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Abstract

控制用于生产生铁的熔融还原工艺,尤其是旋风分离器转炉工艺的方法,其特征为:测量废气中的,CO和CO2形态的碳份C;测量废气中的,H2和H2O形态的氢份H2;确定废气中的C/H2比;将废气中的这样确定的C/H2与主要是供入的煤中的C/H2比进行比较;根据废气和供入的煤中的C/H2比之差调节煤的供应。

Description

控制熔融还原工艺的方法
本发明涉及控制用于生产生铁的熔融还原工艺，尤其是旋风分离器转炉工艺的方法
旋风分离器转炉类型的熔融还原工艺，比如可从EP-A 0690136得知
本发明的目的在于提供一种用于控制熔融还原工艺的方法。
本发明是这样完成的：
—测量废气中的CO和CO2形态的碳份C；
—测量废气中的H2和H2O形态的氢份H2；
—确定该废气中的碳份C和氢份H2之比C/H2；
—将这样测得的，该废气中的C/H2比与主要是所供的煤中的C/H2对比；
—根据该废气中的和所供煤中的C/H2比之差调节煤的供应。
本发明的优点在于：熔融还原工艺中的炭消耗能够在线监测，从而该熔融还原工艺的供煤可得以自动控制。
最好针对损失于废气带走的碳、溶于生铁中的碳、被添加剂一起带入的碳和/或氢及在取样点之前由喷入废气体系中的水所带入的氢修正所供煤中的C/H2比。这样该工艺就得到了较好的控制。
在调节煤的供应的同时，氧枪高度、矿石及氧的供应维持不变。这样，该工艺能稳定地运行
现将参照附图，针对旋风分离器转炉(CCF)说明本发明。但，本发明还可为其它的熔融还原工艺，如AISI工艺及DIOS工艺所适用。
图1展示了CCF反应器。
图2展示了CCF反应器中的碳与氢的平衡。
在用CCF法生产生铁时，经常为Fe2O3状态的铁矿石在熔融旋风分离器(1)中生成FeO。生成铁(Fe)的FeO的终还原发生于转炉(2)中。
采用CCF法时，熔融旋风分离器(1)被置于熔融容器(2)形的转炉的顶部。煤(3)被供入该熔融容器，然后与经氧枪(9)供入的氧(4)于部位(10)燃烧而部分气化。废气向旋风分离器上升。在旋风分离器中，铁矿石(5)和氧(6)沿切线方向吹入。氧与一部分存在于废气中的CO和H2反应，从而放出热。喷入的矿石颗粒经旋风分离器中的燃烧炉床吹入，同时熔化。在旋风分离器的部位(11)处，按以下的化学反应，该熔化的矿石生成FeO：
       
