KRALJEVINA JUGOSLAVIJA
UPRAVA ZA ZAŠTITU
Klasa 18 (2)
INDUSTRISKE SVOJINE
Izdan 1 juna 1933.
PATENTNI SPIS BR. 10055
Socićtć Oxythermique, Luxembourg, Luxembourg.
Postupak za pogon visoke peći za preradu ruda sa istovremenim proizvodjenjem
portland cementa.
Prijava od 14 novembra 1931.	Važi od 1 aprila 1932.
Traženo pravo prvenstva od 15 novembra 1930 (Nemačka).
Prema nemačkom patentu br. 441.365 moglo bi se pomisliti, da se u visokoj peći može istovremeno proizvoditi kako sirovo gvožđe, tako i portland cement visoke vrednosti, samo ako se vazduh za promaju visoke peći obogati kiseonikom.
I ako je postizanje ovoga cilja vrlo poželjno, našlo se do sada dovoljno razloga, da se u tom pravcu ne napravi ni jedan opit, jer svaki stručnjak za visoke peći zna, da se nezgode, koje sprečavaju proizvodnju topljivog cementa visoke vrednosti ne mogu ukloniti jedino na taj način, ako se vazduhu za promaju peći dodaje ki-seonik. Da bi se uklonile te nezgode, potrebno je da se još ispune i drugi uslovi, bez kojih bi pridodavanje kiseonika vazduhu za promaju peći bilo, što je već dokazano, mnogo škodljive za obrazovanje cementa, nego li uvođenje jako zagreja-nog vazduha za promaju bez dodatka kiseonika.
Ako je u patentnom spisu br. 441.365 navedeno da se pridodavanjem kiseonika mogu postignuti više temperature sagore-vanja nego bez ovoga, to taj navod nikako ne dokazuje, da se ovo povišenje temperature faktično javlja i u materijalu koji se topi, i da se stvarno jedino tim putem može doći do uspeha u proizvodnji topljivog cementa, jer, ako navedemo samo je dan primer, ni u unutrašnjosti jednog proizvođača pare ne nastaje, ni pri loženju
koje se vrši sa čistim kiseonikom, veća temperatura od temperature koja odgovara pritisku pare, jer se proizvođena toplina troši pri konstantnoj temperaturi, koja je ovde utvrđena temperaturom isparava-' nja vode.
Kod prerade ruda dolazi na mesto temperature isparavanja vode, temperatura redukcije gvozdene rude. Ovo nastaje za FeO lcod 800° C.
Ako sada ruda, redukovana na FeO dospe u postolje (prošireni deo) visoke peći, što je do sada važilo kod visokih peći kao pravilo, onda se bez naročitih mera ne može u tom postolju postignuti za prizvo-đenje topljivog portland cementa potrebna dovoljno visoka temperatura, koja teorijski iznosi 1600°.
Da bi se jedan kilogram Fe reducirao direktno iz FeO, mora se osim 65 grama ugljenika dovesti još i 832 cal. osetne topline, prema tome za svaku tonu dobivenog gvožđa 832000 cal., dakle mnogo više nego li je to potrebno za isparenje jedne tone vode. Hladeče dejstvo redukcije rude na svaku tonu dobivenog gvozda ek-vivaletno je ubrizgavanju 1500 kg vode, samo sa tom razlikom, što se ono vrši tek iznad 850° C.
Pri sagorevanju jednog kilograma C na CO, bez zagrevanja promajom, obrazuje se samo 2430 cal. osetne topline, a za za-grevanje na 800° sa promajom (vazduš-nom strujom), obrazuje se 3430 cal., t. j.
Din. 20.
za 1000 cal. više. Kod pogona sa promajom može se 5,5 kg vazduha zagrejati na 800°, pri čemu se postolju peći dovodi za 5.5 X 800 X 0,23 = cca 1000 cal. više topline.
