CN104412056A - 利用炉顶煤气再循环的高炉 - Google Patents

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Abstract

高炉，其中使焦炭与替代空气的氧气一起燃烧，其中包含CO、CO2、H2并且没有过量的氮气下的炉顶煤气从高炉的上部提取，净化灰尘，在水变换反应器中将H2/CO体积比调节至1.5-4之间，除去水和CO2(增加其还原潜力)，加热至高于850℃的温度，并且将其输送回高炉高于铁开始熔化的位置(由此增加到达死铁区的金属铁的量并且减少用于还原的焦炭的量)。另外，通过利用蒸汽在线清洁加热器管，使得由加热含CO的再循环气体所导致的碳沉积问题最小化，而没有显著地影响再循环还原气的还原潜力。

Description

利用炉顶煤气再循环的高炉
技术领域
本发明涉及钢铁工业领域，更具体地，涉及更有效的在高炉中生产铁液的方法和装置，所述方法和装置通过再循环改质的炉顶煤气(top gas)减少了焦炭的消耗，所述改质的炉顶煤气具有经过调节的H2/CO比。
背景技术
在制备生铁的高炉中，铁矿石与焦炭和熔剂一起装入。通过炉底部的风口吹入热鼓风，从而通过燃烧焦炭中的碳产生热量，其熔化填料。铁液和炉渣从炉中周期性地排出。燃烧气体(combustion gases)向上流过炉并且还原铁氧化物，并且作为载有灰尘的热气流离开炉，回收热用于预热鼓风，并且通常作为钢厂的其他区域中的燃料使用。
高炉的添料中需要冶金焦炭，因为这种材料(在炼焦炉中通过煤的热解生产)对所谓的“死铁(dead man)”区域上部的炉的填料提供了结构支撑，在所述“死铁”区域金属铁开始熔化并且落到收集熔融铁和炉渣的炉的底部。为了确保对填料的所需的结构支撑，存在不能被其他燃料替代的最小量焦炭。
焦炭通过其与含氧气体(通常为预热空气)的燃烧也为熔化铁填料提供了热，主要包含CO和CO2的燃烧气体、一些H2和水向上流过炉身部分(shaft portionof the furnace)，将铁氧化物还原成方铁体(wustite)(FeO)。在高炉中在常用的条件下，利用与碳的反应(在本领域中已知为“直接还原”)将方铁体最终还原为金属铁。
在现有技术中发现了多种以降低焦比(coke rate)为目的的在高炉中再循环炉顶煤气的建议。要解决的问题之一是：来自鼓风的炉顶煤气的氮含量。另一个问题是：在进入高炉的还原区域之前需要对再循环的气体进行再次加热，因为高的CO含量将导致碳形成，其可能会造成再加热设备和加热路径设备的堵塞和结垢。
申请人发现了以下关于将炉顶煤气再循环至高炉的专利和专利申请：
Kelmar的美国专利NO.3,460,934公开了在高炉中制造铁或钢的方法，其向风口输送纯氧以替代空气。通过注入循环氧气、铁矿石、石灰石、焦炭或烟尘(flue dust)缓和了由焦炭和氧燃烧所产生的高温。采用氧气替代空气消除了炉顶煤气中的氮，从而允许炉顶煤气的再循环。
Stephenson的美国专利NO.3,784,370教导了一种运行高炉的方法，其中将炉顶煤气再循环。炉顶煤气在集尘器和静态过滤器中净化。其后，利用分子筛将净化气体除去氮，并且接着被加热至大约2000°F＝1093℃的温度，并再循环回高炉的风口，由此包含在再循环气体中的CO和H2有助于铁矿石的还原，从而减少了焦炭消耗。
Oono等的美国专利No.4,844,737公开了高炉，其中纯氧替代空气与煤粉(pulverized coal)一起被输送至鼓风风口，炉顶煤气被净化和冷却并且其中的一部分被加热和循环至炉身的中部。没有发现为了减少循环气体中CO含量和增加H2含量而改变气体组成的教导。
Saito等的美国专利No.4,917,727描述了一种运行高炉的方法，其中纯氧代替空气与煤末一起被输送至风口，炉顶煤气被净化和冷却并且其中的一部分被加热和再循环至炉身中部。没有发现为了减少再循环气体中CO含量和增加H2含量而改变气体组成的教导。
Frederick等的美国专利No.4,363,654公开了通过用于直接还原炉或高炉中的油和/或煤和/或焦炭的部分燃烧生产还原气体的方法。该专利示出了高炉，其中将空气作为鼓风用于焦炭燃烧，并且其中所述高炉排出的气体中含有氮。炉顶煤气被净化和洗涤，并在CO转换器(CO shifter)中进行处理以调节CO含量。从经过转换的气体中去除CO2，从而形成富氢气流，所述富氢气流随后被加热至500℃至700℃的温度，并且热的氢气被输送回高炉。该方法的缺点在于：需要低温装置(cryogenic plant)来分离炉顶煤气中包含的氮。由于循环气流主要为氢气，因此所述专利没有关于在加热含CO的气体时加热器中有关焦化、堵塞和结垢的问题。
