DE10064316A1 - Production of pig iron in a blast furnace comprises blowing the additives together with a gasifying agent containing oxygen and/or carrier gas into tuyeres additionally arranged in the bosh and/or shaft - Google Patents

Production of pig iron in a blast furnace comprises blowing the additives together with a gasifying agent containing oxygen and/or carrier gas into tuyeres additionally arranged in the bosh and/or shaft

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Abstract

Production of pig iron in a blast furnace operated with oxygen, CH-containing additives and top gas comprises blowing the additives together with a gasifying agent containing oxygen and/or carrier gas consisting of air, carbon dioxide, nitrogen, recycled top gas, CO2-deficient gases, combustible gases and/or inert gas-oxygen mixtures into tuyeres additionally arranged in the bosh and/or shaft. Preferred Features: Conversion reactions of the additives take place with oxygen in one or more gasifiers arranged outside of the furnace. CO- and H2-containing gas formed in the gasifiers is introduced in a controlled manner.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Roheisenerzeugung in einem mit Sauerstoff, mit CH-haltigen Zusatzstoffen und mit auf <10 Vol.-% CO2 abgesenkten, in die Hochtemperaturzone im Gestell rückgeführtem Gichtgas.The invention relates to a process for producing pig iron in a blast furnace gas which is reduced to <10% by volume of CO 2 and returned to the high-temperature zone in the rack with oxygen, with CH-containing additives.

Aus dem Stand der Technik sind derartige Verfahren zur Roheisenerzeugung in einem mit Sauerstoff und rückgeführtem Gichtgas betriebenen Hochofen bekannt. Hierzu sind die Blasformen im Gestell des Hochofens sowie zusätzliche Formen in der Rast und/oder im unteren Schacht, nachfolgend Rastformen genannt, angeordnet.From the prior art, such processes for producing pig iron are all in one Oxygen and recycle blast furnace operated blast furnace known. For this are the Blow molding in the frame of the blast furnace as well as additional shapes in the rest and / or in lower shaft, hereinafter called detent forms, arranged.

So ist beispielsweise in DE 199 17 128 C1 ein Verfahren mit technischem Sauerstoff anstel­ le von Heißwind und Rückführung von Gichtgas als Kreislaufgas in einem Hochofen darge­ stellt. Kennzeichnend ist, dass der Sauerstoff an den Einblasstellen und/oder durch Treibdü­ senbrenner in die Ofenbereiche eingedüst wird, die erforderlichen Teilströme des un­ gereinigten Gichtgases durch einen mittels Treibdüsenbrenner erzeugten, regelbaren Unter­ druck angesaugt und rückgeführt werden und das Gichtgas im Treibdüsenbrenner mit Sau­ erstoffüberschuss und/oder zur Erzeugung eines Reduktionsgases im Treibdüsenbrenner unterstöchiometrisch verbrannt wird. Nachteilig wirkt sich hier der hohe CO2-Gehalt des Gichtgases aus, der in der Regel in der Größenordnung von 20 Vol.-% liegt. Die CO2-Reduktion verläuft endotherm, so dass sich der spezifische Koksverbrauch im Hochofen er­ höht und dadurch die Wirtschaftlichkeit der Roheisenerzeugung belastet wird.For example, in DE 199 17 128 C1, a process with technical oxygen instead of hot wind and recycle of blast furnace gas as recycle gas in a blast furnace is shown. It is characteristic that the oxygen is injected into the furnace areas at the injection points and / or through blowing nozzle burners, the required partial flows of the uncleaned blast furnace gas are sucked in and returned by a controllable negative pressure generated by blowing nozzle burner and the blast furnace gas in the blowing nozzle burner with excess oxygen and / or is burned substoichiometrically to generate a reducing gas in the propellant nozzle burner. A disadvantage here is the high CO 2 content of the blast furnace gas, which is generally of the order of 20% by volume. The CO 2 reduction is endothermic, so that the specific coke consumption in the blast furnace increases and the economic efficiency of pig iron production is thereby adversely affected.

