DE102006048601A1 - Method and device for producing molten material - Google Patents

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Johannes Leopold Dr. Schenk
Martin Schmidt
Bogdan Vuletic
Kurt Wieder
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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung von geschmolzenem Metall werden Sauerstoff, Reduktionsmittel und in einem Reduktionsreaktor (1) reduziertes Eisen in einen Schmelzvergaser (3) eingebracht. Das Reduktionsmittel wird mit Sauerstoff vergast und durch die dabei entstehende Wärme wird das reduzierte Eisen geschmolzen. Das Kuppelgas aus dem Schmelzvergaser (3) wird als zumindest ein Anteil des Reduktionsgases verwendet, reagiertes Topgas wird aus dem Reduktionsreaktor (1) abgezogen.
Um unter erhöhter Energie- und Rohstoffeffizienz auch die Produktivität zu steigern, wobei gleichzeitig metallurgisch bessere Eigenschaften des Produktes erhalten werden, wird zumindest ein Teil des Topgases aus der Leitung (9) für das Abziehen des Topgases aus dem Reduktionsreaktor (1) abgezweigt und über zumindest eine in den Schmelzvergaser (3) führende Rückleitung (13, 18) rückgeführt und in den Schmelzvergaser (3) eingebracht.In a process for producing molten metal, oxygen, reducing agent and reduced iron in a reduction reactor (1) are introduced into a melt gasifier (3). The reducing agent is gasified with oxygen and by the resulting heat, the reduced iron is melted. The dome gas from the melt gasifier (3) is used as at least a portion of the reducing gas, reacted top gas is withdrawn from the reduction reactor (1).
In order to increase the productivity under increased energy and raw material efficiency, while metallurgically better properties of the product are obtained, at least a portion of the top gas from the line (9) for the removal of the top gas from the reduction reactor (1) is branched off and over at least a leading back into the melt gasifier (3) return line (13, 18) and introduced into the melt gasifier (3).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geschmolzenem Metall, wobei Sauerstoff, Reduktionsmittel und in einem Reduktionsreaktor reduziertes Eisen in einen Schmelzvergaser eingebracht werden, das Reduktionsmittel mit dem Sauerstoff vergast und durch die dabei entstehende Wärme das reduzierte Eisen geschmolzen wird, wobei das Kuppelgas aus dem Schmelzvergaser als zumindest ein Anteil des Reduktionsgases verwendet wird, und wobei reagiertes Topgas aus dem Reduktionsreaktor abgezogen wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens, mit einem Reduktionsreaktor, einem Schmelzvergaser mit Sauerstoffzuführung und einem Zuführsystem für Reduktionsmittel, zumindest eine Leitung für die Zuführung des Kuppelgases aus dem Schmelzvergaser in den Reduktionsreaktor und zumindest eine Leitung für das Abziehen des Topgases aus dem Reduktionsreaktor.The The invention relates to a method for producing molten Metal, wherein oxygen, reducing agent and in a reduction reactor reduced iron are introduced into a melt gasifier, the Reducing agent is gasified with the oxygen and through it resulting heat the reduced iron is melted, the dome gas from the Used melt gasifier as at least a portion of the reducing gas is removed, and wherein reacted top gas is withdrawn from the reduction reactor and an installation for carrying out the process, with a Reduction reactor, a melt gasifier with oxygen supply and a delivery system for reducing agents, at least one line for the feeder of the dome gas from the melter gasifier into the reduction reactor and at least one line for the removal of the top gas from the reduction reactor.

Bei Hochöfen werden verschiedene kohlenstoffhältige Gase, wie Erdgas, Koksofengas, etc. über die Windformen oder in der Bosh-Ebene eingeblasen mit dem Hintergrund Koks einzusparen und die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen, wie beispielsweise bereits in der GB 883 998 A beschrieben ist. Eine Eindüsung von Gichtgas ist bedingt durch den hohen CO2, N2 und niedrigen H2-Gehalt nicht wirtschaftlich.At blast furnaces, various carbonaceous gases, such as natural gas, coke oven gas, etc., are injected via the tuyeres or in the Bosh plane with the background to save coke and increase economy, as already in the GB 883 998 A is described. An injection of blast furnace gas is not economical due to the high CO 2 , N 2 and low H 2 content.

Bei Schmelzreduktionsanlagen, wie etwa in der DE 36 28 102 A1 beschrieben, wird Sauerstoff mit einer Temperatur von 25°C und einer Reinheit von ≥ 95 Vol-% über die Düsen in den Einschmelzvergaser eingeblasen um die Reduktionsmittel (überwiegend Kohle und Kohlebriketts) zu vergasen und die erforderliche Wärme für das Schmelzen des reduzierten Eisens zur Verfügung zu stellen. Das Kuppelgas des Einschmelzvergasers (ESV) wird zur indirekten Reduktion im einem Festbett-Reduktionsschacht (FBRS) oder in Wirbelschichtreaktoren (WSR) verwendet. Bedingt durch die mangelnde Gasausnutzung im FBRS oder WSR ergeben sich ein hoher spezifischer Kohle- bzw. Kohlebrikettverbrauch und ein hoher Energieüberschuss im Exportgas.In smelting reduction plants, such as in the DE 36 28 102 A1 described oxygen is injected with a temperature of 25 ° C and a purity of ≥ 95% by volume through the nozzles in the melter gasifier to gasify the reducing agent (mainly coal and coal briquettes) and the heat required for the melting of the reduced iron available to deliver. The dome gas of the melter gasifier (ESV) is used for indirect reduction in a fixed bed reduction shaft (FBRS) or in fluidized bed reactors (ESC). Due to the lack of gas utilization in the FBRS or WSR, there is a high specific coal or coal briquette consumption and a high energy surplus in the export gas.

