(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (2 2 ) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/AT97/00237 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , WO98/21370, PCT Gazette nr 20/98 (13) B1 (5 1) IntCl7 C21B 13/00 (54)Sposób wytwarzania ciekłej surówki albo wyjściowych produktów stalowniczych z rudy (30) Pierwszeństwo: ,AT, A1962/ ,AT,A1963/96 (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 01/99 (73) Uprawniony z patentu: VOEST-ALPINE INDUSTRIEANLAGENBAU GMBH, Linz, AT (72) Twórcy wynalazku: Leopold W. Kepplinger, Leonding, AT Felix Wallner, Linz, AT Johannes-Leopold Schenk, Linz, AT (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 04/03 (74) Pełnomocnik: Grabowska Małgorzata, SULIMA*GRABOWSKA*SIERZPUTOWSKA, Biuro Patentów i Znaków Towarowych s c. PL B1 1. Sposób wytwarzania ciekłej surówki albo (57) wyjściowych produktów stalowniczych z rudy, którą redukuje się w co najmniej jednej strefie do co najmniej częściowo zredukowanej żelgrudy, którą stapia się w złożu utworzonym ze stałych nośników węgla, ewentualnie po uprzedniej redukcji końcowej, w strefie stapiania 1 zgazowywania z doprowadzaniem materiału zawierającego węgiel oraz tlenu z jednoczesnym powstawaniem gazu redukującego, znam ienny tym, że co najmniej żelgrudę (4) wprowadza się w sposób nieciągły do strefy stapiania 1 zgazowywania (8) i tworzy się osadzone w złożu (13) z nośników węgla (2), położone jedno nad drugim i rozdzielone stałymi nośnikami węgla (2) warstwowe skupiska (14) żelgrudy, przy czym te warstwowe skupiska (14) żelgrudy osadza się z pozostawieniem wolnej części obszaru (15) przekroju poprzecznego strefy stapiania 1 zgazowywania (8) 1 przy czym gaz redukujący powstający w strefie stapiania i zgazowywania (8) przepuszcza się z dołu do góry przez wolne od żelgrudy 1 utworzone przez nośniki węgla (2) obszary (15) przekroju poprzecznego oraz za pomocą tego przepuszczanego gazu redukcyjnego opływającego warstwowe skupiska (14) żelgrudy stapia się żelgrudę FIG 1 FIG 2

2 Sposób wytwarzania ciekłej surówki albo wyjściowych produktów stalowniczych z rudy Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wytwarzania ciekłej surówki albo wyjściowych produktów stalowniczych z rudy, którą redukuje się w co najmniej jednej strefie do co najmniej częściowo zredukowanej żelgrudy, którą stapia się w złożu utworzonym ze stałych nośników węgla, ewentualnie po uprzedniej redukcji końcowej, w strefie stapiania i zgazowywania z doprowadzaniem materiału zawierającego węgiel oraz tlenu z jednoczesnym powstawaniem gazu redukującego, znamienny tym, że co najmniej żelgrudę (4) wprowadza się w sposób nieciągły do strefy stapiania i zgazowywania (8) i tworzy się osadzone w złożu (13) z nośników węgla (2), położone jedno nad drugim i rozdzielone stałymi nośnikami węgla (2) warstwowe skupiska (14) żelgrudy, przy czym te warstwowe skupiska (14) żelgrudy osadza się z pozostawieniem wolnej części obszaru (15) przekroju poprzecznego strefy stapiania i zgazowywania (8) i przy czym gaz redukujący powstający w strefie stapiania i zgazowywania (8) przepuszcza się z dołu do góry przez wolne od żelgrudy i utworzone przez nośniki węgla (2) obszary (15) przekroju poprzecznego oraz za pomocą tego przepuszczanego gazu redukcyjnego opływającego warstwowe skupiska (14) żelgrudy stapia się żelgrudę. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ze żelgrudę (4) wprowadza się do strefy stapiania-zgazowywania (8) i osadza się w postaci kołowych warstwowych skupisk (14) żelgrudy. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze żelgrudę wprowadza się do strefy stapiania-zgazowywania (8) i osadza się w postaci jednego pojedynczego warstwowego skupiska (14) żelgrudy na każdą płaszczyznę przekroju poprzecznego w strefie stapiania i zgazowywania, przy czym takie warstwowe skupisko (14) żelgrudy osadza się centralnie w przekroju i tworzy wolny od żelgrudy (4) pierścieniowy obszar (15) w przekroju poprzecznym. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że żelgrudę (4) wprowadza się do strefy stapiania-zgazowywania (8) i tworzy się w jednej płaszczyźnie kilka warstwowych skupisk (14) żelgrudy rozmieszczonych w pewnej odległości od siebie i tworzy się między warstwowymi skupiskami (14) żelgrudy wolne od żelgrudy obszary (15) w przekroju poprzecznym. 5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że żelgrudę (4) wprowadza się do strefy stapiania-zgazowywania (8) i tworzy się w jednej płaszczyźnie kilka warstwowych skupisk (14) żelgrudy rozmieszczonych w pewnej odległości od siebie i tworzy się między warstwowymi skupiskami (14) żelgrudy wolne od żelgrudy obszary (15) w przekroju poprzecznym. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ze żelgrudę (4) wprowadza się do strefy stapiania-zgazowywania (8) i tworzy się w jednej płaszczyźnie jedno kołowo-pierścieniowe warstwowe skupisko (14) żelgrudy. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że żelgrudę (4) wprowadza się do strefy stapiania-zgazowywania (8) i tworzy się wolne od żelgrudy (4) obszary (15) w przekroju poprzecznym znajdujące się na zewnątrz i wewnątrz kołowo-pierścieniowego warstwowego skupiska (14) żelgrudy. 8. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 5, albo 6, albo 7, znamienny tym, ze dodatkowo do strefy stapiania-zgazowywania (8) wprowadza się w sposób nieciągły także stałe nośniki węgla (2), zwłaszcza zmniejsza się ilości albo przerywa się proces ładowania podczas wprowadzania żelgrudy. 9. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że dodatkowo do strefy stapiania-zgazowywania (8) wprowadza się w sposób nieciągły także stałe nośniki węgla (2), zwłaszcza zmniejsza się ilości albo przerywa się proces ładowania podczas wprowadzania żelgrudy. 10. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, ze dodatkowo do strefy stapiania-zgazowywania (8) wprowadza się w sposób nieciągły także stałe nośniki węgla (2), zwłaszcza zmniejsza się ilości albo przerywa się proces ładowania podczas wprowadzania żelgrudy.

3 Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 5, albo 6, albo 7, albo 9, albo 10, znamienny tym, że podczas wprowadzania żelgrudy (4) zatrzymuje się ładowanie stałych nośników węgla (2), następnie zatrzymuje się na określony czas doprowadzanie żelgrudy i przez określony czas ładuje się tylko stałe nośniki węgla (2), po czym znów przez określony czas doprowadza się tylko żelgrudę (4) i proces ten prowadzi się z wielokrotnym powtarzaniem cyklu. 12. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że podczas wprowadzania żelgrudy (4) zatrzymuje się ładowanie stałych nośników węgla (2), następnie zatrzymuje się na określony czas doprowadzanie żelgrudy i przez określony czas ładuje się tylko stałe nośniki węgla (2), po czym znów przez określony czas doprowadza się tylko żelgrudę (4) i proces ten prowadzi się z wielokrotnym powtarzaniem cyklu. 13. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że podczas wprowadzania żelgrudy (4) zatrzymuje się ładowanie stałych nośników węgla (2), następnie zatrzymuje się na określony czas doprowadzanie żelgrudy i przez określony czas ładuje się tylko stałe nośniki węgla (2), po czym znów przez określony czas doprowadza się tylko żelgrudę (4) i proces ten prowadzi się z wielokrotnym powtarzaniem cyklu. 14. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, ze podczas wprowadzania żelgrudy (4) zatrzymuje się ładowanie stałych nośników węgla (2), następnie zatrzymuje się na określony czas doprowadzanie żelgrudy i przez określony czas ładuje się tylko stałe nośniki węgla (2), po czym znów przez określony czas doprowadza się tylko żelgrudę (4) i proces ten prowadzi się z wielokrotnym powtarzaniem cyklu. 15. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 5, albo 6, albo 7, albo 9, albo 10, albo 12, albo 13, albo 14, znamienny tym, ze warstwowe skupiska (14) żelgrudy kształtuje się w postaci spłaszczonej na ich obrzeżach (17). 16. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, ze warstwowe skupiska (14) żelgrudy kształtuje się w postaci spłaszczonej na ich obrzeżach (17). 17. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, ze warstwowe skupiska (14) żelgrudy kształtuje się w postaci spłaszczonej na ich obrzeżach (17). 18. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że warstwowe skupiska (14) żelgrudy kształtuje się w postaci spłaszczonej na ich obrzeżach (17). 19. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, ze warstwowe skupiska (14) żelgrudy kształtuje się w postaci spłaszczonej na ich obrzeżach (17). 20. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ze żelgrudę wytwarza się w procesie fluidyzacyjnym z drobno zmielonej rudy. 21. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ze żelgrudę wytwarza się w piecu szybowym z rudy w kawałkach. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania ciekłej surówki albo wyjściowych produktów stalowniczych z rudy, którą redukuje się w co najmniej jednej strefie do częściowo i/albo ostatecznie zredukowanej żelgrudy, którą stapia się w złożu utworzonym ze stałych nośników węgla, ewentualnie po uprzedniej redukcji końcowej, w strefie stapiania-zgazowywania komory stapiająco-zgazowującej z doprowadzaniem materiału zawierającego węgiel oraz tlenu z jednoczesnym powstawaniem gazu redukującego. Znany jest tego rodzaju sposób na przykład z EP-A Według tego sposobu żelgruda zredukowana częściowo lub całkowicie w piecu szybowym z rudy w kawałkach jest transportowana ślimakami wyjściowymi z pieca szybowego do złoża utworzonego ze stałych nośników węgla w komorze stapiająco-zgazowującej, przy czym złoże to jest rozłożone w przybliżeniu równomiernie. Gaz redukujący powstający w strefie stapiania i zgazowywania przepływa w górę przez złoże ze stałych nośników węgla, mające określoną porowatość, i stapia żelgrudę wprowadzoną do tego złoża. Efektywność tego sposobu zależy od określonej minimalnej porowatości złoża ze stałych nośników węgla.

4 Ponadto tego rodzaju sposób jest znany, na przykład z EP-A , w którym drobno zmieloną rudę redukuje się do żelgrudy w procesie fluidyzacyjnym. Uzyskaną w ten sposób częściowo albo ostatecznie zredukowaną żelgrudę przemieszcza się za pomocą iniektorów, w sposób wymuszony, z w przybliżeniu równomiernym rozkładem do złoża utworzonego ze stałych nośników węgla. Również tu gaz redukujący, powstający w strefie stapiania i zgazowywania, płynie w górę przez złoże ze stałych nośników węgla mające określoną porowatość i stapia żelgrudę wprowadzoną do złoża. Efektywność tego sposobu zależy od określonej minimalnej porowatości złoża ze stałych nośników węgla. W przypadku wykorzystywania stałych nośników węgla o szerokim zakresie uziarnienia albo z udziałem miału z natury rzeczy jest ograniczona porowatość takiego złoża, która jest niezbędna dla równomiernego przewiewu złoża. Jeżeli żelgrudę rozkłada się równomiernie w takim złożu ze stałych nośników węgla i w dodatku żelgruda jest częściowo drobnoziarnista, to znaczy ma pewien udział miału, to zmniejsza się porowatość takiego złoża i nie można zapewnić właściwej przewiewności złoża. Może wtedy utworzyć się w złożu miejscowy kanał przeciągowy, którym płynie w górę gaz redukujący powstający w złożu, przy czym przez duże części złoża nie ma przepływu gazu lub przepływ jest niedostateczny. Celem wynalazku jest uniknięcie tych wad i trudności, a zatem stworzenie sposobu, w którym zapewnia się efektywne wytwarzanie gazu redukującego dzięki właściwej przewiewności całego złoża ze stałych nośników węgla nawet przy małej porowatości złoża i jednocześnie efektywne stapianie wprowadzonej żelgrudy. Cel ten osiągnięto zgodnie z wynalazkiem dzięki sposobowi, w którym co najmniej żelgrudę wprowadza się w sposób nieciągły do strefy stapiania i zgazowywania i tworzy się osadzone w złożu z nośników węgla, położone jedno nad drugim i rozdzielone stałymi nośnikami węgla warstwowe skupiska żelgrudy, przy czym