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EP0596095B1 - Procede et dispositif permettant de chauffer et faire fondre du fer spongieux en morceaux - Google Patents

Procede et dispositif permettant de chauffer et faire fondre du fer spongieux en morceaux Download PDF

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EP0596095B1
EP0596095B1 EP93912764A EP93912764A EP0596095B1 EP 0596095 B1 EP0596095 B1 EP 0596095B1 EP 93912764 A EP93912764 A EP 93912764A EP 93912764 A EP93912764 A EP 93912764A EP 0596095 B1 EP0596095 B1 EP 0596095B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
preheating
sponge iron
temperature
preheater
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP93912764A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0596095A1 (fr
Inventor
William Wells
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vodafone GmbH
Original Assignee
Mannesmann AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mannesmann AG filed Critical Mannesmann AG
Publication of EP0596095A1 publication Critical patent/EP0596095A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0596095B1 publication Critical patent/EP0596095B1/fr
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0006—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state
    • C21B13/0013—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state introduction of iron oxide into a bath of molten iron containing a carbon reductant
    • C21B13/002—Reduction of iron ores by passing through a heated column of carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/40—Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
    • C21B2100/44—Removing particles, e.g. by scrubbing, dedusting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/60—Process control or energy utilisation in the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/66—Heat exchange

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1. Furthermore, it relates to a device according to the preamble of claim 10.
  • metallic iron carriers are heated in a batch preheater arranged above a melting furnace and then fed to the melting furnace.
  • An economical mode of operation is only possible in this case if materials are used as the iron carrier which do not have too great a reactivity to oxygen, because only then can the energy content of these exhaust gases be economically used for preheating by post-combustion of the exhaust gases from the melting furnace.
  • direct, reduced material, i.e. lumpy iron sponge, preheated then its high reactivity, especially at temperatures above 500 ° C, requires a reducing atmosphere to prevent greater oxidation losses when the iron sponge is heated.
  • the sponge iron mixed with coke was heated in a preheater.
  • such a process requires a considerable excess of high-energy exhaust gases and requires gas consumers in the vicinity of the plant.
  • the invention has for its object to enable a preheating of the highly reactive sponge iron to temperatures of about 850 ° C without substantial oxidation losses and at the same time to avoid an excess of high-energy exhaust gases in a method of the type mentioned in the preamble of claim 1. Furthermore, a facility for carrying out this method is to be specified.
  • the method according to the invention is characterized by the features of claim 1. Advantageous embodiments of the method can be found in claims 2 to 9.
  • the device according to the invention is characterized by the features of claim 10. Advantageous embodiments of this device are described in the remaining claims.
  • the different reactivity of the sponge iron at different high temperatures is made usable by preheating the sponge iron in several stages and assigning a certain temperature and a certain gas atmosphere to each of the preheating stages. While at high temperatures of 800 to 900 ° C the sponge iron can only be heated with reducing gases, it is possible to preheat the lower temperature, such as 250 or 500 ° C, to heat the sponge iron in a neutral atmosphere.
  • a significant increase in economy can be achieved.
  • the subdivision into different preheating stages and the control of temperature and gas atmosphere in these preheating stages can be implemented in a structurally particularly simple manner.
  • the first preheating chamber 11 is rectangular and has a gas outlet 21, which is connected via a line 22 to the gas cleaning system 19, and a charging opening 23, through which sponge iron 10 and limestone 24 can be introduced into the first preheating chamber 11.
  • the bottom of the first preheating chamber 11 is slidably mounted and designed to open and close the preheating chamber 11 as a slide 25 in order to bring predetermined amounts of sponge iron 10 and limestone 24 directly into the preheating chamber 12 below.
  • the preheating chamber 12 is stepped in the upper area and is also rectangular.
  • a gas space 26, i.e. a solid-free area is formed in the preheating chamber 12.
  • the third and fourth preheating chambers 13, 14 are designed corresponding to the second preheating chamber 12, namely also stepped and with a slide 28 and 29 as an intermediate floor between the chambers 12/13 and 13/14.
  • the slider 25, 28 and 29 are maximally displaceable across the width of the respective stage below, so that the opening of the iron sponge 10 and the limestone 24 resulting from the movement of the slider 25, 28 or 29 into the preheating chamber located below it 12, 13 and 14 fall or can be carried out.
  • the material flow from the first into the fourth preheating chamber 11, 14 can thus be controlled via the slides 25, 28 and 29.
  • the fourth preheating chamber 14 has no slide. Rather, it tapers in the lower region and is connected to the cupola furnace 15 via a metering flap 33.
  • the preheating chamber 12, 13 and 14 is provided with a burner 30, 31 and 32, respectively, which opens into the associated gas space 26, 27 and 50 of the relevant preheating chamber.
