NO764405L - Fremgangsm}te og apparat for direkte reduksjon av oxydiske malmer. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og apparat for direkte reduksjon av oxydiske malmer.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og et apparat for direkte reduksjon av oxydiske malmer.

Det er velkjent at sjaktovner er ideelt egnede for direkte reduksjon av oxydiske malmer, spesielt jernmalmer,på grunn av at det i disse er mulig å lede malmen som skal reduseres, i motstrøm til de reduserende gasser, hvorved fås ét forbedret varmeutbytte for prosessen og dessuten en bedre utnyttelse av reaksjonsdel-tagerne. I disse ovner reduseres jernoxydpellets, grov malm (stykk-malm) eller andre jernholdige agglomerater til jern i fast fase

ved at så meget som 95% eller derover av det inneholdte oxygen

fjernes ved at en reduserende gass med høy temperatur, ca. 871°C eller høyere, ledes oppad gjennom ovnen i motstrøm til pelletene

som beveger seg nedad. Den reduserende gass har et høyt innhold både av hydrogen og carbonmonoxyd som begge er termodynamisk gunstige for reduksjonen av jernoxyd. r

Det har vist seg at det er mulig å erholde ét forbedret produkt som er mindre utsatt for nedbrytning og reoxydasjon i den nedre avkjølingsseksjon av sjaktovnen, ved å slippe.en del av den reduserende gass inn i den øvre seksjon av sjaktovnen ved forhøyet temperatur og ved å slippe resten av den reduserende gass ved tilnærmet omgivelsestemperatur og i regulerte mengder inn i den nedre seksjon av sjaktovnen.. For å erholde en optimal drift er det nødvendig at bare en slik mengde av den reduserende gass med lav temperatur slippes inn i ovnskammeret som er nødvendig for avkjøling av det reduserte produkt. Når en for stor mengde kald gass innføres i ovnen, blir oppvarmingen og reduksjonen av

malmpartiklene uheldig påvirket. Dersom en utilstrekkelig mengde kald gass var blitt tilført, vil produktet fra ovnskammeret ha

en uønsket høy temperatur som gjør at produktet er utsatt for reoxydasjon.

i

Det er derfor i praksis ønsket for å avpasse gasstrømmens varmekapasitet til det reduserte produkts varmekapasitet å regulere tilførselen av kald reduserende gass. Den effektive avpasning av disse strømmer er vanskelig, om ikke umulig, å erholde uten at det tilveiebringes i det vesentlige jevne gasstrømmer over ovnskammerets tverrsnitt. Det er i seg selv vanskelig å oppnå denne sistnevnte betingelse.på grunn av den kjensgjerning at i ovnens oppvarmingsseksjon og reduksjonsseksjon innføres reduserende gass gjennom blestformer i mantelveggen, og gassen fordeles ikke øye-blikkelig over ovnstverrsnittet, slik at oppvarmingen av partiklene

•og den dermed forbundne reduksjonsprosess • ikke vil forløpe jevnt over ovnstverrsnittet. Problemet med feilfordeling av reduserende gasser forsterkes i ovnens nedre avkjølingsseksjon på grunn av den kjensgjerning at av viskositetsgrunner vil den kalde reduserende gass som tilføres til ovnskammeret, strømme til ovnskammerets områder med laverere temperatur slik at de varmere områder vil bli ennu varmere. En feilfordeling av de reduserende gasser blir

ytterligere alvorlig i dette område av ovnen på grunn av at fordi strømmen av faste partikler varierer fra sted til sted på tvers av ovnsseksjonen, dannes en samtidig variasjon i gasstrømmen gjennom de respektive steder.

Det tilveiebringes ifølge oppfinnelsen en fremgangsmåte ved direkte reduksjon av partikkelformig oxydisk malm i et sjaktovns-kammer ved å lede den partikkelformige malm i motstrøm i forhold til reduserende gass, og fremgangsmåten er særpreget ved at en del av den reduserende gass tilføres til en høyere seksjon i kammeret ved en forholdsvis høy temperatur og ved at resten av den reduserende gass tilføres til en lavere seksjon av ovnskammeret ved en forholdsvis lav temperatur, idet den reduserende gass med den lave temperatur innføres i adskilte sonér som er sideveis fordelt over sjaktovnens tverrsnitt.