Die gleiche nachteilige Wirkung ist auch in dem von D. M. Kundrat vorgeschlagenen Verfah­ ren (Metallurgical Processes for Early Twenty-First Century. The Minerals, Metals & Materi­ als Society, 1994, S. 745-771) sowie dem durch EP 0 209 880 A2 bekannten Verfahren festzustellen. Bei beiden Verfahren wird das Gichtgas mit einem unverminderten CO2-Gehalt in den Hochofenschacht (Kundrat) bzw. zusammen mit Sauerstoff, Kohlenstaub und Was­ serdampf in die Blasformen im Gestell eingeblasen (EP 0 209 880 A2).The same disadvantageous effect is also in the process proposed by DM Kundrat (Metallurgical Processes for Early Twenty-First Century. The Minerals, Metals & Materi as Society, 1994, pp. 745-771) and that known from EP 0 209 880 A2 Establish procedures. In both processes, the blast furnace gas with an undiminished CO 2 content is blown into the blast furnace shaft (Kundrat) or together with oxygen, coal dust and water vapor into the blow molds in the frame (EP 0 209 880 A2).

Auch bei dem Verfahren nach Minsheng Qin et al. (Blast furnace operation with full oxygen blast. Ironmaking and Steelmaking 1988, Vol. 15, No. 6, S. 287-292) sind diese Nachteile, zu erwarten, weil das Gichtgas mit einem unverminderten CO2-Gehalt als Trägergas für das Kohlenstaubeinblasen in die mit Sauerstoff betriebenen Blasformen verwendet wird.The method according to Minsheng Qin et al. (Blast furnace operation with full oxygen blast. Ironmaking and Steelmaking 1988, Vol. 15, No. 6, pp. 287-292) these disadvantages are to be expected, because the blast furnace gas with an undiminished CO 2 content as a carrier gas for the coal dust blowing into the blow molds powered by oxygen.

Durch das in DE-OS 22 61 766 dargestellte Verfahren zum Erschmelzen von Roheisen im Hochofen soll der aus dem CO2-Gehalt des Gichtgases entstehende Nachteil umgangen werden. Erreicht wird dies dadurch, dass der Hochofen mit einer am Gestell und einer in Höhe der Rast angeordneten Formenebene ausgerüstet ist. Das Gichtgas enthält je nach Gasnutzung veränderliche CO2-Anteile (und Wasserdampf), welches verfahrensgemäß nach der Gasreinigung einer Kohlensäurewäsche zugeführt wird. In dieser wird dann das CO2 abgeschieden und ein Gichtgas mit nur reinem CO gemeinsam mit Sauerstoff den Gestell­ formen und den Rastformen rückgeführt. Nachteilig ist aber, dass das in der Rast und im unteren Schacht erforderliche zusätzliche Reduktionsgas in den Rastformen selbst herge­ stellt wird. Die Installation der zur Überwachung und Steuerung der Reduktionsgaserzeu­ gung erforderlichen MSR-Technik innerhalb der Rastformen ist nur mit hohem technischen Aufwand realisierbar. Dies stellt einen Risikofaktor dar und könnte zu Störungen im Hoch­ ofenbetrieb führen.The method described in DE-OS 22 61 766 for melting pig iron in the blast furnace is intended to circumvent the disadvantage arising from the CO 2 content of the blast furnace gas. This is achieved in that the blast furnace is equipped with a mold level arranged on the frame and at the level of the rest. Depending on the gas usage, the blast furnace gas contains variable CO 2 components (and water vapor), which, according to the method, is fed to a carbon dioxide wash after gas cleaning. The CO 2 is then separated in this and a blast furnace gas with only pure CO forms the frame together with oxygen and is returned to the locking forms. However, it is disadvantageous that the additional reducing gas required in the rest and in the lower shaft is provided in the rest forms themselves. The installation of the measurement and control technology required for monitoring and controlling the reduction gas generation within the latching forms can only be realized with great technical effort. This is a risk factor and could lead to malfunctions in the furnace operation.

