DE1408113B

DE1408113B - Device for the simultaneous Her position of iron and synthesis gas

Info

Publication number: DE1408113B
Authority: DE
Inventors: Mi} amoto Yokohama Senchi Takahachi Naka Yasufumi Iwata Hachmohe Yoneichi Ikeda Yokohama Ken ichi, (Japan)
Original assignee: Nitto Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Nitto Chemical Industry Co Ltd

Description

1 '■■■■■■■ ■■■' ■'■' ' 2 1 '■■■■■■■ ■■■' ■ '■' '2

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleich- einem Winkel von 45 bis 75°. zur-. Waagerechten zeitigen Herstellung von Eisen und Synthesegas in geneigten, gegen die Ofenachse gerichteten "Brennern, einem Ofen mit einem Herd und kuppeiförmigem deren Achsen sich in einer Höhe von 10 bis 50°/₀ Gewölbe und von diesem Gewölbe abwärts zur Herd- des Herddurchmessers oberhalb der Schlackenoberfläche gerichteten Brennern zum Einblasen von Brenn- S fläche und innerhalb eines zur Herdachse gedachten stoff, pulverförmigen Rohstoffen für die Eisenge- konzentrischen Kreises mit einem Radius von 20% winnung und Flußmitteln zusammen mit einem sauer- des Herddurchmessers schneiden, sowie durch einen stoffhaltigen Gas. in der Mitte des Gewölbes angeordneten Gasauslaß,The invention relates to a device for equal to an angle of 45 to 75 °. to the-. Horizontal early production of iron and synthesis gas in inclined burners directed towards the furnace axis, a furnace with a hearth and dome-shaped whose axes are at a height of 10 to 50 ° / ₀ vault and from this vault down to the hearth - the hearth diameter above the Burners directed towards the surface of the slag for blowing in the burning surface and cutting powdery raw materials for the iron concentric circle with a radius of 20% extraction and flux together with an acidic stove diameter within a substance intended for the hearth axis, as well as through a substance-containing gas. gas outlet located in the middle of the vault,

