SE439932B - Forfarande for framstellning av metall ur finkorniga metalloxidmaterial - Google Patents

Description

8007882-7 Bland nämnda föreslagna och under utveckling varande processer för metallframställning, främst råjärnsfram- ställning,kannämnas den s.k. plasmasmältreduktionspro- cessen (PSR-processen), vid vilken partikelformigt me- talloxidmaterialskallförreduceras till 50 - 60% i fast fas och därefter tillsammans med slaggbildare och reduk- tionsmedel injiceras i ett smältreduktionszon bildande hålrum i ett koksfyllt schakt, varvid det förreducerade materialet smältes och slutreduceras under tillförsel av den härför erforderliga energin med hjälp av plasma- brännare. Den från schaktet avgående gasen har hög tem- peratur och är mycket rik på framförallt kolmonoxíd, varför den i dessa avseenden lämpar sig utmärkt för ut- nyttjande för nämnda förreduktion. En sådan förreduktion skulle med fördel kunna utföras i virvelskikt, förutsatt att det partikelformiga utgångsmaterialet föreligger i därför lämpad form med avseende på kornstorlek och korn- storleksfördelning. Såsom ovan angivits, lämpar sig emellertid ej höganrikade sliger och finkorniga stoft för direkt utnyttjande i samband med reduktion i virvel- skikt , vilket innebär en begränsning av möjligheterna att optimalt utnyttja PSR-processen för höganrikade sli- ger och andra finkorniga utgångsmaterial, bland vilka kan nämnas stoft från syrgasfärskningsprocesser och exem- pelvis zinkhaltigt stoft från elektrostâlugnar och mas- ugnar, varvid dessa sliger och stoft förutom oxid av Fe kan innehålla oxid av Ni, Co, Cr, Mo, W, Mn och Cu, som likaså skulle kunna utreduceras och återvinnas, antingen som smälta i nämnda schakt eller, såsom exempelvis är fallet med Zn, i form av kondensat ur den från schaktet avgående gasen. 8007882-7 Enligt en annan, under utveckling varande tysk process förreduceras järnoxidmaterial till en produkt med hög metalliseringsgrad, vilken därpå uppifrån tillföres ett reaktorkärl innehållande en råjärnssmälta, varvid syrgas och kol injiceras i smältan genom kärlbottnen för alst- ring av den för smältningen av nämnda produkt erforder- liga energin. Därvid bildas en het gas, vilken innehål- ler kolmonoxid och väte och vilken kan utnyttjas för förreduktionen av järnoxidmaterialet. Att döma av hit- tills förekommande beskrivningar av denna process har man tänkt sig att framställa den förreducerade produk- ten, nämligen järnsvamp, i fast fas i exempelvis kon- ventionell schaktugn, vilket dock kräver ett sintrat, styckeformigt utgângsmaterial, såsom kulsinter, som är ekonomiskt belastande för processen. Avsevärda tekniska och ekonomiska fördelar skulle uppnås, om nämnda för- redukton i stället kunde utföras i virvelskikt, vilket dock av ovan angivna skäl med hittillsvarande teknik i praktiken utesluter användning av finkorniga eller stoftformiga utgångsmaterial.

Enligt en ytterligare sådan, under utveckling varande process, nämligen den s.k. Elred-processen, förreduceras finkornigt järnoxidmaterial, som därpå genom en ihålig elektrod tillföres en likstrëmsmatadljusbågsugn, varvid ugnen, som innehåller en råjärnssmälta, dessutom till- föres reduktonsmedel och slaggbildare. Vid denna process löses problemet med förreduktionen av det finkorniga ut- gångsmaterialet genom att förreduktionen utföres vid övertryck i ett s.k. cirkulerande virvelskikt, dvs. där materialet blâses upp genom och ut ur ett exempelvis 25 m högt schakt, varpå materialet avskiljes i cykloner och återinföres nedtill i förreduktionsschaktet. Förreduk- tionsgas av erforderlig temperatur genereras i schaktet genom inblåsning av kolpulver och luft, varvid kol till- 8007882-'7 sättes i överskott för att tillsammans med den höga gas- hastigheten hindra kladdning viddenangivna temperaturen, ca 1225 K. Det inses, att det här utnyttjade förreduk- tionssteget är investeringsmässigt dyrbart och dessutom driftsmässigt besvärligt, i synnerhet på grund av de med separationen i cyklonerna förenade problemen. Om det vore möjligt att förreducera det finkorniga järnoxidma- terialet i ej cirkulerande virvelskikt, skulle detta innebära en avsevärd fördel och skulle den vid smält- ningen och slutreduktionen bildade reducerande gasen vara tillräcklig för förreduktion av utgångsmaterialet till 50 - 60% utan extra reduktionsgasgenerering med kol. Härvid erfordras dock viss tillförsel av elenergi utifrân.

