TW564260B - Process and apparatus for producing pig iron or liquid primary steel products from iron-ore-containing charge materials - Google Patents
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Description
564260 A7 ____B7 ___ 五、發明說明（/ ) 本發明係有關於一種在鼓風爐(blast furnace)中生產生 鐵或液態初級鋼製品的方法，二氧化碳係自還原高爐(shaft furnace)所排出之至少部分的頂端氣流中而被幾乎移除，且 若適當的話，該部分的氣流將被加熱並引入鼓風爐中而作 爲還原氣體；以及有關於一種用於完成該方法的裝置。 該類型的方法由DE 4421673A1得知。在該方法中， 於二氧化碳已被移除後，該頂端氣體與熱的氮氣或與熱的 含氮及含氬氣體混合，並被加熱至超過800°C。在該方法 中，於二氧化碳已被幾乎移除之該經加熱頂端氣體將穿經 熱空氣散佈管件，而被供給至該鼓風爐。該頂端氣體的加 熱必須極快速地被完成，以避免苞道平衡（Boudouard equilibrium)所造成的一氧化碳反應，並避免不均勻水氣 反應所造成的氫氣反應，因而在方法與裝置技術上造成相 當的花費。 美國專利第3,954,444 A1號係有關於一種用於直接還 原鐵礦的方法。在該方法中，部分的還原氣體由高爐被移 除，被處理，以及接著被送回該高爐。在該案中，在一特 定的具體實施例中，該還原氣體可被引進鼓風爐中，作爲 還原劑。在該方法中，氣體的再生爲很費力的，並在方法 與裝置技術上需要高的花費。 鑑於該習知技藝，本發明之目的在於開發一種方法以 及一種用於完成該方法的裝置，相較於習知技藝，該方法 與裝置將產生被改良的能源平衡以及被改良的方法管理。 根據本發明，所設定的目的係藉由有關根據本發明之 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
A7 564260 _____B7___ 五、發明說明（久） 方法的申請專利範圍第1項的特徵部分，以及藉由有關根 據本發明之裝置的申請專利範圍第5項的特徵部分而達成 〇 鼓風爐上半部切除頂端的錐體（該錐體形成約五分之 三的鼓風爐高度），熟習本技藝之人士以術語爐頸稱呼之 0 相較於習知技藝，根據本發明之特徵之將該經加熱的 頂端氣體引入該鼓風爐爐頸之較低區域中會對製程管理有 明顯的優點。 本發明特別提供在該方法中將來自高爐的頂端氣體完 全地再使用。來自高爐的頂端氣體被供給於再使用，較佳 地是在於使用其還原特性。根據本發明之方法，部分的該 頂端氣體氣流可被引入鼓風爐中，而其他的部分氣流可被 使用於諸如產生能源。然而，該頂端氣體在穿經該高爐後 必須被萃取，而非如習知技藝一般，諸如部分氣流在高爐 中分解。相較於該習知技藝，根據本發明之方法將使高爐 中爐料的加熱更有效率，這一點代表一個重要的作業規範 〇 根據本發明之一個特別的較佳具體實施例，來自高爐 的所有頂端氣體將被引入該鼓風爐中。 此外，根據本發明之發生於爐腰(belly)上方之該類型 的氣體供給將降低該爐腰與爐腹(bosh)的熱負載，以及改 良該區域的透氣性與液相排出。 在該鼓風爐爐頸之較低區域之頂端氣體供給位置係由 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