  • the fourth preheating chamber 14 in the lower half on another burner 34.
  • the preheating chambers 11 to 14 are arranged directly one above the other and offset.
  • the third preheating chamber 13 is arranged on the lower stage of the fourth preheating chamber 14, the second preheating chamber 12 on the lower stage of the third preheating chamber 13 and the first preheating chamber 11 on the lower stage of the second preheating chamber 12.
  • the preheating chambers 11 to 13 have gas inlets 35, 36 and 37, which are each arranged directly above the relevant slide 25, 28 and 29 in the adjacent side wall of the adjacent, stepped preheating chamber 12, 13 and 14, respectively.
  • the cupola furnace 15 is of a known type with a coke bed 48 which can be supplemented with coke 38 from the coke store 16 via the feed line 17.
  • the cupola 15 has a tap opening 39, burner 40 and an exhaust gas opening 41. This is connected via a line 42 to the recuperator 18 and to the burners 30 to 32 and 34 in such a way that the exhaust gas from the cupola 15 is passed in a controllable ratio, partly to the recuperator 18 and partly to the burners 30 to 32, 34 can. About 40 to 80% of the exhaust gas is fed into the recuperator 18 to heat the combustion air to about 815 ° C. and the rest to the burners.
  • coal store 20 and an oxygen source 43 are each connected to the burners 30 to 32, 34, 40 via lines 44. Air 45 can be fed to the burners 30 to 32, 34 via a line 46.
  • the air preheated in the recuperator 18 is fed to the burner 40 via a line 47 and can be blown into the cupola furnace together with coal from the coal store 20 in order to reduce coke consumption.
  • Lime and / or preheated air or coal can be introduced in the required amount via the burners 30 to 32, 34, 40.
  • other fossil fuels such as natural gas, oil or synthetic fuels can also be introduced into the preheating chambers 12 to 14 or the cupola furnace 15.
  • the exhaust gas from the cupola 15 can be supplied to the preheating chambers 12 to 14 by means of the burners 30 to 32, 34 and the line 42.
  • the illustrated and explained device is intended for heating and melting sponge iron 10, which is very reactive with oxygen, by means of fossil fuels in order to obtain liquid iron with a carbon content of over 3% and a temperature over 1400 ° C.
  • the sponge iron 10 has a typical composition of 85 to 90% metallic iron, 0.5% carbon and 10% iron oxide.
  • the sponge iron 10, together with limestone 24, is introduced into the first preheating chamber 11 via the charging opening 23.
  • 115 kg limestone is preferably added per ton of iron produced.
  • the mixture of sponge iron 10 and limestone 24 can fall into the preheating chamber 12, 13, 14 below when the respective slides 25, 28 and 29 are opened.
  • the amount to be dispensed into the next preheating chamber 12, 13, 14 is determined by the displacement of the slide 25, 28 or 29 and the duration in which the slide 25, 28 or 29 remains in the open position, controlled.
  • the preheated iron sponge 10 and the lime in a predetermined, weighed amount then pass from the fourth preheating chamber 14 into the cupola furnace 15.
  • the temperature and the atmosphere that is to say the gas composition in the individual preheating chambers 11 to 14, are determined by temperature measuring and gas analysis devices (not shown here).
  • the neutral / reducing conditions in the individual preheating chambers 11 to 12 can then be set and maintained or changed by means of the burners 30 to 32, 34.
  • This control is computer-based in a known manner.
  • the burners 30 to 32, 34 in accordance with the requirements in the individual preheating chambers 11 to 14, blow exhaust gas from the cupola furnace 15 into the preheating chamber 12, 13 or 14, either cooled or via the recuperator.
  • the burners 30 to 32, 34 can burn coal with air 45 and / or oxygen in order to additionally heat the preheating chamber 12, 13, 14.
  • the sponge iron 10 and the limestone 24 become about 250 ° C. in the first preheating chamber 11, about 500 ° C. in the second preheating chamber 12, and about in the third preheating chamber 13 800 ° C and heated to about 850 ° C in the fourth preheating chamber 14.
  • the heating takes place under reducing conditions, in that exhaust gas from the cupola furnace 15 is passed into the preheating chambers 12 and 13 accordingly.
  • the carbon monoxide content in the gas mixture CO 2 + CO should be over 25%.
  • the limestone 24 is converted into lime and then serves in the cupola furnace 15 as a flux for the molten sponge iron 10.
  • the heated sponge iron 10 and the lime are then introduced into the cupola furnace 15 by means of the metering flap 33.
  • the cupola 15 is provided with the coke bed 48, the coke 38 having a size of up to about 20 cm.
  • the cupola furnace 15 hot air preheated to 850 ° C. is blown into the coke bed 48 via the burner 40 by the recuperator. Because of the energy released in this way, sponge iron and lime melt and flow together through the coke bed 48. As the melt passes down through the coke bed 48, the temperature of the melt rises further and carbon dissolves in the iron. The melt, which has a composition of over 3% carbon and over 95% pure iron, then collects at the foot of the cupola furnace 15. The melt can then be brought out of the cupola furnace 15 for further processing via the tap hole 39.
  • the amount of coke required for the process is about 175 kg per ton of iron recovered.
  • the amount of coke 38 required for the process can be reduced if additional coal is used for heating either in the cupola furnace 15 or in the preheating chambers 12 to 14.
  • the amount of coke can be further reduced to 80 to 100 kg per ton by supporting the combustion processes with oxygen and additional fuels such as coal, natural gas, oil or synthetic fuels.

