DE19812087C1

DE19812087C1 - Blast furnace pig iron production process with minimal coke consumption

Info

Publication number: DE19812087C1
Application number: DE19812087A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Fink
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1998-03-19
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2018-03-20

Abstract

A blast furnace pig iron production process employs a cold blast which is heated only by partial combustion of fine coal contained in the blast. A blast furnace pig iron production process employs a fine coal-containing cold blast of technical purity oxygen which is mixed with reducing gas recovered from the top gas and which is introduced through common tuyeres into the hearth and the bosh, the requisite heat being achieved on exit from the tuyeres into the furnace solely by partial combustion of the fine coal ahead of and within the hot burden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erschmelzen von Roheisen und zum Bereiten von Nutzgas gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a process for melting pig iron and Preparation of useful gas according to the preamble of patent claim 1.

Bekannt ist der Hochofen mit Winderhitzern, der mit Koks und mit Heißwind Roheisen, Schlacke und armes Gichtgas erzeugt. Üblich ist es, einen Teil des Kokses durch Feinkohle zu ersetzen, die man durch die Formen ins Gestell einführt. Dem Heißwind zugesetzter technischer Sauerstoff begünstigt die Anwendung von Feinkohle. Mit heute üblichem reichen Möller fährt ohne Feinkohle der herkömmliche Hochofen mit etwa 480 kg Koks/t Roheisen. Moderne Hochöfen ersetzen bis zu einem Drittel dieser Koksmenge durch Feinkohle.The blast furnace with hot air heaters, the one with coke and with hot wind is known Pig iron, slag and poor top gas are produced. It is common to use part of the coke to be replaced by fine coal which is introduced into the frame through the molds. The Technical oxygen added by hot wind favors the application of Fine coal. Today's rich Möller drives without fine coal conventional blast furnace with about 480 kg coke / t pig iron. Modern blast furnaces replace up to a third of this amount of coke with fine coal.

Die Fachwelt strebt danach, das Roheisen mit möglichst wenig Koks zu erschmelzen, d. h. mit möglichst viel Feinkohle zu fahren. Mit Heißwind aber fällt das nicht gerade leicht. Beim Zumischen nämlich zündet der Heißwind die Feinkohle schon innerhalb der Formen, und gefährdet sie. Dann hemmt zugleich die große Zähigkeit des heissen Windes deutlich das Verwirbeln der Feinkohle mit ihm. Beim Austreten aus den Formen ist daher die Feinkohle mit dem Heißwind bei weitem noch nicht gleichmässig vermischt, was ihre Vergasung stark verzögert, und sie weit in den Ofen hinein verschleppt. Diese Erschwernisse wachsen schneller mit dem Einbringen von grösseren Mengen von Feinkohle, und hemmen stärker das Senken des Kokssatzes.The experts strive to get the pig iron with as little coke as possible melt, d. H. to drive with as much fine coal as possible. With hot wind, however, it falls not exactly easy. When mixing, the hot wind ignites the fine coal already within the forms, and endangers them. Then the big one inhibits at the same time The toughness of the hot wind clearly shows the swirling of the fine coal with it. When exiting the molds, the fine coal with the hot wind is at far from being evenly mixed, which greatly delays their gasification, and they dragged far into the furnace. These difficulties grow faster with Introducing larger quantities of fine coal, and more strongly inhibit lowering of the coke pack.

Doch der sinkende Koksverbrauch mindert im Hochofen kaum den Anteil der direkten Reduktion, und auch nicht das Ausmaß der kohäsiven Schichten. Die in jedem Falle stark ausgeprägten kohäsiven Schichten zwingen den Hochöfner den Koks gesondert in Schichten zu gichten, die ausreichend grosse Fenster frei halten. Wenig Koks ergibt schmale Schichten, und läßt nur enge "Koksfenster" frei, die im Hochofen den Druckverlust unerträglich hoch machen können.However, the falling coke consumption in the blast furnace hardly reduces the proportion of direct reduction, and not the extent of the cohesive layers. In the strong cohesive layers in any case force the blast opener Caulk coke separately in layers that keep sufficiently large windows free. Little coke results in narrow layers, leaving only narrow "coke windows" open in the Blast furnace can make the pressure loss unbearably high.

