CN115943219A - 用于炼铁生产的高炉 - Google Patents

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爱德华·伊扎尔
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Abstract

一种用于炼铁生产的高炉，其中，铁矿石至少部分地通过还原性气体进行还原，还原性气体在注射区中注射于高炉的炉身中，高炉包括外壁和与装入到高炉中的物质相接触的内壁，其中，在注射区中，内壁具有局部向内增大部，并且还原性气体的注射在所述向内增大部的下方执行。

Description

用于炼铁生产的高炉
技术领域
本发明涉及用于炼铁生产的高炉和用于向所述高炉中注射还原性气体的方法。
背景技术
在高炉中，常规地通过由还原性气体(特别地包含CO、H2和N2)对铁氧化物进行还原来实现含铁炉料(烧结矿、球团矿、铁矿石)向铸铁或热金属的转化，还原性气体通过在位于高炉的底部部分中的风口处燃烧焦炭而形成，在风口处注射预热至在1000℃与1300℃之间的温度的空气，其称为热风。
为了提高生产率并降低成本，在风口处还注射与热风的富氧相结合的辅助燃料、诸如呈粉状形式的煤、燃料油、天然气或其他燃料。
高炉的上部部分中回收的气体、称为炉顶煤气，主要由对应比例为20％v～28％v、17％v～25％v、1％v～5％v和48％v～55％v的CO、CO2、H2和N2组成。尽管在其他工厂比如发电厂中，这些气体部分地作为燃料使用，但高炉一直是CO2的重要产生者。
鉴于自上世纪初以来大气中的CO2的浓度的显著增加以及随之而来的温室效应，因此在大量产生CO2的地方、并且因此特别是在高炉中，减少CO2的排放是至关重要的。
为此目的，在最近的50年期间，高炉中的还原剂的消耗已经减少了一半，使得目前在常规配置的高炉中，碳的消耗已经达到与热力学定律相关的低限度。
其他减少CO2排放的一种已知的方法是将除去CO2的和富含CO的炉顶煤气重新引入至高炉中，所述高炉被称为TGRBF(Top-Gas Recycling Blast Furnaces，炉顶煤气回收高炉)。因此，富含CO的气体作为还原剂的使用使得可以减少焦炭消耗并因此减少CO2排放。可以在以下两个水平上进行这种注射：在典型的风口水平处，代替热风；以及在高炉的还原区中、例如在高炉的炉身的下部部分中。
然而，这种所谓的还原性气体的炉身式注射必须不能干扰炼铁过程的进行并且不能损害炼铁过程的生产率。
需要这样一种高炉：通过该高炉，降低了环境影响，或者相比常规高炉提高了生产率水平。
发明内容
这个问题通过根据本发明的高炉来解决，其中，铁矿石至少部分地通过还原性气体进行还原，还原性气体在注射区中注射于高炉的炉身中，所述高炉包括外壁和内壁，内壁与装入到高炉中的物质相接触，其中，在所述注射区中，内壁具有局部向内的增大部，并且还原性气体的注射在所述向内的增大部的下方执行。
本发明的高炉还可以包括下列分别考虑或根据所有可能的技术组合考虑的可选特征：
-增大部具有包括在50mm与250mm之间的宽度W，
-还原性气体的注射在增大部的下方附近执行，
-还原性气体的注射在增大部的下方的距离L处执行，距离L低于或等于所述增大部的宽度W，
-局部的增大部通过向内壁添加突起而实现，
-内壁由与装入到高炉的物质相接触的护板构成，并且局部的增大部由使用具有梯形截面的护板构成，
-还原性气体通过能够向下注射气体的注射装置注射，
-还原性气体通过能够以与垂直于高炉内壁的平面X所成的包括在15°与30°之间的角度α注射气体的注射装置注射，
-高炉具有工作高度H，并且还原性气体的注射在从风口水平开始的包括在所述工作高度H的20％与70％之间的高度处执行，
-高炉具有工作高度H，并且还原性气体的注射在从风口水平开始的包括在所述工作高度H的30％与60％之间的高度处执行。
本发明还涉及一种在根据前述实施方式的高炉中执行的炼铁方法，其中，以包括在75m/s与200m/s之间的速度执行还原性气体注射。
该炼铁方法还可以包括下列分别考虑或根据所有可能的技术组合考虑的可选特征：
-还原性气体包含在炼铁过程期间从高炉排出的炉顶煤气的一部分，
-在包括于850℃与1200℃之间的温度下注射还原性气体，
-还原性气体优选地含有体积百分比在65％v与75％v之间的一氧化碳CO、在8％v与15％v之间的氢气H2、在1％与5％v之间的CO2，其余部分主要是氮气N2。
附图说明
本发明的其他特征和优点将从下面参照附图通过指示的方式给出的并且绝非限制性的描述中清楚地显现，在附图中：
-图1图示了在还原区中进行还原性气体注射的高炉的侧视图
-图2图示了图1的高炉的俯视图
-图3图示了根据本发明的实施方式的竖炉
-图4图示了在还原性气体注射位置变化的情况下根据本发明的竖炉的内部的DEM-CFD模拟
-图5图示了在还原性气体注射的角度变化的情况下根据本发明的竖炉的内部的DEM-CFD模拟