Alj ako se vazduh na promaji obogati sa 42% sadržinom 02, i zagreje na 800°, onda dopunsko dovođenje topi'one na svaki kilogram sagorenog ugljenika iznosi samo oko 500 cal.
Pošto se za redukciju rude (iz FeO u Fe) u postolji može korisno upotrebiti samo temperatura, koja leži iznad 850°, to se prilikom pogona sa vrelim vazduhom gubi u postolju 850 X 0.23 X 5 5 = oko 1000 cal. topline, koja se odvodi u šaht, a pri pogonu sa 42% sadržinom kiseonika, ovaj gubitak iznosi samo oko 500 cal.
Ali iz toga se vidi, da se i pored obogaćenja vazduha za promaju sa 42% sadržinom O,, dakle sa dvostrukom sadržinom kiseonika, koji se inače nalazi u vaz-duhu, i. pored predhodnog zagrevanja na 800° ne dobiva ništa, što bi moglo biti od koristi za proizvođenje porti'and cementa, i ako se teorijska temperatura sagoreva-nja podigla sa po prilici 2500° na okruglo 4000°. jer se istovremeno dopunsko dovođenje topline smanjilo na polovinu usled zagrevanja vazduha za promaju. Međutim temperature od 4000° nisu više dozvoljene iz praktičnih razloga.
Glavni uslov za omogućavanje proizvodnje topljivog cementa visoke vrednosti u visok j peći, ne sastoji se, kao što se to navodi kod patenta441.365 u obogaćenju kiseonikom vazduha za promaju, već u smanjivanju količine temperature u postolju i na tom saznanju moraju bazirati sve mere za pojeftinjavanie kako same proizvodnje gvožđa, tako* i proizvodnje ovoga sa izradom topljivog cementa visoke vrednosti iz zgure visokih peći, bez da se postolju privode veće temperature sagoreva-nja, koje obloga peći ne bj mogla više da izdrži.
U prvom redu treba izbegavati uzroke velike potrošnje temperature, naime direktnu redukciju rude u postolju visoke peći, i to na taj način da se u šahtu u širo-' kim granicama stvore potrebni uslovi za indirektnu redukciju.
Kod direktne redukcije Fe iz FeO prilikom sagorevanja čvrstog ugljenika u CO, obrazuje se na svaki kilogram ugljenika, koji sagoreva sa kiseonikom iz rude, po 2430 cal. slobodne topline. Ali pri tome treba da se istovremeno iz FeO reducira 4.65 kg Fe, pa se radi toga mora dovesti oko 6300 cal. topline. Nedostaje dakle oko 3870 cal. Ali ako se suprotno tome, redukcija može izvršiti sagorevanjem CO na
C02, onda se, prilikom sagorevanja 2 cbm CO (= 1 kg čvrstog ugljenika) sa kiseonikom iz rude, jstvara 5600 cal. slobodne topline, koja je skoro dovoljna da se njome postigne potrebna, redukciona temperatura c d 6300 cal. Ovde se mora naknadno (dopunski) dovesti samo još 700 cai. Razlika iznosi dakle 3870 — 700 = 3170 cal., na svaki cbm odnosno 2620 cal. na svaki kg kiseonika, koji se oslobađa iz rude.
Ali ova količina topline oduzima se postolju, pa se jasno vidi, da bez dalekosežne indirektne redukcije rude u postolju visoke peći ne može postojati za proizvođenje cementa potreban višak temperature jer se usled velike potrošnje temperature za direktnu redukciju, ne može postignuti 'dovoljno pregrevanje materijala za topljenje.