Det tilveiebringes ved oppfinnelsen også et apparat for ut-førelse av den foreliggende fremgangsmåte, omfattende en sjaktovn med et øvre innløp for.innføring av malmen og med et gassinnløp for tilførsel av varm, reduserende gass til ovnen/og apparatet

er særpreget ved at ovnens nedre seksjon er forsynt med innløps-munnstykker for tilførsel av kald, reduserende gass, idet munnstykkene er fordelt sideveis over ovnens tverrsnitt.

v Nærmere bestemt omfatter apparatet ifølge oppfinnelsen en kilde for reduserende gass, en opprettstående sjaktovn som omfatter et kammer hvori oxydisk malm reduseres ved intim kontakt.med den reduserende gass, et innløp ved toppen av kammeret for tilførsel av partikkelformig malm til kammeret, et utløp ved bunnen av kammeret for uttømning av redusert produkt fra kammeret, en første innløpsanordning for gass for tilførsel av reduserende, gass til en øvre seksjon av kammeret, en annen innløpsanordning for gass for tilførsel av reduserende gass til en nedre seksjon av kammeret, en anordning for tilførsel av en del av den reduserende gass fra gasskilden med en forholdsvis høy temperatur til den første innløps-anordning, og en anordning for tilførsel av resten av den reduserende gass fra gasskilden med en forholdsvis lav temperatur til den annen innløpsanordning som omfatter en anordning for å bringe den reduserende gass med lav temperatur til å strømme gjennom adskilte soner som er fordelt sideveis over sjaktovnens tverrsnitt.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i forbindelse med tegningene som viser et eksempel på et apparat ifølge oppfinnelsen, ' og hvorav

fig. 1 er et noe skjematisk oppriss av et snitt gjennom en sjaktovn ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 er et snitt tatt langs linjen 2-2 på fig. 1,

fig. 3 er et snitt tatt langs linjen 3-3 på fig. 1,

fig. 4 er et snitt i forstørret målestokk gjennom bunnen av

sjaktovnen vist på fig. 1,

fig. 5 er et snitt, lignende det som er vist på fig. 4, av

en annen utførelsesform av sjaktovnens bunn, og

fig. 6 er en perspektivskisse av kanalen for reduserende gass

og som anvendes for sjaktovnen vist på fig. 1.

På fig. 1 er vist en sjaktovn 10 omfattende en vertikalt anordnet, sylindrisk mantel 12 av stål eller et lignende materiale, og som avgrenser et kammer 14 med en innvendig overflate som er foret med et ildfast materiale 16. Ovnskammerets 14 øvre ende er stengtmed et endedeksel 18 som er f6ret med et ildfast materiale og som gjennomtrenges av en rekke rørinnløp 20 for tilførsel av malm som skal reduseres, til ovnskammeret.

Ovnskammeret 14 er delt i to områder i vertikal avstand fra i hverandre og angitt som en oppvarmings- og reduksjonsseksjon 22 og en avkjølingsseksjon 24. Forbindelsen mellom de to seksjoner be-finner seg på et mellomnivå i kammeret hvor en rekke blestdyser 26 for tilførsel av reduserende gass er anordnet rundt ovnsveggens omkrets. Reduserende gass med en temperatur på.-ca. 871°C eller høyere ledes til blestdysene26 som er anordnet med en helling nedad, fra en ringformig hovedledning eller fordelingsledning 28 som omgir mantelen 12 og som står i forbindelse med en gasskilde via en til-førselsledning 30. Brukt reduserende gass forlater kammeret 14

gjennom en gassutløpsledning 32 som er anordnet nær dets øvre ende.

Behandlet malm tømmes ut fra bunnen av kammeret 14 gjennom en uttømningskanal 34 som er anordnet i det vesentlige koaksialt på linje med mantelveggen, men som har en betraktelig mindre diameter enn denne. Uttømningskanalen 34 står i forbindelse med mantelens 12 nedre ende via en overgangsseksjon 36 som er avsmalnet nedad og som ifølge oppfinnelsen er laget av en rekke

teleskopisk anordnede avkortede halvkjegler 38. Den øverste av de avkortede halvkjegler 38 er forsynt med en ringflens 39 for

å festes, til mantelens 12 bunn, og den nederste halvkjegle står

i forbindelse med uttømningskanalen 34. De respektive halvkjeglers overflater kan med fordel ha en vinkel på over 65°, fortrinnsvis ca. 70°,i forhold til horisontalplanet for derved å befordre strømningen nedad av faste stoffer gjennom ovnskammeret.