Kundrat的美国专利No.5,234,490描述了在高炉中生产生铁的方法，其中将炉顶煤气中的灰尘和煤烟净化，并且随后进行脱水和冷却。冷却和净化的炉顶煤气的一部分在被再循环至高炉以还原铁矿石之前被预热至900℃～1000℃之间的温度。然而，该专利的方法在量上受到限制。该专利没有提及再循环气体预热器以及在加热含CO的气体时加热器中有关碳沉积、堵塞或结垢的问题。
美国专利申请No.2010/0212457A1描述了采用鼓风的高炉，其中由炉顶煤气产生的氢气流在被再循环利用之前加热。从炉顶煤气中除去CO2并且CO被用于还原金属氧化物，其此后通过氧化所述被还原的金属来产生氢气。该专利的方法不存在与加热含CO气体相关的任何问题以及H2/CO调节的益处。
英国专利No.GB1,218,912公开了高炉，其中当通过烃和高炉排出气体反应生成还原气体时，将预热的鼓风被输送至风口使得焦炭的消耗减少，所述高炉排出气体经过净化、洗涤以及冷却，与烃(例如甲烷或石脑油)混合，并在管状加热器中被加热至950℃，并被送至高炉用于在鼓风风口上方某一位置(level)还原铁矿。该专利没有提到去除氮以及在管状加热器加热烃时发生的碳沉积问题。
日本专利公开号JP55113814公开了高炉，其中通过供应燃料和作为鼓风提供的氧气经过下部风口进入高炉，降低了焦炭的消耗。对炉顶煤气进行处理以去除CO2，由此，将炉顶煤气加热，并且将其再循环回高炉。没有发现为了减少循环气体中CO含量以及增加H2含量而改变所述气体组成的教导。
上述专利或专利申请中均没有教导或建议采用CO变换反应器改善循环炉顶煤气的组成以显著减少循环气体的加热器焦化的问题。在现有技术中人们还无法预见对于加热器的这个实际问题的解决方案以及利用管状点火加热器用于改善高炉操作和显著降低CO2排放总量(the overall CO2 emissions)的可能性，而本发明允许具有较低焦炭消耗的新式高炉的实际设计和构造以及现有高炉的改造。
本发明的目的
本发明的一个目的是提供通过改质和再循环炉顶煤气改进高炉运行的方法和设备。
本发明的另一个目的是提供通过减少生产每吨铁的焦炭消耗来改进高炉运行的方法和设备。
本发明的进一步的目的是提供通过减少生产每吨铁的二氧化碳排放来改进高炉运行的方法和设备。
本发明的另一个目的是提供在管状点火加热器中加热再循环的炉顶煤气的方法，所述方法使加热器和含CO再循环气体加热路径中的其他设备中的碳沉积、堵塞或结垢问题最小化。
本发明的其它目的对于本领域技术人员来说是显而易见的，或者将在本发明的说明书中指出。
发明内容
广义上，本发明所述目的可以通过在高炉中生产铁的方法实现，其中通过以下手段进行焦炭的消耗：将氧气替代空气供应至风口从而避免炉顶煤气中的高氮含量；提取包含CO、CO2和H2的炉顶煤气流；净化炉顶煤气中的灰尘并且通过与水反应将炉顶煤气中H2/CO的体积比调节至1.5～4的范围内；冷却所述炉顶煤气流以除去其中的水；从所述冷却后的炉顶煤气流的主要部分中除去CO2从而得到有效的还原气流；加热所述还原气流至高于850℃的温度，并且将所述热的还原气流作为循环还原气输送至高炉。可以通过利用胺溶液或碳酸盐溶液的吸收或者通过在变压吸附(PSA)或真空变压吸附(VPSA)单元中的物理吸附来实现从冷却后的炉顶煤气流中除去CO2。然后将所获得的改质的炉顶煤气加热至高于800℃的温度并且输送至高炉(高于铁开始熔化的位置)以将铁氧化物填料还原成金属铁。
广义上，本发明的目的可以进一步由实施方案实现，所述实施方案提供了在高炉中生产熔融铁的高炉系统，其中在高炉上部装入铁矿石、冶金焦炭和熔剂，并且熔融铁和炉渣从高炉下部排出，所述高炉在其下部具有多个用于引入含氧气体的风口，用于在所述高炉中通过焦炭的燃烧产生热和还原气体，所述高炉的特征在于包括：用于将替代空气的氧气输送通过所述高炉风口的装置；用于提取包含CO、CO2和H2的炉顶煤气流的出口装置；与所述出口装置相连的用于净化炉顶煤气流中灰尘的设备；用于通过与水的反应将H2/CO的体积比调节至1.5至4范围的装置；用于冷却所述炉顶煤气流以去除其中的水的装置；用于从所述冷却的炉顶煤气流中除去CO2以形成贫CO2还原气流的装置；加热所述还原气流至850℃的装置，以及相应的连接所述高炉系统的部件以将所述热还原气流再循环至所述高炉的管道装置。
