DE1408113C

DE1408113C - Device for the simultaneous production of iron and synthesis gas

Info

Publication number: DE1408113C
Authority: DE
Inventors: Miyamoto Yokohama; Seiichi Takahachi Naka; Yasufumi Iwata Hachinohe; Yoneichi Ikeda Yokohama; Ken-ichi (Japan)
Original assignee: Nitto Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Nitto Chemical Industry Co Ltd
Publication date: 1972-05-10

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Herstellung von Eisen und Synthesegas in einem Ofen mit einem Herd und kuppeiförmigem Gewölbe und von diesem Gewölbe abwärts zur Herdfläche gerichteten Brennern zum Einblasen von Brennstoff, pulverförmigen Rohstoffen für die Eisengewinnung und Flußmitteln zusammen mit einem sauerstoffhaltigen Gas.The invention relates to a device for simultaneous Manufacture of iron and synthesis gas in a furnace with a stove and dome-shaped Vaults and burners directed from this vault down to the hearth surface for injecting fuel, powdered raw materials for iron extraction and fluxes together with an oxygen-containing one Gas.

Es ist bekannt (»RevueTechnique Luxembourgeoise«, April/Juni 1958, S. 86), Eisen und Synthesegas gleichzeitig herzustellen, wobei man in eine Reaktionszone mit Kalkstein versetzten, pulverförmigen Magnetit, Naturgas und Sauerstoff in Form einer Strangmasse abwärts in senkrechter Richtung des Herdes wandern und ferner das überschüssige Naturgas in dem Ofen als kreisförmigen Strom nach unten streichen läßt. Die von oben senkrecht geführte Strangmasse aus Feststoffen und Gas und der zusätzliche, abwärts in dem Herd in Form eines kreisförmigen Stroms verlaufende Gasstrom treffen dabei an einem Punkt über der Schlackenoberfläche zusammen, und das Gas steigt dann zu den rechten und linken Gasauslässen auf und wird durch diese abgeführt. Nach einem anderen Vorschlag (vgl. Zeitschrift »The Iron Age«, 1957, S. 130) werden pulverförmige Rohstoffe für die Eisengewinnung in einem Ofen suspendiert und in der in dem gesamten Ofen herrschenden reduzierenden Atmosphäre reduziert. Ferner ist es bekannt (französische Patentschrift 1121 987 und deutsche Auslegeschrift 1 033 902) bei der Erzeugung von Roheisen durch Reduktion von Eisenerzen einen Ofen zu verwenden, der sich in eine Vorheiz- bzw. Rost-, Reduktions- und Schmelzzone gliedert. Auch wurden Vorrichtungen zur Herstellung von Eisen vorgeschlagen, bei denen die Rohstoffe für die Eisengewinnung, . Brennstoffe und gegebenenfalls sauerstoffhaltige Gase tangential zur Feuerung eingeblasen werden (deutsche Auslegeschrift 1007 934 und deutsche Patentschrift 935 845). Schließlich ist es aus der deutschen Patentschrift 442 776 bekannt, zur