Bei dem Verfahren nach Minsheng Qin et al., bei dem ebenfalls eine Gichtgasrückführung in die Rastformen erfolgt, wird das Gichtgas nicht verbrannt, sondern in einem Wärmetau­ scher auf 900°C erhitzt und in diesem Zustand eingeblasen. Mit diesem Verfahren sind die Voraussetzungen dafür gegeben, dass mit dem Einbringen von heißem Gichtgas mit einem hohen CO-Gehalt die gewünschten Vorteile bei der Reduktionsarbeit im Hochofenschacht erzielt werden können. Nachteilig ist der zusätzliche erforderliche Energieaufwand für die Gichtgaserhitzung, der der Kokseinsparung entgegensteht.In the method according to Minsheng Qin et al., In which a top gas recirculation is also carried out in the rest forms, the blast furnace gas is not burned, but in a heat rope heated to 900 ° C and blown in this state. With this procedure, the Preconditions exist that with the introduction of hot top gas with a high CO content the desired benefits in the reduction work in the blast furnace shaft can be achieved. A disadvantage is the additional energy required for the Top gas heating, which prevents coke saving.

Weiterhin ist durch DD 141 164 B1 ein Verfahren zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen bekannt, bei dem der Umsatz eines staubförmigen Brennstoffes mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel als Flammenreaktion in Vergasungsreaktoren erfolgt und das gebildete CO- und H2-haltige Gas zusammen mit den in ihm suspendierten Ascheteilchen, Flüssigschlacketropfen und unvollständig ausreagierten Restkoksteilchen mittels je einer, dem betreffenden Vergasungsreaktor zugeordneten Rastform eingeblasen wird. Dabei wird die gesamte mit der Flammenreaktion erzeugte Energie praktisch verlustfrei in den Hochofen eingetragen, indem jeder Vergasungsreaktor direkt an die zugehörige Rastform angeschlos­ sen oder auf kürzestem Wege mit ihr verbunden ist. Die Installation der zur Überwachung und Steuerung der Reduktionsgaserzeugung erforderlichen MSR-Technik kann außerhalb der Rastformen und somit außerhalb des Hochofens erfolgen und stellt somit keinen zusätz­ lichen Risikofaktor für den Hochofenbetrieb dar. Nachteilig ist, dass die durch DD 141 164 B1 bekannte Lösung auf den konventionellen Hochofenbetrieb, d. h. auf den Betrieb mit Heißwind und ohne Rückführung von Gichtgas nicht anwendbar ist. Somit sind die energetischen Vorteile des Sauerstoffeinsatzes sowie die verfahrenstechnischen und wirtschaftlichen Vorteile der Gichtgasrückführung ausgeschlossen.DD 141 164 B1 also discloses a process for producing pig iron in a blast furnace, in which the conversion of a dust-like fuel with a free oxygen-containing gasification agent takes place as a flame reaction in gasification reactors and the CO and H 2 -containing gas formed together with the in ash particles suspended in it, liquid slag drops and incompletely reacted residual coke particles are blown in by means of a detent shape assigned to the gasification reactor in question. The entire energy generated by the flame reaction is entered into the blast furnace with practically no loss, in that each gasification reactor is connected directly to the associated latching shape or is connected to it in the shortest possible way. The installation of the MSR technology required to monitor and control the reduction gas generation can take place outside the locking forms and thus outside the blast furnace and therefore does not represent an additional risk factor for blast furnace operation. The disadvantage is that the solution known from DD 141 164 B1 is based on conventional ones Blast furnace operation, ie not applicable to operation with a hot wind and without recirculation of blast furnace gas. Thus the energetic advantages of the use of oxygen as well as the procedural and economic advantages of the recycle gas are excluded.

Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Roheisenerzeugung im Hochofen mit technischem Sauerstoff anstelle von Heißwind oder sauerstoffangereicher­ tem Heißwind bei gleichzeitiger Rückführung von Gichtgas in den Hochofenprozess zu schaffen, das mit einfachen technischen Mitteln zu realisieren ist und einen sicheren Hoch­ ofenbetrieb garantiert.The invention is therefore based on the object of a method for producing pig iron in the blast furnace with technical oxygen instead of hot wind or oxygen enriched hot wind with the return of blast furnace gas to the blast furnace process create that can be realized with simple technical means and a safe high oven operation guaranteed.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass technischer Sauerstoff zusammen mit rückgeführtem Gichtgas, dessen CO2-Gehalt vorher mit bekannten technischen Mitteln auf <10 Vol.% CO2 abgesenkt wurde, in der Blasformebene des Hochofens eingeblasen und das Verhältnis von Sauerstoff zu CO2-armen Gichtgas so eingestellt wird, dass die im Gestell erforderliche Wärmemenge eingebracht und zusätzlich CO-haltige und/oder feste und/oder flüssige und/oder gasförmige CH-haltige Zusatzstoffe zusammen mit einem Sauer­ stoff enthaltenden Vergasungsmittel und/oder mit einem Trägergas, welches aus Luft, Koh­ lendioxid, Stickstoff, rückgeführtem Gichtgas, CO2-armen Gasen, brennbaren Gasen anderer Herkunft, einem Inertgas-Sauerstoff-Gemisch oder ihren beliebigen Kombinationen besteht, gereinigt oder ungereinigt in eine oder mehrere Rastformen eingeblasen werden. Vorteilhaft­ erweise wird so der CO-Partialdruck im Hochofen bereits beginnend ab der Einblasebene erhöht und das Reduktionsvermögen verbessert. Durch den damit verringerbaren Einsatz fossiler Brennstoffe werden die CO2-Emissionen vermindert.The object is achieved according to the invention in that technical oxygen is blown into the blow mold plane of the blast furnace together with the recycle blast furnace gas, the CO 2 content of which has previously been reduced to <10 vol.% CO 2 using known technical means, and the ratio of oxygen to CO 2 -Light blast furnace gas is adjusted so that the amount of heat required in the rack is introduced and in addition CO-containing and / or solid and / or liquid and / or gaseous CH-containing additives together with an oxygen-containing gasifying agent and / or with a carrier gas which consists of air, carbon dioxide, nitrogen, recycle blast furnace gas, low-CO 2 gases, flammable gases of other origins, an inert gas-oxygen mixture or any combination thereof, cleaned or blown into one or more detent forms. Advantageously, the CO partial pressure in the blast furnace is increased from the injection level and the reduction capacity is improved. The reduction in the use of fossil fuels reduces CO 2 emissions.

Die Erfindung soll an einem Hochofen zur Roheisenerzeugung, der eine Tagesleistung von 1400 t Roheisen und einen spezifischen Koksverbrauch von 412 kg/t RE hat, näher erläutert werden. Weiter werden spezifisch 1542 kg Möller/t RE mit 1279 kg Fe2O3 /t RE und 14 kg Feuchte /t RE sowie 5,8 kg Kalkstein /t RE über die Begichtung des Hochofen eingesetzt.The invention will be explained in more detail using a blast furnace for pig iron production, which has a daily output of 1400 t of pig iron and a specific coke consumption of 412 kg / t RE. Furthermore, 1542 kg Möller / t RE with 1279 kg Fe 2 O 3 / t RE and 14 kg moisture / t RE as well as 5.8 kg limestone / t RE are used for the blast furnace.