附图说明
图1是示出了本发明优选实施方案的工艺流程示意图。
具体实施方式
参见图1，数字10通常表示高炉，其具有收集熔融铁和炉渣的炉缸部分12，引入含氧气体以实现焦炭燃烧的鼓风部分14，和炉身部分16，在炉身部分16中，铁矿石颗粒以烧结矿、球团矿或块矿以及它们的混合物的形式与焦炭、石灰石和其他熔剂18一起装入，接着，如本领域所公知，铁氧化物被还原成方铁体并且最终成为金属铁。熔融铁19和炉渣21周期性地从高炉10的底部区域12排出。
来自源26的工业纯度的氧替代空气被输送到混合装置24，在混合装置24中输送了来自源28的用于防止火焰温度达到过高水平并因此防止损坏风口27中的鼓风喷嘴的温度缓和试剂(temperature moderating agent)。温度缓和试剂28例如可以是蒸汽(steam)、二氧化碳、油、煤粉、焦炭细粒(coke fines)或其它会经受与氧气的吸热反应并且将温度降低至大约2000℃至2600℃的水平的烃。同样，炉顶煤气的一部分在处理后可以再循环至风口，用于缓和氧气和焦炭的高燃烧温度。将与缓和介质28合并的氧鼓风26输送至集气管(header)23，然后通过输送管25输送至风口27。
根据装入高炉中的材料的特性，炉顶煤气的组成可在宽范围内变化。以干物质为基础，典型的组成是25％的CO、12％的CO2、5％的H2和56％的N2以及痕量其它气体。来自高炉10的顶部的炉顶煤气流出物通过管30离开并且被输送到脱尘装置32，在脱尘装置32中将来自填料的灰尘和煤烟或其它固体物质34分离。净化后的气体流过管36并达到变换反应器38，在变换反应器38中调节所述经净化和冷却的气体的组成，以使氢含量增加以获得1.5至4，优选在2和3之间的H2/CO比(按体积百分比计算)，。通过管42提供蒸汽40作为变换反应的反应物。CO与H2O根据以下反应式反应形成H2：
CO+H2O→H2+CO2
反应温度高于大约300℃，如果需要的话，在将炉顶煤气流输送至变换反应器38之前，可以通过本领域中已知的设备，如热交换器，对其进行加热。然后将变换后的气体通过管道46传送至具有水50的冷却器/洗涤器48，在冷却器/洗涤器48中气体中的水内容物被冷凝并且以水流52的形式提取。
然后脱水气体流过管49，由从，通过具有压力控制阀56(用于再循环回路的压力控制，并且保持再循环回路中的N2的浓度小于13％，按体积计算)的管将净化并脱水后的气体54中的一小部分从再循环回路中清除。大部分气流流过管58以被再循环至高炉10。有利地，所述被清除的气体54可以在气体加热器70的燃烧器88中作为燃料使用，并且任选地，如果需要，也可以补充以其他燃料，如例如焦炉煤气或天然气86。
随后，净化和脱水后的还原流出气体通过管58被输送至压缩机60，其中它的压力升高至适当的水平，以在最终再循环回高炉10前进一步处理。为了提高所述再循环还原气体的还原潜力，加压后的流出气体流过管62至吸收塔64，在吸收塔64中CO266被去除，留下主要包含CO和H2的还原气体。所述贫CO2的气体通过管68到达加热器70，在加热器70中其温度升至高于800℃。所获得的热还原气通过管71被导入集气管72，并且该再循环还原气通过外围管(peripheral pipe)74和喷嘴76被引入高炉的炉身部分16。为了将还原气的温度进一步提高到1000℃和1100℃之间，可以将来自源78的氧气加入到热的还原气中。在加热器70的燃烧器88中使用合适的燃料86，例如天然气或焦炉煤气。
众所周知，在由焦炭燃烧所获得的气体组合物(主要包含CO，CO2和H2)的热力学平衡条件下，铁氧化物的还原一直持续到形成方铁体。通过碳和FeO的直接还原反应，进行方铁体至金属铁的持续还原。因此，如果更多的金属铁到达高炉的死铁区15，仅会减少还原所需的焦炭量，因此需要较少的碳用于铁体的最终还原；而在这样的情况下，由于可以由燃料而不是焦炭来获得熔化填料的热，因此可以有效降低焦比。调节再循环气体的还原气组成作为氢气和CO的混合物的这种方法在现有技术中没有被提出过。由于氢气需要更高的能量水平，因此仅再循环氢气不能产生相同的结果，而且氢气和CO的适当组合将有效地把方铁体还原成金属铁。
通过利用胺溶液或碳酸盐溶液的吸收或者通过在变压吸附(PSA)或真空变压吸附(VPSA)单元中的物理吸收可以实现从冷却后的气流中除去CO2。
