CN101688255B - 竖炉和用于操作熔炉的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作竖炉(10)的方法。根据所述方法，竖炉(10)的上部区域(14)填充有原料，原料在重力的影响下在竖炉(10)中下沉。在竖炉(10)中的气氛的作用下，部分原料熔解和/或至少部分地减少。且在竖炉(10)的下部区域(18)借助于至少一个下部引入开口(32)引入处理气体，处理气体至少部分地影响在竖炉(10)中的优势气氛。其中，以如下方式动态调节下部处理气体的引入：在调节期间，操作变量即压力p1和/或体积流量(I)至少临时地在≤40s的时间段内变化，优选的是在≤20s的时间段内变化，更优选的是在≤5s的时间段内变化，尤其优选的是在≤1s的时间段内变化。根据本发明，借助于与下部引入开口(32)隔开的至少一个附加开口(42)引入附加气体，气体的操作变量即压力p2和/或体积流量(II)至少临时地发生变化；和/或借助于用于气态反应产物的排放的竖炉气体管线(50)排放竖炉气体，竖炉气体管线(50)与竖炉(10)的内部(34)连接，竖炉气体的操作变量即压力p3和/或体积流量(III)至少临时地发生变化。根据本发明，附加气体和/或竖炉气体的操作变量的变化以如下方式实施：在竖炉(10)的内部(34)，压力p1和/或体积流量(I)至少部分地增加。

Description

竖炉和用于操作熔炉的方法
技术领域
本发明涉及竖炉以及用于操作竖炉的方法，该竖炉例如可用作鼓风炉、冲天炉、铅锌鼓风炉(imperial smelter)或废物焚烧炉。
背景技术
对于主要熔化铁的生产，大多采用构造成鼓风炉的竖炉，而仅占约5％的生产采用其它方法。该竖炉可根据逆流原理操作。诸如炉料和焦炭的原料被装入炉顶的竖炉的上部区域，并在竖炉中下沉到底部。在熔炉下部区域(吹模水平面：blow mould level)，通过吹模将处理气体(所谓的鼓风，依据熔炉尺寸具有800-1100m3/tRE的容积)吹入熔炉。在该过程中，热风与焦炭发生反应，热风通常预先在鼓风预热器中空气加热至约1000到1300℃，在此反应期间，在其它物质中生成一氧化碳。一氧化碳在熔炉中上升，并减少氧化铁和炉料所含的其它铁化合物。
此外，通常还将例如100-200kg/tRE的替代还原剂(substitute reductionagent)(煤尘，油，天然气或塑料)吹入熔炉，以促使还原气体的产生。
除铁矿石的减少外，由于竖炉中发生的化学过程产生热，所以原料熔化。然而，竖炉横截面上的气体分布是不规则的。例如，在竖炉的中部，形成所述的“死铁”，而诸如气化(氧和焦炭或替代还原剂的反应，形成一氧化碳和二氧化碳)的相关过程仅在所谓的流化区发生，流化区在吹模的前方，亦即在炉的横截面上看，其仅位于边缘区域。流化区具有向炉中部约1m的深度和约1.5m3的体积。通常，多个吹模以如下方式周向配置在吹模水平面上：在各吹模前方形成的流化区与在左边和右边形成的流化区重叠，从而将反应区域大体上设置成环形区域。所谓“风口回旋区(raceway)”或流化区在竖炉的操作期间形成。
此外，热鼓风通常可能富含氧，以加剧之前描述的反应过程(流化区中的气化，铁矿石的减少)，其导致竖炉的性能提高。这里，热鼓风可在馈入之前例如富含氧，或还可单独馈入纯氧，其中，对于单独的馈入，必须设置所谓的喷枪，亦即延伸进入例如吹模的管，吹模本身呈管状，并在熔炉中的吹模内终止。对于现代鼓风炉，更优选的是，其以低焦炭率操作，热鼓风适当高度地富含氧。另一方面，由于氧的增加，生产成本增加，使得现代竖炉的效率不能简单地通过氧浓度的相应增加而增加。
还知道的是，现代竖炉的效率与竖炉中所谓的通析气化(through-gasification)相关。一般而言，这意味着流化区中的气化多好，铁矿石的减少以及一般而言竖炉中优势气相气流从吹模水平面操作至顶部，在其中排放所谓的鼓风炉气体。例如，良好通析气的标志是熔炉中压力可能的最小损失。
从WO 2007/054308A2已经知道，以如下方式操作适当地构造的竖炉：使引入鼓风炉下部区域的处理气体以短时间间隔振动。处理气体的压力和/或体积流在少于40s的时间范围内变化，其结果是，改进了竖炉的通析气并因此提高了竖炉的效率。此外，在引入之前，可以以不同压力将处理气体分流到吹模水平面的吹模中，以便能够在吹模水平面的不同区段设定不同的周围条件。