te warstwowe skupiska żelgrudy osadza się z pozostawieniem wolnej części obszaru przekroju poprzecznego strefy stapiania i zgazowywania i przy czym gaz redukujący powstający w strefie stapiania-zgazowywania przepuszcza się z dołu do góry przez wolne od żelgrudy i utworzone przez nośniki węgla obszary przekroju poprzecznego oraz za pomocą tego przepuszczanego gazu redukcyjnego opływającego warstwowe skupiska żelgrudy stapia się żelgrudę. Dzięki temu wprowadzana żelgruda nie zmniejsza porowatości złoża ze stałych nośników węgla, które może być zawsze dobrze przewiewne nawet przy małej porowatości i mimo ładowania sproszkowanej żelgrudy. Między warstwowymi skupiskami żelgrudy pozostają dobrze przewiewne obszary złoża ze stałych nośników węgla, wskutek czego w każdym przypadku zapewnia się dostateczne wytwarzanie gazu redukującego poprzez zgazowywanie nośników węgla. Według zalecanej odmiany wykonania wynalazku żelgrudę wprowadza się do strefy stapiania-zgazowywania i osadza się w postaci kołowych warstwowych skupisk żelgrudy. Korzystnie żelgrudę wprowadza się do strefy stapiania-zgazowywania i osadza się w postaci jednego pojedynczego warstwowego skupiska żelgrudy na każdą płaszczyznę przekroju poprzecznego w strefie stapiania i zgazowywania, przy czym takie warstwowe skupisko żelgrudy osadza się centralnie w przekroju i tworzy wolny od żelgrudy pierścieniowy obszar w przekroju poprzecznym. Według następnej korzystnej odmiany realizacji wynalazku żelgrudę wprowadza się do strefy stapiania-zgazowywania i tworzy się w jednej płaszczyźnie kilka warstwowych skupisk żelgrudy rozmieszczonych w pewnej odległości od siebie i tworzy się między warstwowymi skupiskami żelgrudy wolne od żelgrudy obszary w przekroju poprzecznym. W korzystnej odmianie wykonania wprowadza się żelgrudę do strefy stapiania-zgazowywania i tworzy się w jednej płaszczyźnie jedno kołowo-pierścieniowe warstwowe skupisko żelgrudy. Korzystnie wprowadza się żelgrudę do strefy stapiania-zgazowywania i tworzy się wolne od żelgrudy obszary w przekroju poprzecznym znajdujące się na zewnątrz i wewnątrz kołowo-pierścieniowego warstwowego skupiska żelgrudy

5 Korzystnie do strefy stapiania-zgazowywania wprowadza się w sposób nieciągły także stałe nośniki węgla, zwłaszcza zmniejsza się ilości albo przerywa się proces ładowania podczas wprowadzania żelgrudy. Celowo podczas wprowadzania żelgrudy zatrzymuje się ładowanie stałych nośników węgla, następnie zatrzymuje się na określony czas doprowadzanie żelgrudy i przez określony czas ładuje się tylko stałe nośniki węgla, po czym znów przez określony czas doprowadza się tylko żelgrudę i proces ten prowadzi się z wielokrotnym powtarzaniem cyklu. Dla zapewnienia dostatecznej przewiewności złoża ze stałych nośników węgla w dolnej części strefy stapiania-zgazowywania korzystnie warstwowe skupiska żelgrudy kształtuje się w postaci spłaszczonej na ich obrzeżach. Celowo wytwarza się żelgrudę w procesie fluidyzacyjnym z drobno zmielonej rudy. Według następnej odmiany realizacji wytwarza się żelgrudę w piecu szybowym z rudy w kawałkach. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 i 2 przedstawiają schematycznie przekrój pionowy komory stapiająco-zgazowującej. W komorze stapiająco-zgazowującej 1 ze stałych nośników węgla, jak węgiel, i gazu zawierającego tlen wytwarza się przez zgazowanie węgla gaz redukujący, który doprowadza się przewodem 3 do nie przedstawionego bliżej pieca szybowego, w którym następuje redukcja rudy żelaza w kawałkach do żelgrudy 4, np. według EP-A Gaz redukujący można też doprowadzać przewodem 3 do nie przedstawionego bliżej reaktora fluidyzacyjnego, w którym drobno zmieloną rudę redukuje się w strefie fluidyzacyjnej do żelgrudy, na przykład według EP-A Komora stapiająco-zgazowująca 1 ma doprowadzenie 5 stałych nośników węgla 2, doprowadzenie 6 gazów zawierających tlen, doprowadzenie 7 żelgrudy i ewentualnie doprowadzenia ciekłych albo gazowych w temperaturze pokojowej nośników