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DE3702875C1 - Process for smelting crude iron and for producing process gas in blast furnaces - Google Patents

Process for smelting crude iron and for producing process gas in blast furnaces

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DE3702875C1
DE3702875C1 DE19873702875 DE3702875A DE3702875C1 DE 3702875 C1 DE3702875 C1 DE 3702875C1 DE 19873702875 DE19873702875 DE 19873702875 DE 3702875 A DE3702875 A DE 3702875A DE 3702875 C1 DE3702875 C1 DE 3702875C1
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Ferdinand Dipl-Ing Dr Mon Fink
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Abstract

This invention relates to a process for smelting crude iron and for producing process gas, using conventional fuels, technical oxygen and recycled reduction gas. Figure 1 illustrates this process. The blast furnace 1 releases crude gas 9 from which dust is removed in the gas purification 2. The purified gas 11 passes to the carbon dioxide scrubbing 3 which separates off the carbon dioxide 12. The pure gas 13 is divided into three streams, namely the circulating gas 15 which is delivered by the compressor 4 into the bosh tuyeres 5, the circulating gas 16 which the compressor 6 forces into the hearth tuyeres 7, and the process gas 14 which is expanded in the expander 8 to the line pressure. The gas quantity 10 represents the circulation losses. The characteristic feature is that the speed of rotation of the compressors 4 and 6 and of the expander 8 are variable. Preferably, the compressors and the expander run with rotary positive displacement bodies. This invention makes it possible to take off varying quantities of process gas 14, without the smelting output being altered thereby. Independently of this, the temperature of the flame and the rate of the gas upstream of the tuyeres 5 and 7 can be controlled within a wide range, in order thereby to adjust and to hold the temperature of the crude iron and its composition. At the same time it is possible to introduce fine lime through the hearth tuyeres 7 in quantities which fully cover the metallurgical requirement. In this way, "cohesive layers" are avoided in the blast furnace, and operation with a low coke rate is facilitated. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erschmelzen von Roheisen und zum Bereiten von Nutzgas in Hochöfen aus Eisenerz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for melting of pig iron and for the preparation of useful gas in blast furnaces from iron ore according to the preamble of claim 1.

Bekannt ist der Hochofen mit Winderhitzern, der mit Koks und mit Heißwind Roheisen und Gichtgas erzeugt. Seine Schmelzleistung läßt sich ohne wirtschaftliche Nachteile nur in engen Grenzen ändern, doch dabei bleibt die Menge des armen Gichtgases an den Ausstoß von Roheisen starr gekoppelt. Zumeist ist es üblich, einen geringen Teil des Kokses durch Heizöl und/oder Staubkohle zu ersetzen, wozu man diese Brennstoffe durch die Formen ins Gestell eindüst. Gleiches ist mit Erdgas und Koksofengas zu erreichen. Dem Wind zugesetzter Sauerstoff begünstigt die Verwendung von Hilfsbrennstoffen. Das Einbringen von heißem Reduktionsgas in die Rast hat man versucht, doch es fand keinen Eingang in die Technik.The blast furnace with hot water heaters is well known Coke and hot iron produced pig iron and blast furnace gas. Its melting performance can be achieved without economic Change disadvantages only within narrow limits, but at the same time remains the amount of poor top gas at the exhaust rigidly coupled by pig iron. It is usually common a small part of the coke from heating oil and / or Dust coal to replace what these fuels injected into the frame through the shapes. Same thing to achieve with natural gas and coke oven gas. The wind added oxygen favors the use of Auxiliary fuels. The introduction of hot reducing gas You tried to rest, but couldn't find one Entrance to technology.

Der neuere Stand ist aus der deutschen Patentschrift 22 61 766 bekannt.The newer version is from the German patent specification 22 61 766 known.