Erzeugung von Roheisen und Stahl einen senkrechten Schachtofen zu verwenden, in den die staubförmig gemahlenen Reaktionsausgangsstoffe nach Vorwärmung durch einen elektrischen Lichtbogen eingeblasen werden. Im spitzen Winkel zu dem eingeblasenen Strahl wird Heißluft in den Schachtofen eingeführt. Der Gasphasenabschnitt liegt bei einem derartigen Ofen sehr hoch, und die Reduktion soll dabei offenbar in dem Gasphasenabschnitt vollendet werden. Dadurch ist eine relativ lange Verweilzeit des Erzes in dem Gasphasenabschnitt notwendig und mithin eine langgestreckte Reduktionszone im Ofen erforderlich, was zu erhöhten Wärmeverlusten im Ofen führt.It is known (»RevueTechnique Luxembourgeoise«, April / June 1958, p. 86) to produce iron and synthesis gas simultaneously, with one in a reaction zone Powdered magnetite mixed with limestone, natural gas and oxygen in the form of a strand migrate downwards in the vertical direction of the hearth and also the excess natural gas in the furnace can be swept down as a circular stream. The strand mass guided vertically from above Solids and gas and the extra, down the stove in the form of a circular stream Gas stream meet at a point above the slag surface, and the gas then rises to the right and left gas outlets and is discharged through them. After a Another proposal (see magazine "The Iron Age", 1957, p. 130) are powdered raw materials for the iron recovery is suspended in one furnace and the reducing agent prevailing in the entire furnace Atmosphere reduced. It is also known (French patent specification 1121 987 and German Auslegeschrift 1 033 902) to a furnace for the production of pig iron by reducing iron ores use, which is divided into a preheating or rust, reduction and melting zone. Also were Devices for the production of iron proposed, in which the raw materials for iron extraction, . Fuels and possibly oxygen-containing gases are blown in tangentially to the furnace (German Auslegeschrift 1007 934 and German Patent 935 845). After all, it is from the German patent specification 442 776 known to use a vertical shaft furnace for the production of pig iron and steel, in which the powdery ground reaction starting materials after preheating by a electric arc are blown. At an acute angle to the injected jet Hot air introduced into the shaft furnace. The gas phase section is very large in such a furnace high, and the reduction is apparently supposed to be completed in the gas phase section. This is a relatively long dwell time of the ore in the gas phase section is necessary and therefore an elongated one Reduction zone required in the furnace, which leads to increased heat losses in the furnace.