Durch die Koppelung des Einschmeizvergaserbetriebes mit dem Reduktionsreaktor ergibt sich eine schwankende Metallisierung des Eisenschwammes von 70–90%. Beispielsweise führt ein Anstieg der Charbett- und Kuppeltemperatur im Einschmelzvergaser zu verringerter benötigter Sauerstoffmenge, damit aber auch zu einer Verringerung des Reduktionsgases. Durch diese Verringerung sinkt auch die Metallisierung im Festbett-Reduktionsschacht bzw. Wirbelschichtreaktor, was wiederum ein Fallen der Charbett- und Kuppeltemperatur im Einschmelzvergaser bewirkt. Dies führt jedoch zu einem höheren Bedarf an Sauerstoff, so dass sich die Menge an Reduktionsgas vergrößert und die Metallisierung wieder zunimmt. Aufgrund der langen Regelstrecke ist daher kein stabiler Betrieb des Einschmelzvergasers möglich (unter anderem bedingt durch Kohlezerfall) und höhere spezifische Reduktionsmittelverbräuche sind die Folge.By the coupling of the Einschmeizvergaserbetriebes with the reduction reactor results in a fluctuating metallization of the sponge iron of 70-90%. For example, leads an increase in the charbette and dome temperature in the melter gasifier to reduced needed Oxygen quantity, but also to a reduction of the reducing gas. This reduction also reduces the metallization in the fixed bed reduction shaft or fluidized bed reactor, which in turn causes a fall of the and coupling temperature causes in the melter gasifier. However, this leads to a higher need at oxygen, so that increases the amount of reducing gas and the metallization increases again. Due to the long controlled system Therefore, stable operation of the melter gasifier is not possible (under other due to coal decomposition) and higher specific reductant consumptions are the Episode.

Weiters liegt die bei der Vergasung der Kohle mit Sauerstoff entstehende adiabatische Flammentemperatur (RAFT) oberhalb von 3.000°C (theoretisch) wodurch die Reduktion des SiO2 zu Si begünstigt wird und daher das Roheisen hohe Gehalte an Silizium haben kann. Daher ist oft eine zusätzliche Nachbehandlung notwendig um die gewünschten Si-Werte von 0,4–0,5 Gew-% zu erreichen.Furthermore, the adiabatic flame temperature (RAFT) resulting from the gasification of the coal with oxygen is above 3,000 ° C. (theoretically), whereby the reduction of the SiO 2 to Si is promoted and therefore the pig iron can have high contents of silicon. Therefore, additional post-treatment is often necessary to achieve the desired Si values of 0.4-0.5% by weight.

Das gereinigte Exportgas, welches sich aus dem Gichtgas aus dem Direktreduktionsaggregat und dem Kuppelgas aus dem Einschmelzvergaser zusammensetzt, weist folgende typische Analyse bei 1.5 barg auf: CO 45 Vol-%, CO2 30 Vol-%, H2 19 Vol-%, H2O 3 Vol-% und N2 3 Vol-%. Es muss aufgrund des Gasüberschusses einer Verwertung und Gesamtenergieoptimierung zugeführt werden.The purified export gas, which is composed of the top gas from the direct reduction unit and the dome gas from the melter gasifier, has the following typical analysis at 1.5 barg: CO 45% by volume, CO 2 30% by volume, H 2 19% by volume, H 2 O 3 vol% and N 2 3 vol%. Due to the excess gas, it must be recycled and energy optimized.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher ein Verfahren bzw. eine Anlage wie eingangs beschrieben anzugeben, bei welcher unter erhöhter Energie- und Rohstoffeffizienz auch die Produktivität gesteigert werden kann, wobei gleichzeitig metallurgisch bessere Eigenschaften des Produktes erhalten werden.The The object of the present invention was therefore a method or to provide a system as described above, in which under increased energy and resource efficiency also productivity can be increased, with metallurgical better properties of the product can be obtained simultaneously.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des abgezogenen Topgases in den Schmelzvergaser eingebracht wird. Durch diese Eindüsung sind bedeutende Einsparungen von Kohle und Kohlebriketts als Reduktionsmittel im Einschmelzvergaser möglich, die durch Zuführung von Reduktanten (CO, H2) aus dem Rezirkulationsgas ersetzt werden. Außerdem wird eine Kühlung der Raceway und des Charbetts durch gezielte Absenkung der Flammentemperatur erreicht, die sich aufgrund der endothermen Reaktion der Kohle, Kohlebriketts bzw. Kokses mit den Gasbestandteilen und Kracken des Methans ergibt.To achieve this object, the method according to the invention is characterized in that at least a portion of the withdrawn top gas is introduced into the melter gasifier. By this injection significant savings of coal and coal briquettes are possible as a reducing agent in the melter gasifier, which are replaced by the supply of reductants (CO, H 2 ) from the recirculation gas. In addition, cooling of the raceway and the charbett is achieved by targeted lowering of the flame temperature, which results from the endothermic reaction of the coal, coal briquettes or cokes with the gas components and cracking of the methane.

Vorteilhafterweise wird dabei das rückgeführte Gas verdichtet.advantageously, is thereby the recirculated gas compacted.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass das rückgeführte Gas zwischen Verdichtung und Einbringung in den Schmelzvergaser gekühlt wird, vorzugsweise auf 30 bis 50°C, und der Kohlendioxid-Gehalt reduziert wird, vorzugsweise auf 2 bis 3 Vol-%. Der Vorteil dabei ist eine höhere Gasmenge im Charbett für die indirekte Gasreduktion, d.h. mehr Reduktionsarbeit im Einschmelzvergaser.According to one Another advantageous variant of the method is provided that the recirculated gas cooled between compression and introduction into the melt gasifier, preferably at 30 to 50 ° C, and the carbon dioxide content is reduced, preferably to 2 to 3% by volume. The advantage of this is a higher gas volume in the charbate for indirect gas reduction, i.e. more reduction work in the melter gasifier.