Dieses noch nicht verwirklichte Verfahren arbeitet mit technischem Sauerstoff und rückgeführtem Reduktionsgas statt mit Heißwind. Sein Hochofen ist mit zwei Formenebenen versehen, mit ihnen läßt sich das Geschehen innerhalb des Hochofens schnell und innerhalb weiter Grenzen steuern. Dieses Verfahren vermeidet die direkte Reduktion und fährt mit dem geringst möglichen Kokssatz ohne nennenswerten Überschuß an Gichtgas. Andererseits ist es möglich, mit mehr Brennstoff zu fahren, um mehr Nutzgas herzustellen, dessen Heizwert um vieles reicher ist als der des Gichtgases herkömmlicher Hochöfen, die mit Heißwind fahren.This process, which has not yet been implemented, is working with technical oxygen and recycled reducing gas instead of with hot wind. His blast furnace has two levels of form provided with them, the happening within the blast furnace quickly and within further Control borders. This procedure avoids the direct  Reduction and runs with the lowest possible coke rate without any significant excess of top gas. On the other hand is it possible to drive with more fuel to produce more useful gas, its calorific value by much richer than that of top gas Blast furnaces that drive with hot winds.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu zeigen, das alle Vorteile der DE-PS 22 61 766 wahrt, dabei das Erschmelzen von Roheisen innerhalb einer weiten Spanne einzustellen gestattet und zugleich unbeeinflußt davon die Herstellung von Nutzgas in wählbaren Mengen ermöglicht.The invention is based on the object of a method to show you all the advantages of DE-PS 22 61 766 maintains, thereby the melting of pig iron allowed to adjust within a wide range and at the same time unaffected by the production of Available gas in selectable quantities.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit dem kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den UnteransprüchenThis object is achieved with the characterizing features of patent claim 1. Further refinements of the invention result from the subclaims

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der in Fig. 1 dargestellten Anlage näher erläutert.An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the system shown in FIG. 1.

Der Hochofen 1 gibt Rohgas 9 ab, das in der Gasreinigung 2 entstaubt wird. Das maschinenfein gereinigte Gas 11 gelangt zur Kohlensäurewäsche 3, in der Kohlensäure 12 abgetrennt wird. Das Reingas 13 teilt sich in drei Ströme auf, ins Umlaufgas 15, das der Verdichter 4 in die Rastform 5 fördert, ins Umlaufgas 16, das der Verdichter 6 in die Gestellform 7 drückt, und ins Nutzgas 14, das im Entspanner 8 vom Verfahrensdruck des Reingases auf den Leitungsdruck entspannt wird, um Strom zu gewinnen. Gasmenge 10 stellt die Verluste des Kreislaufs dar.The blast furnace 1 releases raw gas 9 , which is dedusted in the gas cleaning 2 . The machine-cleaned gas 11 arrives at the carbon dioxide wash 3 , in which the carbon dioxide 12 is separated off. The clean gas 13 is divided into three streams, into the circulating gas 15 , which the compressor 4 conveys into the detent shape 5 , into the circulating gas 16 , which the compressor 6 presses into the frame shape 7 , and into the useful gas 14 , which is released from the process pressure in the decompressor 8 Clean gas is expanded to the line pressure to generate electricity. Gas quantity 10 represents the losses of the circuit.

Kennzeichnend für die Erfindung ist, daß die Drehzahlen sowohl der Verdichter 4 und 6 als auch des Entspanners 8 veränderlich sind. Vorzugsweise arbeiten Verdichter und Entspanner mit kreisenden Verdrängern, so daß ihr Fördervolumen linear mit ihrer Drehzahl gekoppelt ist.It is characteristic of the invention that the rotational speeds of both the compressors 4 and 6 and the decocking device 8 are variable. Compressors and expansion devices preferably work with rotating displacers, so that their delivery volume is linearly coupled with their speed.

Temperatur und Menge des Rastgases vor den Formen 5 werden mit den Verhältnissen vom Umlaufgas 15 zu Sauerstoff 17 und zu Staubkohle 18 eingestellt und sicher gehalten. Gleiches gilt fürs Gestellgas vor den Formen 7, auch hier ergeben sich Temperatur und Menge aus den zusammen "eingefeuerten" Umlaufgas 16, Sauerstoff 19, Staubkohle 20 und Kohlensäure 21. Wasserdampf kann dabei Kohlensäure ganz oder zum Teil ersetzen.The temperature and amount of the detent gas in front of the molds 5 are set with the ratios of the circulating gas 15 to oxygen 17 and to dust coal 18 and are held securely. The same applies to the rack gas upstream of the molds 7 , and here too the temperature and the quantity result from the recycle gas 16 "fired" together, oxygen 19 , dust coal 20 and carbon dioxide 21 . Water vapor can completely or partially replace carbon dioxide.

