CN116034169B - 向竖炉中注射还原性气体的装置 - Google Patents

Abstract

一种向竖炉中注射还原性气体的装置，该装置包括：外部壳体，该外部壳体的前表面设置有用于向竖炉中进行气体注射的出口；内部壳体，该内部壳体定位在外部壳体内并且由能够抵抗高达1200℃的温度的钢制成，该内部壳体具有与外部壳体的前表面的气体注射出口匹配的开口；以及定位在外部壳体与内部壳体之间的耐火层。

Description

向竖炉中注射还原性气体的装置

技术领域

本发明涉及用于向竖炉中注射还原性气体的装置。

背景技术

在高炉中，常规地通过由还原性气体(特别地包含CO、H₂和N₂)对铁氧化物进行还原来实现含铁炉料(烧结矿、球团矿、铁矿石)向铸铁或热金属的转化，还原性气体通过在位于高炉的底部部分中的风口处燃烧焦炭而形成，在风口处注射预热至在1000℃与1300℃之间的温度的空气，其称为热风。

为了提高生产率并降低成本，在风口处还注射与热风的富氧相结合的辅助燃料、诸如呈粉状形式的煤、燃料油、天然气或其他燃料。

高炉的上部部分中回收的气体、称为炉顶煤气，主要由对应比例为20％v～28％v、17％v～25％v、1％v～5％v和48％v～55％v的CO、CO₂、H₂和N₂组成。尽管在其他工厂比如发电厂中，这些气体部分地作为燃料使用，但高炉一直是CO₂的重要产生者。

鉴于自上世纪初以来大气中的CO₂的浓度的显著增加以及随之而来的温室效应，因此在大量产生CO₂的地方、特别是在高炉，减少CO₂的排放是至关重要的。

为此目的，在最近的50年期间，高炉中的还原剂的消耗已经减少了一半，使得目前在常规配置的高炉中，碳的消耗已经达到与热力学定律相关的低极限。

其他减少CO₂排放的一种已知的方法是将除去CO₂的和富含CO的炉顶煤气重新引入至高炉中，所述高炉被称为TGRBF(Top-Gas Recycling Blast Furnaces，炉顶煤气回收高炉)。因此，富含CO的气体作为还原剂的使用使得可以减少焦炭消耗并因此减少CO₂排放。可以在以下两个水平上进行这种注射：在典型的风口水平处，代替热风；以及在高炉的还原区中、例如在高炉的炉身的下部部分中。

可以在现有设备的位置处执行风口水平处的注射。然而，在目前的实践中，在还原区水平处不进行注射，并且因此必须安装新的设备。典型的热风风口是复杂且重型的设备，该设备不能容易地照此安装在该水平处。

因此需要一种简单且易于实施的允许注射还原性气体的装置。

发明内容

通过根据本发明的装置解决了这种问题，本发明的装置包括：外部壳体，外部壳体具有后表面和前表面，外部壳体设置有用于向竖炉中进行气体注射的出口；内部壳体，内部壳体定位在外部壳体内，并且内部壳体由能够抵抗高达1200℃的温度的钢制成，内部壳体具有与外部壳体的前表面的气体注射出口匹配的开口。

本发明的装置还可以包括下列分别考虑或根据所有可能的技术组合考虑的可选特征：

-耐火层定位在外部壳体与内部壳体之间，

-钢制的内部壳体由不锈钢制成，

-装置不包括任何冷却系统。

-竖炉是高炉，

-装置栓接至竖炉，

-装置还包括用以支承内部壳体的加强板，

-内部壳体设计成使得向下地执行向竖炉内的还原性气体的注射，

-内部壳体设计成使得以与竖炉的内壁的垂线所成的包括在0°与30°之间的角度α执行向竖炉内的还原性气体的注射，

-装置包括位于前表面的上部部分的石盒，

-外部壳体的前表面具有三角形形状。

-外部壳体的前表面由上部部分和下部部分组成，下部部分相对于上部部分凹进，并且气体注射出口设置在前表面的下部部分中。

-外部壳体的前表面由上部部分和下部部分组成，下部部分从上部部分向内倒角，并且气体注射出口设置在前表面的下部部分中。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从下面参照附图通过指示的方式给出的并且绝非限制性的描述中清楚地显现，在附图中：

-图1图示了配备有还原性气体注射装置的高炉的侧视图

-图2图示了具有还原性气体注射的高炉的俯视图

-图3图出了根据本发明的第一实施方式的注射装置

-图4图出了根据本发明的第二实施方式的注射装置

-图5图出了根据本发明的第三实施方式的注射装置

-图6图出了根据本发明的第四实施方式的注射装置

附图中的元件用于说明并且可能未按比例绘制。相同的附图标记被用于从一个附图至另一附图的相同元件。

具体实施方式

图1是根据本发明的高炉的侧视图。从顶部开始，高炉1包括：炉喉11、炉身(也称为炉腔)12、炉腰13、炉腹14和炉缸15，其中，炉喉11中装载物料并且排放气体。所装载的物料主要是诸如烧结矿、球团矿或铁矿石的含铁物料和诸如焦炭的含碳物料。碳燃烧以及因而铁还原所必需的热风注射通过位于炉缸14与炉底15之间的风口16来执行。在结构方面，如图3中图示的，高炉具有外壁或壳体2，该壳体2在高炉的内侧上由耐火内衬和护板3覆盖，从而形成内壁5。焦炭是用于铁还原的主要碳供给者，为了减少焦炭的消耗，已经设想到除了热风之外还在高炉中注射还原性气体。在高炉的炉身中、优选地在炉身12的下部部分中、例如在炉腹13的正上方执行这种还原性气体注射。