Wenn entsprechend einer weiteren Variante zumindest ein Teil des rückgeführten Gases nur verdichtet wird, zumindest ein weiterer Teil des rückgeführten Gases nur gekühlt sein Kohlendioxid-Gehalt reduziert wird, und das verdichtete und das kohlendioxid-reduzierte Gas vor Einbringung in den Schmelzvergaser gemischt werden, kann die Beeinflussung der Eigenschaften im Einschmelzvergaser noch exakter dosiert werden.If according to a further variant, at least a portion of the recirculated gas is only compressed, at least another part of the recirculated gas only cooled its carbon dioxide content is reduced, and that compressed and the carbon dioxide-reduced gas before introduction into the melt gasifier can be mixed, influencing the properties in the melter gasifier even more accurate dosing.

Dazu kann auch vorgesehen sein, dass das rückgeführte und allenfalls gekühlte und kohlendioxid-reduzierte Gas vor Einbringung in den Schmelzvergaser aufgeheizt wird, vorzugsweise unter Verwendung eines Teilstromes des rückgeführten Gases als Brenngas. Durch die Vorwärmung des Rezirkulationsgases kann die rückführbare Gasmenge maximiert werden ohne die adiabatische Flammentemperatur (RAFT) unter eine unerwünscht niedrige Grenze mit Nachteilen für die Metallurgie abzusenken. Dadurch ergibt sich eine zusätzliche vorteilhafte Reduktion des Rohstoffeinsatzes und eine zusätzliche Kontrollmöglichkeit des Prozesses.To can also be provided that the recycled and possibly cooled and Carbon dioxide-reduced gas before introduction into the melt gasifier is heated, preferably using a partial flow of the recirculated gas as Fuel gas. By the preheating of the recirculation gas, the amount of traceable gas can be maximized without the adiabatic flame temperature (RAFT) below an undesirably low Limit with disadvantages for to lower the metallurgy. This results in an additional advantageous reduction of the use of raw materials and an additional control option of the process.

Gemäß einer erfindungsgemäßen Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teilstrom des rückgeführten Gases mit höheren Kohlenwasserstoffen und unter Verwendung eines weiteren Teilstromes des rückgeführten Gases als Brenngas reformiert wird.According to one Process variant according to the invention it can be provided that at least a partial flow of the recirculated gas with higher hydrocarbons and using a further partial stream of the recirculated gas is reformed as fuel gas.

Dabei kann vorteilhafterweise das reformierte rückgeführte Gas mit dem allein verdichteten und/oder dem gekühlten und kohlendioxid-reduzierten Gas vor Einbringung in den Schmelzvergaser gemischt werden.there may advantageously be the reformed recycle gas with the only compressed and / or the chilled and carbon dioxide-reduced gas prior to introduction into the melt gasifier be mixed.

Gemäß einer vorteilhaften Verfahrensvariante ist weiters vorgesehen, dass im Kuppelgas mittransportierte Partikel abgeschieden und in den Schmelzvergaser rückgeführt werden, wobei ein Teilstrom des allein verdichteten und/oder des gekühlten und kohlendioxid-reduzierten Gases zum Transport der rückgeführten Partikeln zugemischt wird.According to one advantageous variant of the method is further provided that in Dome gas transported with entrained particles and into the melt gasifier be returned, wherein a partial flow of the only compressed and / or cooled and carbon dioxide-reduced gas for transport of the recirculated particles is mixed.

Gemäß einer erfindungsgemäßen Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass mittels der Menge und/oder der Temperatur und/oder dem CO2-Anteil des rückgeführten Gases die theoretische adiabate Flammtemperatur in der Raceway gesteuert wird, wodurch eine gezielte Steuerung der metallurgischen Prozesse möglich wird.According to a variant of the invention, it may be provided that the theoretical adiabatic flame temperature in the raceway is controlled by means of the amount and / or the temperature and / or the CO 2 content of the recirculated gas, whereby a targeted control of the metallurgical processes becomes possible.

Durch jede einzelne der beschriebenen Eingriffsmöglichkeiten aber auch durch Kombinationen davon ist eine effiziente Steuerung der theoretische adiabate Flammtemperatur in der Raceway möglich.By each of the described intervention options but also by Combinations of this is an efficient control of the theoretical adiabatic Flame temperature in the raceway possible.

Die eingangs beschriebene Anlage ist zur Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß gekennzeichnet durch zumindest eine von der Leitung für das Topgas abzweigende und in den Schmelzvergaser führende Rückleitung.The The plant described above is characterized according to the invention to solve the problem by at least one of the line for the top gas branches off and leading into the melt gasifier Return.

Um dabei Brand- bzw. Explosionsgefahr zu minimieren, verläuft die Rückleitung für das Gas bis zur Mündung der Sauerstoffzuführung parallel zu dieser.Around thereby to minimize the risk of fire or explosion, runs the return for the Gas to the mouth the oxygen supply parallel to this.

Vorteilhafterweise ist in die Rückleitung ein Verdichter eingesetzt.advantageously, is in the return line a compressor used.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Anlage ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verdichter und der Sauerstoffzuführung eine Kühleinrichtung und eine Kohlendioxid-Reduktionsstufe eingesetzt sind, wobei letztere auch den Gehalt an Wasserdampf reduzieren bzw. zur Gänze eliminieren kann.A advantageous embodiment the system is characterized according to the invention characterized in that between the compressor and the oxygen supply a cooling device and a carbon dioxide reduction stage are used, the latter also reduce or completely eliminate the content of water vapor.

Dabei kann vorgesehen sein, dass der Ausgang des Verdichters und der Ausgang der Kohlendioxid-Reduktionsstufe in eine gemeinsame Zuführleitung zur Sauerstoffzuführung zum Schmelzvergaser führen.there can be provided that the output of the compressor and the output the carbon dioxide reduction stage in a common supply line for oxygen supply lead to the melter gasifier.