Mit Menge und Temperatur des Gestell- und des Rastgases bekommt man das Geschehen innerhalb des Hochofens in den Griff. Die Temperatur des Roheisens und seine Zusammensetzung lassen sich rasch ändern und sicher halten und ebenso im Schacht die Temperatur der Ausgleichszone und die an der Gicht.With the quantity and temperature of the rack and locking gas you get the events inside the blast furnace under control. The temperature of the pig iron and its composition can be changed quickly and hold safely and the temperature in the shaft as well the equalization zone and those on the gout.

Die Verdichter 4 und 6 fördern das Gas im Kreislauf durch den Hochofen 1, durch die Gasreinigung 2 und durch die Kohlensäurewäsche 3 sowie das Nutzgas 14 durch den Entspanner 8. Der Druck im Kreislauf kann gewählt werden, der Entspanner 8 wirkt als eine Drossel.The compressors 4 and 6 convey the gas in the circuit through the blast furnace 1 , through the gas cleaning 2 and through the carbon dioxide scrubbing 3 and the useful gas 14 through the expansion device 8 . The pressure in the circuit can be selected, the expansion device 8 acts as a throttle.

Die Erfindung erlaubt es, wechselnde Mengen an Nutzgas 14 abzuziehen, ohne dadurch die Schmelzleistung zu ändern. Dazu ist der Entspanner 8, ein umgekehrt arbeitendes Gebläse, vorzugsweise mit kreisenden Verdrängern, über ein stufenloses Getriebe mit dem Stromerzeuger gekuppelt. Die Drehzahl des Stromerzeugers kann sich nicht ändern, weil sie im Takt mit der Netzfrequenz der Stromversorgung läuft. Will man mehr Nutzgas 14 abziehen, ohne dafür den Druck des Reingases 13 zu erhöhen, dann muß dazu die Drehzahl des Entspanners 8 vergrößert werden.The invention allows changing amounts of useful gas 14 to be drawn off without changing the melting capacity. For this purpose, the expansion device 8 , an inverted fan, preferably with rotating displacers, is coupled to the power generator via a continuously variable transmission. The speed of the generator cannot change because it runs in time with the mains frequency of the power supply. If you want to draw off more useful gas 14 without increasing the pressure of the clean gas 13 , then the speed of the expansion device 8 must be increased.

Regeltechnisch ist die Entnahme von Nutzgas 14 mit der Herstellung von Gestellgas verknüpft. Vergrößert man die Drehzahl des Entspanners 8, um mehr Nutzgas 14 abzugeben, dann sinkt der vorgegebene Druck des Reingases 13. Zugleich verringert der Verdichter 6 seine Drehzahl, um weniger Umlaufgas 16 zu fördern. Im Gestell dürfen sich weder Temperatur noch Gasmenge vor den Formen 7 ändern, daher wird mehr Sauerstoff 19, mehr Staubkohle 20, und mehr Kohlensäure 21 in zueinander neu angepaßten Verhältnissen durch die Formen 7 "eingefeuert", um bei erhöhter Abgabe von Nutzgas den gewählten Druck des Reingases 13 zu halten. Wechselnde Entnahme von Nutzgas 14 ändert daher nicht die Zustände im Hochofen 1, Gasmenge und Verteilung der Temperatur in ihm bleiben gleich, ebenso die Schmelzleistung.In terms of control technology, the removal of useful gas 14 is linked to the production of rack gas. If the speed of the expansion device 8 is increased in order to release more useful gas 14 , the predetermined pressure of the clean gas 13 drops. At the same time, the compressor 6 reduces its speed in order to convey less circulating gas 16 . In the frame, neither the temperature nor the amount of gas in front of the molds 7 may change, so more oxygen 19 , more dust coal 20 , and more carbonic acid 21 are "fired" by the molds 7 in newly adjusted proportions in order to achieve the selected pressure with increased release of useful gas to keep the clean gas 13 . Alternating removal of useful gas 14 therefore does not change the conditions in the blast furnace 1 , the amount of gas and the temperature distribution in it remain the same, as does the melting capacity.