然而，一直需要进一步提高竖炉的效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高效率的方法和竖炉。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求9的特征的竖炉达成。本发明的有利构造在从属权利要求陈述。
采用根据本发明用于操作竖炉的方法，在竖炉的上部区域装填原料，原料在其重力作用下在竖炉中下沉。部分原料熔解在竖炉的优势气氛的作用下熔解/或至少部分地减少。借助于至少一个下部引入开口，将处理气体引入竖炉的下部区域，该气体至少部分地影响竖炉中的优势气氛。以如下方式动态调节下部处理气体的引入：至少在≤40s的时间范围内，优选的是在≤20s的时间范围内，更优选的是在≤5s的时间范围内，尤其优选的是在≤1s的时间范围内，调节操作变量压力p1和/或体积流量
Figure G200880021870XD00021
根据本发明，借助于与下部引入开口隔开的至少一个附加开口引入附加气体，其操作变量压力p2和/或体积流
Figure G200880021870XD00031
至少间或变化，和/或借助于用于气态反应产物的排放的竖炉气体管线排放竖炉气体，竖炉气体管线与竖炉的内部连接，其操作变量压力p3和/或体积流
Figure G200880021870XD00032
至少间或变化。根据本发明，附加气体和/或鼓风炉气体的操作变量的变化以如下方式执行：在竖炉内部，压力p1和/或体积流
Figure G200880021870XD00033
至少部分地增加。例如压力p1和p2和/或体积流
Figure G200880021870XD00034
和
Figure G200880021870XD00035
可以在竖炉中至少部分地增加。更优选的是，大于平均值和/或基础值的压力p1和p2的部分压力曲线和/或体积流和
Figure G200880021870XD00037
的部分体积流曲线增加。因此，若例如竖炉气体管线至少部分地关闭，则可将部分以其它方式排放的体积流V3或部分压力p3增加到竖炉内部的优势压力p1和/或体积流
Figure G200880021870XD00038
上，部分压力p3通过鼓风炉气体的辅助施加。
已说明的是，通过在竖炉的部分区域压力和/或体积流的附加变化，压力和/或体积流的额外增加发生，其使得竖炉的效率提高。假设处理气体的停留时间增加，其结果是，可以提高竖炉效率。因此，由于竖炉的效率改善，可假定处理气体的停留时间增加。因此，若压力和/或体积流的增加仅在短时间内和长时间间隔地发生，则已经实现了效率的提高。优选的是，以如下方式动态调节附加气体的引入和/或竖炉气体的排放：在调节期间，操作变量压力p2和/或体积流
Figure G200880021870XD00039
和/或压力p3和/或体积流
Figure G200880021870XD000310
至少在≤40s的时间范围内变化，优选的是在≤20s的时间范围内变化，更优选的是在≤5s的时间范围内变化，尤其优选的是在≤1s的时间范围内变化。作为结果，压力和/或体积流的增加尤其频繁地和短时间间隔地发生，从而可尤其明显地提高竖炉的效率。
优选的是，基于平均值的压力p1和/或p2和/或p3和/或体积流和/或
Figure G200880021870XD000312
和/或
Figure G200880021870XD000313
的幅度等于10％-1000％，优选的是等于10％-400％，更优先的是等于10％-200％，尤其优选的是等于10％-100％。对于竖炉效率的明显提高，压力和/或体积流曲线的幅度的这种变化已经足够，而不超出类型相关的允许最大值。
尤其优选的是，压力p1和/或p2和/或p3和/或体积流
Figure G200880021870XD000314
和/或
Figure G200880021870XD000315
和/或在竖炉中以如下方式变化，叠加的波动具有
Figure G200880021870XD000317