Det fremgår tydeligst av fig..4 at de forskjellige halvkjegler 38 står i forbindelse med hverandre via ringplater 40

og 4 2 anordnet i aksial avstand fra hverandre og som strekker seg i det vesentlige perpendikulært, mellom nabohalvkjegler og sam-arbeider med disse slik at det dannes forgreningsrør 44 som er anordnet i aksial avstand fra hverandre og som anvendes for til-førsel av kald, reduserende gass, som beskrevet nedenfor. Platene 4 0 inneholder en rekke åpninger 4 6 anordnet i avstand rundt deres

omkrets og som danner gassforbindelse mellom de forskjellige for-greningsrør og overgangsseksjonens indre. Platene 4 2 er på den

annen side innrettet for mottagelse av rørformige tilførsels-ledninger 48 som forbinder forgreningsrørene med en kilde for kald, reduserende gass. De forskjellige ledninger 48 er alle

forsynt med strømningsreguleringsventiler 52 for å regulere

t strømmen av reduserende gass til de forskjellige ovnssoner, som

beskrevet nedenfor .

Det vil forstås at selv om tre aksialt i avstand fra hverandre anordnede halvkjegler er beskrevet og vist på tegningene, kan et større eller mindre antall av halvkjegler 38 og tilknyttede, for-greningsrør 44 anvendes efter behov for å danne den innbyrdes forbindelse mellom mantelens 12 nedre ende og uttømningskanalen 34 samtidig som den ønskede hellingsvinkel opprettholdes.

Dersom det er ønsket å regulere tilførselen av kald, reduserende gass rundt ovhskammerets 14 omkrets, kan forgreningsrørene 44, som vist på fig. 5, ved hjelp av plater 50 være delt i adskilte avdelinger som inneholder én eller flere åpninger 46 og hvor. hver avdeling forsynes med en enkelt tilførselsledning 48. Tilførsels-ledningene 48 er forsynt med ventiler 52 for uavhengig å regulere strømmen av gass til de forskjellige avdelinger.

Ved den beskrevne sjaktovnsanordning er oscillerbare agglomeratknusere 54 med kjent konstruksjon anordnet i de områder av ovnskammeret' 14 som er mest utsatt for tilstopping på grunn av agglomer-ering av.behandlede malmpartikler. Disse områder omfatter et sted

i avkjølingsseksjonen 24 litt over innløpet til overgangsseksjonen 36 og et sted inne i overgangsseksjonen litt over innløpet til ut-tømningskanalen 34. På det førstnevnte sted er agglomeratknuserne

54 anordnet i sideveis avstand fra hverandre og i i det vesentlige

det samme plan på tvers av ovnskammerets 14 bredde. På det sistnevnte sted er agglomeratknuserne 54a anordnet slik at deres akser sammenfaller med hjørnene i en trekant. På begge steder er inn-løpskanaler 56 og 56a som forsynes via ledninger 48 som inneholder strømningsreguleringsventiler 52, anordnet under og nær de forskjellige agglomeratknusere 54 og 54a og strekker seg. i det vesentlige i samme retning som disse slik at det fås en intim og i det vesentlige jevn kontakt mellom kjølegass og de partikkelformige faste materialer. Kanalene 56 og 56a er som vist på fig.

6 alle utformet av et langt, rektangulært trau 58 som er åpent

oventil, og av en topplate 60 som strekker seg i samme retning som trauet 56. Topplaten 60 er anordnet i vertikal avstand over trauets øvre sidekanter slik at det avgrenser en langsgående åpning 62 som reduserende gass tilføres gjennom og til ovnskammeret;

Skilleplater 64 er anordnet i langsgående avstand fra hverandre

i kanalen for å dele denne i adskilte avdelinger 66.