附图中的元件用于说明并且可能未按比例绘制。
具体实施方式
图1是根据本发明的高炉的侧视图。从顶部开始，高炉1包括：炉喉11、炉身(也称为炉胸)12、炉腰13、炉腹14和炉缸15，其中，炉喉11中装载物料并且排放气体。所装载的物料主要是诸如烧结矿、球团矿或铁矿石的含铁物料和诸如焦炭的含碳物料。碳燃烧以及因而铁还原所必需的热风注射通过位于炉缸14与炉底15之间的风口16来执行。在结构方面，如图3中图示的，高炉具有外壁或壳体2，该壳体2在高炉的内侧上由耐火内衬和护板3覆盖，从而形成内壁5。焦炭是用于铁还原的主要碳供给者，为了减少焦炭的消耗，已经设想到除了热风之外还在高炉中注射还原性气体。这种还原性气体注射在高炉的炉身中执行、优选地在炉身12的下部部分中、例如在炉腰13的正上方执行。在优选的实施方式中，在离典型风口水平的一段距离处执行还原性气体注射，该距离包括炉的工作高度H的20％与70％之间、优选地30％与60％之间。如图1中图示的，高炉的工作高度H是穿过典型风口的热风的注射水平与装料的零水平之间的距离。
通过围绕炉的圆周的数个注射出口4执行注射，如图2中图示的，图2是高炉1在还原性气体的注射水平处的俯视图。在优选的实施方式中，具有与形成内壁2的护板一样多的注射出口。向高炉中的每吨热金属注射200Nm3与700Nm3之间的还原性气体。
图3图示了根据本发明的实施方式的炉中的注射出口4。在本实施方式中，护板3设置有突起6，突起6形成内壁2的局部增大部，并且注射出口4定位在该局部增大部的下方。突起是局部增大部的一个实施方式，但可以考虑实现局部增大部的其他方式，比方说例如这样的实现方式：护板具有梯形形状，使得护板的底部大于护板的顶部并且注射出口定位在所述底部的下方。就局部增大部而言，这意味着内壁的宽度的局部增加。在局部增大部的下方进行注射允许创建空腔，该空腔是不含物料的区域，这保护注射区免于受到物料在炉内的运动的影响，并且因此提高注射装置的耐用性。此外，由于没有物料靠近注射出口，因此这避免了注射装置的堵塞。在优选的实施方式中，该宽度W包括在50mm与250mm之间，以便提供足够对注射出口保护的空腔的尺寸。注射出口定位在离增大部的距离L处。在优选的实施方式中，该距离L最接近于零并且优选地低于增大部的宽度W。作为宽度，该参数允许控制所形成的空腔的尺寸。气体注射出口4设计成使得以与平面P成角度α的方式喷射还原性气体，该平面P与在增大部的位置处的内壁垂直。在优选的实施方式中，角度α包括在0°与30°之间。该特定范围允许增加还原性气体在炉内穿透的深度，并且因此改进还原性气体与内部炉料的接触。在超出30°的情况下，较大量的气体因与内壁接触而冷却并且将不能提供预期的还原效果。
在根据本发明的竖炉中执行炼铁过程时，优选地以包括在75m/s与200m/s之间的速度注射还原性气体，以便具有足以保护注射装置的空腔尺寸。在120m/s～200m/s范围中，空腔的尺寸不再增加，但在超过200m/s的范围，由于形成焦炭和含铁物料的混合层，因此空腔不受控制并且可能影响炉料的良好分布，并且因此影响炼铁过程的生产率。
在优选的实施方式中，被引入到高炉中的还原性气体是从所述炉中排出的炉顶煤气，该炉顶煤气经受气体处理以去除粉尘并获得适当的成分、压力和温度。这种还原性气体优选地含有体积百分比在65％v与75％v之间的一氧化碳CO、在8％v与15％v之间的氢气H2、在1％与5％v之间的CO2，其余部分主要是氮气N2。优选地在包括于850℃与1200℃之间的温度下进行注射。
图4是根据本发明的高炉内部的基于相对于增大部的还原性气体注射位置的物料运动的DEM-CFD(离散元方法和计算流体动力学)模拟结果。在图4A中，气体被注射在局部向内增大部的附近，我们可以认为距离L等于零。在图4B中，距离L等于200mm，以及在图C中距离L等于400mm。在模拟中，在注射角度α固定为30°的同时，增大部宽度对于所有图而言是常量并等于200mm，还原性气体速度也是常量并等于120m/s。从模拟中可以观察到的是，离增大部越远，空腔越小。在400mm处甚至没有产生空腔。因此，在该特定构型中使注射定位在0mm与200mm之间是优选的实施方式。
图5是注射到根据本发明的高炉中的气体在注射的角度α变化的情况下的CFD模拟的结果。图5A、图5B、图5C、图5D、图5E中，角度α分别等于0°、15°、30°、45°、60°。在模拟中，在于增大部的附近(L＝0mm)执行注射的同时，增大部宽度对于所有图而言是常量并等于200mm，还原性气体速度也是常量并分别为120m/s。还原性气体由方格表示，方格越暗，还原性气体的量越高。从模拟中可以观察到的是，从15°的角度开始，更多的气体深入到装进高炉中的炉料中。然而，在角度高于30°时，气体倾向于朝向炉的内壁流动，在炉的内壁处，气体被冷却并且将不会与炉料接触。
通过根据本发明的高炉，因此可以高效地注射还原性气体，并且因此可以在不影响流动到炉中的炉料且不降低高炉的生产率的情况下限制焦炭消耗和CO2排放。