的相位差
Figure G200880021870XD000318
优选的是
Figure G200880021870XD000319
Figure G200880021870XD000320
更优先的是
Figure G200880021870XD000321
这里，借助于待实验确定的竖炉中气体的平均停留时间(通常3至20s)，可考虑尤其在该相位关系下的流动气体的速度，使得在竖炉内部获得期望相位差。作为结果，压力和/或体积流曲线的幅度的增加变得尤其强烈，并避免了操作量波动的相互抵消。
优选的是，处理气体和/或附加气体和/或竖炉气体的调节在某时间段内准周期性地发生，更优选的是周期性地发生，优先的是谐波式地(harmonically)发生，该时间段是40s≥T≥60ms，优选的是20s≥T≥100ms，更优先的是10s≥T≥0.5s，尤其优选的是5s≥T≥0.7s。这可通过简单正弦曲线调节
Figure G200880021870XD00041
实现。这有助于产生和叠加压力和/或体积流波动。
此外，更加优选的是，处理气体和/或附加气体和/或竖炉气体的调节以脉冲方式发生，其中，对于脉冲的脉冲宽度σ，应用5s≥σ≥1ms，优选的是应用0.7s≥σ≥25ms，更优选的是应用0.1s≥σ≥30ms，尤其优选的是应用55ms≥σ≥35ms。这种调节例如特征在于函数f(t)＝f0+∑iδ(t-ti)，其中δ(t)大致描述脉冲，亦即循环脉冲相对于大体上不变的背景上升至顶峰。脉冲本身可为矩形脉冲、三角级脉冲、高斯脉冲(已处理的数学δ脉冲)或类似脉冲形状，其中更优选的是，脉冲宽度δ是重要的，该脉冲宽度为脉冲高度的一半。在优选方法形态中，周期性脉动的脉冲宽度δ与时间段T的比率为10-4≤δ/T≤0.5，优选的是10-3≤δ/T≤0.2，更优选的是10-2≤δ/T≤0.1。压力和/或体积流尤其突然地发生变化，其结果是，避免了(准)静态流，该静态流可导致具有次要混合通析(minor mixing-through)的流(stream)形成。此外这一过程在影响过程后发生，其在竖炉中发生，具有对应的次要反应时间。
在优选实施例中，压力和/或体积流顶峰的增加，不仅在时间方面发生，还在空间方面发生。优选的是，下部引入开口和附加开口之间的距离d除以下部引入开口和上部出口之间的高度h应用0.1≤d/h≤1.0，优选的是应用0.25≤d/h≤1.0，更优先的是应用0.5≤d/h≤1.0，尤其优选的是应用0.75≤d/h≤1.0，进一步优选的是应用0.9≤d/h≤1.0。竖炉的效率的可测量的提高表明，其本身具有从附加开口到下部引入开口的相对小的间距。然而，若间距更大，则可获得更高的效率，这是因为，借助于竖炉的高度可更好地抵消压力损失，而不超出允许的最大压力。具体而言，可在竖炉的不同高度布置两个或更多附加开口，其中在各情况下，开口之间的高度间距可以相同。通过在竖炉高度上开口的平均分布，可由其容易地设定压力和/或体积流波动的叠加，且发生的压力损失抵消。
在优选实施例中，设置有浸入竖炉内部的浸入管线，并在竖炉的规定高度处形成附加开口。作为结果，可从外部和内部吹入气体，压力和/或体积流的变化为可叠加的。
特别地，可能的是，附加气体包括处理气体和/或优选地包括从竖炉上端排出的竖炉气体。为此，竖炉的上部出口优选地借助于竖炉气体管线与附加开口连接以返回竖炉气体。此外，可通过馈入处理气体提高在竖炉上部区域的减少。尤其可通过竖炉气体和/或处理气体量的适当选择，单独地改变竖炉内部的气氛条件。这样，在操作故障的情况下，可随后优化该气氛，并适于改变周边条件。
本发明还涉及竖炉，尤其是鼓风炉、冲天炉、铅锌鼓风炉或废物焚烧炉，其包括用于在鼓风炉上部区域装填原料的装置和用于在竖炉的下部区域引入处理气体的至少一个下部引入开口，以便在竖炉的优势气氛的作用下熔化和/或至少部分地减少部分原料。此外，还设置有以如下方式设定的控制装置，处理气体的操作变量压力p1和/或体积流量
Figure G200880021870XD00051