Um durch Vorwärmung des Rezirkulationsgases die rückführbare Gasmenge maximieren zu können, ohne Nachteile für die Metallurgie aufgrund zu starker Absenkung der adiabatischen Flammentemperatur (RAFT), ist nach der Zusammenführung des Ausganges des Verdichters und des Ausganges der Kohlendioxid-Reduktionsstufe eine Heizeinrichtung vorgesehen. Dadurch ergibt sich eine zusätzliche vorteilhafte Reduktion des Rohstoffeinsatzes und eine zusätzliche Kontrollmöglichkeit des Prozesses.Around by preheating the recirculation gas the traceable gas amount to be able to maximize without disadvantages for the metallurgy due to excessive lowering of the adiabatic Flame temperature (RAFT), is after merging the output of the compressor and the output of the carbon dioxide reduction stage, a heater intended. This results in an additional advantageous reduction the use of raw materials and an additional control of the process.

Durch das vorteilhafte weitere Erfindungsmerkmal, dass die Heizeinrichtung mit Brenngas arbeitet, wobei vor dem Verdichter eine Abzweigung von der Rückleitung ausgeht und zum Brenngasanschluss der Heizeinrichtung führt, kann der Rohstoffeinsatz vermindert und kann damit die Effizienz der Anlage weiter gesteigert werden.By the advantageous further feature of the invention that the heater working with fuel gas, wherein before the compressor a diversion of the return line goes out and leads to the fuel gas connection of the heater can The use of raw materials is reduced and can thus increase the efficiency of the plant be further increased.

Vorteilhafterweise kann zwischen dem Verdichter und der Sauerstoffzuführung ein Reformer eingesetzt sein.advantageously, can enter between the compressor and the oxygen supply Be used reformer.

Auch hierbei kann der Verbrauch an Rohstoffen verringert werden, indem gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform von der Rückleitung eine Abzweigung ausgeht und zu einem Brenngasanschluss des Reformers führt.Also In this case, the consumption of raw materials can be reduced by according to a advantageous embodiment from the return line a branch goes out and to a fuel gas connection of the reformer leads.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass in parallelen Zweigen der Rückleitung sowohl eine Kühleinrichtung und eine Kohlendioxid-Reduktionsstufe als auch ein Reformer vorgesehen sind, welche parallelen Zweige in eine gemeinsame Zuführleitung zur Sauerstoffzuführung zum Schmelzvergaser führen.A further embodiment of the system according to the invention is characterized in that in parallel branches of the return line, both a cooling device and a carbon dioxide Redukti onsstufe and a reformer are provided, which lead parallel branches in a common supply line for oxygen supply to the melter gasifier.

Vorzugsweise ist in zumindest einer Leitung für das Kuppelgas ein Partikelabscheider vorgesehen, von dessen Partikelaustrag eine Partikelrückführung zum Schmelzvergaser führt, wobei eine Abzweigung von der Rückleitung in die Partikelrückführung mündet.Preferably is in at least one line for the dome gas provided a particle separator, from the particle discharge a particle feedback to Melting gasifier leads, a branch from the return line opens into the particle return.

In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden.In In the following description, the invention is based on a preferred embodiment and with reference to the accompanying drawings.

In einen Reduktionsschacht 1 wird von stückiges oder pelletförmiges Eisenerz, gegebenenfalls mit ungebrannten Zuschlagsstoffen, zugeführt. Über Austragsvorrichtungen 2 wird der im Reduktionsschacht 1 erzeugte Eisenschwamm in den Kopf eines Einschmelzvergasers 3 eingebracht. Am Boden des Einschmelzvergasers 3 sammeln sich flüssiges Roheisen und über diesem flüssige Schlacke, die jeweils über eigene Abstiche vorzugsweise diskontinuierlich abgezogen werden. Aus einem Vorratsschacht 4 wird dem Einschmelzvergaser 3 ein Vergasungsmittel zugeführt, vorzugsweise Kohle und/oder Kohlebriketts, allenfalls gemischt mit ausgesiebtem Unterkorn des Eisenerzes, das ansonsten für den Reduktionsprozess nicht verwendet werden könnte. Über Gasleitungen 5 wird im unteren Bereich des Einschmelzvergasers 3 ein sauerstoffhaltiges Gas zugeführt.In a reduction shaft 1 is supplied by lumpy or pellet-shaped iron ore, optionally with unburned aggregates. About discharge devices 2 becomes the reduction shaft 1 produced sponge iron in the head of a melter gasifier 3 brought in. At the bottom of the melter gasifier 3 Liquid pig iron collects and over this liquid slag, which are preferably withdrawn discontinuously via their own taps. From a supply shaft 4 becomes the melter gasifier 3 a gasification agent supplied, preferably coal and / or coal briquettes, possibly mixed with screened undersize of the iron ore, which otherwise could not be used for the reduction process. About gas lines 5 is at the bottom of the melter gasifier 3 supplied an oxygen-containing gas.

Das erzeugte Reduktionsgas wird über eine Leitung 6 aus dem Kopf des Einschmelzvergasers 3 herausgeführt, in einem Heißgaszyklon 7 von festen Bestandteilen, insbesondere Staub- und feinkörniger entgaster Kohle befreit und gelangt dann über eine Leitung 8 in den Reduktionsschacht 1. In diesem durchströmt das Reduktionsgas die Säule aus Eisenerz und Zuschlagsstoffen im Gegenstrom und reduziert hierbei das Eisenerz zu Eisenschwamm.The generated reducing gas is via a line 6 from the head of the melter gasifier 3 led out, in a hot gas cyclone 7 free of solid constituents, in particular dust and fine-grained degassed coal and then passes through a pipe 8th in the reduction shaft 1 , In this, the reducing gas flows through the column of iron ore and additives in countercurrent, thereby reducing the iron ore to sponge iron.