Syftet med föreliggande uppfinninge är nu att anvisa ett nytt och fördelaktigt reduktionförfarande, varigenom de ovan relaterade olägenheterna på ett enkelt och ekono- miskt sätt undanröjes.

Detta uppnås med sättet enligt föreliggande uppfinning som kännetecknas av att det finkorniga metalloxidma- terialet formas i närvaro av fukt och ett bindemedel till kakor eller formkroppar, vilkas storlek väsentligt överstiger för fluidisering önskad partikelstorlek, var- på kakorna eller formkropparna tillåtes hårdna och där- efter sönderdelas och klasseras till bildning av ett ut- gångsmaterial, att nämnda utgångsmaterial i ett första reduktionssteg reduceras partiellt i fluidiserat till- stånd vid en temperatur av ca 1025 -1275 K med reduk- tionsgas innehållande kolmonoxid, eventuellt i blandning med väte, varvid uthångsmaterialet bibringats en korn- storleksfördelning, som motsvarar önskad uppehållstid och gashastighet av material i bädden, för att bilda on 8007882-'7 väsentligen stationär fluidiserad bädd vid den avsevärda gashastighet, som erfordras för genomförande av reduk- tionen utan kladdning vid den för nämnda första reduk- tionssteg valda temperaturen, och att det förreducerade materialet därefter underkastas ett smältnings- och slutreduktionssteg, företrädesvis i konverter under in- jicering av kolhaltigt material och syre däri eller i åtminstone delvis på elektrisk väg upphettad ugn, såsom induktionsugn, ljusbågsugn, elektroslaggmotståndsugn eller plasmasmältugn, för bildning av en metallsmälta, varvid för nämnda första reduktionssteg utnyttjas redu- Cerande gas från smältnings- och slutreduktionssteget.

I varje särskilt fall bör optimal bädduppbyggnad fast- ställas på experimentell väg, varvid eventuell tätpack- ningstendens hos det vid nämnda sönderdelning erhållna materialet med fördel undanröjes genom att partiklar inom ett visst storleksintervall avlägsnas vid klasse- ringen samt återföres och formas till kakor eller form- kroppar tillsammans med det finkorniga utgångsmateria- let. Det bör sålunda tillses, att bäddmaterialets korn- storleksfördelning skiljer sig från den s.k. Fuller-kur- VaIl .

För att möjliggöra genomförande av förreduktonssteget utan tillförsel av extern värme och för ytterligare ök- ningznlhâllfastheten hos det sönderdelade och klasserade materialetlfiuidetta material lämpligen förvärmas före det nämnda första reduktionssteget med utnyttjande av het gas, som alstras genom förbränning av det från det första reduktonssteget kommande brännbar gas. Därvid kan förvärmningen med särskild fördel ske i fluidiserad bädd. Förvärmningen kan ske till ungefär den tempera- tur, vid vilken förreduktionen skall ske, dvs. till ca 8007882-'7 1025 - 1275 K, varvid kan tillses, att förvärmnings- gasen är tillräckligt oxiderande för att oxidera och förflyktiga i oxidmaterialet eventuellt förekommande föroreningar av sulfidsvavel.

Vid förvärmningen och/eller förreduktionen i nämnda första reduktionssteg bildat stoft kan separeras, exem- pelvis i cyklon, varvid det separerade stoftet lämp- ligen återföres och formas till kakor eller formkroppar tillsammans med det finkorniga utgångsmaterialet. Här- igenom tillvaratages stoftetpå enkelt sätt utan behov av cirkulering av fast material i förreduktions- resp. förvärmningssteget och utan behov av separat upparbet- ning. Det inses, att även från smältnings- och slutre- ruktionssteget kommande stoft kan, om så önskas, av- skiljas i exempelvis cyklon och returneras för sådan formning tillsammans med finkornigt utgångsmaterial.

I det finkorniga utgångsmaterialet förekommande zink- oxid reduceras vanligen till metall först i smältnings- och slutreduktionssteget, varvid det förångas och kan kondenseras i en mellan detta steg och det första re- duktionssteget anordnad konventionell zinkkondensor.