Es ist bekannt (»Revue Technique Luxembourgeoise«, dessen Innendurchmesser 12,5 bis 50% des Innen-April/Juni 1958, S. 86), Eisen und Synthesegas gleich- io durchmessers des Herdes beträgt, gekennzeichnet, zeitig herzustellen, wobei man in eine Reaktionszone Mittels dieser, erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es mit Kalkstein versetzten, pulverförmigen Magnetit, möglich, während der Reduktion eine starke Tempe-Naturgas und Sauerstoff in Form einer Strangmasse raturkonzentration zu erzeugen und einen Abschnitt abwärts in senkrechter Richtung des Herdes wandern aus hoch konzentriertem unverbranntem Kohlenstoff und ferner das überschüssige Naturgas in dem Ofen 15 über der Schlackenoberfläche sowie eine stark reduzieals kreisförmigen Strom nach unten streichen läßt. rende Atmosphäre zusammen mit dem auf der Die von oben senkrecht geführte Strangmasse aus Schlackenoberfläche vorhandenen CO in der Nähe Feststoffen und Gas und der zusätzliche, abwärts in des Schnittpunkts der Brennerstrahlen auszubilden, dem Herd in Form eines kreisförmigen Stroms ver- Durch die hohe Temperatur in der Reduktionszone laufende Gasstrom treffen dabei an einem Punkt über 20 ist die Reduktionsgeschwindigkeit groß. Der Abstand der Schlackenoberfläche zusammen, und das Gas zwischen dem Schnittpunkt der Brennerstrahlen und steigt dann zu den rechten und linken Gasauslässen der Schlackenoberfläche ist klein, und die sich unter auf und wird durch diese abgeführt. Nach einem dem Brennerstrahlenschnittpunkt befindliche Schlakanderen Vorschlag (vgl. Zeitschrift »The Iron Age«, kenoberfläche wird kräftig bewegt, wodurch sich die 1957, S. 130) werden pulverförmige Rohstoffe für 25 unverbrannte Kohle wie auch das Reduktionsgas in die Eisengewinnung in einem Ofen suspendiert und in der Schlacke verfangen und die Reduktion eisenhaltiger der in dem gesamten Ofen herrschenden reduzierenden Stoffe bis zu einem gewissen Grade noch in der Atmosphäre reduziert. Ferner ist es bekannt (franzö- Schlacke erfolgen kann. Weil die Schlackentemperatur sische Patentschrift 1 121 987 und deutsche Auslege- hoch ist und die Oberfläche der Schlacke kräftig schrift 1033 902) bei der Erzeugung von Roheisen 3° bewegt wird, findet eine wirksame Reinigung des durch Reduktion von Eisenerzen einen Ofen zu Eisens durch die Schlacke statt. Der Reaktionsablauf verwenden, der sich in eine Vorheiz- bzw. Rost-, zur Erzeugung des Eisens und des'Synfhesegäses ver-Reduktions- und Schmelzzone gliedert. Auch wurden läuft in der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr rasch, Vorrichtungen zur Herstellung von Eisen vorgeschla- so daß diese im Verhältnis zur Ofengröße einen gen, bei denen die Rohstoffe für die Eisengewinnung, 35 großen Durchsatz aufweist. Weil sich die Brenner-Brennstoffe und gegebenenfalls sauerstoffhaltig Gase strahlen oberhalb der Schlacke in einem Punkt tangential zur Feuerung eingeblasen werden (deutsche schneiden, wird ein direkter Kontakt der Flammen Auslegeschrift 1 007 934 und deutsche Patentschrift mit der inneren Ofenwandung vermieden, wodurch 935 845). Schließlich ist es aus der deutschen Patent- letztere in geringerem Maße beansprucht wird,
schrift 442 776 bekannt, zur Erzeugung von Roheisen 40 Das mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Stahl einen senkrechten Schachtofen zu ver- gewonnene Synthesegas ist von hoher Güte,
wenden, in den die staubförmig gemahlenen Reak- In der Zeichnung stelltIt is known ("Revue Technique Luxembourgeoise", the inside diameter of which is 12.5 to 50% of the inside April / June 1958, p. 86) that iron and synthesis gas are the same diameter of the hearth, marked to be produced at the same time, in A reaction zone By means of this device according to the invention, it is possible to produce a strong temperature concentration of natural gas and oxygen in the form of a strand mass during the reduction and to migrate a section downwards in the vertical direction of the hearth from highly concentrated unburned carbon and also sweeps the excess natural gas in furnace 15 above the slag surface and a greatly reduced circular flow downward. The atmosphere in the vicinity of the solid and gas, and the additional, downward to form at the intersection of the burner jets, the hearth in the form of a circular flow due to the high temperature in the The gas stream running through the reduction zone meets at a point above 20, the reduction speed is high. The distance of the slag surface together, and the gas between the intersection of the burner jets and then rises to the right and left gas outlets of the slag surface is small, and the one below it and is discharged through them. According to a Schlakander proposal located at the point of intersection of the burner rays (cf. magazine "The Iron Age", the surface of the ken is moved vigorously, causing the 1957, p. 130) to be suspended in a furnace in powdered raw materials for unburned coal as well as the reducing gas for iron production trapped in the slag and the reduction of ferrous reducing substances prevailing in the entire furnace is still reduced to a certain extent in the atmosphere. It is also known (French slag can be made. Because the slag temperature is sic patent specification 1 121 987 and German interpretation high and the surface of the slag vigorously written 1033 902) is moved 3 ° during the production of pig iron, there is an effective cleaning of the by reducing iron ores a furnace to iron is held by the slag. Use the reaction sequence, which is divided into a preheating or grate zone, a reduction zone and a melting zone for the production of iron and the synthesis gas. Devices for the production of iron have also been proposed in the device according to the invention, so that in relation to the size of the furnace, these devices have a high throughput, in which the raw materials for iron extraction have a high throughput. Because the burner fuels and possibly oxygen-containing gases radiate above the slag are blown in at a point tangential to the furnace (German cut, direct contact of the flames Auslegeschrift 1 007 934 and German patent specification with the inner furnace wall is avoided, resulting in 935 845). Finally it is from the German patent - the latter is claimed to a lesser extent,
document 442 776 known, for the production of pig iron 40 The synthesis gas to be obtained by means of the device according to the invention and steel in a vertical shaft furnace is of high quality,
turn, in which the powdery reac- In puts in the drawing

tionsausgangsstoffe nach Vorwärmung durch einen F i g. 1 ein Fließschema mit einer erfindungsge-tion starting materials after preheating by a F i g. 1 is a flow diagram with an inventive

elektrischen Lichtbogen eingeblasen werden. Im mäßen Vorrichtung, ~electric arc are blown. In the moderate device, ~

spitzen Winkel zu dem eingeblasenen Strahl wird 45 F i g. 2 eine vertikale Querschnittsansicht zuracute angle to the injected jet becomes 45 F i g. 2 is a vertical cross-sectional view for