Der im Heißgaszyklon 7 abgeschiedene entgaste Kohlenstaub und andere partikelförmige Inhaltsstoffe werden zum Einschmelzvergaser 3 zurückgeführt, vorzugsweise bei Eintritt in diesen durch in der Wand des Einschmelzvergasers 3 angeordnete Staubbrenner, denen auch sauerstoffhaltiges Gas zugeleitet wird, vergast.The in the hot gas cyclone 7 separated degassed coal dust and other particulate ingredients become melter gasifier 3 recirculated, preferably at entry into this through in the wall of the melter gasifier 3 arranged dust burner, which also oxygen-containing gas is fed, gasified.

Das zumindest teilweise verbrauchte Reduktionsgas wird am oberen Ende des Reduktionsschachtes 1 über eine Topgasleitung 9 abgezogen und nach einer Wäsche im Nasswäscher 10 als Exportgas aufgrund des Gasüberschusses einer Verwertung und Gesamtenergieoptimierung zugeführt. Zur Druckregelung der Anlage verwendetes Reduktionsgas wird nach der Wäsche im Nasswäscher 11 entweder dem Exportgas beigemischt oder über die Leitung 12 als Kühlgas in die Leitung 6 vor dem Heißgaszyklon 7 rückgeführt.The at least partially used reduction gas is at the upper end of the reduction shaft 1 via a top gas line 9 withdrawn and after a wash in the wet scrubber 10 as export gas due to the excess gas, a recovery and total energy optimization supplied. Reduction gas used to control the pressure of the system is in the wet scrubber after washing 11 either added to the export gas or over the line 12 as cooling gas in the line 6 in front of the hot gas cyclone 7 recycled.

Besonders vorteilhaft ist die Verwertung zumindest eines Teils des abgezogenen Topgases, bzw. nach der Wäsche des Exportgases, durch Rückführung in den Prozess selbst, nämlich durch Rückführung und Einbringung in den Einschmelzvergaser 3. Zu diesem Zweck wird das rückzuführende Topgas hinter dem Nasswäscher 10 über eine Leitung 13 mittels eines Kompressors 14 mit einem möglichst hohen Saugdruck abgezweigt und verdichtet. Vorteilhafterweise kann auch nicht benötigtes Reduktionsgas hinter dem Nasswäscher 11 über eine weitere Leitung 15 bereits vor der Beimischung zum Exportgas abgezweigt und rückgeführt werden.Particularly advantageous is the utilization of at least a portion of the withdrawn top gas, or after the washing of the export gas, by recycling in the process itself, namely by recycling and introduction into the melter gasifier 3 , For this purpose, the top gas to be returned is behind the wet scrubber 10 over a line 13 by means of a compressor 14 branched off and compacted with the highest possible suction pressure. Advantageously, also not required reducing gas behind the wet scrubber 11 over another line 15 already branched off before the admixture to the export gas and recycled.

Das rückgeführte Topgas kann gemäß einer ersten Variante nach Zwischenkühlung auf 30–50°C im Kühler 16 und Reduktion des CO2-Gehaltes auf 2–3 Vol-% in der Anlage 17 zur CO2-Entfernung über Lanzen 18 die in die Sauerstoffdüsen eingeführt sind, in den Einschmelzvergaser 3 eingedüst werden, wobei die Rückleitung für das Topgas bis zur Mündung der Sauerstoffzuführung parallel zu dieser verläuft. Ein Teil dieses derart behandelten Gases kann abgezweigt und zum Transport der aus dem Heißgaszyklon 7 rückgeführten Partikeln zugemischt werden. Neben der Einsparung von Kohle und Kohlebriketts als Reduktionsmittel im Einschmelzvergaser durch Zuführung von Reduktanten wie etwa CO oder H2 aus dem rückgeführten Topgas kann auch eine Kühlung der Raceway und des Charbetts durch gezielte Absenkung der Flammentemperatur aufgrund der endothermen Reaktion der Kohle, Kohlebriketts bzw. des Kokses mit den Gasbestandteilen und Kracken des Methans erreicht werden, wobei die folgenden Reaktionen maßgeblich sind: C + CO2 → 2CO; ΔH298 = +173 kJ/mol C + H2O → CO+H2; ΔH298 = +132 kJ/mol CH4 → 2H2 + C; ΔH298 = +74 kJ/mol The recirculated top gas can according to a first variant after intercooling to 30-50 ° C in the cooler 16 and reduction of the CO 2 content to 2-3% by volume in the system 17 for CO 2 removal via lances 18 which are introduced into the oxygen nozzles, in the melter gasifier 3 be injected, the return line for the top gas to the mouth of the oxygen supply is parallel to this. A portion of this treated gas may be diverted and transported from the hot gas cyclone 7 recycled particles are admixed. In addition to the saving of coal and coal briquettes as a reducing agent in the melter gasifier by supplying reductants such as CO or H 2 from the recirculated top gas can also be a cooling of the Raceway and Charbetts by deliberate lowering of the flame temperature due to the endothermic reaction of coal, coal briquettes or Cokes with the gas constituents and cracking of the methane, the following reactions being decisive: C + CO 2 → 2CO; ΔH 298 = +173 kJ / mol C + H 2 O → CO + H 2 ; ΔH 298 = +132 kJ / mol CH 4 → 2H 2 + C; ΔH 298 = +74 kJ / mol