Im Gestell des herkömmlichen Hochofens verformt der Heißwind entscheidend das Gefüge der Koksschüttung. Das Wesentliche dazu erläutert Fig. 1. Der Heißwind tritt mit grosser Geschwindigkeit durch die Blasform 1 ein, und bildet von ihrem Maul ab den Wirbelweg 2, der bis etwa 120 cm tief in die Koksschüttung hinein reicht. Nahe der Rast fällt aus dem Bereich der Schüttung heraus Rastkoks 3 in die "Quelle" des Wirbelweges 2, dieser wird vom Strahl des Heißwindes mitgerissen, von seiner Wucht zerschlagen, entlang dieser Strecke vielfach verwirbelt, und dabei vom Heißwind lebhaft vergast. Der entlang des Wirbelweges 2 kreisende Wirbelkoks 4 ist deutlich kleiner als der Rastkoks 3, und hat abgerundete Kanten. Das Formengas reißt kleinförmigen Koks mit in die Lücken des Toten Mannes 5 hinein, und verdichtet ihn zum Vogelnest 6. Wie eine Schale umfaßt das Vogelnest 6 von unten und von vorne den Wirbelweg 2, und trennt ihn vom Toten Mann 5. Das Ausmaß des Vogelnestes 6 und seine Durchlässigkeit für Gase und Schmelzen werden nicht von der Menge der eingedüsten Feinkohle beeinflußt. Nur wenige Prozente schlecht vergaster Feinkohle findet man in ihm. Allgemein enthält der Rastkoks 3 etwa 10 bis 20% Kleinkoks unter 10 mm, der Wirbelkoks 4 schon von 15 bis 35%, und das Vogelnest 6 zuletzt 50 bis 60%. Der Tote Mann 5 enthält eher weniger Feinkorn als der Rastkoks 3.In the frame of the conventional blast furnace, the hot wind decisively deforms the structure of the coke fill. The essentials for this are shown in FIG. 1. The hot wind enters the blow mold 1 at high speed and forms the swirl path 2 from its mouth, which extends up to about 120 cm deep into the coke bed. In the vicinity of the rest, coke 3 falls out of the area of the fill into the "source" of the vortex path 2 , which is swept away by the jet of the hot wind, smashed by its force, swirled along this route many times, and thereby gassed lively by the hot wind. The circular path along the vertebral 2 Wirbelkoks 4 is significantly smaller than the Rastkoks 3, and has rounded edges. The molding gas pulls small-shaped coke into the gaps of the dead man 5 and compresses it into the bird nest 6 . Like a shell, bird's nest 6 encompasses vortex path 2 from below and from the front, and separates it from dead man 5 . The extent of the bird nest 6 and its permeability to gases and melts are not affected by the amount of fine coal injected. Only a few percent of poorly gasified fine coal can be found in it. In general, the locking coke 3 contains about 10 to 20% small coke under 10 mm, the swirl coke 4 already from 15 to 35%, and the bird nest 6 last 50 to 60%. The dead man 5 contains less fine grain than the coke 3 .

Das dichter gepackte Vogelnest 6 drosselt das im Wirbelweg 2 entstehende Reduktionsgas beim Fließen in den Toten Mann 5 hinein. Dadurch verformt es vorne den Wirbelweg 2 nach oben, und verlagert damit im Toten Mann 5 die Gasströmung. Von oben her tröpfeln Schlacke und Eisen aus der Koksschüttung in den Wirbelweg 2 hinein, nur träge versickert die Schmelze durch das dichtere Vogelnest 6, mit Tümpeln am Boden ist zu rechnen. Reste von Sauerstoff, Kohlensäure und Wasserdampf, die entlang des ganzen Wirbelweges 2 vorhanden sind, oxidieren zum Teil die tröpfelnde Schmelze. ("Oxidierender Wirbelweg"). Das Vogelnest 6 verschlechtert deutlich auch das Fließen der Schmelzen innerhalb der Koksschüttung, die metallurgische Arbeit innerhalb des Gestells wird unruhig, und die feuerfeste Zustellung mag leiden. Solche Schmelzen gefährden auch die Blasformen.The denser packed bird nest 6 throttles the reducing gas formed in the vortex path 2 as it flows into the dead man 5 . As a result, it deforms the vortex path 2 at the front, and thus shifts the gas flow in the dead man 5 . From above, slag and iron trickle out of the coke bed into vortex path 2 , the melt only sluggishly seeps through denser bird nest 6 , with pools on the ground to be expected. Residues of oxygen, carbonic acid and water vapor, which are present along the entire vortex path 2 , partially oxidize the dripping melt. ("Oxidizing vortex path"). The bird nest 6 also significantly deteriorates the flow of the melts within the coke bed, the metallurgical work within the frame becomes restless, and the refractory delivery may suffer. Such melts also endanger the blow molds.