在炉身16中，为了还原铁氧化物，具有改善的H2/CO比和高还原潜力(以H2+CO/CO2+H2O的比率测量，并且值大于2)的改质再循环炉顶煤气在加热器70的盘管(coils)80中被加热至高于800℃的温度。然而相对高含量的CO可以在再循环气体的加热路径中经由反应2CO→C+CO2可能产生碳沉积。为了清洁这种碳残留物以防止盘管80和其他设备(在这些设备中，CO在其中气体的热力学条件倾向于生成元素碳的范围内流动)的堵塞或结垢，这种碳沉积可能需要将加热器70周期性地关闭。
为了避免上述由加热器碳清除所导致的生产损失，可以通过关闭加热器70并将蒸汽(steam)82或蒸汽和氧化剂84(可以是空气或氧气)输送通过加热管80，由此使碳沉积物气化并被除去，从而完成所述清除。进行这种积碳清除的优选有效方法是通过将带有或不带有氧化剂84的所述蒸汽82注入加热器70的一个加热管、或一组加热管，使得所述管80中氧化剂量的增加不会显著地影响送入高炉的还原气体组合物的总还原潜力。以这种方式，碳清除可以在线完成，无需关闭加热器70，避免了生产损失。
虽然优选管状点火加热器70，但是对于本领域的技术人员来说，显然可以采用其他类型的加热器对改质的再循环气流进行加热，所述加热器例如陶瓷加热器(ceramic heaters)，也被称为再生加热器(regenerative heaters)，如卵石加热器(pebble heater)、与用于加热高炉鼓风的那些类似的炉。
本发明可以应用于任何一个新的现有炉以提供每吨熔融铁减低的焦炭消耗的优点，并且由于从循环炉顶煤气中除去了CO2使得可以将CO2用于其他工业目的或者将CO2隔离，也使高炉变得更加环境友好。同时，降低的焦炭消耗量减少了CO2和炼焦炉通常产生的其他环境污染物的排放，因此生产每吨熔融铁所释放到大气中的CO2的总量减少。
当然应理解的是，本说明书中仅仅描述了本发明的一些优选实施方案用于说明目的，本发明的范围并不仅限于这些被描述的实施方案，而是由所附权利要求的范围来限定。

Claims (15)

1.在高炉中生产熔融铁的方法，其中在高炉上部装入铁矿石，冶金焦炭和熔剂，和将熔融铁和炉渣从高炉下部排出，所述高炉在其下部中具有多个风口用于引入含氧气体，用以通过在所述高炉内燃烧焦炭产生热和还原气体，所述方法的特征在于：
通过所述高炉的风口供应替代空气的氧气；
提取包含CO、CO2和H2的炉顶煤气流；
净化炉顶煤气流中的灰尘并且
通过与水反应将H2/CO的体积比调节到1.5-4的范围；
冷却所述炉顶煤气流以从其中除去水；
从所述冷却的炉顶煤气流的一部分中除去CO2以形成贫CO2的还原气流，
加热所述还原气流至高于850℃的温度，并且
将所述热气流输送至所述高炉，用于将所述铁矿石还原成金属铁。
2.根据权利要求1的生产熔融铁的方法，进一步的特征在于在催化反应器中使所述净化的炉顶煤气与蒸汽在高于300℃的温度下反应，以提高所述炉顶煤气的H2/CO的体积比。
3.根据权利要求1或2的生产熔融铁的方法，进一步的特征在于通过在胺溶液中吸收CO2，将CO2从所述被冷却并且净化的炉顶煤气中除去。
4.根据权利要求1或2的生产熔融铁的方法，进一步的特征在于通过在变压吸附单元中吸附CO2，将CO2从所述被冷却且净化的炉顶煤气中除去。
5.根据前述任意一个权利要求的生产熔融铁的方法，进一步的特征在于在直接点火管状加热器中加热所述再循环还原气流。
6.根据权利要求5的生产熔融铁的方法，进一步的特征在于将蒸汽注入加热器管以清洁其中倾向于形成碳沉积的所述管。
7.根据权利要求6的生产熔融铁的方法，进一步的特征在于将蒸汽与含氧气体一起注入以清洁所述管。
8.根据权利要求6或7的生产熔融铁的方法，进一步的特征在于每次清洁一个所述管或一小组管，使得所述被注入的蒸汽不会显著地影响再循环还原气体的还原潜力。
9.在高炉中生产熔融铁的高炉系统，其中在高炉上部装入铁矿石、冶金焦炭和熔剂，并将熔融铁和炉渣从高炉下部排出，所述高炉在其下部中具有多个风口用于引入含氧气体，用以通过在所述高炉内燃烧焦炭产生热和还原气体，所述高炉系统的特征在于：
包含通过所述高炉的风口供应替代空气的氧气的装置；
提取包含CO、CO2和H2的炉顶煤气流的出口装置；
与所述出口装置相连的净化炉顶煤气流中灰尘的装置；
通过与水反应将H2/CO的体积比调节到1.5-4的范围的装置；
冷却所述炉顶煤气流以从其中除去水的装置；