Eventuellt förekommande blyoxid, som reduceras till metall i smältnings- och slutreduktionssteget, kan åt- minstone delvis avdrivas och kondenseras på samma sätt som zink.

För de genom formningen bildade kakorna eller formkrop- parna kan med fördel utnyttjas bindemedel innhållande sådana ämnen som är önskvärda såsom slaggbildare i nämnda smältnings- och slutreduktionssteg, företrädes- vis ur gruppen bränd eller släckt kalk, bränd eller släckt dolomit, cement, masugnsslagg, basisk slagg från 8007882-7 råjärns- och stålframställning, stoft från basiska stâlfärskningsprocesser och flygaska från kolförbrän- ning. Erforderlig bindemedelshalt uppgår vanligen till ca 2 viktprocent, ehuru högre halter kan väljas främst av metallurgiska skäl, exempelvis så, attdet formade och härade materialet kommer att innehålla hela den er- forderliga mängden slaggbildare. Bindemedlet kan, så- som inses av det ovanstående, även helt eller delvis utgöras av sådant material, exempelvis stoft eller flygaska, som annars ej med fördel kan utnyttjas eller till och med skapar kvittblivningsproblem. Tillsats av kalk och framför allt dolomit som bindemedel medför dock fördelar på grund av basisk slaggbildning och ferritbildning i förvärmningssteget, vilket medför förhöjd reduktionshållfasthet vid ifrågavarande för- reduktionstemperatur samt högre smältpunkt, så att hög temperatur med åtföljande hög reduktionshastighet kan upprätthållas under reduktionen utan kladdning.

Om formningen av det finkorniga utgángsmaterialet till kakor eller formkroppar, såsom föredrages, utföres ge- nom kompaktering mellan släta eller profilerade, tryck- belastade valsar, bör tillses att den i utgàngsmate- rialet använda mängden fukt (vatten) så långt möjligt kOrreSpOnåerär mot bindemedelsmängden och dess vattenupp- tagningsförmåga. Dock bör samtidigt tillses, att mäng- den fukt väsentligt understiger porvolymen l de genom kompakteringen bildade kakorna eller kropparna, så att ingen fri fukt finns på dessas ytor, enär detta skulle försvåra kompakteringen. Vid framställning av kakor ges dessa en förhållandevis ringa tjocklek, exempelvis 4 - 12 mm, så att desamma härdas tämligen snabbt. Härd- ningen av kakorna eller formkropparna kan ske på gas- 8007882-'7 genomsläppliga band eller i staplar eller fickor, vilka kan genomströmmas av varmluft eller varma rökgaser för påskyndande av härdningsförloppet. Sönderdelningen av de härdade kakorna, flaken eller formkropparna kan ut- föras genom sönderbrytning av desamma med hjälp av ex- empelvis piggvalsar eller genom krossning med hjälp av exempelvis käft-, vals- eller slungkross, lämpligen till anstörsta partikelstorlek eller ett största par- tikeltvärmått inom området 6 - 8 mm. Vid den på sönder- delningen följande klasseringen avsiktas understora partiklar, exempelvis partiklar med en storlek under- stigande 0,2 mm, samt eventuellt, vid en harmonisk kornstorkleksfördelning, en del eller hela mängden par- tiklar inom ett valtlaxnstorleksintervall för att bryta den harmoniska fördelningen, så att kornstorleksfördel- ningen ej längre följer en Fullerkurva.

Smältnings- och slutreduktionssteget kan med fördel ut- föras i en åtminstone delvis på elektrisk väg upphettad ugn, exempelvis induktionsugn, ljusbågsugn eller elekt- roslaggmotstånddsugn, under tillförsel av reduktionsme- del, såsom kol, koks, brunkol, olja eller naturgas. Re- duktionsmedelsmängden avpassas därvid lämpligen så, att från ugnen avgående gas är tillräcklig i vad avser så- väl mängd som reduktionspotential för att reducera ma- terialet i förreduktionssteget till ca 50 - 60 reduk- tionsgrad, varvid ingen ytterligare reduktionsmedels- tillsats behöver ske i förreduktionssteget.

Enligt en annan lämplig utföringsform av uppfinningen utföres smältnings- och slutrduktionssteget i konver- ter genom insprutning eller injicering av kolhaltigt material och syre i en av utreducerad metall bildad smälta; I detta fall, då ingen elenergi tillföres smält- nings- och slutreduktionssteget, tillföres här lämpligen aoo7ee2»v kolhaltigt material i sådant överskott i förhållande till syret, att i konvertern bildad reducerandc gas är tillräcklig för reducering av materialet i förreduk- tionssteget så långt som praktiskt möjligt, företrä- desvis tíll minst ca 85 % reduktionsgrad.