Der neuere Stand der Technik ist aus den DE-OS 22 61 766 und DE 37 02 875 C1 bekannt. Beide Verfahren arbeiten mit technischem Sauerstoff und rückgeführtem Reduktionsgas statt mit Heißwind. Ihr Schachtgas enthält sehr wenig Stickstoff, der aus den Brennstoffen stammt, und den technischer Sauerstoff einschleppt. Beide heizen also mit schierem Reduktionsgas, und beide fahren daher ohne direkte Reduktion. Keine Boudouard-Reaktion schwächt das Gefüge des Kokses der Schüttung, und es entstehen auch keine kohäsiven Schichten. Obgleich diese "stickstofflosen" Hochöfen den Koks der direkten Reduktion sparen, und mehr Feinkohle verkraften, "verheizen" sie noch beträchtliche Mengen an Koks vor den Formen im Gestell, und vermeiden keineswegs ganz den oxidierenden Wirbelweg mit seinen Nachteilen. Diese "stickstofflosen" Hochöfen haben noch keinen Eingang in die Betriebe gefunden.The more recent state of the art is from DE-OS 22 61 766 and DE 37 02 875 C1 known. Both processes work with technical oxygen and recycled reducing gas instead of hot wind. Your shaft gas contains a lot little nitrogen, which comes from the fuels, and the technical oxygen introduces. So both heat with sheer reducing gas, and both therefore drive without direct reduction. No Boudouard reaction weakens the structure of the coke the fill, and there are no cohesive layers. Although this "Nitrogenless" blast furnaces save the coke of direct reduction, and more Withstand fine coal, they still "burn" considerable amounts of coke before Forms in the frame, and by no means completely avoid the oxidizing swirl path its disadvantages. These "nitrogen-free" blast furnaces have no entrance yet the farms found.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, vor den Formen im Gestell den oxidierenden Wirbelweg 2 zu vermeiden. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The invention is based on the object to avoid the oxidizing vortex path 2 before the shapes in the frame. This object is achieved with the characterizing features of patent claim 1. Further embodiments of the invention result from the subclaims.

Bekannt ist, technischer Sauerstoff vergast feine Steinkohle zu Kohlenmonoxid und zu Wasserstoff, und diese Teilverbrennung erreicht Temperaturen, wie das Gestell des Hochofens sie verlangt.It is known that technical oxygen gasifies fine coal to carbon monoxide and hydrogen, and this partial combustion reaches temperatures like that The blast furnace frame demands it.

Gefunden wurde, daß die genannten "stickstofflosen" Hochöfen mit Feinkohle, die zu 90% unter 0,1 mm gemahlen ist, den gesamten Heizkoks zu ersetzen vermögen. ("Heizkoksloser Hochofen")It was found that the "nitrogen-free" blast furnaces with fine coal, which 90% less than 0.1 mm is able to replace the entire heating coke. ("Coke-free furnace")

Doch im Gestell muß genug gegichteter Koks verbleiben, um den Möller zu tragen, sowie um das Abfließen der Schmelzen zu sichern. ("Koksschwelle"). Den Löwenanteil dieses Gestellkokses verbraucht die Kohlung des Roheisens, viel weniger die (direkte) Reduktion seiner Begleiter, und andere Reaktionen.But enough racked coke has to remain in the rack to shut the Möller down wear, as well as to ensure the melt flows away. ("Coke threshold"). The The lion's share of this rack coke consumes the carbon of the pig iron, much less the (direct) reduction of his companions, and other reactions.