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Abstract

Afin de chauffer du fer spongieux à des températures d'environ 850 °C sans générer de pertes sensibles par oxydation, l'invention prévoit au moins deux étages de préchauffage ayant des températures différentes, dans lesquels le fer spongieux est acheminé successivement et où la température et l'atmosphère gazeuse sont régulées individuellement, de manière à obtenir une atmosphère gazeuse chimiquement neutre dans le premier étage de préchauffage où règne la température la plus basse et une atmosphère gazeuse réductrice dans le dernier étage de préchauffage ayant la température la plus élevée. Le gaz chaud destiné aux préchauffeurs provient au moins en partie des gaz brûlés du four de fusion, où le fer spongieux préchauffé est acheminé.

Claims (15)

  1. Procédé pour chauffer et faire fondre de la mousse de fer en morceaux,
    dans lequel on charge la mousse de fer dans un dispositif de préchauffage,
    dans celui-ci, on la réchauffe par échange de chaleur en faisant traverser des gaz chauds à travers la charge,
    on amène alors la mousse du dispositif de préchauffage sur un lit de coke chauffé au moyen d'oxygène ou d'air chaud dans un four de fusion, et on la fait fondre dans celui-ci, et
    on recueille la mousse après la traversée du lit de coke dans la partie inférieure du four de fusion, et
    les gaz chauds pour le dispositif de préchauffage sont récupérés au moins en partie des gaz d'échappement du four de fusion,
    caractérisé en ce que
    Le chauffage de la mousse de fer dans le dispositif de préchauffage a lieu suivant au moins deux étages de préchauffage séparés à des températures différentes, auxquels on amène la mousse de fer l'un après l'autre, et dans lesquels on commande individuellement la température et l'atmosphère gazeuse de telle manière que grâce à la température et à la composition des gaz chauds introduits dans les étages de préchauffage, on établit dans le premier étage de préchauffage avec la température la plus basse une atmosphère de gaz chimiquement neutre, et dans le dernier étage de préchauffage avec la température la plus haute une atmosphère de gaz réductrice.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans l'atmosphère de gaz réductrice, le rapport CO/(CO2 + CO) est supérieur à 25%.
  3. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que dans le cas où le nombre d'étages de préchauffage est supérieur à 2, avec des valeurs de température étagées différentes, le rapport CO/(CO2 + CO) est établi à une valeur croissante avec la valeur de la température.
  4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on prévoit quatre étages de préchauffage, dans lesquels on établit approximativement les valeurs de température suivantes :
    étage 1 : 250°C
    étage 2 : 500°C
    étage 3 : 800°C
    étage 4 : 850°C.
  5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les gaz chauds d'un étage de préchauffage à température plus élevée sont amenés au moins partiellement dans un étage de préchauffage à température plus basse.
  6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les gaz chauds sont mélangés avec des gaz additionnels, avant l'introduction dans l'étage de préchauffage à température plus faible, afin de commander la température et l'atmosphère gazeuse de cet étage de préchauffage.
  7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que dans les étages de préchauffage individuels on introduit des gaz d'échappement provenant du récipient de fusion, et en ce que la commande de la température et de l'atmosphère gazeuse dans les étages de préchauffage individuels est exécutée en mélangeant des gaz d'échappement refroidis dans un récupérateur et provenant du récipient de fusion, et par combustion partielle de ces gaz d'échappement, ou d'un carburant additionnel avec un gaz contenant de d'oxygène, en particulier de l'air.