Redukcija Fe iz FeO sagorevanjem CO na C02 moguća je samo u odsustvu čvrstog ugljenika, jer bi se kod visoke temperature iznad 850°, koja važi kao najniža granica jedne takve redukcije, a u prisustvu čvrstog ugljenika, ugljena kiselina, koja se obrazuje prilikom redukcije sa CO, ponova reducirala u CO trošeči temperaturu i čvrsti ugl'jenik, tako da bi to sa e-konomskog gledišta bilo u osnovi isto što i direktna redukcija, čak i onda kad se ona ne bi vršila u samom postolju nego u šahtu; jer, nedostajuća količina topline morala se uzimati kod do sada uobičajenog pogona visokih peći iz postolja. Ali već je poznato da se pri tome u opšte ne može u većoj meri vršiti indirektna redukcija FeO U Fe, jer se ona može vršiti samo u području temperatura između 850 i 1000°. Iznad 1000 počinje već sinterovanje rude i ona usled toga postaje nepristupačna za svaku redukciju pomoću gasa. Ali pošto kod do sada uobičajenih pogona visokih peći gasovi izlaze iz postolja u. šaht sa najmanje 1600°, to se sinterovanje ne može sprečiti bez naročitih mera.
Odsustvo čvrstog ugljenika u cilju omogućavanja redukcije rude pomoću sagorevanja CO na C02, predstavlja samo jedan od šest usl'ova, koji se moraju ispuniti; drugi uslov je briketiranje rude posle predhodno izvršenog finog mlevenja.
Komadi rude ne mogu se uopšte u dovoljnoj merj redukovati u čvrstom stanju iz FeO u Fe, već tek u tečnom, stanju posle topljenja. (Ali redukcija (Fe.^O;, u FeO vrši se potpuno u šahtu već kod 500° pa na više).
Treći uslov je, da se krečnjak, potreban za proizvođenje cementa takođe samelje i doda briketima, jer kreč ima višu tačku topljenja nego li ruda, pa bi se, kad bi bio
u komadima, topio potpuno nejednako-merno. Zgura, koja se smatra kao cement visoke vrednosti, mora u prvom redu u-vek sadržavati konstantnu srazmeru smeše kreča i siliciumove kiseline ili gline.
Kroz šaht visoke peći mogu se dakle puštali samo briketi rude u kojima je pomešan dodatak krečnjaka.
Četvrto: .gihtovanje se ne srne vršiti na do sada uobičajen način, tako da se izme-šana ruda i gorivo ili jedno za drugim, gihtuju u kratkim razmacima, da se ne bi dala prilika ugljenoj kiselini, koja se obrazuje pri redukciji rude, da odmah jedno oa drugim, ili istovremeno, dođe u dodir sa rudom i sa gorivom, jer bi se mogla ponova redukovati u CO.
Dodavanje goriva kroz šaht ne može se tako lako nadomestiti dodavanjem goriva u peć na neki drugi način (na pr. kroz jedan postrani šaht) jer se gorivo na drugi način ne može dovesti u postolje ispod materijala za topljenje. Ali, postolje mora biti uvek napunjeno gorivom do određene minimalne visine. Pošto se gorivo stalno troši, to se prema tome ne može vršiti nadoknađivanje goriva samo kroz šaht. Ali dodavanje goriva mora se vršiti i to tako, da se u većoj meri ne vrši ponovna redukcija ugljene kiseline u CO.
Jedan cbm briketa rude sa pomešanim krečnjakom težak je prosečno četiri puta toliko koliko jedan cbm koksa. Ako na pr. šaht peći ima sadržinu od 100 cbm i ako je uvek samo do polovine napunjen briketima rude, a u drugoj polovini samo sa koksom, onda se iznad stuba rude od 50 cbm nalazi stub koksa, takođe od 50 cbm, a težina koksa iznosi pri tome po prilici samo 1/4 od težine rude.
Temperatura u šahtu treba da iznosi na vrhu stuba rude 900—1000°, a na donjem kraju (dakle iznad zone topljenja) temperatura ne srne biti viša od 1000—IKK)0. Kad gas iz stuba rude prelazi sa 1000° u stub koksa, sadrži on po prilici 10 volumenskih procenata = 20 težišnih procenata ugljene kiseline, koja se obrazovala sa-gorevanjem kiseonika iz rude sa CO.