Alle diese bekannten Vorrichtungen haben den Nachteil, daß sie nicht gestatten, in der Reduktionszone selbst eine hohe Temperatur zur Erzielung einer hohen Reduktionsgeschwindigkeit einzustellen. Außerdem lassen die bekannten Vorrichtungen ohne zusätzliche Hilfsmittel keine gewisse Reduktion sogar noch in der Schlacke zu.All these known devices have the disadvantage that they do not allow in the reduction zone itself a high temperature to achieve a set high reduction speed. In addition, leave the known devices without additional Aids no certain reduction even in the slag too.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur gleichzeitigen Herstellung von Eisen und Synthesegas in einem Ofen mit einem Herd und kuppeiförmigem Gewölbe und von diesem Gewölbe abwärts zur Herdfläche gerichteten Brennern zum Einblasen von Brennstoff, pulverförmigen Rohstoffen für die Eisengewinnung und Flußmitteln zusammen mit einem sauerstoffhaltigen Gas ist nun durch mindestens 3 in einem Winkel von 45 bis 75° zur Waagerechten geneigten, gegen die Ofenachse gerichteten Brennern, deren Achsen sich in einer Höhe von 10 bis 50°/₀ des Herddurchmessers oberhalb der Schlackenoberfläche und innerhalb eines zur Herdachse gedachten konzentrischen Kreises mit einem Radius von 20°/₀ des Herddurchmessers schneiden, sowie durch einen in der Mitte des Gewölbes angeordneten Gasauslaß, dessen Innendurchmesser 12,5 bis 50°/₀ des Innendurchmessers des Herdes beträgt, gekennzeichnet. Mittels dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, während der Reduktion eine starke Temperaturkonzentration zu erzeugen und einen Abschnitt aus hoch konzentriertem unverbranntem Kohlenstoff über der Schlackenoberfläche sowie eine stark reduzierende Atmosphäre zusammen mit dem auf der Schlackenoberfläche vorhandenen CO in der Nähe des Schnittpunkts der Brennerstrahlen auszubilden. Durch die hohe Temperatur in der Reduktionszone ist die Reduktionsgeschwindigkeit groß. Der Abstand zwischen dem Schnittpunkt der Brennerstrahlen und der Schlackenoberfläche ist klein, und die sich unter dem Brennerstrahlenschnittpunkt befindliche Schlakkenoberfläche wird kräftig bewegt, wodurch sich die unverbrannte Kohle wie auch das Reduktionsgas in der Schlacke verfangen und die Reduktion eisenhaltiger Stoffe bis zu einem gewissen Grade noch in der Schlacke erfolgen kann. Weil die Schlackentemperatur hoch ist und die Oberfläche der Schlacke kräftig bewegt wird, findet eine wirksame Reinigung des Eisens durch die Schlacke statt. Der Reaktionsablauf zur Erzeugung des Eisens und des Synthesegases verläuft in der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr rasch, so daß diese im Verhältnis zur Ofengröße einen großen Durchsatz aufweist. Weil sich die Brennerstrahlen oberhalb der Schlacke in einem Punkt schneiden, wird ein direkter Kontakt der Flammen mit der inneren Ofenwandung vermieden, wodurch letztere' in geringerem Maße beansprucht wird.The device according to the invention for the simultaneous production of iron and synthesis gas in a furnace with a hearth and dome-shaped vault and burners directed from this vault down to the hearth surface for injecting fuel, powdered raw materials for iron extraction and fluxes together with an oxygen-containing gas is now through at least 3 Burners inclined at an angle of 45 to 75 ° to the horizontal, directed towards the furnace axis, the axes of which are at a height of 10 to 50 ° / _{0 of} the furnace diameter above the slag surface and within a concentric circle with a radius of 20 ° to the furnace axis Cut / _{0 of} the hearth diameter, as well as by a gas outlet arranged in the middle of the vault, the inside diameter of which is 12.5 to 50 ° / _{0 of} the inside diameter of the hearth. Using this device according to the invention, it is possible to generate a strong temperature concentration during the reduction and to form a section of highly concentrated unburned carbon above the slag surface and a strongly reducing atmosphere together with the CO present on the slag surface near the intersection of the burner jets. Due to the high temperature in the reduction zone, the rate of reduction is high. The distance between the point of intersection of the burner jets and the slag surface is small, and the slag surface below the point of intersection of the burner jets is moved vigorously, as a result of which the unburned coal as well as the reducing gas get caught in the slag and the reduction of ferrous substances is still to a certain extent the slag can take place. Because the slag temperature is high and the surface of the slag is moved vigorously, the iron is effectively cleaned by the slag. The reaction sequence for producing the iron and the synthesis gas proceeds very quickly in the device according to the invention, so that it has a high throughput in relation to the size of the furnace. Because the burner jets intersect at one point above the slag, direct contact of the flames with the inner furnace wall is avoided, which means that the latter is less stressed.