Durch die Installation des Kompressors 14 und gegebenenfalls der CO2-Entfernungsanlage 17 mit vorgeschaltetem Wärmetauscher 16, bzw. eines Reformers/Reduktionsgasofens 21 ergeben sich auch als Vorteile, dass höhere Schmelzleistungen und damit eine Erhöhung der Produktivität möglich sind, dass durch verringerten Einsatz an Reduktionsmittel auch eine Reduktion der spezifischen CO2-Emissionen pro Tonne Roheisen erzielt werden kann, dass eine Senkung der Betriebskosten und damit die rasche Amortisierung der zusätzlichen Investitionskosten je nach Reduktionsmittelkosten für Kohle, Kohlebriketts, Koks möglich ist. Auch die Nutzung als Stickstoffersatz bei Staubbrennern wäre denkbar.By installing the compressor 14 and optionally the CO 2 removal plant 17 with upstream heat exchanger 16 , or a reformer / reduction gas furnace 21 There are also advantages that higher melting rates and thus an increase in productivity are possible, that a reduction of the specific CO 2 emissions per ton of pig iron can be achieved by reducing the use of reducing agents, that a reduction in operating costs and thus the rapid amortization the additional investment cost depending on reductant costs for coal, coal briquettes, coke is possible. The use as a nitrogen substitute with dust burners would be conceivable.

Allenfalls kann das Topgas auch direkt, unter Nutzung der fühlbaren Kompressionswärme, eingebracht werden. Zur Regelung des CO2-Gehaltes, etwa in Abhängigkeit der Charbett- bzw. Kuppeltemperatur, können beide Gasströme auch gemischt werden.At most, the top gas can also directly, using the sensible compression heat, turned be brought. To control the CO 2 content, for example as a function of the charbet or coupling temperature, both gas streams can also be mixed.

Das rückgeführte Topgas kann nach der CO2-Entfernung auch optional mittels einem Reduktionsgasofen 19 (konvektiv, regenerativ), elektrischer Heizung, Plasmabrenner, oder Wärmetauscher (Nutzung der fühlbaren Wärme von Prozessgas z.B. Topgas vor Scrubber) etc. aufgeheizt werden. Dabei wird bei Nutzung eines Reduktionsgasaufheizofens 19 ein Teil des abgezweigten Topgases über die Leitung 20 als Brenngas verwendet.The recirculated top gas can also be optionally removed by means of a reduction gas furnace after CO 2 removal 19 (convective, regenerative), electric heating, plasma torch, or heat exchangers (use of the sensible heat of process gas eg top gas before scrubber) etc. are heated. This is when using a Reduktionsgasaufheizofens 19 a portion of the branched top gas over the line 20 used as fuel gas.

Bei Aufheizung des rückgeführten Topgases vor Einbringung in den Einschmelzvergaser 3 durch einen Wärmetauscher wird vorzugsweise die Wärmeenergie des Topgases vor dem Nasswäscher 10 ausgenützt. Damit ergibt sich als Vorteil die Erhöhung der Energieeffizienz des Prozesses durch geringere, zur Kühlung des Topgases erforderliche Prozesswassermengen, was auch eine Reduktion des Energiebedarfs der Prozesswasserpumpen bedeutet. Weiters wird die vom Topgas ins Prozesswasser abgeführte Wärme reduziert, die über Kühltürme verloren geht oder über Verdunstung Wasserverluste im System bewirkt, die ständig ausgeglichen werden müssen.Upon heating of the recirculated top gas prior to introduction into the melter gasifier 3 through a heat exchanger is preferably the heat energy of the top gas before the wet scrubber 10 exploited. This results in the advantage of increasing the energy efficiency of the process by lower, required for cooling the top gas process water quantities, which also means a reduction in the energy consumption of the process water pump. Furthermore, the heat dissipated by the top gas into the process water is reduced, which is lost through cooling towers or causes evaporation through water loss in the system, which must be constantly balanced.

Alternativ kann das rückgeführte Topgas auch mit höheren Kohlenwasserstoffen (z.B. Erdgas) in einem Reformer 21 reformiert werden, wobei für die endotherme Reaktionswärme ein Teil des über eine Leitung 22 als Brenngas zugeführten Topgases verwendet wird.Alternatively, the recirculated top gas can also be used with higher hydrocarbons (eg natural gas) in a reformer 21 be reformed, wherein for the endothermic heat of reaction, a portion of the via a line 22 used as fuel gas top gas is used.

Die aufgrund der Gasrückführung erhöhte Menge an Reduktionsgas aus dem Einschmelzvergaser 3 wird zur Produktionssteigerung in der Reduktionsstufe 1 (Schacht oder Wirbelschicht) und/oder für eine konstante Metallisierung genutzt. Die konstante Metallisierung wird durch die Entkoppelung des Einschmelzvergasers 3 und des Reduktionsschachtes 1 erreicht. Eine jederzeit ausreichende Menge an Reduktionsgas gestattet eine konstante Metallisierung im Reduktionsschacht 1. Damit sind keine großen Änderungen der dem Einschmelzvergaser 3 zuzuführenden Sauerstoffmenge zur Anpassung des Wärmehaushaltes nötig, was zu einer konstanten Charbettemperatur, geringerem Kohlezerfall und damit stabilem Betrieb des Einschmelzvergasers 3 mit niedrigem spezifischem Reduktionsmittelverbrauch führt. Eine Optimierung des Einschmelzvergaserbetriebes führt zu einer geringeren notwendigen Menge an Reduktionsmitteln für den Festbett-Reduktionsschacht 1 (FBRS) oder in Wirbelschichtreaktoren (WSR) der Anlage, welche durch die Rückführung von Topgas zur Gänze kompensiert wird.The increased amount of reducing gas from the melter gasifier due to the gas recirculation 3 will increase production in the reduction stage 1 (Shaft or fluidized bed) and / or used for a constant metallization. The constant metallization is due to the decoupling of the melter gasifier 3 and the reduction shaft 1 reached. A sufficient amount of reducing gas at any time allows a constant metallization in the reduction shaft 1 , There are no major changes to the melter gasifier 3 To be supplied amount of oxygen to adjust the heat balance necessary, resulting in a constant Charbettemperatur, lower coal decomposition and thus stable operation of the melter gasifier 3 with low specific reductant consumption. An optimization of the melter gasifier operation leads to a lower necessary amount of reducing agents for the fixed bed reduction shaft 1 (FBRS) or in fluidized bed reactors (WSR) of the plant, which is fully compensated by the return of top gas.