从所述冷却的炉顶煤气流的一部分中除去CO2以形成贫CO2的还原气流的装置；
加热所述还原气流至高于850℃的温度的装置，和
相应的连接所述高炉系统的部件以将所述热还原气流再循环至所述高炉的管道装置。
10.根据权利要求9的高炉系统，进一步的特征在于所述用于调节所述炉顶煤气的H2/CO的体积比的装置为催化反应器。
11.根据权利要求9或10的高炉系统，进一步的特征在于所述CO2去除装置是利用胺溶液的吸收塔。
12.根据权利要求9或10的高炉系统，进一步的特征在于所述CO2去除装置是变压吸附单元。
13.根据权利要求9至12之一的高炉系统，进一步的特征在于所述加热装置是直接点火管状加热器。
14.根据权利要求9至12之一的高炉系统，进一步的特征在于所述加热装置是再生型加热器。
15.根据权利要求13的高炉系统，进一步的特征在于包含
合适的阀，每个阀与所述管状加热器的各自的管相连接，和
作用在所述阀上的可编程控制器，用于使每次注入蒸汽至一个管或一小组管中，由此所述注入的蒸汽不会显著地影响所述再循环还原气体的还原潜力。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106282455A (zh) * 2016-03-01 2017-01-04 华北理工大学 一种高效利用冶金废气的高炉富氢冶炼工艺
CN110806113A (zh) * 2019-11-25 2020-02-18 北京科技大学 一种向矿热炉中通入气体降低能耗的方法与装置
CN111020083A (zh) * 2019-12-16 2020-04-17 王立臣 一种新型纯氧冶炼炉及其使用方法
CN114438270A (zh) * 2022-01-25 2022-05-06 河钢集团有限公司 全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及炼铁方法
CN114829632A (zh) * 2019-12-26 2022-07-29 杰富意钢铁株式会社 高炉的操作方法和高炉附属设备

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9605326B2 (en) * 2012-07-03 2017-03-28 Hyl Technologies, S.A. De C.V. Method and system for operating a blast furnace with top-gas recycle and a fired tubular heater
JP6463626B2 (ja) * 2014-12-16 2019-02-06 新日鐵住金株式会社 高炉の操業方法
JP2018039989A (ja) * 2016-09-02 2018-03-15 Ｊｆｅスチール株式会社 有機物質の低分子化方法および有機物質の低分子化システム
CN106636508B (zh) * 2016-10-30 2018-06-19 华北理工大学 一种高效循环利用高炉炉顶煤气的炼铁工艺
JP7192900B2 (ja) * 2020-03-23 2022-12-20 Ｊｆｅスチール株式会社 高炉の操業方法および高炉附帯設備
JP7192899B2 (ja) * 2020-03-23 2022-12-20 Ｊｆｅスチール株式会社 高炉の操業方法および高炉附帯設備
JP7192901B2 (ja) * 2020-03-23 2022-12-20 Ｊｆｅスチール株式会社 高炉の操業方法および高炉附帯設備
CN111304387A (zh) * 2020-03-26 2020-06-19 山东泰山钢铁集团有限公司 一种炼铁高炉干法回收煤气停炉的方法
JP7192845B2 (ja) * 2020-04-24 2022-12-20 Ｊｆｅスチール株式会社 高炉の操業方法および高炉附帯設備
LU102098B1 (en) * 2020-09-28 2022-03-29 Wurth Paul Sa Blast furnace with shaft feeding of hot process gas
TWI775369B (zh) * 2021-03-26 2022-08-21 賴世宗 金屬冶煉爐渣之金屬回收方法及其回收系統