Kod površnog rasmatranja moglo bi se pretpostaviti, da će se ova ugljena kiselina, pri naknadnom prolazu kroz stub koksa ponova redukovati u CO.
Ali za jednu takvu redukciju potrebno je, usled njenog jako izotermičkog toka, ne samo prisustvo čvrstog ugljenika, već i znatno privođenje topline. Gas ima temperaturu od 1000°, a redukcija CO„ u CO vrši se samo ne temperaturi od 750° pa na više. Privedena osetna količina topline je prema tome 1000 — 750 X 0.23 =i oko 60 cal. za svaki kg gasa. Pošto se za re-
dukciju jednog kg CO, mora dovesti oko 800 cal. osetne topline, to svaki pretvoreni kg gasa može redukovati samo količi-
60
nu—= 0,075 kg ugljene kiseline u CO,
dok 0,2 kg ostaju u gasu. Dakle, 3/5 CO„ sadržine ostaju. Stvarno ostaju 4/5, jer se toplinom sadržanom u gasu mora pokriti i ostala potreba topline šahta.
Kad je veći deo stuba briketa istopljen, onda prestaje i obrazovanje CO„ a stub koksa, koji se nalazi ispod narednog stuba briketa može se sada jače zagrejati. Ali, u međuvremenu je i u postoju potrošena odgovarajuća količina koksa, tako da sledeći stub koksa ima tako dovoljno prostora; na taj način šaht p staje slobodan, stub briketa se spušta, nakon čega ponova stupa u dejstvo postupak redukcije rude.
Ali ako se u šahtu, što je to ovde slučaj, ne treba da vrši nikakvo mešanje punjenja rude sa punjenjem koksa, onda se i punjenje ne srne zagrejati više nego po prilici samo oko 1000°, jer bi inače briketi rude sinterovali, a time bi i punjenje, usled nedostajućeg labavljenja pomoću koksa, postalo nepropusno za pro-laženje gasa. Sinterovanje sprečava osim toga i redukciju rude Sa CO.
Dakle, kao peti uslov potrebno je, da se šahtu dovodi takva toplina, koja će sa sigurnošću sprečiti sinterovanje briketa sastavljenih od rude i krečnjaka, jer je (temperatura iz postolja izlazećih gasova suviše velika za to.
Pošto je kod do sada uobičajenog pogona visokih peći sa vrelim vazduhom za promaju količina gasova koji izlaze iz postolja veća nego što to odgovara potrebi topline šahta, to ne postoji mogućnost, da se bez povećanja gubitaka na toplini usled povećanja izlazne temperature giht gasova pomeša (pridoda) gas za hlađenje, pomoću kog bi se mogla temperatura šahta smanjiti na željenu meru, pošto taj gas za hlađenje ne srne biti hladniji cd 1000°, jer on pre mešanja nailazi na punjenje šahta, pa bi ovo delimično jako ohladio.
Kako se na temperaturu gasova, koji izlaze iz postolja u šaht, ne može uticati, postoji samo jedno rešenje, t. j. smanjivanje količine gasa, koja izlazi iz postolja u šaht. Ova količina gasa iznosi na svaki kg dobivenog gvožđa, kod uobičajenih visckih pećj sa vrelim vazduhom za promaju, prosečno oko 3,6 kg a ta količina obično malo prevazilazi potrebu topline šahta. Ova količina ne srne se dakle ni u kom slučaju povećati pridodavanjem gasa za hl 'đenjp, pa se prema tome količine iz postolja izlazećih gasova, moraju što više
smanjiti, a to treba da se postigne u prvom redu izdvajanjem azota iz vazduha za promaju, a osim toga i smanjivanjem potrebe toplote u postolju visoke peći. Izdvajanje azota nema tu svrhu, da se time postigne viša temperatura, već da smanji količinu gasa, koja sa previsokom temperaturom izi'azi u šaht, da bi se iznad zone topljenja mogao još uduvati gas niže temperature, da bi se postigla temperatura gasne smeše, koja ležeći ispod temperature sinte.rovanja ruda.