Darüber hinaus ergibt dadurch sich eine rasche Regelmöglichkeit, Absenkung des Siliziumgehaltes im Roheisen durch niedrigere adiabatische Flammentemperatur und stabileren Einschmeizvergaserbetrieb, um die bei hohen Temperaturen stattfindende Reduktion von Silizium entsprechend der folgenden Formel zu minimieren: SiO2 + 2C → Si + 2CO; ΔH298 = +690 kJ/mol In addition, this results in a rapid control possibility, lowering the silicon content in the pig iron by lower adiabatic flame temperature and stable Einschmeizverggaserbetrieb to minimize the occurring at high temperatures reduction of silicon according to the following formula: SiO 2 + 2C → Si + 2CO; ΔH 298 = +690 kJ / mol

Neben dem Siliziumgehalt lässt sich auch eine Verringerung des Schwefelgehaltes im Roheisen erzielen, da aufgrund der Rückführung des Topgases mit nur 1 bis 100 ppm H2S ein wesentlich geringerer Schwefeleintrag erfolgt, als bei ausschließlicher Verwendung von Kohle, Kohlebriketts oder Koks.In addition to the silicon content, it is also possible to achieve a reduction in the sulfur content in pig iron, since the return of the top gas with only 1 to 100 ppm H 2 S results in a significantly lower sulfur input than if coal, coal briquettes or coke were used exclusively.

Schließlich ist durch die Gasrückführung die Einstellung der notwendigen Düsengeschwindigkeit und einer ausreichenden Penetration der Raceway bei niedrigeren Schmelzraten wesentlich erleichtert.Finally is through the gas recirculation setting the necessary nozzle speed and sufficient penetration of the raceway at lower melt rates much easier.

Claims (20)