Claims (14)

1.一种用于炼铁生产的高炉1，其中，铁矿石至少部分地通过还原性气体进行还原，所述还原性气体在注射区中注射于所述高炉的炉身12中，所述高炉1包括外壁2和内壁5，所述内壁5与装入到所述高炉中的物质相接触，其中，在所述注射区中，所述内壁5具有局部向内的增大部6，并且所述还原性气体的注射在向内的所述增大部的下方执行。
2.根据权利要求1所述的高炉，其中，所述增大部6具有包括在50mm与250mm之间的宽度W。
3.根据权利要求1或2所述的高炉，其中，所述还原性气体的注射在所述增大部6的下方附近执行。
4.根据权利要求1或2所述的高炉，其中，所述还原性气体的注射在所述增大部的下方的距离L处执行，所述距离L低于或等于所述增大部的宽度W。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的高炉，其中，局部的所述增大部通过向所述内壁2添加突起6而构成。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的高炉，其中，所述内壁5由与装入到所述高炉中的物质相接触的护板3构成，并且局部的所述增大部6通过使用具有梯形截面的护板3构成。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的高炉，其中，所述还原性气体通过设计成向下注射气体的注射装置4注射。
8.根据权利要求7所述的高炉，其中，所述还原性气体通过设计成以与垂直于所述高炉的内壁5的平面X所成的包括在15°与30°之间的角度α注射气体的注射装置注射。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的高炉，其中，所述高炉具有工作高度H，并且所述还原性气体的注射在从风口16的水平开始的包括在所述工作高度H的20％与70％之间的高度处执行。
10.根据权利要求1至8中的任一项所述的高炉，其中，所述高炉具有工作高度H，并且所述还原性气体的注射在从风口16的水平开始的包括在所述工作高度H的30％与60％之间的高度处执行。
11.一种在根据权利要求1至10所述的高炉中执行的炼铁方法，其中，以包括在75m/s与200m/s之间的速度执行所述还原性气体的注射。
12.根据权利要求11所述的炼铁方法，其中，所述还原性气体包含在炼铁过程期间从所述高炉排出的炉顶煤气的一部分。
13.根据权利要求11或12所述的炼铁方法，其中，在包括于850℃与1200℃之间的温度下注射所述还原性气体。
14.根据权利要求11至13所述的炼铁方法，其中，所述还原性气体具有以下成分：
65％v≦CO≦75％v
8％v≦H2≦15％v
1％v≦CO2≦5％v
其余部分为N2。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE584983A (zh) * 1959-11-24
US3814404A (en) * 1972-01-31 1974-06-04 Kaiser Steel Corp Blast furnace and method of operating the same
JP2003171708A (ja) * 2001-12-10 2003-06-20 Nippon Steel Corp 冶金炉用羽口の保護装置

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