För undvikande av stoftnings- och blandningsproblem kan med fördel det genom förreduktionen i nämnda förs- ta reduktionssteg bildade, partiellt reducerade maxu- rialet injiceras i smältan i konvertern eller ugnen.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform av upp- finningen utföres smältnigen och slutreduktiønen av det i nämnda första reduktionssteg bildade, åtmins- tone partiellt reducerande materialet i en med plasma- brännare alstrad högtemperaturzon i ett koksfyllt ugnsschakt under samtidig tillförsel av reduktionsmedel till nämnda zon.

Uppfinningen är ej begränsad till ovan beskrivna ut- föringsformer, utan utförandet av densamma kan varieras på godtyckligt sätt inom ramen för vad som anges l pa- tentkraven.

Claims (7)

80Û¶882-7 10 P a t e n t k r a v

1. Förfarande för framställning av metall ur fin- kornigt metalloxidmaterial, bestående av oxid av Fe samt ev dessutom av oxid av minst en av metallerna Ni, Co, Cr, Mo, W, Mn och Cu, k ä n n e t e c k - n a t av att det finkorniga metalloxidmaterialet formas i närvaro av fukt och ett bindemedel till kakor eller formkroppar, vilkas storlek väsentligt överstiger för fluidisering önskad partikelstorlek, varpå kakorna eller formkropparna tillâtes hårdna och därefter sön- derdelas och klasseras till bildning av ett utgångs- material, att nämnda utgångsmaterial i ett första re- duktionssteg reduceras partiellt i fluidiserat till- stånd vid en temperatur av ca 1025 - 1275 K med reduk- tionsgas innehållande kolmonoxid, ev i blandning med väte, varvid utgångsmaterialet bibringats en kornstor- leksfördelning, som motsvarar önskad uppehâllstid och ' gashastighet av material i bädden, för att bilda en väsentligen stationär fluidiserad bädd vid den av- sevärda gashastighet, som erfordras för genomförande av reduktionen utan kladdning vid den för nämnda första reduktionssteg valda temperaturen, och att det förre- ducerade materialet därefter underkastas ett smält- nings- och slutreduktionssteg, företrädesvis i konver- ter under injicering av kolhaltigt material och syre däri eller i åtminstone delvispå elektrisk väg upphet- tad ugn, såsom induktionsugn, ljusbågsugn, elektro- slaggmotståndsugn eller plasmasmältugn, för bildning av en metallsmälta, varvid för nämnda första reduktions- steg utnyttjas reducerande gas från smältnings- och slutreduktionssteget.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att ev tätpackningstendens hos det vid nämnda sön- derdelning erhållna materialet undanröjes genom att partiklar inom ett visst storleksintervall avlägsnas 800'r'i382~? ll vid klasseringen samt âterföres och formas til kor eller formkroppar tillsammans med det fink utgångsmaterialet.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n t e c k n a t av att det sönderdelade och kla metalloxidmaterialet före nämnda första redukt l ka- orniga HQ* sserade icnssteg förvärmes och härdas ytterligare, företrädesvis i flut- diserad bädd, med utnyttjande av het gas, som genom förbränning av från det första reduktion kommande brännbar gas.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e av att stoft, som bildas under förvärmningen s alstras ssteget c k n a t epareras samt återföres och formas till kakor eller formkroppar tillsammans med det finkorniga utgångsmaterial

5. Förfarande enligt något av krav 1 - 4, k t e c k n a t av att man utnyttjar bindemedel hållande sådana ämnen, som är önskvärda såsom bildare i nämnda smältnings- och slutreduktion företrädesvis ur gruppen bränd eller släckt ka eller släckt dolomit, cement, masugnsslagg, hasisk slagg et. ä n n e- inne~ slagg- ssteg, lk , Inränd. från râjärns- och stålframställning, stoft från basiska stålfärskningsprocesser och flygaska från kolförbränning.

6. Förfarande enligt något av krav 1 - 5, k ä n n e ~ t e c k n a t av att formningen utföres genom kompak~ tering av utgångsmaterialet mellan släta eller rade tryckbelastade valsar. profile-

7. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att man använder fukt i en mängd väsentligt under- stigande porvolymen i de genom kompakteringen bildade kakorna.