Der Druck des Reingases 13 ist ein Maß für den Druck im Hochofen 1. Wird er erhöht, dann steigt die Schmelzleistung ungefähr mit der Wurzel des Druckes. Schmelztechnisch sind Drücke bis 6,0 bar beherrschbar. Ausgehend von der Mindestleistung kann die Herstellung von Roheisen fast verdoppelt werden. Zugleich kann die Menge des Nutzgases 14 von vernachlässigbar wenig bis über 500 Nm³/t Roheisen betragen.The pressure of the clean gas 13 is a measure of the pressure in the blast furnace 1 . If it is increased, the melting capacity increases approximately with the root of the pressure. In terms of melting technology, pressures up to 6.0 bar can be controlled. Based on the minimum output, the production of pig iron can almost be doubled. At the same time, the amount of useful gas 14 can be from negligible little to over 500 Nm³ / t pig iron.

Die Gangart aller Erze ist sehr sauer, auch die Koksasche. Der Hochofen hat daher Kalk nötig, um eine freilaufende Schlacke zu bilden und um das Roheisen zu entschwefeln. Nach dem Stand der Technik wird der gesamte Kalk gegichtet, zum Teil als Stückkalk, zum Teil eingebunden in Sinter und in Pellets.The gait of all ores is very acidic, even that Coke ash. The blast furnace therefore needs lime in order to to form free-running slag and around the pig iron to desulfurize. According to the state of the art  entire lime weighted, partly as lump lime, Part embedded in sinter and in pellets.

Die Erfindung schlägt vor, Feinkalk, gegebenenfalls mit anderen Schlackenbildnern, durch die Formen 7 ins Gestell einzubringen, und derart den metallurgischen Bedarf mit ihm vollständig zu decken.The invention proposes to introduce fine lime, possibly with other slag formers, through the molds 7 into the frame, and thus to completely cover the metallurgical requirements with it.

Bei diesem Vorgehen wird der Erzmöller unterhalb 1050°C zu Schwammeisen reduziert. Die saure Gangart schmilzt erst bei viel höherer Temperatur, ohne vorher schädlich zu erweichen. "Kohäsive Schichten" können sich daher nicht bilden.With this procedure, the Erzmöller becomes below 1050 ° C reduced to sponge iron. The sour gait melts only at a much higher temperature without being harmful beforehand to soften. "Cohesive layers" can therefore do not form.

Vor den Formen 7 nimmt in der Flamme der Feinkalk deren Temperatur an und wird vom Ofengas mitgenommen. Dabei bindet er Schwefel, der aus dem Koks kommt, und er hemmt die Reduktion des Siliziums. Unterwegs stößt der Feinakalk an die saure Koksasche und an die saure Gangart und bleibt an ihnen "kleben". Kalk verbindet sich mit Kieselsäure und Tonerdesilikaten, an ihrer Oberfläche steigt dabei die Temperatur beträchtlich. Aus beiden Gründen fließt die entstehende Schlacke schnell ab, weil infolge der Bildungswärme sie beim Entstehen heißer ist als Ofengas mit dem in ihm suspendierten Feinkalk. Bei diesem Entstehen und Abfließen der Schlacke bilden sich keine "kohäsiven Schichten". Die Durchgasung des "nassen" Bereichs des Hochofens 1 wird sehr begünstigt und das Fahren mit niedrigstem Kokssatz sehr erleichtert.Before the molds 7 , the fine lime takes on its temperature in the flame and is carried away by the furnace gas. It binds sulfur that comes out of the coke and inhibits the reduction of silicon. On the way, the fine lime comes into contact with the acidic coke ash and the acidic gait and "sticks" to them. Lime combines with silica and alumina silicates, and the surface temperature rises considerably. For both reasons, the resulting slag flows off quickly because, due to the heat of formation, it is hotter than furnace gas with the fine lime suspended in it. No "cohesive layers" form when the slag is formed and drains away. The gassing of the "wet" area of the blast furnace 1 is very favored and driving with the lowest coke rate is made much easier.