CN113913571A (zh) * 2021-09-30 2022-01-11 武汉钢铁有限公司 使用冶金渣分离高炉煤气中二氧化碳的装置及其分离方法
BE1030059B1 (de) 2021-12-21 2023-07-17 Thyssenkrupp Ag Vorrichtung zur vereinfachten Bindung von Kohlendioxid aus einem Hüttengas
DE102021214833A1 (de) 2021-12-21 2023-01-05 Thyssenkrupp Ag Vorrichtung zur vereinfachten Bindung von Kohlendioxid aus einem Hüttengas
CN114317853B (zh) * 2022-01-17 2022-12-30 新疆八一钢铁股份有限公司 一种基于2500m3高炉煤气碳循环喷吹高温煤气的加热方法
CN114395648B (zh) * 2022-01-30 2022-12-30 新疆八一钢铁股份有限公司 一种富氢碳循环高炉的炼铁方法
CN114456854A (zh) * 2022-02-13 2022-05-10 新疆八一钢铁股份有限公司 一种脱除富氢碳循环高炉煤气中co2的系统
CN114317855A (zh) * 2022-02-15 2022-04-12 华东理工大学 一种高炉炼铁的方法
CN114634831A (zh) * 2022-03-25 2022-06-17 新疆八一钢铁股份有限公司 一种高炉喷吹等离子矩重整循环冶金煤气的工艺方法
CN115044718B (zh) * 2022-06-10 2023-07-18 中钢设备有限公司 等离子体炬加热煤气的方法、设备及应用
CN115094173B (zh) * 2022-06-27 2024-01-12 新疆八一钢铁股份有限公司 一种富氢碳循环高炉加热煤气的方法
CN115874002A (zh) * 2022-10-30 2023-03-31 新疆八一钢铁股份有限公司 一种富氢碳循环氧气高炉煤气回收技术及控制方法
CN115627308B (zh) * 2022-11-13 2024-03-26 新疆八一钢铁股份有限公司 一种煤气加热炉抑制加热煤气析碳的控制工艺
CN115852077A (zh) * 2022-12-22 2023-03-28 中钢设备有限公司 一种煤气加热炉防积碳装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1218912A (en) * 1968-01-04 1971-01-13 British Iron Steel Research Blast furnace operation
JPS55113814A (en) * 1979-02-24 1980-09-02 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Operation method of blast furnace
JPS57135889A (en) * 1980-12-26 1982-08-21 Nippon Kaihatsu Kogyo Kk Continuous decoking method for carbon material in tube of tubular furnace with superheated steam, oxygen or oxygen mixed gas
CN101460637A (zh) * 2006-04-24 2009-06-17 伊尔技术有限公司 用于生产直接还原铁的方法和装置
CN101555532A (zh) * 2009-05-22 2009-10-14 北京科技大学 一种基于冷固结含碳球团氧气高炉炼铁方法
CN101978235A (zh) * 2008-03-18 2011-02-16 杰富意钢铁株式会社 高炉煤气的分离方法及装置
CN102083944A (zh) * 2008-07-11 2011-06-01 埃克森美孚化学专利公司 裂解烃原料的炉的在运转中脱焦的方法
CN102220443A (zh) * 2011-06-09 2011-10-19 马鞍山钢铁股份有限公司 高炉炉顶煤气富化利用装置及方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2671741A (en) * 1950-02-23 1954-03-09 Texas Co Decoking and cleaning tubular heaters