Heißluft in den Schachtofen eingeführt. Der Gas- schematischen Erläuterung eines Ofenhauptteiles derHot air introduced into the shaft furnace. The gas schematic explanation of a furnace main part of

phasenabschnitt liegt bei einem derartigen Ofen sehr erfindungsgemäßen Vorrichtung undphase section is very inventive device and in such a furnace

hoch, und die Reduktion soll dabei offenbar in dem F i g. 3 eine horizontale Querschnittsansicht zurhigh, and the reduction should obviously be shown in FIG. 3 is a horizontal cross-sectional view for

Gasphasenabschnitt vollendet werden. Dadurch ist Erläuterung d;r Brenneranordnung in der erfindungs-Gas phase section are completed. This explains the burner arrangement in the invention

eine relativ lange Verweilzeit des Erzes in dem Gas- 50 gemäßen Vorrichtung dar.a relatively long dwell time of the ore in the gas device according to 50.

phasenabschnitt notwendig und mithin eine lang- Nach F i g. 1 wird ein feinteiliges Beschickungsgut 1phase section necessary and therefore a long- After F i g. 1 is a finely divided charge 1

gestreckte Reduktionszone im Ofen erforderlich, was (Material zur Eisenverhüttung, Flußmittel und festerelongated reduction zone in the furnace required, which (material for iron smelting, flux and solid

zu erhöhten Wärmeverlusten im Ofen führt. kohlenstoffhaltiger Brennstoff)-naeh-Trermung vomleads to increased heat losses in the furnace. carbonaceous fuel) -naeh-Trermung from

Alle diese bekannten Vorrichtungen haben den Heißgas im Zyklon und Mehrfachzyklon 2 in einem Nachteil, daß sie nicht gestatten, in der Reduktions- 55 Pulverstampfer 4 gesammelt. Ein Beschickungstrichter 5 zone selbst eine hohe Temperatur zur Erzielung einer ist am Boden mit einem Daueraufgeber versehen, von hohen Reduktionsgeschwindigkeit einzustellen. Außer- dem aus das Material bei hoher Geschwindigkeit mit dem lassen die bekannten Vorrichtungen ohne zusatz- Sauerstoff oder mit sauerstoffreicher Luft in die entliche Hilfsmittel keine gewisse Reduktion sogar noch sprechenden Brenner 7 und von dort in das Innere in der Schlacke zu. 60 des Ofens im gemischten Zustand transportiert wird.All these known devices have the hot gas in the cyclone and multiple cyclone 2 in one Disadvantage that they do not allow to be collected in the reduction 55 powder tamper 4. A loading hopper 5 zone itself a high temperature to achieve a is provided on the ground with a permanent abandoner of set high reduction speed. Also from the material at high speed with The known devices allow no additional oxygen or with oxygen-rich air in the public Aid no certain reduction even speaking burner 7 and from there into the interior in the slag too. 60 of the furnace is transported in the mixed state.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur gleich- Benutzt man flüssigen oder gasförmigen kohlenstoffzeitigen Herstellung von Eisen und Synthesegas in haltigen Brennstoff, dann wird die Zufuhr von festem einem Ofen mit einem Herd und kuppeiförmigem kohlenstoffhaltigem Brennstoff aus dem Material 1 Gewölbe und von diesem Gewölbe abwärts zur eingeschränkt oder unterbrochen und der erstere in Herdfläche gerichteten Brennern zum Einblasen von 65 den Ofen durch einen Überhitzer 6 aus den Brennern 7 Brennstoff, pulverförmigen Rohstoffen für die Eisen- oder aus anderen für Brennstoffe geeigneten Brennern gewinnung und Flußmitteln zusammen mit einem eingeblasen. Gewünschtenfalls wird dann aus dem sauerstoffhaltigen Gas ist nun durch mindestens 3 in Überhitzer 6 erzeugter überhitzter Dampf aus denThe device according to the invention for the same uses liquid or gaseous carbon-phase Production of iron and synthesis gas in containing fuel, then the supply of solid a furnace with a hearth and dome-shaped carbonaceous fuel made from material 1 Vault and from this vault down to the restricted or interrupted and the former in Burners facing the hearth for blowing 65 into the furnace through a superheater 6 from the burners 7 Fuel, powdered raw materials for the iron or from other burners suitable for fuels extraction and flux together with one blown. If so desired, the oxygen-containing gas is now through at least 3 superheated steam generated in superheater 6 from the