U koliKo se ruda u šahtu može reduko-vati već do po prilici 90% sagorevanjem CO na C02 sa kiseonikom iz rude, ograničava se pri dobijanju Thomasovog sirovog gvožda, potreba temperature u postolju na smanjenje ove posreduje za 10%, kao i na zagrevanje punjenja cd 1000° na temperaturu topljenja, kao i na topljenje gvožda i zgure. Pri tome se na 2000 1% materijala za topljenje na svaku tonu dobivenog gvožda sa jednom tonom proizvodnje cementa, pri 1600° uključivo gubitci topline u postolju, utroši oko 600.000 cal., a u tu svrhu mora upotrebiti 500 kg koksa, od kojih se 450 kg — 400 kg C mora spaliti vazduh^m za promaju, koji sadrži kiseonika.
Pri izdvajanju celokupnog azota iz kiseonika obrazovalo bi se oko 1000 kg gasa, uli takav pogon nije izvodljiv usl'ed visoke temperature sagorevanja. Obrazovana količina gasa treba da se tako podesi, da na svaki kg spaljenog ugljenika dođe po prilici oko 4 kg gasa, da se ne bj prekoračila temperatura od 2500°, a zato je potreban vazduh za promaju sa po prilici 42% sadržine 02 i sa 58% sadržine azota.
Ali kao što je poznato, azot predstavlja ne samo nekrristan već šta više i štetan balast u visokoj peći, jer on razredu-je redukcioni gas, pa time pogoršava dejstvo indirektne redukcije.
Prema tome je korisno, da se azot izdvaja u što je moguće većim količinama i da se u cilju smanjivanja temperature sagorevanja oduvava giht gas u zonu sa-igorevanja i to u količini, koja je 1 1/2 puta veća od težine kiseonika, t. j. 2 kg giht-gasa na 1,33 kg kiseonika (na svaki kg spaljenog ugljenika). Pošo gihtgas koji se uduva, sadrži po prilici 25% CO,, koji se u postolju redukuje u CO, to dobivena celokupna količina gasa iznosi oko 4 kg, ili pri potrošnji od 400 kg C, dobiva se u postolju 1600 kig gasa, koji izlazi u šaht. Ali, pošto potrošnja gasa u šahtu iznosi 3600 kg, to se iznad zone topljenja njora u šaht dovesti još oko 2000 kg gihtgasa. Na mesto gihtgasa moglo bi se upotrebljavati i vodena para ili ugljena kiselina kao sred-
stvo za hlađenje loženja kiseonikom u postolju i u šahtovima za sagorevanje, ili samo u postolju, ali ovo je skopčano sa većom potrošnjom goriva i kiseonika, koja bi samo onda mogla biti opravdana, ako bi postojala potreba za povećanom mogućnošću liferovanja gasa visoke vrednosti iz visoke peći. Suprotno tome javlja se smanjenje potrebe goriva i kiseonika, ako se iz gihtgasa prethodno izdvoji ugljena kiselina pomoću jakog hlađenja, i to pre nego što se gihtgas uduval u postolje visoke peći ili u ložište sa ugljenom prašinom.
Količina gihtgasa koja se uduva iznad zone topljenja zagreje se direktno loženjem sa ugljenom prašinom na 1000 do 1100° pri čemu se u gasu sadržana ugljena kiselina istovremeno redukuje u CO pomoću viška ugljene prašine.
Prema tome u šahtu kruži brlo aktivan redukcioni gas, koji skoro i ne sadrži a-zota (a koji je ^agorevanjem gasnog ugljena u ložištu sa ugljenom prašinom osim toga obogaćen još i vodonikom), a ta činjenica ima se smatrati kao šesti neophodni usi'ov, koji omogućava ekonomsku preradu rude uz istovremeno proizvođenje portland cementa.