       
产生的熔融矿石(12)流出旋风分离器，落在熔化容器下部的渣层(7)上。在渣层中按综合的化学反应式 发生终还原成铁的反应。通过将煤引入渣层补充在此反应中被消耗的碳。主要由于高温，煤中的挥发份直接挥发出来，然后碳以炭的形式保留在渣中。
渣中的炭有三重功能：
1.它是将铁的氧化物最终还原成铁的手段；
2.它是供应使该还原得以进行及熔化铁矿石所需热量的燃料。
3.它对熔渣层发泡有稳定作用。这种炭在渣中的质量份额不应大于20％。
就功能1和2而言，炭被消耗掉了，而对功能3而言，则力图在渣中尽可能不变地保持炭的份额。
所以通过保持炭的供应使之等于炭的消耗而将功能1，2和3相互统一起来。但炭来源于煤，而且除了有炭之外，主要由于高温挥发份从煤中逸出。在挥发份方面，它有助于炭的功能(2)。
碳和氢常代表主要组份，煤中的挥发份是由碳和氢构成的。
下面的等式适用于熔化工艺(见图2)：
φC.caol in+φC.flux in＝φC.gas out+dC.slag/dt+φC.Fe+φC.
dust out+φC.slag碳的质量平衡
φH2.Coal in+φH2.water in＝φH2.flux in+φH2.gas out  氢
的质量衡其中：
—φC.coal in是煤带来的碳的量；
—φH2.coal in是煤带入的氢的量；
—φC.gas out是废气中的CO和CO2中的碳的总量。这种(形式的)碳来源于挥发性的碳氢化物及渣中的炭的燃烧，以及消耗于铁矿石的终还原的炭及所配的添加剂中的任何碳份；
—φC.Fe是单位时间内被吸收于新形成的铁中的碳量；
—φC.slag是单位时间内被吸收于新形成的渣中的碳量；
—φC.dust out是作为细粉尘离开CCF反应器的碳量；
—φC.flux in是因配入添加剂(如CaCO3)而进入CCF反应器的碳；
—φH2.gas out是废气中的H2O和H2形态的氢的总量。这种氢来源于煤中的挥发份，来源于任何添加剂中的氢以及来源于(可能是)引入的冷却水；
—φH2.water in是形态为水的氢的量，该水是(可能)直接用于冷却气体管线中的热气体的水；
—φH2.flux in是因配入添加剂而进入CCF反应器中的氢。
应注意的是：C和H2的其它供应源和损失，如空气的污染和该冶金容器的耐火衬的损耗也是可能的。但一般说来这些因素意义不大。若需要，可用简单的方式对其进行考虑。
图2中的M代表取样或测量点。根据C/H2比控制煤的投配
在熔融还原工艺中(如CCF转炉中)，因渣/金属熔池(7)，(8)随着工艺的进程增大，所以内部状况也因工艺的进程而变化。这些变化影响反应器的行为。此外，这种熔池工艺会因，如渣过份发泡及熔渣的凝固而脱离常轨。
熔融还原熔池工艺的稳定运行的主要方面是：
—熔池中的稳定的碳份；
—维持稳定的熔渣高度，即防止渣过份发泡，即所谓的“溢溅”。
为此，对渣中的碳份有良好的控制是很重要的。当有充足的炭时，这就使得小气泡聚集，从而防止溢溅。转炉中的这种极端的状况使之难以直接而可信地测出内部工艺状况，如炭份。因此，控制反应器最好(尽可能)建立在外部可测得的量的基础上(如测废气成份)。一旦炭份处于控制之下，熔池过程就会得到良好的控制。
为此操作者具有以下可得到的控制参数：
—原材料供应(煤、矿石、添加剂)；
—氧气流量；
—氧枪高度(＝枪头与渣层间的距离)。
下面提供一种方法，用此法可以简单的方式监测炭消耗的变化，从而以在转炉中保持炭质量不变的方式控制煤的投配。
煤主要是由石墨和挥发份(碳氢化物)构成的。当将煤配于熔池工艺中时，碳氢化物就直接挥发出来。高温使碳氢化物裂解，于是它们作为H2、H2O、CO和CO2进入废气。留在渣中的产物(炭)主要由石墨构成。炭被还原反应和氧的直接燃烧消耗。此二反应产生了CO和CO2。废气中的氢份(处于H2和H2O状态)于是仅为所使用的煤的类型及所供煤的数量的函数。此外，碳份(CO和CO2状态)也是炭消耗的函数。监测废气中的碳份和氢份的比值因而就产生了熔池工艺中炭消耗的直接标志。