węgla, jak węglowodory oraz prażone dodatki. W komorze stąpiająco-zgazowującej 1 poniżej strefy stapiania-zgazowywania 8 zbiera się roztopiona surówka 9 i roztopiony żużel 10, który spuszcza się otworem spustowym 11. Rudę żelazną redukowaną w żelgrudę 4 w piecu szybowym albo w reaktorze fluidyzacyjnym, ewentualnie wraz z prażonymi dodatkami, doprowadza się transporterem do komory stapiająco-zgazowującej, korzystnie za pomocą ślimaków dozujących albo doprowadza się w sposób wymuszony za pomocą tłoczenia przez iniektory. Zarówno doprowadzenie 6 stałych nośników węgla 2 jak też doprowadzenie 7 żelgrudy 4 i przewód odprowadzający 3 gazu redukującego umieszczono w obrębie sklepienia 12 komory stapiająco-zgazowującej 1 po kilka w przybliżeniu w układzie promieniowo-symetrycznym. Zgodnie z wynalazkiem żelgrudę 4 ładuje się w sposób nieciągły, przy czym w złożu 13 utworzonym ze stałych nośników węgla 2 tworzą się warstwowe skupiska 14 żelgrudy, wskutek czego żelgruda w złożu 13 nie jest juz rozłożona równomiernie, lecz tworzy przewarstwienia. Te warstwowe skupiska 14 żelgrudy, które przemieszczają się ciągle w dół w złożu 13 w miarę postępującego procesu zgazowywania stałych nośników węgla 2, mogą być ułożone pierścieniowo w złożu 13 ze stałych nośników węgla 2, jak pokazano na fig. 1. Przy tym warstwowe skupiska 14 żelgrudy zarówno na zewnątrz i wewnątrz tych pierścieniowych obszarów tworzą w każdej płaszczyźnie przekroju wolne od żelgrudy obszary 15 przekroju poprzecznego. Tak więc gaz redukujący powstający podczas zgazowywania węgla może dobrze przepływać przez porowate złoże 13 i stapiając żelgrudę opływa warstwowe skupiska 14, co zaznaczono strzałkami 16. Wolne od żelgrudy 4 obszary 15 w przekroju poprzecznym tworzą więc dobrze przewiewne okienka zapewniając efektywne zgazowywanie węgla i dostateczne wytwarzanie gazu redukującego. Dzięki intensywnemu wytwarzaniu gazu redukującego następuje szybkie nagrzanie i stopienie żelgrudy 4. Warstwowe skupiska 14 żelgrudy na ich obrzeżach 17 są korzystnie spłaszczone, tak że podczas ich przemieszczania w dół następuje wskutek stapiania zmniejszanie średnicy tych warstwowych skupisk 14 żelgrudy, a więc również w dolnej węższej części komory 1 stapiająco-zgazowującej jest zapewniona dostateczna przewiewność złoża 13 ze stałych nośników

6 węgla 2 lub też jest stworzona możliwość powiększenia w razie potrzeby wolnych od żelgrudy obszarów 15 w przekroju poprzecznym dla poprawienia przewiewności. Jak pokazano na fig. 2, warstwowe skupiska 14 żelgrudy widziane z góry mogą mieć tez kształt kołowy, co zapewnia silniejsze zgazowywanie obrzeza złoża 13 w górnej części strefy stapiania-zgazowywania 8. Dzięki temu następuje szybsze nagrzewanie i odgazowanie złoża 13 ze stałych nośników węgla 2. Zależnie od potrzeby, mogą być tworzone kołowe i pierścieniowe warstwowe skupiska 14 żelgrudy, co zapewnia optymalne zgazowywanie i stapianie. Jak pokazano na fig. 2 w dolnej części strefy stapiania-zgazowywania 8 znajdują się warstwowe skupiska 14 w kształcie pierścieni kołowych. Do nieciągłego doprowadzania żelgrudy 4 i nieciągłego doprowadzenia stałych nośników węgla 2 można zastosować różne urządzenia, na przykład daszek rozdzielczy z uruchamianą z zewnątrz klapą obrotową albo zamknięcie dzwonowe z nastawnym pancerzem udarowym albo zsuwnię obrotową, umieszczone w obrębie sklepienia 12 komory 1 stapiąjąco- -zgazowującej. Urządzenia tego typu są znane na przykład w technice wielkopiecowej (encyklopedia chemii technicznej Ullmanna, tom 10 /żelazo, rys. 62A, 62D i 63), przy czym w przypadku wielkopiecowych urządzeń wsadowych, za pomocą których uzyskuje się strukturę warstwową w wielkim piecu, tworzą się zawsze na całym przekroju ciągłe warstwy różnych materiałów, to znaczy dodatków i rudy żelaza, natomiast według wynalazku warstwowe skupiska 14 żelgrudy nie mogą rozpościerać się na całym przekroju poprzecznym.

7

8 FIG. 1 FIG. 2 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.