten sam cel przez tworzenie grubej warstwy modyfikatora atmosfery, takiej, że koniec lemiesza może być trzymany w położeniu bez kontaktu z odnawialnym trzonem, przy czym nie wytwarza się drugiej warstwy. Ponadto, w przypadku tworzenia dwóch warstw modyfikatora atmosfery jest sprawą praktycznego wyboru, czy skład modyfikatora atmosfery jest taki sam w pierwszej i drugiej warstwie, czy też nie.

Chociaż tego nie pokazano, sposób odnawiania odnawialnego trzonu oparty na procesie wykorzystującym modyfikator atmosfery może być praktycznie podobny do opisanego powyżej sposobu odnawiania odnawialnego trzonu w oparciu o proces bez wykorzystywania modyfikatora atmosfery.

Jak opisano powyżej, kiedy odnawialny trzon jest silnie uszkodzony czasami zdarza się, że powiększone żelazo metaliczne nie może być wystarczająco ochłodzone i nie może krzepnąć w strefie chłodzenia i dochodzi do sekcji wyprowadzania będąc w stanie roztopionym, przez co operacja nie może być kontynuowana ze względu na trudności z wyprowadzaniem takiego powiększonego metaPL 198 614 B1 licznego żelaza z pieca za pomocą urządzenia wyprowadzającego. W takim przypadku przez doprowadzenie chłodziwa do powierzchni odnawialnego trzonu, by spowodować krzepnięcie roztopionego żelaza, można wyprowadzać roztopione żelazo i kontynuować działanie. Według przedmiotowego wynalazku chłodziwo takie nie jest ograniczone do cieczy lub gazu, ale może to być materiał o wysokiej temperaturze topnienia, taki jak tlenek glinu i tlenek magnezu. Roztopione żelazo może być chłodzone i doprowadzane do krzepnięcia przykładowo przez doprowadzanie materiału trzonu zawierającego materiał o wysokiej temperaturze topnienia, taki jak tlenek glinu i tlenek magnezu, do obszaru roztopionego żelaza. Alternatywnie, roztopione żelazo może być chłodzone i doprowadzane do stanu stałego przez zastosowanie urządzenia rozpylającego wodę i doprowadzającego wodę do obszaru roztopionego żelaza.

W opisanym powyżej etapie usuwania uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu nie jest łatwo przeprowadzić takie usuwanie ze względu na naturę odnawialnego trzonu, ale odnawialny trzon można w takim przypadku łatwo usuwać przez zmiękczenie go. Sposób zmiękczania odnawialnego trzonu nie jest ograniczony do jednego konkretnego przykładu i odnawialny trzon może być zmiękczany przez zwiększanie wydajności palnika, by podwyższyć temperaturę w piecu, a następnie temperaturę odnawialnego trzonu, albo przez zastosowanie palnika przeznaczonego do bezpośredniego grzania odnawialnego trzonu, by zwiększyć jego temperaturę. Temperatura odnawialnego trzonu w takim przypadku nie jest ograniczona do żadnej konkretnej wartości, ale może być ustawiana zgodnie z potrzebami w zależności od natury odnawialnego trzonu. W uszkodzonym obszarze odnawialnego trzonu, gdzie następuje infiltracja roztopionego żużla, temperatura odnawialnego trzonu jest jednak w zakresie 1300-1550°C, korzystniej w zakresie 1450-1550°C.

Według innego sposobu odnawialny trzon można zmiękczać przez doprowadzenie do niego przykładowo dodatku, który ma wpływ na zmniejszenie temperatury topnienia odnawialnego trzonu. Przykładami takiego dodatku są tlenek wapnia, węglan sodu i fluorek wapnia.

Z punktu widzenia ułatwiania usuwania uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu, jak pokazano na fig. 13, warstwa 10a materiału węglowego może być tworzona przez układanie materiału węglowego, np. sproszkowanej substancji węglowej, w postaci warstwy pomiędzy ogniotrwałym trzonem 8 a odnawialnym trzonem 9 lub pomiędzy odnawialnym trzonem 9 a odnawialnym trzonem ułożonym na odnawialnym trzonie 9. W każdym razie uszkodzony obszar odnawialnego trzonu jest usuwany przez opuszczenie końca lemiesza urządzenia wyprowadzającego do żądanego położenia w warstwie materiału węglowego. Ponieważ warstwa materiału węglowego zwykle stanowi kruchą warstwę proszkową, odnawialny trzon można łatwo usunąć po oddzieleniu warstwy materiału węglowego.