稳定的炭质量对于使熔池工艺得以运行是重要的。因此废气中的C/H2值可用于自动控制煤的供应。这需要从转炉中可信地对废气取样。在此情况下，必须考虑对减少转炉中的炭质量有影响的两种现象：通过废气管线损失的炭粉尘及溶于金属熔池中的碳。同时，需要足够的炭来构成新形成的渣中的炭份，其量要使该炭份与转炉中已存在的炭份相等。可以通过如下方式控制这类现象：使废气中的C/H2比等于修正后的C/H2比。假设不存在这些现象，如果废气中的C/H2比等于供入的煤中的C/H2比，则将使投配的煤等于煤的消耗。下文给出一个计算修正的C/H2比值的例子。
炭粉尘的形成主要取决于供入的煤中已存在的煤粉尘和煤的类型(对于脱气过程中的破裂行为是决定性的)。粉尘损失最多可达15％。但在CCF工艺中，部分煤粉尘将在熔融旋风分离器中燃烧。
为防止渣中的炭份因粉尘损失而可能减少，按最大的粉尘损失计算修正的C/H2比是最好的。在工艺周期中，当粉尘损失较少时，在转炉中出现炭的少量增加(见实施例)。但，由于渣层生长，渣中的炭份保持不变。为在放出(部分)金属和渣后修正留下的渣中的任何过高的炭份，调节煤的供应使之在短时间内下降，以及让炭烧掉都是可以的。然后使此炭份下降到足以根据C/H2使供煤控制得以进行的程度。
通过有规律地从所产生的(放出的)生铁中取样及确定其中的碳含量可确定生铁中的C量。当配入的添加剂(如CaCO3)及可能的喷水将额外的碳和/或氢带入废气中时，另行修正到所需的C/H2比也是必要的(见实施例)。实施例计算C/H2比
该实施例给出了修正的C/H2比的计算方法。该计算的基础是(RY＝生铁)：
—70万吨RY/年的装备；
—90吨RY/小时的生产率，每小时出铁一次；
—耗煤600Kg/吨RY，中等挥发性煤；
—最大炭粉尘损失为配入煤质量的15％；
—铁水熔池的增碳最高达4.5％的质量份额。中等挥发性煤的分析(质量份额)：
—挥发份                20％
—固定碳(石墨)          70％
—矿物质                5％
—水份                  5％无灰干分析(总质量的90％)：
—碳                    90％
—氢                    5％
—其余                  5％计算废气中的合乎要求的C/H2比的方法：
600Kg煤中的碳氢化物中的H2＝0.9×0.05×600
＝27KgH2＝13.5千摩耳H2
来自600Kg煤的水份中的额外的H2＝0.05×600
＝30KgH2O＝1.7千摩耳H2
600Kg煤中总H2＝15.2千摩耳H2
600Kg煤中总碳＝0.9×0.9×600＝486Kg C＝40.5千摩耳C
配入的煤中的C/H2＝40.5/15.2＝2.66
每600Kg煤中的最大粉尘损失＝0.15×600＝90Kg炭
＝7.5千摩耳C
每吨生铁增碳＝0.045×1000＝45Kg C＝3.75千摩耳C
用于根据转炉废气进行控制的经修正的C/H2比
C/H2＝(40.5-7.5-3.75)/15.2＝1.92
旋风分离器中所配的石灰石＝170Kg/吨RY
＝1.7千摩耳C
用于根据旋风分离器废气进行控制的经修正的C/H2：
C/H2＝(40.5-7.5-3.75+1.7)/15.2＝2.04

Claims (6)

1.控制用于生产生铁的熔融还原工艺，尤其是旋风分离器转炉工艺的方法，其特征在于：
—测量废气中的，CO和CO2形态的碳份额C；
—测量废气中的，H2和H2O形态的氢份额H2；
—确定废气中的C/H2比；
—将废气中的这样地确定的C/H2与主要是供入的煤中的C/H2比进行比较；
—根据废气和供入的煤中的C/H2之差调节煤的供应。
2.权利要求1的方法，其特征在于针对废气带走的碳损失修正所供煤的C/H2比。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于针对溶于生铁中的碳修正所供煤的C/H2比。
4.权利要求1-3中之一项的方法，其特征在于针对由添加剂一起带入的碳和/或氢修正所供煤的C/H2比。
5.权利要求1-4中之一项的方法，其特征在于针对在取样点之前喷入废气系统中的水所带来的氢修正所供煤的C/H2比。
6.权利要求1-5中之一项的方法，其特征在于在保持氧枪高度、矿石和氧的供应不变的同时调节煤的供应。
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