在≤40s的时间段内发生变化，优选的是在≤20s的时间段内发生变化，更优选的是在≤5s的时间段内发生变化，尤其优选的是在≤1s的时间段内发生变化。根据本发明，设置有与下部引入开口隔开的至少一个附加开口，以引入附加气体，其中设置有以如下方式设定的附加控制装置：附加气体的操作变量压力p2和/或体积流量至少间或变化和/或设置有与竖炉内部连接的竖炉气体管线以排放气态反应产物，其中设置有以如下方式设定的竖炉控制装置：竖炉气体的操作变量压力p3和/或体积流量至少间或变化。根据本发明，由于竖炉内部的压力p1和/或体积流量
Figure G200880021870XD00054
至少部分地增加，所以附加气体和/或竖炉气体的操作变量发生变化。更优选的是，竖炉适用于上述方法。优选的是，竖炉具体化，并通过该方法如以上解释的那样扩展。
由于在控制装置的帮助下，在竖炉内部，引入气体的压力和/或体积流量变化可以彼此叠加，使得在竖炉内部压力和/或体积流量至少部分地增加，实现竖炉效率的提高。假定通过处理气体的压力和/或体积流量顶峰运动包括曲折运动的放大部件，其结果是，改进了通析气。该结果是，处理气体可更充分地反应，使得更多材料熔化和/或以较少处理气体减少。
附图说明
下面将通过优选的示范性实施例更加详细地对本发明进行解释。
附图中：
图1为根据本发明的竖炉的示意性侧面图；
图2为在另一实施例中根据本发明的竖炉的示意性侧面图。
具体实施方式
图1中显示的竖炉10包括大体上管状的竖炉本体12，竖炉本体12可大致分成上部三分之一14、中部三分之一16和下部三分之一18。下部三分之一18下面是底槽20，底槽20容纳经由盖板22加入上部三分之一14的材料，并借助于排出件24在熔化状态下排放经由盖板22加入上部三分之一14的材料。
借助于连接在供给管线26和下部喷嘴30之间的下部环形管线28，将经由供给管线26的处理气体引入下部喷嘴30，借助于下部引入开口32，喷嘴30将动态调节的处理气体引入竖反应器10的内部34。在靠近引入开口32处，形成有描述为“风口回旋区”的反应区或流化区，其包围描述为“死铁”36的下部区域中的低反应区。在供给管线26和引入开口32之间连接有控制装置38，其以如下方式设定：处理气体的操作变量压力p1和/或体积流量在≤40s的时间段内发生变化，优选的是在≤20s的时间段内发生变化，更优选的是在≤5s的时间段内发生变化，尤其优选的是在≤1s的时间段内发生变化。控制装置38的作用与尤其迅速地控制膜盒相类似。
与在下部三分之一18中引入处理气体类似，可将附加气体馈入中部三分之一16和/或上部三分之一14，以通过操作变量压力p2和/或体积流量的变化在竖炉10的内部34至少部分地实现压力p1和p2和/或体积流量
Figure G200880021870XD00063
和
Figure G200880021870XD00064
的增加。通过可实现的压力和/或体积流量顶峰，可明显减少死铁36，其结果是，提高竖炉10的效率。
在显示的示范性实施例中，准许附加气体进入竖炉10的内部34，借助于附加开口42动态调节该附加气体。在显示的示范性实施例中，附加开口42到下部引入开口32的距离d，大体上相当于下部引入开口32和竖炉10的上部出口44之间的间距h的约80％，竖炉10的上部出口44可通过盖板22关闭。竖炉本体12可尤其构造成关于对称轴46大体上旋转对称。
在显示的示范性实施例中，上部喷嘴42借助于上部环形管线48与供给管线26连接，使得可利用或至少混合作为附加气体的处理气体。此外，借助于竖炉气体管线50，至少可将竖炉气体混入附加气体，竖炉气体管线50在上部出口44区域终止。在供给管线26和竖炉气体管线50、附加开口42之间设置有附加的控制装置52，控制装置52以如下方式设定：附加气体的操作变量压力p2和/或体积流量
Figure G200880021870XD00071
至少间或变化，使得在竖炉10的内部34压力p1和p2和/或体积流量
Figure G200880021870XD00072
和
Figure G200880021870XD00073
至少部分地增加。此外，可设置止回阀(未显示)，止回阀例如防止分流从下部区域18经过竖炉本体12进入上部区域14。