US3460934A (en) 1966-12-19 1969-08-12 John J Kelmar Blast furnace method
US3784370A (en) 1971-09-27 1974-01-08 Stephenson Papesch Processes I Process of manufacturing pig iron
US4363654A (en) 1980-04-08 1982-12-14 Geoffrey Frederick Production of reducing gas for furnace injection
JPS6227509A (ja) 1985-07-26 1987-02-05 Nippon Kokan Kk <Nkk> 高炉操業方法
US4844737A (en) 1986-12-27 1989-07-04 Nippon Kokan Kabushiki Kaisha Method for operating a blast furnance by blowing pulverized coal
US5234490A (en) 1991-11-29 1993-08-10 Armco Inc. Operating a blast furnace using dried top gas
US5435814A (en) * 1992-08-13 1995-07-25 Ashland Inc. Molten metal decomposition apparatus
AT406379B (de) * 1995-10-10 2000-04-25 Voest Alpine Ind Anlagen Verfahren zur direktreduktion von teilchenförmigem eisenoxidhältigem material und anlage zur durchführung des verfahrens
AT507632A1 (de) * 2008-11-21 2010-06-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Verfahren und vorrichtung zur erzeugung eines syntheserohgases
AT507713B1 (de) * 2009-01-12 2010-10-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Verfahren und vorrichtung zur herstellung von roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten
US8057734B2 (en) 2009-02-24 2011-11-15 Praxair Technology, Inc. Producing metal and carbon dioxide with hydrogen recycle
DE102009022510B4 (de) * 2009-05-25 2015-03-12 Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Eisen und eines CO und H2 enthaltenden Rohsynthesegases
JP5640786B2 (ja) * 2010-03-30 2014-12-17 Ｊｆｅスチール株式会社 高炉又は製鉄所の操業方法
EP2574683A1 (en) * 2011-09-29 2013-04-03 L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Ironmaking process and installation
CN202786280U (zh) * 2012-07-30 2013-03-13 中冶南方工程技术有限公司 全热氧高炉与竖炉联合生产系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1218912A (en) * 1968-01-04 1971-01-13 British Iron Steel Research Blast furnace operation