Das mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewonnene Synthesegas ist von hoher Güte.
In der Zeichnung stelltThe synthesis gas obtained by means of the device according to the invention is of high quality.
In the drawing represents

F i g. 1 ein Fließschema mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,F i g. 1 is a flow diagram with a device according to the invention,

F i g. 2 eine vertikale Querschnittsansicht zur schematischen Erläuterung eines Ofenhauptteiles der erfindungsgemäßen Vorrichtung undF i g. FIG. 2 is a vertical cross-sectional view schematically illustrating a furnace main part of FIG device according to the invention and

F i g. 3 eine horizontale Querschnittsansicht zur Erläuterung dir Brenneranordnung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.F i g. 3 is a horizontal cross-sectional view for explaining the burner arrangement in the invention Device.

Nach F i g. 1 wird ein feinteiliges Beschickungsgut 1 (Material zur Eisenverhüttung, Flußmittel und fester kohlenstoffhaltiger Brennstoff) nach Trennung vom Heißgas im Zyklon und Mehrfachzyklon 2 in einemAccording to FIG. 1 is a finely divided charge 1 (material for iron smelting, flux and solid carbon-containing fuel) after separation from the hot gas in the cyclone and multiple cyclone 2 in one

Pulverstampfer 4 gesammelt. Ein Beschickungstrichter 5 ist am Boden mit einem Daueraufgeber versehen, von dem aus das Material bei hoher Geschwindigkeit mit Sauerstoff oder mit sauerstoffreicher Luft in die entsprechenden Brenner 7 und von dort in das InnerePowder tamper 4 collected. A loading hopper 5 is provided with a permanent feeder on the floor, from which the material is transported at high speed Oxygen or with oxygen-rich air into the corresponding burner 7 and from there into the interior

des Ofens im gemischten Zustand transportiert wird. Benutzt man flüssigen oder gasförmigen kohlenstoffhaltigen Brennstoff, dann wird die Zufuhr von festem kohlenstoffhaltigem Brennstoff aus dem Material 1 eingeschränkt oder unterbrochen und der erstere inof the furnace is transported in the mixed state. If you use liquid or gaseous carbonaceous Fuel, then the supply of solid carbonaceous fuel from the material 1 restricted or interrupted and the former in

den Ofen durch einen Überhitzer 6 aus den Brennern 7 oder aus anderen für Brennstoffe geeigneten Brennern eingeblasen. Gewünschtenfalls wird dann aus dem Überhitzer 6 erzeugter überhitzter Dampf aus denthe furnace by a superheater 6 from the burners 7 or from other burners suitable for fuels blown in. If desired, then from the superheater 6 generated superheated steam from the

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) Dt = Innendurchmesser (I. D.) vom Herd * Rt = Innenradius (I. R.) vom kuppeiförmigen Ai = height of the hearth (melting chamber) Dt = inner diameter (ID) of the hearth * Rt = inner radius (IR) of the dome-shaped

Gewölbe beim senkrechten Schnitt Do = Innendurchmesser vom GasauslaßVault in the vertical section Do = inside diameter of the gas outlet

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.
Kohle (6900 Kcal/kg) ...... 238 kg/Std.Feed rate (dry) 430 kg / hour.
Coal (6900 Kcal / kg) ...... 238 kg / h.

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

Kalk (CaO 55,1 °/₀) 72 kg/Std.Lime (CaO 55.1 ° / ₀ ) 72 kg / hour.

Manganerz (Mn 40,1%) 5 kg/Std.Manganese ore (Mn 40.1%) 5 kg / hour

Eingeblasener SauerstoffBlown oxygen

(98%) 204Nm³/Std.(98%) 204Nm ³ / h

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

Allgemeiner BereichGeneral area

AiIDt = 1/4 -1 AiIDt = 1/4 -1

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

= 1/2 -1/8= 1/2 -1/8

BestwertBest value

1/21/2

1/2 ■1/2 ■

1/4 _a5 1/4 _a5

♦ Rt kann durch Rt, ersetzt werden, das ein Radius einer gedachten Kugel, etwa entsprechend dem Aufbau aus mehreren Ubereinandergelagetten stumpfen Kegeln, Polyedern oder Rotionsparaboloiden, sein kann.♦ Rt can be replaced by Rt, which can be a radius of an imaginary sphere, for example in accordance with the structure of several 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 (F i g. 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 (Figs. 2 and 3) cut.

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

Radius vom Gewölbe 0,49 mRadius of 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 °

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,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 load was ignited,

45 Menge an erzeugtem Gas
CO₂
CO
H₂ .45 Amount of gas produced
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%

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°/₀ C. 4.26 ° / ₀

0,039 ⁰I₀
1,21%
U5%
0,40%
98,0 kg/Std.
1,82%
2,27%0.039 ⁰ I ₀
1.21%
U5%
0.40%
98.0 kg / hour
1.82%
2.27%

S
Mn
Si ..
P ..S.
Mn
Si ..
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 characterized by at least 3 inclined at an angle of 45 to 75 ° to the horizontal, against the furnace axis, directional burners (7), the axes of which are at a height of 10 to 50% of the hearth diameter above the slag surface and within an imaginary concentric to the hearth axis Cut a circle with a radius of 20% of the center diameter, as well as through one in the Center of the vault arranged gas outlet (13), the inner diameter of which is 12.5 to 50% of the Inside diameter of the cooker.

1 sheet of drawings