564260 A7 __ B7_ 五、發明說明（j ) 所討論之該方法的頂端氣體組成而被決定。 因爲各頂端氣體具有一特殊的組成（該組成爲衍生出 該氣體之方法的一般特性），該已知的制式條件必須被使 用於決定位於該鼓風爐爐頸之引入氣體的點，其將允許鼓 風爐在最適化的作業點下作業。 下列說明係關於位於該鼓風爐爐頸之頂端氣體被引入 鼓風爐的該點。 以位置的觀點，該引入點通常位於內聚區上方，或位 於直接還原區上方，並在該鼓風爐的爐頸上。頂端氣體被 引入鼓風爐爐頸之位置一方面係取決於溫度與該頂端氣體 的組成，另一方面則取決於該鼓風爐的操作。決定性的因 素在於頂端氣體被引入之結果所獲得的效果。 該頂端氣體對於鼓風爐方法之加料方法的效果（其對 於調配該頂端氣體組成方面有決定性影響）一方面在於藉 由供給還原氣體而增加間接還原的比例，並以相同方式於 該方法中降低直接還原（在部分的該方法中，高爐中的直 接還原將導致不希冀的碳消耗，以及高的能源消耗）的比 例；以及另一方面在於明顯地較局的加熱速率與較少的礦 物分解，其亦與鼓風爐中之加料區內的較大反應體積有關 〇 根據本發明之一較佳具體實施例’該頂端氣體進入鼓 風爐前的溫度高於750°C，在750°C至ll〇〇°C之間爲較佳 ，在80(TC至92(TC之間爲有利的，以及在820°C至880°C 之間爲特別地有利的，該氣體在鼓風爐爐頸的較低部位被 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
564260 A7 ___B7 ___ 五、發明說明) 引入鼓風爐中，以便還原方鐵礦。 在該方法中，在該氣體被引入傳統鼓風爐中的位置（ 相當於習知技藝），鼓風爐加料區外層達到1100°C或更低 的溫度，在有利的具體實施例中低於i〇〇〇°C ’以及在特別 地有利的具體實施例中低於900°C。 根據一特別有利的具體實施例，根據本發明之該用於 生產生鐵或液態初級鋼製品的方法具有一熔融氣化器’其 將還原鐵微粒轉換爲生鐵，並於該方法中形成還原氣體。 該還原氣體特別地適用於後續還原高爐中的使用’且更作 爲被引入鼓風爐爐頸之較低部位中之頂端氣體的基本組成 氣體（爲本發明之目的）。 根據本發明之一進一步的特徵，該幾乎無二氧化碳的 頂端氣體係藉由部分燃燒，而被加熱至超過800°c ° 在該方法中，該部分燃燒將調整該頂端氣體之二氧化 碳/水含量，以便在該方法中適當地使該頂端氣體的組成合 適化，如上述該頂端氣體被引入鼓風爐’並特別地減少鼓 風爐中的碳沈積物。降低該類型之細微分佈碳的發生對於 該方法的能源平衡具有助益的效果。 硏究頂端氣體組成的基本性質（代表一特定的方法） ，不僅焦炭消耗隨著該被引入鼓風爐爐頸之較低區域中的 鼓風爐內之頂端氣體而降低，並且所引入之該頂端氣體的 氧化程度係適用於該頂端氣體被引入其中之該鼓風爐的特 定區域，以及在該方法中，鼓風爐裝置的作業被最適化。 若該經加熱的頂端氣體已經經由一傳統的熱空氣線路 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
-^1 ^1 ϋ n ϋ n I ϋ ϋ ϋ Βϋ ϋ n n I
564260 A7 ___ B7 _ _ 五、發明說明（ 進入該鼓風爐中，並因此無可避免地具有一特別低水平的 二氧化碳與水，則在明顯地高於位在鼓風爐爐頸上之傳統 熱空氣線路上方的位置引入該氣體意味著特別希冀得到較 高的二氧化碳與水含量。根據本發明之藉由部分燃燒而將 該幾乎無二氧化碳頂端氣體加熱的方法將取代根據習知技 藝之以熱的氮氣或含氮及含氬氣體將該頂端氣體加熱的方 法，而引進較爲方便之加熱頂端氣體的形式。該頂端氣體 之至少部分的反應藉由部分氧化將造成氣體溫度明顯地上 升。所以雖然上游的二氧化碳移除後，該頂端氣體之二氧 化碳與水的含量會再次增加（這一點由習知技藝得知）， 但該增加落於氣體組成與該頂端氣體被引入之鼓風爐爐頸 位置之間的交互作用所決定的範圍中。此外，相較於最接 近之習知技藝中的方法，二氧化碳與水含量的增加足夠低 ，使其無法在還原作業中決定任何明顯的下降。 本方法之更進一步的優點如下： 相較於習知技藝，更改該氣體供給至鼓風爐之位置的 事實使其得以藉由簡易的部分燃燒裝置，而將該頂端氣體 加熱至希冀的溫度，因爲原則上，二氧化碳與水的水平不 會有任何負面的影響。如習知技藝中所述之藉由與熱的氣 相氮氣或氬氣混合，而將該頂端氣體加熱之很費力的方法 係以本方法克服。