JPS55113814A (en) * 1979-02-24 1980-09-02 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Operation method of blast furnace
JPS57135889A (en) * 1980-12-26 1982-08-21 Nippon Kaihatsu Kogyo Kk Continuous decoking method for carbon material in tube of tubular furnace with superheated steam, oxygen or oxygen mixed gas
CN101460637A (zh) * 2006-04-24 2009-06-17 伊尔技术有限公司 用于生产直接还原铁的方法和装置
CN101978235A (zh) * 2008-03-18 2011-02-16 杰富意钢铁株式会社 高炉煤气的分离方法及装置
CN102083944A (zh) * 2008-07-11 2011-06-01 埃克森美孚化学专利公司 裂解烃原料的炉的在运转中脱焦的方法
CN101555532A (zh) * 2009-05-22 2009-10-14 北京科技大学 一种基于冷固结含碳球团氧气高炉炼铁方法
CN102220443A (zh) * 2011-06-09 2011-10-19 马鞍山钢铁股份有限公司 高炉炉顶煤气富化利用装置及方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106282455A (zh) * 2016-03-01 2017-01-04 华北理工大学 一种高效利用冶金废气的高炉富氢冶炼工艺
CN106282455B (zh) * 2016-03-01 2018-06-15 华北理工大学 一种高效利用冶金废气的高炉富氢冶炼工艺
CN110806113A (zh) * 2019-11-25 2020-02-18 北京科技大学 一种向矿热炉中通入气体降低能耗的方法与装置
CN110806113B (zh) * 2019-11-25 2020-08-25 北京科技大学 一种向矿热炉中通入气体降低能耗的方法与装置
CN111020083A (zh) * 2019-12-16 2020-04-17 王立臣 一种新型纯氧冶炼炉及其使用方法
CN111020083B (zh) * 2019-12-16 2021-08-06 王立臣 一种纯氧冶炼炉及其使用方法
CN114829632A (zh) * 2019-12-26 2022-07-29 杰富意钢铁株式会社 高炉的操作方法和高炉附属设备
CN114438270A (zh) * 2022-01-25 2022-05-06 河钢集团有限公司 全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及炼铁方法
CN114438270B (zh) * 2022-01-25 2023-01-31 河钢集团有限公司 全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及炼铁方法

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Publication number Publication date
EP2798293B1 (en) 2019-06-12
WO2013110969A3 (en) 2014-07-31
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WO2013110969A2 (en) 2013-08-01
JP2015510030A (ja) 2015-04-02
US20150068364A1 (en) 2015-03-12
MX2014007865A (es) 2015-03-27

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