与图1中显示的竖炉10形成对比，图2中显示的竖炉10中，在代替附加气体的竖炉气体的帮助下，实现压力和/或体积流量的叠加(superimposition)变化。为此，至少一条竖炉气体管线50均包括一个竖炉控制装置54，在显示的示范性实施例不止一次设置竖炉气体管线50，以便分配待排放的体积流量，从而至少间或以如下方式改变在竖炉气体管线50或正好在竖炉气体管线50前的优势(prevailing)操作变量压力p3和/或体积流量
Figure G200880021870XD00074
在竖炉10的内部34，压力p1和/或体积流量
Figure G200880021870XD00075
至少部分地增加。为此，竖炉控制装置可在短时间内至少部分地关闭竖炉气体管线50(例如在节流阀的帮助下)，从而获得增加的静态压力，其可在可允许的总压力超出之前、通过随后打开竖炉气体管线50再次消除。
在显示的示范性实施例中，在上方(亦即竖炉本体12的上部出口44上方)将竖炉本体12的竖炉气体排入竖炉气体管线50。为此，罩58在上方区域56与竖炉本体12连接，竖炉气体管线50与竖炉本体12连接。罩58还包括可通过盖板22关闭的填料装置60，借助于填料装置60，将原料馈入竖炉10的内部34，而使其在竖炉10的内部34下沉。通过借助于喷嘴30馈入的处理气体，得到称为“风口回旋区”的反应区62，反应区62大体上为环形，并绕死铁36布置。
图1和图2中显示的尤其优选的实施例相互组合，从而动态调节馈入的附加气体以及排放的竖炉气体，以便通过压力和/或体积流量波动的叠加，至少间或实现在竖炉的内部34压力和/或体积流量的至少部分的增加。另外，可将调节的竖炉气体供应给附加气体，其结果是，得到附加的叠加波动，其还可形成为类似共振，以促使生成附加的压力和/或体积流量顶峰。

Claims (12)

1.一种用于操作竖炉(10)的方法，其中，所述竖炉(10)的上部区域(14)填充有原料，所述原料在重力的影响下在所述竖炉中下沉，其中，在所述竖炉中的优势气氛的作用下，部分原料熔解和/或至少部分地减少，
且在所述竖炉(10)的下部区域(18)借助于至少一个下部引入开口(32)引入处理气体，所述处理气体至少部分地影响在所述竖炉(10)中的优势气氛，
其中，以如下方式动态调节所述处理气体的引入：在调节期间，所述处理气体的操作变量压力p1和/或体积流量
Figure FSB00000567853800011
至少间或在≤40s的时间段内变化，
其特征在于，
借助于与所述下部引入开口(32)隔开的至少一个附加开口(42)，引入附加气体，所述附加气体的操作变量压力p2和/或体积流量
Figure FSB00000567853800012
至少间或以如下方式变化：在所述竖炉(10)的内部(34)，所述压力p1和/或所述体积流量
Figure FSB00000567853800013
至少部分地增加；和/或
借助于用于排放气态反应产物的的竖炉气体管线(50)排放竖炉气体，所述竖炉气体管线(50)与所述竖炉(10)的内部(34)连接，所述竖炉气体的操作变量压力p3和/或体积流量
Figure FSB00000567853800014
至少间或以如下方式变化：在所述竖炉(10)的内部(34)，所述压力p1和/或所述体积流量
Figure FSB00000567853800015
至少部分地增加；
其中，所述压力和/或体积流顶峰的增加，不仅在时间方面发生，还在空间方面发生，由此对于所述下部引入开口(32)和所述附加开口(42)之间的距离d除以所述下部引入开口(32)和所述竖炉(10)的上部出口(44)之间的高度h，应用0.1≤d/h≤1.0。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以如下方式动态调节所述附加气体的引入和/或所述竖炉气体的排放：在调节期间，所述操作变量压力p2和/或体积流量
Figure FSB00000567853800016
和/或压力p3和/或体积流量
Figure FSB00000567853800017