  8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que dans le récupérateur on préchauffe de l'air qui est admis dans la zone de combustion du lit de coke du four de fusion, sous forme d'air chaud.
  9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'on réchauffe de la mousse de fer en morceaux conjointement avec du calcaire dans le dispositif de préchauffage, et qu'on l'admet ensuite au four de fusion.
  10. Appareil pour chauffer et faire fondre de la mousse de fer en morceaux, comprenant un dispositif de préchauffage agencé au-dessus d'un four de fusion (15), lequel comporte en haut un dispositif de chargement (23) pour la mousse de fer (10) et une sortie de gaz (21), en bas un dispositif d'extraction (33) pour extraire la mousse de fer chauffée hors du dispositif de préchauffage jusque dans le four de fusion (15), et en outre dans l'une au moins des parois latérales des buses et/ou des brûleurs (30, 31, 32, 34) pour introduire des gaz chauds dans le dispositif de préchauffage, caractérisé en ce que le dispositif de préchauffage comprend au moins deux chambres de préchauffage (11, 12, 13, 14), qui sont agencées respectivement l'une au-dessus de l'autre, dans lesquelles la chambre la plus haute (11) dans la région supérieure contient la sortie de gaz (21) et le dispositif de chargement (23) pour la mousse de fer (10), et la chambre la plus basse (14) contient dans la région du fond le dispositif d'extraction (33), et en ce qu'il est en outre prévu dans la région du plancher intermédiaire entre deux chambres voisines un dispositif d'extraction (25, 28, 29) pour extraire la mousse de fer depuis la chambre respectivement supérieure jusque dans la chambre respectivement inférieure, ainsi qu'une entrée de gaz (35, 36, 37) pour introduire le gaz dans la chambre respectivement supérieure, et dans lequel l'entrée de gaz (35, 36, 37) est en communication avec la chambre respectivement inférieure (12, 13, 14) et avec respectivement une chambre de gaz (26, 27, 50), dans laquelle débouche au moins une buse et/ou un brûleur (30, 31, 32).
  11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les chambres de préchauffage (11, 12, 13, 14) des dispositifs de préchauffage présentent une section transversale rectangulaire, et en ce qu'elles sont agencées en décalage latéral les unes par rapport aux autres en formant respectivement une chambre de gaz (26, 27, 50).
  12. Dispositif selon l'une ou l'autre des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que les planchers intermédiaires sont réalisés sous forme de coulisseaux (25, 28, 29).
  13. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que les entrées de gaz (35, 36, 37) dans la région des planchers intermédiaires (25, 28, 29) sont respectivement réalisées par une fente entre les planchers intermédiaires concernés et une paroi de chambre qui s'y raccorde vers le haut.
  14. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que le dispositif d'extraction de la chambre la plus basse (14) est réalisé sous forme d'un volet de dosage (33).
  15. Dispositif selon l'une des invitations 10 à 14, caractérisé en ce qu'à chaque chambre de préchauffage (11, 12, 13, 14) sont associés au moins un capteur de température et au moins un capteur de gaz pour la commande individuelle de la température et de l'atmosphère gazeuse dans la chambre de préchauffage concernée.
EP93912764A 1992-05-21 1993-05-21 Procede et dispositif permettant de chauffer et faire fondre du fer spongieux en morceaux Expired - Lifetime EP0596095B1 (fr)

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