Chociaż spieki surowca w postaci grudek są używane jako mieszanina surowca w powyższym opisie, zalety przedmiotowego wynalazku można uzyskać również wtedy, gdy jako mieszanina surowców stosowany jest sproszkowany materiał.

Przedmiotowy wynalazek zostanie opisany poniżej szczegółowo w nawiązaniu do przykładu. Należy jednak zauważyć, że następujący przykład nie ogranicza przedmiotowego wynalazku, a różne modyfikacje nie odchodzące od istoty przedmiotowego wynalazku, wspomnianej powyżej i poniżej, są wszystkie objęte technicznym zakresem przedmiotowego wynalazku.

P r z y k ł a d

Spieki (średnica około 16 mm) zawierające rudę żelaza i węgiel ładowano do redukcyjnego pieca wytopowego z ruchomym trzonem, pokazanego na fig. 1, a następnie poddawano redukcji termicznej w stanie stałym, aż do uzyskania stopnia metalizacji co najmniej około 90%, podczas gdy temperatura atmosfery w piecu była regulowana do wartości około 1350°C. Spieki surowca były następnie roztapiane w strefie topnienia (temperatura atmosfery 1450°C). Tak wytworzone metaliczne żelazo i żużel jako produkt uboczny chłodzono do około 1000°C w celu spowodowania zakrzepnięcia, a następnie wyprowadzano z pieca za pomocą urządzenia wyprowadzającego (czas od załadowania surowca do wyprowadzania wynosił około 12 minut). Tak otrzymane granulowane metaliczne żelazo (średnica około 10 mm) miało wysoką czystość (zawartość żelaza około 97% i zawartość węgla około 3%).

Przed ładowaniem spieków na trzon w postaci warstwy o grubości 15 mm położono materiał trzonu za pomocą pomocniczego urządzenia doprowadzającego surowiec (nie pokazano), przez co powstał odnawialny trzon. Ponadto, na tym odnawialnym trzonie ułożono modyfikator atmosfery (pierwsza warstwa z węgla grubość 2 mm) i wypoziomowano za pomocą urządzenia wyprowadzającego. Następnie ułożono na pierwszej warstwie modyfikatora atmosfery drugą warstwę modyfikatora atmosfery (grubość 3 mm). Następnie rozpoczęto operację przez doprowadzenie spieków na te dwie warstwy modyfikatora atmosfery. Po etapach chłodzenia i krzepnięcia za pomocą urządzenia wypro12

PL 198 614 B1 wadzającego, umieszczonego po wyjściowej stronie urządzenia otrzymano metaliczne żelazo itd. Przy tej okazji koniec lemiesza (dolny koniec) urządzenia wyprowadzającego umieszczono na powierzchni pierwszej warstwy modyfikatora atmosfery, a modyfikator atmosfery pozostały w drugiej warstwie wyprowadzano wraz z metalicznym żelazem. Modyfikator atmosfery, tworzący drugą warstwę, był zawsze dostarczany przed doprowadzeniem surowca. Ponadto, koniec lemiesza urządzenia wyprowadzającego opuszczano na powierzchnię odnawialnego trzonu raz dziennie, aby usunąć pierwszą warstwę modyfikatora atmosfery oraz metaliczne żelazo i żużel usytuowane na powierzchni odnawialnego trzonu. Następnie dodawano materiału trzonu i przywracano działanie uszkodzonego obszaru odnawialnego trzonu oraz ponownie tworzono dwie warstwy modyfikatora atmosfery (takie same, jak wspomniane powyżej pierwsza i druga warstwa modyfikatora atmosfery na początku działania). Działanie kontynuowano w podobny sposób powtarzając powyższe etapy. Po dwóch tygodniach od rozpoczęcia eksploatacji koniec lemiesza urządzenia wyprowadzającego opuszczono 5 mm od powierzchni odnawialnego trzonu, by usunąć uszkodzony obszar powierzchniowej warstwy odnawialnego trzonu. Następnie po ponownym utworzeniu odnawialnego trzonu, pierwszej warstwy modyfikatora atmosfery i drugiej warstwy modyfikatora atmosfery (które były takie same, jak utworzone na początku eksploatacji) operację kontynuowano w podobny sposób, powtarzając powyższe etapy. W przykładzie tym eksploatację kontynuowano przez 3 tygodnie. W rezultacie osiągnięto stabilne ciągłe działanie i wysoki współczynnik dostępności (91%).