在該鼓風爐方法中之間接還原程度的增 加將明顯地節約能源，藉此該鼓風爐可在明顯地改善有關 能源與氣體平衡的作業點下作業。 根據本發明之更進一步的特徵，除了被部分地燃燒以 7 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 564260 A7 __B7_ 五、發明說明（l) 外，該二氧化碳已被移除的頂端氣體被復原地及/或再生地 預加熱。 在該狀況中，該復原及/或再生加熱以及該部分燃燒係 適用於彼此與整個方法，因而使該二氧化碳/水含量得以特 別有效率且容易地被設定。 一旦該還原氣體引入鼓風爐中的位置被決定後，該還 原氣體的二氧化碳/水含量將藉由在適當的鼓風爐作業方法 中，控制二氧化碳移除及/或該預加熱及/或該部分氧化等 參數的改變而被設定。 包括復原及/或再生預加熱以及後續部分燃燒之頂端氣 體的二階段加熱將可避免鼓風爐中金屬灰與過量碳沈積的 發生。 根據本發明之一特別地較佳具體實施例，在部分燃燒 之前，該已移除二氧化碳與水的頂端氣體將被復原地或再 生地預加熱到300至600°C之間的溫度範圍，較佳爲400 至500°C之間。 該方法允許特別方便的方法結構，其係特別的藉由有 關部分燃燒的預加熱之特別有利合適化而被辨別。該預加 熱的復原及/或再生性質意味著該頂端氣體的二氧化碳/水 含量幾乎未或僅微量地被增加。這一點在該方法進行時爲 有利的。 一本發明之未受限制的示範具體實施例將參考一示意 圖式而更詳細地被說明如下，其中： 圖1係示意地說明一種用於從含鐵礦加料中生產生鐵 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·1111111.
564260 A7 ____B7 ___ 五、發明說明（1) 或液態初級鋼製品之根據本發明的裝置以及市意的方法順 序。 一直接還原裝置（被設計作爲還原高爐）被標示爲1 ;其還原區2係藉由一進料線路3，而由上方供給粗糙的 含氧化鐵加料，若適當地話，並將未經燃燒的其他添加物 由進料線路4 一同加入。該高爐1被連接至一熔融氣化器 5，一還原氣體係由碳載體與含氧氣體而於其中被生產，該 還原氣體穿經一進料線路6而供給至高爐1，一氣體淸洗 及/或氣體冷卻裝置7被設置於該線路6中。 該熔融氣化器5具有一用於固態粗糙之碳載體的進料 裝置8，一'用於輸回粉塵的進料線路9 ’與一^用於含黑热體 的進料線路1〇，以及一用於碳載體（爲諸如碳氫化物等在 室溫下爲液體或氣體的碳載體）及用於被燃燒的添加物的 進料線路11，12。在該5熔融氣化器中，熔融生鐵14與熔 融爐渣15聚集於'該熔融/氣化區13下方，並經由流出口 16、17流出。 該已在還原區2之高爐1中被還原成鐵海綿之粗糙礦物將 與該已在還原區2中被燃燒的添加物藉由諸如排出螺旋管 等構件（未表示於圖中），而穿經將高爐1連接至熔融氣 化器5的線路18被傳遞至該熔融氣化器。 該高爐1的上半部係與一頂端氣體排出線路19相連接 ，該線路用於將形成於還原區2中。在約200至400°C溫 度的該頂端氣體係穿經一氣體淸洗裝置20而被供給至一氧 化碳滌洗器21，且在進入該滌洗器時約爲周圍的溫度。該 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
-I 1 ϋ ϋ I 一一OJfl ϋ I ϋ I ϋ ϋ I
564260 A7 B7 五、發明說明（ [> 二氧化碳 體積％ 35 40 氫氣 氮氣+其他氣體 20 5 一旦其由該二氧化碳滌洗器排出時，5亥元全無一氧化 二氧化碳 —氧 氫氣 氮氣+其他氣體 體積％ 2 60 __ 30 8 此外，該頂端氣體被供給至一復原器或再生器22，該 氣體在其中被加熱至約45〇°C的溫度。其次，該經淸洗之 幾乎無二氧化碳的頂端氣體將穿經進入反應器23，當含氧 介質（特別是純氧）穿經線路33被供給時，其將在該反應 器23中被部分地燃燒。在該方法中，該氣體將達約850°C 的溫度。該經部分燃燒的氣體實質上具有下列組成： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 二氧化碳 一氧化碳 氫氣 氮氣+其他氣體 體積％ 5 58 29 8