Beim Herstellen großer Mengen von Nutzgas 14 mag es vorteilhaft sein, statt Feinkalk gemahlenen Kalkstein durch die Formen 7 ins Gestell einzubringen. When producing large quantities of useful gas 14 , it may be advantageous to introduce ground limestone through the molds 7 into the frame instead of fine lime.

Der herkömmliche Hochofen mit Heißwind verträgt nur wenig Feinkalk und wenig Staubkohle durch die Formen am Gestell. Er leidet sehr unter "kohäsiven Schichten", und mit Hilfsbrennstoffen vermag er den Kokssatz bei weitem nicht so stark zu senken wie das erfindungsgemäße Verfahren.The conventional blast furnace with a hot wind can only tolerate little fine lime and little dust coal through the forms on the frame. He suffers a lot from "cohesive layers", and with auxiliary fuels he can add coke far less than the inventive method.

Claims (5)

1. Verfahren zum Erschmelzen von Roheisen und zum Bereiten von Nutzgas in Hochöfen aus Eisenerz mit üblichen Brennstoffen und mit technischem Sauerstoff, die mit aus dem Gichtgas gewonnenen Reduktionsgas durch gemeinsame Formen in das Gestell und in die Rast des Hochofens eingeführt werden, wobei mit den Formen am Gestell die für den Bedarf des Hochofens oberhalb 1050°C notwendige Gasmenge von ausreichender Temperatur hergestellt wird und mit den Formen an der Rast weiteres Reduktionsgas erzeugt wird, welches zusammen mit dem aus dem Gestell aufsteigendem Reduktionsgas im Schacht die für die Vollständige Reduktion des Eisenerzes zu Schwammeisen erforderlichen Überschuß an Reduktionsgas bereitgestellt und die für die ausreichende wärmetechnische Schachtarbeit im Bereich unterhalb 1050°C verlangte Gasmenge bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Hochofen und im Kreislauf mittels unabhängiger Verdichter, die getrennt die Formen am Gestell und die an der Rast mit Umlaufgas versorgen, im Zusammenwirken mit der Zufuhr von Brennstoff und Sauerstoff aufgebracht und mittels eines Entspanners fürs Nutzgas aufrecht gehalten wird. 1. A process for melting pig iron and for preparing useful gas in blast furnaces made of iron ore with conventional fuels and with technical oxygen, which are introduced into the frame and into the rest of the blast furnace by common forms with reducing gas obtained from the blast furnace gas, with the forms on the frame, the gas quantity of sufficient temperature required for the blast furnace's needs above 1050 ° C is produced and further reducing gas is generated with the molds at the rest, which together with the reducing gas rising from the frame in the shaft are used to completely reduce the iron ore Sponge iron required excess of reducing gas provided and the gas quantity required for sufficient thermal shaft work in the range below 1050 ° C, characterized in that the pressure in the blast furnace and in the circuit by means of independent compressors, which separate the forms on the frame and those at the rest with Recycle gas supply gene, applied in conjunction with the supply of fuel and oxygen and maintained by means of a decompressor for the useful gas. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl sowohl der Verdichter als auch des Entspanners stufenlos geregelt wird.2. The method according to claim 1, characterized, that the speed of both the compressor and of the decocker is regulated continuously. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Verdichter als auch der Entspanner mit kreisenden Verdrängern arbeiten.3. The method according to claim 1 and 2, characterized, that both the compressors and the flashers work with circular displacers. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Feinkalk in metallurgisch verlangten Mengen durch die Formen des Gestells eingedüst wird.4. Procedure according to the claims 1 to 3, characterized, that fine lime in metallurgically required quantities is injected through the shapes of the frame. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß gemahlener Kalkstein in metallurgisch verlangten Mengen durch die Formen des Gestells eingedüst wird.5. The method according to claims 1 to 3, characterized, that ground limestone required in metallurgical Quantities through the shape of the frame is injected.
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