Na priloženom crtežu pokazan je šemat-ski jedan primerični oblik visoke peći, koja služi za izvođenje napred opisanog postupka.
Ona se sastoji iz šahta a i postolja b, iz dva šahta c’ i c” za sagorevanje ugljene prašine u cilju zagrevanja kružnog toka gihtovih gasova za pokriće dopunske potrebe toplote šahta; iz dizna f za privođenje kiseonika i smeše koja se sastoji od gihtgasa i prašine goriva; iz dizna g za smešu gihtgasa i kiseonika. Cement za topljenje oduzima se kod h kao tečna zgura visoke peći sa velikom sadržinom kre-ča, a proizvedeno gvožđe ispušta se kod k.
Iz crteža se također vidi, kako se mora vršiti punjenje da bi se sprečilo ponovno redukovanje ugljene kiseline, koja se o-Ibrazuje pri sagorevatiju CO sa kiseonikom iz rude.
Kroz dizne f dovodi se kiseonik za zagrevanje gasa na 1000—1100° u šahtovima za sagorevanje c’ i c”, a odvojeno od kiseonika dovodi se smeša gihtgasa i u-gljene prašine. U postolje duva se kiseonik i malo gihtgasa (odvojeno jedan od drugog), kroz dizne g.
Glavna karakteristika ovog pronalaska sastoji se u skupnom dejstvovanju napred opisanih mera, naime u smanjenju potrebe topline u postolju izazivanjem u širokim granicama indirektne redukcije rude, poirrću po sebi poznatog briketiranja ru-
da uz upotrebu vrlo aktivnog od azota slobodnog redukcionoggasa; u novom postupku punjenja u cilju sprečavanja ponovne redukcije ugljene kiseline, čija je upotrebljivost osigurana sprečavanjem sinte-rovanja briketa, pošto se iz postolja u šaht izlazeće količine gasova visoke temperature, znatno smanjuje izdvajanjem a-zota i vazduha za promaju, kao i smanjivanjem potrebe topline u postolju, pa se na mesto toga uduvava iznad zone topljenja na manje visoku temperaturu zagre-jani gas, tako da se obrazuje temperatura mešanja, koja ne može prouzrokovati sin-terovanje punjenja.
Pored toga pridaje se velika važnost zajedničkom briketiranju rude sa krečnja-kom radi dobijanja jedne zajedničke tačke topljenja i jedne ispravne uvek konstantne srazmere mešanja kreča i siliciu-move kiseline ili gline.
Patentni zahtevi:
1.	Postupak za pogon visoke peći za preradu ruda sa eventualnim istovremenim proizvođenjem portland cementa, naznačen novim načinom gihtovanja peći u
obliku neprekidnog stuba goriva i materijala za topljenje sa prostorno tako velikim odstojanjem između punjenja materije za topljenje i sledećeg punjenja goriva, da ponovna redukcija ugljene kiseline, usl'ed dodira sa užarenim ugljenikom, može nastati u vrlo ograničenim srazmerama.
2.	Postupak prema zahtevu 1, naznačen time, što se potreban dodatak krečnjaka ili paljenog kreča pridodaje briketima rude približno u onoj srazmeri, koja odgovara sastavu portland cementa visoke vrednosti.
3.	Postupak prema zahtevima 1 i 2, naznačen time, što se u cilju sprečavanja sinterovanja rude u šahtu, iz postolja izla-zećim vrelim gasovima sagorevanja primeša hladniji, preimućstveno redukujući gas, i što se istovremeno, parcijalno ili totalno, izdvaja azot iz vazduha za promaju.
4.	Postupak prema zahtevima 1, 2 i 3, naznačen time, što se na mesto jednog iz vazduha za promaju izdvojenog dela uduvava u postolje i to u prostor za sagore-vanje, jedan redukcioni gas.
Adpatent broj 10055.






,

. ....................................................