Zusätzlich werden 48 kg/t RE Kunststoffgranulat und 54 kg/t RE Schweröl eingesetzt. Der Hochofen besitzt 14 Windformen, die mit 280 Nm3/t RE technischem Sauerstoff und 450 Nm3/t RE rückgeführtem und von CO2 gereinigtem Gichtgas beaufschlagt werden. Weiterhin werden 30 Nm3/t RE Sauerstoff und 75 Nm3/t RE rückgeführtes und von CO2 gereinigtes Gichtgas in Vergasungsreaktoren zu CO- und H2-haltigem Gas umgesetzt, das über unmit­ telbar angeflanschte Rastformen dem Hochofen zugeführt werden. Bei dieser Betriebsweise werden im Gestell theoretische Verbrennungstemperaturen von 2120°C erreicht, während sich eine Gichtgastemperatur von 197°C einstellt. Die Gichtgasanalyse weist 31% CO2, 64% CO und 4,8% H2 aus.In addition, 48 kg / t RE plastic granulate and 54 kg / t RE heavy oil are used. The blast furnace has 14 wind forms, which are charged with 280 Nm 3 / t RE technical oxygen and 450 Nm 3 / t RE recycled top gas cleaned of CO 2 . Furthermore, 30 Nm 3 / t RE oxygen and 75 Nm 3 / t RE recycled and cleaned of CO 2 blast furnace gas in gasification reactors to CO and H 2 -containing gas are converted, which are fed to the blast furnace via immediately flanged detent forms. In this mode of operation, theoretical combustion temperatures of 2120 ° C are reached in the rack, while a top gas temperature of 197 ° C is reached. The top gas analysis shows 31% CO 2 , 64% CO and 4.8% H 2 .

Claims (2)

1. Verfahren zur Roheisenerzeugung in einem mit Sauerstoff, mit CH-haltigen Zusatzstoffen und mit auf <10 Vol.-% CO2 abgesenkten, in die Hochtemperaturzone im Gestell rückge­ führten Gichtgas, betriebenen Hochofen, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die CO-haltigen und/oder festen und/oder flüssigen und/oder gasförmigen CH-haltigen Zu­ satzstoffe zusammen mit einem Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel und/oder mit einem Trägergas, welches aus Luft, Kohlendioxid, Stickstoff, rückgeführtem Gichtgas, CO2-armen Gasen, brennbaren Gasen anderer Herkunft, einem Inertgas-Sauerstoff-Gemisch oder ihren beliebigen Kombinationen besteht, gereinigt oder ungereinigt in eine oder mehrere in der Rast und/oder des Schachtes angeordneten zusätzlichen Blasformreihen eingeblasen werden.1. Process for pig iron production in a blast furnace operated with oxygen, with CH-containing additives and with reduced to <10 vol .-% CO 2 , returned to the high temperature zone in the rack, characterized blast furnace, characterized in that in addition the CO-containing and / or solid and / or liquid and / or gaseous CH-containing additives together with an oxygen-containing gasifying agent and / or with a carrier gas consisting of air, carbon dioxide, nitrogen, recycle blast furnace gas, low-CO 2 gases, combustible gases of other origin , an inert gas-oxygen mixture or any combination thereof, cleaned or unpurified be blown into one or more additional blow mold rows arranged in the rest and / or the shaft. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsatzreaktionen der CO- und/oder CH-haltigen Zusatzstoffe mit Sauerstoff in einem außerhalb des Hochofens angeordneten oder in mehreren über den Umfang des Hochofens angeordneten zuein­ ander parallel arbeitenden Vergasungsreaktoren erfolgen und daß das in den Verga­ sungsreaktoren gebildete CO- und H2-haltige Gas gereinigt oder ungereinigt den Blas­ formen mengengeregelt zugeleitet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the conversion reactions of the CO- and / or CH-containing additives with oxygen in one arranged outside the blast furnace or in several arranged over the circumference of the blast furnace to each other in parallel working gasification reactors and that in the CO and H 2 -containing gas formed in the gasification reactors is cleaned or fed unpurified to the blow molds in a quantity-controlled manner.
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