在优选的实施方式中，在离典型风口水平的一段距离处执行还原性气体注射，该距离包括炉的工作高度H的20％与70％之间、优选地30％与60％之间。如图1中图示的，高炉的工作高度H是穿过典型风口的热风的注射水平与装料的零水平之间的距离。

通过围绕炉的圆周的数个注射出口4执行注射，如图2中所图示，图2是高炉1在还原性气体的注射水平处的俯视图。在优选的实施方式中，具有与形成内壁2的护板一样多的注射出口。向高炉中的每吨热金属注射200Nm³与700Nm³之间的还原性气体。

图3至图6图示了根据本发明的不同实施方式的注射装置4。在所有实施方式中，注射装置4包括具有前表面21和后表面22的外部壳体20。前表面21是定位在炉内的表面并且设置有用于将还原性气体注射到炉内的出口23。注射装置4还包括内部壳体24，该内部壳体定位在外部壳体20内并且由能够抵抗高达1200℃的温度的钢制成、优选地由不锈钢制成。该内部壳体24具有与外部壳体20的前表面21的气体注射出口23匹配的开口。此外，外部壳体20与内部壳体24之间可以设置有耐火层25。内部壳体24能够将温度包括在800℃与1200℃之间的还原性气体输送直到气体注射出口23处，使得所述还原性气体被注射到高炉1中。内部壳体24和气体注射出口23设计成使得向下地执行向高炉炉身内的还原性气体的注射、并且优选地以与内壁的垂线所成的包括在0°与30°之间的角度α执行向高炉炉身内的还原性气体的注射。内部壳体24的直径被选择为满足高炉中的注射速度需求。在优选的实施方式中，该速度包括在75m/s与200m/s之间。在另一实施方式中，该速度低于60m/s。耐火层25允许对循环进入内部壳体24中的还原性气体的温度的变化进行缓解。

与典型的风口相比，根据本发明的注射装置4优选地不包含任何冷却工具，这使该注射装置较轻并且较易于构思。

前表面21可以具有圆形或三角形形状。与传统的圆形形状相比，三角形形状具有使前表面21上的机械载荷减小并使颗粒物料在前表面21上流动更顺畅的优点。

在图4的实施方式中，注射装置4的前表面21包括两个部分、即上部部分21A和下部部分21B。下部部分21B相对于上部部分21A凹进，并且气体注射出口23位于凹进的下部部分21B中。这允许围绕气体注射出口23形成不含物料的空腔，并且因此允许避免气体注射出口变脏和/或被堵塞。这延长了注射装置4的寿命。

在图5的实施方式中，外部壳体20具有与图4的实施方式相同的设计，但注射出口23定位在下部部分21B的不同的位置。

在图6的实施方式中，前表面4也包括两个部分、即上部部分21A和下部部分21B。在本实施方式中，下部部分21B从上部部分21A进行倒角，并且气体注射出口23位于凹进的下部部分21B中。与先前的实施方式一样，这允许围绕气体注射出口23形成不含物料的空腔，并且因此允许避免气体注射出口变脏和/或被堵塞。这延长了注射装置4的寿命。

根据本发明的注射装置4还可以在其前表面上设置有石盒，该石盒旨在局部地加固外部壳体20并保护外部壳体免于因落入炉中的重物而磨损，并且因此延长注射装置4的寿命。该特征可以与前述的实施方式中的任一实施方式组合。

根据先前的实施方式中的任一实施方式的注射装置附接至高炉1的壳体。注射装置可以栓接或焊接至该壳体。

根据先前的实施方式中的任意实施方式的注射装置可以优选地用于在高炉中、以及更具体地在炉顶煤气回收高炉中的炉身水平处注射还原性气体。这种还原性气体优选地含有体积百分比在65％v与75％v之间的一氧化碳CO、在8％v与15％v之间的氢气H₂、在1％与5％v之间的CO₂，其余部分主要是氮气N₂。优选地在包括于850℃与1200℃之间的温度下进行注射。

Claims (10)

1.一种向竖炉中注射还原性气体的装置(4)，所述装置包括：

a.外部壳体(20)，所述外部壳体具有后表面(22)和前表面(21)，所述前表面(21)设置有用于向所述竖炉中进行气体注射的出口(23)，

b.内部壳体(24)，所述内部壳体定位在所述外部壳体(20)内并由能够抵抗高达1200℃的温度的钢制成，所述内部壳体(24)具有与所述外部壳体的所述前表面(21)的气体注射的出口(23)匹配的开口，

其中，所述外部壳体(20)的所述前表面(21)具有三角形形状，并且，

其中，所述外部壳体的所述前表面由上部部分(21A)和下部部分(21B)组成，所述下部部分(21B)相对于所述上部部分(21A)凹进或向内倒角，并且所述气体注射出口设置在所述前表面的所述下部部分(21B)中。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括定位在所述外部壳体(20)与所述内部壳体(24)之间的耐火层(25)。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，钢制的所述内部壳体(24)由不锈钢制成。

4.根据权利要求1所述的装置，所述装置不包括任何冷却系统。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述竖炉是高炉。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述装置(4)栓接至所述竖炉。

7.根据权利要求1或2所述的装置，还包括用以支承所述内部壳体(24)的加强板。

8.根据前述权利要求1或2所述的装置，其中，所述内部壳体(24)设计成使得向下地执行向所述竖炉内的所述还原性气体的注射。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述内部壳体(24)设计成使得以与所述竖炉的内壁的垂线所成的包括在0°与30°之间的角度执行向所述竖炉内的所述还原性气体的注射。

10.根据权利要求1或2所述的装置，还包括位于所述前表面的上部部分(21A)中的石盒。