Dt —
* Rt = Dt -
* Rt =

Do = Do =

Brennern 7 oder aus anderen Brennern in den Ofen geblasen. Der Ofen weist ein halbkugeliges Gewölbe 8 auf und besitzt oben einen mit Kühlwassermantel versehenen Kessel 9 zur Wiedergewinnung von Abwärme, durch den die entstandenen Gase in Richtung des Pfeiles 10 abgezogen werden.Burners 7 or blown into the furnace from other burners. The furnace has a hemispherical vault 8 and at the top has a boiler 9 provided with a cooling water jacket for the recovery of waste heat, through which the resulting gases are drawn off in the direction of arrow 10.

In F i g. 2 und 3 erkennt man den Herd 11, die Reaktionskammer 12, die ein kuppeiförmiges, im Innern mit feuerfesten Steinen ausgemauertes Gewölbe hat, die Brenner 7, den Auslaß 13 für die entstandenen Gase, das Schlackenstichloch 14 und das Stichloch 15 für das erzeugte Eisen.In Fig. 2 and 3 you can see the hearth 11, the reaction chamber 12, which is a dome-shaped, im Inside with refractory bricks lined vault, the burner 7, the outlet 13 for the resulting Gases, the slag tap hole 14 and the tap hole 15 for the iron produced.

Die Abmessungsverhältnisse des erfindungsgemäßen Ofens sind durch folgende Angaben charakterisiert:The dimensional relationships of the furnace according to the invention are characterized by the following information:

Ai = Höhe des Herdes (Schmelzraumes)
Innendurchmesser (I. D.) vom Herd
Innenradius (I. R.) vom kuppeiförmigen Gewölbe beim senkrechten Schnitt
Innendurchmesser vom Gasauslaß Ai = height of the hearth (melting area)
Inside diameter (ID) of the stove
Inner radius (IR) of the dome-shaped vault in the vertical section
Inside diameter of the gas outlet

Allgemeiner Bereich BestwertGeneral area best value

= 1/4 -1 . 1/2= 1/4 -1. 1/2

= 1/4 -1 1/2= 1/4 -1 1/2

= 1/2 -1/8 . 1/4= 1/2 -1/8. 1/4

* R_T kann durch R_T, ersetzt werden, das ein Radius einer gedachten Kugel, etwa entsprechend dem Aufbau aus mehreren übereinandergelagerten stumpfen Kegeln, Polyedern oder Rotionsparaboloiden, sein kann.* R _T can be replaced by R _T , which can be a radius of an imaginary sphere, for example according to the structure of several superimposed truncated cones, polyhedra or paraboloids of revolution.

Des weiteren soll die Betriebsweise der Vorrichtung an Hand eines Beispiels erläutert werden:The mode of operation of the device is also to be explained using an example:

Es wurde ein Ofen benutzt, der aus der Gestellkammer und der Reaktionskammer mit kuppeiförmigem Gewölbe bestand und sechs Brenner hatte, die abwärts geneigt angeordnet und am Gewölbeabschnitt der Reaktionskammer einander zugekehrt waren, so daß sich die Brennerstrahlen an einer Stelle längs der Mittelachse und wenig über der Schlackenoberfläche und dem engen Auslaß für das entstehende Synthesegas am Oberteil des Ofens (Fig. 2 und 3) schnitten.A furnace was used, which consisted of the rack chamber and the reaction chamber with a dome-shaped vault and had six burners, which are arranged inclined downwards and face one another at the vaulted section of the reaction chamber were so that the burner jets at a point along the central axis and a little above the slag surface and the narrow outlet for the resulting synthesis gas at the top of the furnace (Fig. 2 and 3) cut.

Innendurchmesser vom Herd 0,98 mInternal diameter of the stove 0.98 m

Radius vom Gewölbe ., 0,49 mRadius from the vault., 0.49 m

Innendurchmesser der Brenner 16,1 mmInternal diameter of the burners 16.1 mm

Höhe des Herdes 0,65 mHeight of the cooker 0.65 m

Innendurchmesser des Gasauslasses 0,35 m
Neigungswinkel der Brenner 55°Inner diameter of the gas outlet 0.35 m
Inclination angle of the burner 55 °

sobald der Ofen beschickt worden war. Nach 2 Stunden waren die Ofenbedingungen praktisch beständig. In diesem Punkt konnte das Synthesegas mit feststehender Zusammensetzung, das sich als Material für die Synthese von Ammoniak eignete, von oben aus dem Ofen gewonnen werden. Nach 5 Stunden konnte das schmelzflüssige Eisen in Zeitabständen von 2 Stunden abgestochen werden. Die Bedingungen und Ergebnisse des Arbeitsvorganges waren folgende:as soon as the oven was loaded. After 2 hours the oven conditions were practically stable. In This point could be the synthesis gas with a fixed composition, which can be used as a material for synthesis ammonia, can be obtained from the top of the furnace. After 5 hours it could molten iron must be tapped at intervals of 2 hours. The terms and results of the work process were as follows:

Beschickungsmenge (trocken) 430 kg/Std.Feed rate (dry) 430 kg / hour.

Kohle (6900 Kcal/kg) 238 kg/Std.Coal (6900 Kcal / kg) 238 kg / hour

Pyritabbrand (Fe 55,3 %).... 115 kg/Std.Pyrite burn-up (Fe 55.3%) .... 115 kg / h.

Kalk (CaO 55,1 %) 72 kg/Std.Lime (CaO 55.1%) 72 kg / hour

Manganerz (Mn 40,1 %) .... 5 kg/Std.
Eingeblasener SauerstoffManganese ore (Mn 40.1%) .... 5 kg / hour
Blown oxygen

(98%) 204 Nm³/Std.(98%) 204 Nm ³ / h

Eingeblasener Dampf (430°C) 22 kg/Std.Injected steam (430 ° C) 22 kg / hour

4545

Die Kohle, Pyritabbrand, Kalk, Manganerz usw. enthaltenden Beschickungsmaterialien wurden vermengt und zu einer lichten Siebmaschenweite von 0,074 mm (40% durchgehend) pulverisiert. Sie wurden mit 98%igem Sauerstoff und mit überhitztem Dampf fortgeleitet und aus sechs Brennern mit etwa 30 m/sec Geschwindigkeit in den Ofen eingeblasen, so daß sie sich in einem Punkt über der Schlackenoberfläche schnitten. Der Ofen wurde zunächst über 900⁰C erhitzt, und das Beschickungsgut wurde entzündet, Menge an erzeugtem Gas
CO₂
CO
H₂ .The charge materials containing coal, pyrite burn, lime, manganese ore, etc., were blended and pulverized to a mesh size of 0.074 mm (40% continuous). They were carried away with 98% oxygen and superheated steam and blown into the furnace from six burners at a speed of about 30 m / sec, so that they intersected at a point above the surface of the slag. The furnace was initially ^{heated to over 900 °} C. and the charge was ignited, amount of gas generated
CO ₂
CO
H ₂ .

N₂ .
CH₄ N ₂ .
CH ₄

408 Nm³/Std.
23,7%
54,5%
20,8%408 Nm ³ / h
23.7%
54.5%
20.8%

1,0%1.0%

0,0%0.0%

U5%
0,40%
98,0 kg/Std.
1,82 «/ο
2,27% U5%
0.40%
98.0 kg / hour
1.82 «/ ο
2.27%

H₂S 50 mg/m³ H ₂ S 50 mg / m ³

Menge an erzeugtem Eisen .. 61,5 kg/Std.Amount of iron produced .. 61.5 kg / hour.

C 4,26°/oC 4.26 ° / o

S 0,039⁰I₀ S 0.039 ⁰ I ₀

Mn 1,21%Mn 1.21%

Si Si

P P.

Menge an erzeugter SchlackeAmount of slag produced

Fe Fe

FeO FeO

CaO/SiO₂ 1,38CaO / SiO ₂ 1.38

Temperatur der abgezogenen
Schlacke 1530⁰CTemperature of the withdrawn
Slag 1530 ⁰ C

Claims

Claim:

Device for the simultaneous production of iron and synthesis gas in a furnace with a Hearth and dome-shaped vault and from this vault downwards to the hearth surface Burners for blowing in fuel, powdered raw materials for iron extraction and fluxes together with an oxygen-containing gas, gekennzeichne.t by at least 3 at an angle of 45 to 75 ° to the Horizontal inclined burners (7) directed towards the furnace axis, the axes of which are in a height of 10 to 50% of the hearth diameter above the slag surface and within an imaginary concentric circle to the hearth axis with a radius of 20% of the hearth diameter cut, as well as through a gas outlet (13) arranged in the middle of the vault, the inner diameter of which is 12.5 to 50% of the inner diameter of the cooker.

1 sheet of drawings