Ved den foreliggende oppfinnelse tas det sikte på å anordne tilførselsanordningene for den kalde, reduserende gass slik at gassen regulerbart kan tilføres til.forskjellige soner av ovnskammeret i sideveis avstand fra hverandre, slik at det blir mulig å oppnå en jevnere gassfordeling på tvers av ovnskammeret. Det fremgår således tydeligst av fig. 2 og 3 at tverrseksjonen i ovnens indre, som vist ved de brutte streker er oppdelt i konsentriske 6m-kretssoner 70, 72 og 74 i radial avstand fra hverandre og som strekker seg vertikalt gjennom ovnens avkjølingsseksjon 24. I de.t nedre område av ovnen tilføres kald, reduserende gass fra

kanalen 56a til den indre sone 70. Gass tilføres til den mellom-liggende sone 7 2 via åpninger 4 6 som står i forbindelse med det nederste forgreningsrør 44 i overgangsseksjonen 36, og gass til-føres til en ytre sone 74 via åpninger 46 i det øvre forgrenings-rør 44. I området hvor de øvre agglomeratknusere 54 er anordnet, tilføres kald, reduserende gass til de forskjellige soner 70, 72 og 74 fra de avdelinger 66 som på. fig. 2 er angitt med hhv. bokstavene A, B og C. For enkelhets skyld er gasstilførselsledningene 48 og den tilknyttede ventil 42 blitt sløyfet fra fig. 2 og 3.

Nedenfor er en beskrivelse av hvorledes sjaktovnsanordningen ifølge oppfinnelsen benyttes. Partikkelformig malm, fortrinnsvis i form av pellets, tilføres til toppen av sjaktovnen 10 gjennom'innløpsrørene 20 slik at kammeret 40 blir i det vesentlige helt fylt. Varm, reduserende gass med en temperatur av 760-955°C og med et høyt innhold av hydrogen og carbonmonoxyd innføres i kammeret 14 gjennom blestdysene26, og gassene bringes til å strømme oppad gjennom malmbeskikningen i oppvarmings- og reduksjons-seksjonen 22 og forlater kammeret gjennom gassutløpsledningen 32. Når de passerer gjennom malmbeskikningen, oppvarmer gassene materialet til den nødvendige temperatur for reduksjon av oxydet. På grunn av at det partikkelformige materiale under innvirkning av tyngden synker nedad gjennom kammeret 14 henimot utløpsåpningen 34, strømmer partiklene i motstrøm til gassen, og dette er termodynamisk og for den kjemiske omsetning meget gunstig for oppnåelse av en meget effektiv reduksjonsprosess. Samtidig med at den varme, reduserende gass innføres, innføres kald, reduserende gass med

en temperatur av 21-49°C og i en mengde av ca. 25% av den samlede

mengde reduserende gass som innføres i kammeret 14, i regulerte mengder gjennom ledningene 48 og kommer inn i kammeret gjennom

i

åpningene 48 som er tilknyttet ringforgreningsrørene 44, og gjennom innløpskanalene 56 og 56a under de^respektive agglomeratknusere 54 og 54a. Den kalde, reduserende gass som kommer inn i kammeret 14 på disse mange steder, bringes selv til å strømme oppad gjennom seksjonen 24 i motstrøm til partiklene som behandles, og forener seg ved'blanding i seksjonen 22 med de varme gasser fra blestdysene 26 før de forlater kammeret gjennom gassutløpsledningen 32. Når de kalde gasser strømmer oppad gjennom avkjølingsseksjonen

24, gjenvinner de meget av den følbare varme til partiklene som behandles, slik at disse avkjøles og ved uttømning gjennom kanalen 34 får en temperatur av ca. 38°C dersom de uttømmes i atmosfæren,

og en høyere temperatur av som regel ca. 205°C dersom produktet skal viderebehandles, som f.eks. i en passivator eller et lignende apparat.

Tilførselen av kald, reduserende gass til de forskjellige soner 70, 72 og 74 gjennom avkjølingssonen reguleres ved hjelp av

egnede reguleringsanordninger (ikke vist), og gasstrømmene til de forskjellige soner reguleres ved egnet innstilling av de mange

strømningsreguleringsventiler 52. Ved å regulere strømmen av kald, reduserende gass som passerer gjennom ovnskammerets av-kjølingsseksjon 24, kan en jevn fordeling av gasstrømmer opprettholdes slik at det fås et jevnt produkt som uttømmes gjennom ut-løpet 34. Ved dessuten å forsyne overgangsseksjonen 36 med gass-innløpforgreningsrør 34 som er anordnet i avstand fra hverandre i lengderetningen og koaksialt på linje med hverandre, vil åpninger 48 for avkjølingsgass være slik anordnet i forhold til de forskjellige soner 70 , 72 og 74 at strømmen av gass inn i disse lett, kan reguleres.