Verfahren zur Herstellung von geschmolzenem Metall, wobei Sauerstoff, Reduktionsmittel und in einem Reduktionsreaktor (1) reduziertes Eisen in einen Schmelzvergaser (3) eingebracht werden, das Reduktionsmittel mit dem Sauerstoff vergast und durch die dabei entstehende Wärme das reduzierte Eisen geschmolzen wird, wobei das Kuppelgas aus dem Schmelzvergaser (3) als zumindest ein Anteil des Reduktionsgases verwendet wird, und wobei reagiertes Topgas aus dem Reduktionsreaktor (1) abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des abgezogenen Topgases in den Schmelzvergaser (3) eingebracht wird.Process for the production of molten metal, wherein oxygen, reducing agent and in a reduction reactor ( 1 ) reduced iron in a melt gasifier ( 3 ) are introduced, the reducing agent is gasified with the oxygen and the resultant heat, the reduced iron is melted, wherein the dome gas from the melt gasifier ( 3 ) is used as at least a portion of the reducing gas, and wherein reacted top gas from the reduction reactor ( 1 ), characterized in that at least a portion of the withdrawn top gas into the melt gasifier ( 3 ) is introduced. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rückgeführte Gas verdichtet wird.Method according to claim 1, characterized in that that the recirculated gas is compressed. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das rückgeführte Gas zwischen Verdichtung und Einbringung in den Schmelzvergaser (3) gekühlt wird, vorzugsweise auf 30 bis 50°C, und der Kohlendioxid-Gehalt reduziert wird, vorzugsweise auf 2 bis 3 Vol-%.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the recirculated gas between compression and introduction into the melt gasifier ( 3 ) is cooled, preferably to 30 to 50 ° C, and the carbon dioxide content is reduced, preferably to 2 to 3% by volume. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des rückgeführten Gases nur verdichtet wird, zumindest ein weiterer Teil des rückgeführten Gases nur gekühlt sein Kohlendioxid-Gehalt reduziert wird, und dass das verdichtete und das kohlendioxid-reduzierte Gas vor Einbringung in den Schmelzvergaser (3) gemischt werden.A method according to claim 2 and 3, characterized in that at least a portion of the recirculated gas is only compressed, at least a further portion of the recirculated gas cooled only its carbon dioxide content is reduced, and that the compressed and the carbon dioxide-reduced gas before introduction into the melt carburetor ( 3 ) are mixed. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das rückgeführte und allenfalls gekühlte und kohlendioxid-reduzierte Gas vor Einbringung in den Schmelzvergaser (3) aufgeheizt wird, vorzugsweise unter Verwendung eines Teilstromes des rückgeführten Gases als Brenngas.Method according to one of claims 2 to 4, characterized in that the recycled and possibly cooled and carbon dioxide-reduced gas before introduction into the melt gasifier ( 3 ) is heated, preferably using a partial flow of the recirculated gas as fuel gas. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilstrom des rückgeführten Gases mit höheren Kohlenwasserstoffen und unter Verwendung eines weiteren Teilstromes des rückgeführten Gases als Brenngas reformiert wird.Method according to one of claims 2 to 5, characterized that at least a partial flow of the recirculated gas with higher hydrocarbons and using a further partial stream of the recirculated gas is reformed as fuel gas. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das reformierte rückgeführte Gas mit dem allein verdichteten und/oder dem gekühlten und kohlendioxid-reduzierten Gas vor Einbringung in den Schmelzvergaser (3) gemischt wird.A method according to claim 6, characterized in that the reformed recycled gas with the gas alone and / or the cooled and carbon dioxide-reduced gas before introduction into the melt gasifier ( 3 ) is mixed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Kuppelgas mittransportierte Partikel abgeschieden und in den Schmelzvergaser (3) rückgeführt werden, wobei ein Teilstrom des allein verdichteten und/oder des gekühlten und kohlendioxid-reduzierten Gases zum Transport der rückgeführten Partikeln zugemischt wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the dome gas entrained particles deposited and in the melt gasifier ( 3 ), wherein a partial flow of the compressed and / or the cooled and carbon dioxide-reduced gas is mixed to transport the recirculated particles. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Menge und/oder der Temperatur und/oder dem CO2-Anteil des rückgeführten Gases die theoretische adiabate Flammtemperatur in der Raceway gesteuert wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that by means of the amount and / or the temperature and / or the CO 2 content of the recirculated gas, the theoretical adiabatic flame temperature is controlled in the raceway. Anlage zur Herstellung von geschmolzenem Metall, mit einem Reduktionsreaktor (1), einem Schmelzvergaser (3) mit Sauerstoffzuführung (5) und einem Zuführsystem (4) für Reduktionsmittel, zumindest eine Leitung (6, 8) für die Zuführung des Kuppelgases aus dem Schmelzvergaser (3) in den Reduktionsreaktor (1) und zumindest eine Leitung (9) für das Abziehen des Topgases aus dem Reduktionsreaktor (1), gekennzeichnet durch zumindest eine von der Leitung für das Topgas abzweigende und in den Schmelzvergaser (3) führende Rückleitung (13, 18).Plant for the production of molten metal, with a reduction reactor ( 1 ), a melt gasifier ( 3 ) with oxygen supply ( 5 ) and a delivery system ( 4 ) for reducing agent, at least one line ( 6 . 8th ) for the supply of the dome gas from the melt gasifier ( 3 ) in the reduction reactor ( 1 ) and at least one line ( 9 ) for the removal of the top gas from the reduction reactor ( 1 ), characterized by at least one branching off from the line for the top gas and into the melt gasifier ( 3 ) leading return ( 13 . 18 ). Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückleitung (13, 18) für das Gas bis zur Mündung der Sauerstoffzuführung (5) parallel zu dieser verläuft.Plant according to claim 10, characterized in that the return line ( 13 . 18 ) for the gas to the mouth of the oxygen supply ( 5 ) runs parallel to this. Anlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rückleitung (13, 18) ein Verdichter (14) eingesetzt ist.Plant according to claim 10 or 11, characterized in that in the return line ( 13 . 18 ) a compressor ( 14 ) is used. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verdichter (14) und der Sauerstoffzuführung (5) eine Kühleinrichtung (16) und eine Kohlendioxid-Reduktionsstufe (17) eingesetzt sind.Plant according to claim 12, characterized in that between the compressor ( 14 ) and the oxygen supply ( 5 ) a cooling device ( 16 ) and a carbon dioxide reduction stage ( 17 ) are used. Anlage nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Verdichters (14) und der Ausgang der Kohlendioxid-Reduktionsstufe (17) in eine gemeinsame Zuführleitung (18) zur Sauerstoffzuführung (5) zum Schmelzvergaser führen.Installation according to claims 12 and 13, characterized in that the output of the compressor ( 14 ) and the output of the carbon dioxide reduction stage ( 17 ) in a common supply line ( 18 ) for oxygen supply ( 5 ) lead to the melter gasifier. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Zusammenführung des Ausganges des Verdichters (14) und des Ausganges der Kohlendioxid-Reduktionsstufe (17) eine Heizeinrichtung (19) vorgesehen ist.Installation according to claim 14, characterized in that after the merging of the output of the compressor ( 14 ) and the output of the carbon dioxide reduction stage ( 17 ) a heating device ( 19 ) is provided. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (19) mit Brenngas arbeitet, wobei vor oder nach dem Verdichter (14) eine Abzweigung (20) von der Rückleitung (13) ausgeht und zum Brenngasanschluss der Heizeinrichtung (19) führt.Plant according to claim 15, characterized in that the heating device ( 19 ) works with fuel gas, wherein before or after the compressor ( 14 ) a branch ( 20 ) from the return line ( 13 ) and to the fuel gas connection of the heater ( 19 ) leads. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verdichter (14) und der Sauerstoffzuführung (5) ein Reformer (21) eingesetzt ist.Installation according to one of claims 12 to 16, characterized in that between the compressor ( 14 ) and the oxygen supply ( 5 ) a reformer ( 21 ) is used. Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass von der Rückleitung (13) eine Abzweigung (22) ausgeht und zu einem Brenngasanschluss des Reformers (21) führt.Installation according to claim 17, characterized in that of the return line ( 13 ) a branch ( 22 ) and to a fuel gas connection of the reformer ( 21 ) leads. Anlage nach Anspruch 13 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass in parallelen Zweigen der Rückleitung (13, 18) sowohl eine Kühleinrichtung (16) und eine Kohlendioxid-Reduktionsstufe (17) als auch ein Reformer (21) vorgesehen sind, welche parallelen Zweige in eine gemeinsame Zuführleitung (18) zur Sauerstoffzuführung (5) zum Schmelzvergaser (3) führen.Installation according to claim 13 and 17, characterized in that in parallel branches of the return line ( 13 . 18 ) both a cooling device ( 16 ) and a carbon dioxide reduction stage ( 17 ) as well as a reformer ( 21 ) are provided, which parallel branches in a common feed line ( 18 ) for oxygen supply ( 5 ) to the melt gasifier ( 3 ) to lead. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Leitung (6) für das Kuppelgas ein Partikelabscheider (7) vorgesehen ist, von dessen Partikelaustrag eine Partikelrückführung zum Schmelzvergaser (3) führt, wobei eine Abzweigung von der Rückleitung (18) in die Partikelrückführung mündet.Plant according to one of claims 10 to 19, characterized in that in at least one line ( 6 ) for the dome gas a particle separator ( 7 ) is provided, from whose particle discharge a particle recirculation to the melt gasifier ( 3 ), wherein a branch from the return line ( 18 ) opens into the particle recirculation.
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