ϋ β-i n ammme ϋ n ·ϋ I ϋ 1 11 ϋ I
該經加熱的頂端氣體接著經由線路24被供給至鼓風爐 26的環形導管25，並被引入該鼓風爐爐頸較低區域中的鼓 風爐內。氧化鐵與焦炭及添加物經由線路27而由上面被供 給至鼓風爐（可爲任何傳統式的設計）。熔融生鐵28與熔 融爐渣29藉由流出口 30、31而以慣用的方法被排出。熱 空氣穿經熱空氣進料線路32被供給。 根據本發明，一種該類型的方法以及一種該類型的裝 置將產生下列優點： -藉由直接還原法在現存的鼓風爐中特別有效率地擴 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） A7 564260 ___B7 五、發明說明（y) 充鐵生產容量，因爲來自該直接還原法的頂端氣體被有利 地使用於該鼓風爐中，以及在該方法中，於直接還原方法 期間所生產的該頂端氣體被利用於現存鼓風爐中的額外生 鐵生成物。 -鼓風爐容量的增加源自於爐料之間接氣體還原之還 原程度的增加，因而改良該鼓風爐之爐腹與爐床的熱平衡 〇 -更有效率的塊狀添加物灰化，若其被直接使用於該 鼓風爐中。 元件符號說明 還原高爐 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 4 7 9. 10. 11. 12. 13. 還原區 進料線路 線路 熔融氣化器 進料線路 氣體淸洗及/或氣體冷卻裝置 進料裝置 進料線路 進料線路 進料線路 進料線路 熔融/氣化區 11
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 564260 A7 __B7 五、發明說明（广口） 14. 熔融生鐵 15. 熔融爐渣 16. 流出口 17. 流出口 18. 線路 19. 頂端氣體排出線路 20. 氣體淸洗裝置 21. 二氧化碳滌洗器 22. 復原器/再生器 23. 反應器 24. .線路 25. 環形導管 26. 鼓風爐 27. 進料線路 28. 熔融生鐵 29. 熔融爐渣 30. 流出口 31. 流出口 32. 熱空氣進料線路 33. 線路 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
Claims (1)
- 564260 §_ 六、申請專利範圍 供的鼓風爐(26)的線路（25)，其特徵在於提供至少一個 用於引入熱頂端氣體進入該鼓風爐爐頸之較低區域中的線 路（25)，並提供一個在頂部氣體被導入鼓風爐爐頸中以 前用於部分燃燒該頂部氣體的反應器’該反應器係與二氧 化碳移除裝置和鼓風爐爐頸以線路相連接。 6. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中該還原高爐（1) 具有至少一個用於用於還原氣體的進料線路(6)，以及於其 中提供至少一個熔融氣化器(5)，至少一個開口進入其中將 該還原製品帶出該還原高爐的線路（18) ’且其具有多數個 用於含氧氣體、粉塵(若適合的話)與碳載體的進料線路（8 、9、10)，以及至少一個排出線路(6)，其開口進入該還 原高爐，以用於被形成之還原氣體。 7. 如申請專利範圍第5或6項之裝置，其特徵在於提 供至少一個用於供給頂端氣體部分燃燒用之含氧介質，進 入一加熱的反應器(23)爲較佳的線路(33)。 2 ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4H(210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁)
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