Claims (17)

1. Fremgangsmåte ved direkte reduksjon av partikkelformige, oxydiske malmer i en sjaktovn, hvor de partikkelformige, oxydiske malmer føres i motstrøm til reduserende gass, karakterisert ved at en del av den reduserende gass innføres i en øvre seksjon (22) av kammeret med en forholdsvis høy temperatur og at resten av den reduserende gass innfø res i en nedre seksjon (24) av kammeret med en forholdsvis lav temperatur, idet den reduserende gass med den lave temperatur innføres i adskilte soner (70,72,74) som er fordelt sideveis over sjaktovnens tverrsnitt.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det i kammeret innføres en samlet mengde av reduserende gass med lav temperatur som ikke er større enn den mengde som er nødvendig for å avkjøle partiklene til en på forhånd bestemt uttømningstemperatur.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det anvendes soner (70,72,74) som er anordnet i radial avstand fra hverandre og som strekker seg,i det vesentlige ringformig rundt sjaktovnens tverrsnitt.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at strømmen av kald, reduserende gass til hver sone (70,72, 74) reguleres uavhengig av de andre strømmer.

5. Apparat for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1-4, omfattende en sjaktovn med et toppinnløp for tilførsel av malmen og et gassinnløp for tilførsel av varm, reduserende gass til ovnen, karakterisert ved at ovnens nedre seksjon (24) er forsynt med innløpsmunnstykker (46,62) for tilførsel av kald, reduserende gass, idet munnstykkene er fordelt sideveis over ovnens tverrsnitt.

6. Apparat ifølge krav 5, karakterisert ved at de forskjellige innløpsmunnstykker (46,62) er anordnet i hver av en rekke ringformige soner (70 , 72 ,74) .

7. Apparat ifølge krav 5- eller 6, karakterisert ved at munnstykkene omfatter åpninger (46) i en overgangsseksjon (36) som er avsmalnet nedad og som fører til et utløp (34) for redusert produkt.

8. Apparat ifølge krav 7, karakterisert ved at åpningene (46) forbinder ovnens indre (24) med ringformige for-greningsrør (44) på overgangsseksjonen (36).

9. Apparat ifølge, krav 8, karakterisert ved at overgangsseksjonen (36) omfatter en rekke overlappende deler av avkortede kjegler (38) og plater (40) i

10. Apparat ifølge krav 9, karakterisert ved at de avkortede kjegler er anordnet med en vinkel i'forhold til horisontalplanet på over 65°.

11. Apparat ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved at de avkortede kjegler er anordnet med eh vinkel i forhold til horisontalplanet på ca. 70°.

12. Apparat ifølge krav 9-11, karakterisert ved at åpningene (46) er dannet i platene(4 0).

13. Apparat ifølge krav 8-12, karakterisert ved at forgreningsrørene (44) er oppdelt ved hjelp av skilledeler (40) i adskilte avdelinger, og at uavhengige reguleringsinnretninger (52) regulerer gasstrømmen inn i de adskilte avdelinger.

14. Apparat ifølge krav 5-13, karakterisert ved at munnstykkene (4 6,62) omfatter åpninger (62) i lineære kanaler (56) som strekker seg på tvers av kammeret.

15. Apparat ifølge krav 14, karakterisert ved at kanalene (56) er oppdelt ved hjelp av skilledeler (64) i adskilte avdelinger, og at adskilte reguleringsinnretninger (52) regulerer gasstrømmen inn i de adskilte avdelinger.

16. Apparat ifølge krav 15, karakterisert ved at kanalene (56) er parallelle og at avdelingene i kanalene (56) er anordnet i grupper for selektivt å innføre reduserende gass i de forskjellige soner (70,72,74).

17. Apparat ifølge krav 14-16, karakterisert ved at oscillerbare agglomeratknusere (54) er anordnet over kanalene (56).