P r z y k ł a d p o r ó w n a w c z y

Metaliczne żelazo wytwarzano w taki sam sposób jak w powyższym przykładzie, z tym wyjątkiem, że odnawialnego trzonu i warstw modyfikatora atmosfery, wytworzonych na początku eksploatacji, ani nie usuwano ani nie odnawiano. Po dwóch dniach od początku eksploatacji powierzchnia części warstwy trzonu została zmiękczona i powstało jeziorko rezydującego roztopionego żelaza. Trzon trzeba było zatem naprawiać po wyłączeniu pieca i nie uzyskano stabilnej ciągłej operacji.

Zastosowanie przemysłowe

Według przedmiotowego wynalazku, opracowanego jak opisano powyżej, współczynnik dostępności pieca można znacznie zwiększyć i można uzyskać długoterminowe stabilne wytwarzanie metalicznego żelaza przez ładowanie materiału trzonu jako warstwy na ogniotrwałym trzonie przed doprowadzeniem mieszaniny surowca, przez co powstaje odnawialny trzon nadający się do odnawiania, oraz przez usuwanie całości lub części odnawialnego trzonu, która została uszkodzona podczas ciągłego działania przez infiltrację roztopionego żużla, wprowadzenie metalicznego żelaza i żużla w odnawialny trzon lub utworzenie wyszczerbienia na skutek odwarstwiania i tworzenia wżerów albo przez doprowadzanie nowego materiału trzonu w celu odnowienia działania odnawialnego trzonu.

Claims (16)

1. Sposób wytwarzania metalicznego żelaza, obejmujący etapy doprowadzania mieszaniny zawierającej węglowy czynnik redukujący trzon redukcyjnego pieca wytopowego z obrotowym trzonem, grzanie tej mieszaniny w celu redukcyjnego wytopienia tlenków żelaza, chłodzenie tak otrzymanego metalicznego żelaza i wyprowadzanie metalicznego żelaza na zewnątrz pieca do wykorzystania, znamienny tym, że przed doprowadzeniem na trzon mieszaniny zawierającej węglowy czynnik redukujący i tlenki żelaza tworzy się odnawialny trzon poprzez układanie warstwy materiału trzonu na trzonie, przy czym metaliczne żelazo wytwarza się podczas odnawiania materiałem trzonu części lub całości odnawialnego trzonu, który został uszkodzony podczas działania.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że metaliczne żelazo wytwarza się podczas odnawiania trzonu przez doprowadzanie materiału trzonu i tworzącego warstwę na odnawialnym trzonie, który został uszkodzony podczas działania albo przez doprowadzanie materiału trzonu na powierzchnię uszkodzonego odnawialnego trzonu.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że materiałem trzonu wypełnia się wyszczerbienia powstałe w powierzchni warstwy trzonu podczas działania redukującego pieca wytopowego.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że całość lub część odnawialnego trzonu, która została uszkodzona podczas działania, usuwa się okresowo lub w sposób ciągły.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że grubość odnawialnego trzonu jest regulowana.

6. Sposób według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że odnawialny trzon odnawia się poprzez doprowadzenie materiału trzonu, po usunięciu całości lub części odnawialnego trzonu.

PL 198 614 B1

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał trzonu zawiera substancję o wysokiej temperaturze topnienia, odporną na korozyjne działanie powstającego żużla.

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że materiał trzonu zawiera ponadto substancję węglową.

9. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że substancja o wysokiej temperaturze topnienia zawiera tlenki, obejmujące tlenek glinu i/lub tlenek magnezu albo węglik krzemu.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał trzonu zawiera ponadto czynnik przyspieszający spiekanie.

11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po doprowadzeniu chłodziwa do odnawialnego trzonu, który został uszkodzony podczas działania, ten odnawialny trzon usuwa się wraz z usytuowaną na nim warstwą zakrzepłego żelaza, zaś metaliczne żelazo wytwarza się podczas odnawiania części lub całości odnawialnego trzonu materiałem trzonu.

12. Sposób według zastrz. 1 albo 11, znamienny tym, że odnawialny trzon zmiękcza się przed odnawianiem go.

13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po wprowadzeniu materiału trzonu i ułożeniu go warstwą na trzonie układa się modyfikator atmosfery zawierający sproszkowaną substancję węglową, a następnie doprowadza się mieszaninę zawierającą węglowy czynnik redukujący i tlenki żelaza.

14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że materiał trzonu miesza się z modyfikatorem atmosfery.

15. Sposób według zastrz. 13 albo 14, znamienny tym, że modyfikator atmosfery układa się w co najmniej dwóch warstwach.

16. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że warstwę materiału węglowego umieszcza się pomiędzy trzonem a odnawialnym trzonem, albo pomiędzy odnawialnym trzonem a odnawialnym trzonem dostarczanym na ten odnawialny trzon.