在≤40s的时间段内至少部分地发生变化。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述下部引入开口(32)和所述附加开口(42)之间的距离d除以所述下部引入开口(32)和所述竖炉(10)的上部出口(44)之间的高度h，应用0.25≤d/h≤1.0。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理气体和/或所述附加气体和/或所述竖炉气体的调节准周期性地发生，其中对于所述时间段T，应用40s≥T≥60ms。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理气体和/或所述附加气体和/或所述竖炉气体的调节脉动状地发生，其中，对于脉冲的脉冲宽度σ，应用5s≥σ≥1ms。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力p1和/或p2和/或p3和/或所述体积流量
Figure FSB00000567853800021
和/或
Figure FSB00000567853800022
和/或
Figure FSB00000567853800023
在所述竖炉中以如下方式变化：其叠加的波动具有
Figure FSB00000567853800024
的相位差
Figure FSB00000567853800025
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述附加气体包括处理气体和/或从所述竖炉(10)的上端(44)排除的竖炉气体。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于平均值的所述压力p1和/或p2和/或p3和/或所述体积流量
Figure FSB00000567853800026
和/或和/或
Figure FSB00000567853800028
的幅度等于10％-1000％。
9.一种竖炉，具有：
装置(60)，用于在所述竖炉(10)的上部区域(14)装填原料；
至少一个下部引入开口(32)，用于在所述竖炉(10)的下部区域(18)引入处理气体，以便在所述竖炉(10)中优势气氛的作用下熔化和/或至少部分地减少部分原料；和
控制装置(38)，设定成使得所述处理气体的操作变量压力p1和/或体积流量
Figure FSB00000567853800029
在≤40s的时间段内发生变化，
其特征在于，
设置有与所述下部引入开口(32)隔开的至少一个附加开口(42)以引入附加气体，其中，设置有以如下方式设定的附加控制装置(52)：所述附加气体的操作变量压力p2和/或体积流量至少间或以如下方式变化，即在所述竖炉的内部(34)，所述压力p1和/或所述体积流量至少部分地增加；和/或
设置有用于排放与竖炉气体类似的气态反应产物的竖炉气体管线(50)，所述竖炉气体管线(50)与所述竖炉(10)的内部(34)连接，其中，设置有以如下方式设定的竖炉控制装置(54)：所述竖炉气体的操作变量压力p3和/或体积流量
Figure FSB000005678538000212
至少间或以如下方式变化，即在所述竖炉(10)的内部(34)，所述压力p1和/或体积流量
Figure FSB00000567853800031
至少部分地增加；
其中，所述压力和/或体积流顶峰的增加，不仅在时间方面发生，还在空间方面发生，由此对于所述下部引入开口(32)和所述附加开口(42)之间的距离d除以所述下部引入开口(32)和所述竖炉(10)的上部出口(44)之间的高度h，应用0.1≤d/h≤1.0。
10.根据权利要求9所述的竖炉，其特征在于，对于所述下部引入开口(32)和所述附加开口(42)之间的间距d除以所述竖炉(10)的下部引入开口(32)和上部出口(44)之间的高度h，应用0.25≤d/h≤1.0。
11.根据权利要求9所述的竖炉，其特征在于，所述竖炉(10)的上部出口(44)借助于用于竖炉气体的返回的所述竖炉气体管线(50)与所述附加开口(42)连接。
12.根据权利要求9所述的竖炉，其特征在于，在所述竖炉(10)的内部(34)设置有浸入管，并在所述竖炉(10)的规定高度处形成所述附加开口(42)。
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