Die "Koksschwelle" liegt zumeist deutlich unterhalb von 100 kg Koks/t Roheisen. So wenig Koks macht das getrennte Gichten von Erz und Koks hinfällig, denn man erhält dabei zu schmale Koksschichten. Beim Niedersinken des Möllers reissen sie auseinander, von "Koksfenstern" ist nicht mehr die Rede. Vorteilhafter ist es, vor dem Gichten Erz und Koks zu mischen, und sie zusammen zu gichten. Für diese Arbeit ist kleinerer Koks willkommener als der herkömmliche grobe. Zumeist ist Kleinkoks auch fester, weil er besser stabilisiert ist. "Stickstofflose" Hochöfen fahren mit viel weniger Gestellgas als der herkömmliche mit Heißwind, daher prallt ihr Heizgas mit um vieles geringerer Wucht auf den Koks der Schüttung.The "coke threshold" is usually well below 100 kg of coke / t pig iron. So little coke makes separate gouting of ore and coke obsolete, because one receives too narrow layers of coke. When the Möllers sink, they tear apart, there is no longer any talk of "coke windows". It is more advantageous before Mix gout ore and coke, and gouge them together. For this work smaller coke more welcome than the conventional coarse. Mostly is small coke also firmer because it is better stabilized. "Nitrogen-free" blast furnaces drive a lot less rack gas than the conventional one with hot wind, so your heating gas bounces with it much less force on the coke of the fill.

Für den "heizkokslosen" Hochofen ist kennzeichnend, daß die Feinkohle schon innerhalb der Formen im kalten Fördergas, (im technischen Sauerstoff, der zumeist mit Umlaufgas gemischt ist), vollständig aufgewirbelt, und gleichmässig in Schwebe ist. Diese Suspension der Feinkohle im kalten Fördergas ist explosiv, zündet unmittelbar beim Austreten aus dem Maul der Formen im heißen Ofen, vergast dabei vollständig zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Zum Anblasen des kalten Ofens zündet eine Hilfsflamme das kalte Gemisch beim Austreten aus dem Maul, die Formen arbeiten danach wie Brenner, das weitere Aufheizen zum Betriebszustand wird mit der Zusammensetzung der Suspension gesteuert.It is characteristic of the "coke-free" blast furnace that the fine coal already within the forms in the cold production gas, (in technical oxygen, which is mostly is mixed with circulating gas), whirls up completely, and is evenly suspended. This suspension of fine coal in the cold gas is explosive and ignites immediately when emerging from the mouth of the molds in the hot oven, completely gasified to carbon monoxide and hydrogen. One ignites to blow on the cold furnace Auxiliary flame the cold mixture as it emerges from the mouth, the molds work then like a burner, the further heating up to the operating state becomes with the Controlled composition of the suspension.

Solches "Heizgas" enthält keine oxidierenden Teile, und bildet daher im Betrieb keine oxidierenden Wirbelwege. Das heiße schiere Reduktionsgas zerschlägt kaum Koks, bildet keine Vogelnester, und vergast keinen Koks. In der Koksschüttung fließen daher die Schmelzen unbehindert, und das Gestellgas entfaltet sich in ihr frei.Such "heating gas" contains no oxidizing parts and therefore forms during operation no oxidizing vortex. The hot sheer reducing gas hardly breaks up Coke does not form bird nests and does not gas coke. In the coke bed The melts therefore flow unhindered, and the rack gas develops freely in it.

Fördergas und Feinkohle lassen sich fernab vom Hochofen mischen, und danach zu den Formen bringen. Sehr bald nach der Inbetriebnahme sind die toten Ecken der Leitungen mit Feinkohle gefüllt, und nach wenigen Sekunden schon erhalten die Formen die gleich "konzentrierte" Mischung, selbst falls sie gezwungen sind, unterschiedliche Mengen zu schlucken. Arbeitet der Hochofen mit einer Ringleitung, dann muß in ihr vor jeder Form das beladene Fördergas so schnell strömen, daß in ihm die Feinkohle in Schwebe verbleibt. Vorteilhaft ist es, dafür Gebläse innerhalb der Ringleitung vorzusehen. ("Maulwurfsbläser").Conveying gas and fine coal can be mixed far from the blast furnace, and afterwards bring to the forms. Very soon after commissioning the dead corners of the Pipes filled with fine coal, and after a few seconds they get Form the same "concentrated" mixture, even if you are forced to swallow different amounts. If the blast furnace works with a ring line, then the loaded conveying gas must flow so quickly in front of it that in the fine coal remains in suspension. It is advantageous to use blowers inside the ring line. ("Mole Blower").

Bekannt ist, mit der Feinkohle auch andere Stäube einzuspeisen. Beispiele sind: Kalk, Flußmittel, Feinerz, Schwammeisen, und Reststäube. Vorteile davon sind: das Roheisen wird besser entschwefelt, Silizium wird in ihm erniedrigt, die Schlacke trägt mehr Alkalien aus, und die Schmelzleistung steigt. Mit Heißwind vermag der Hochofen diese Vorteile nur in recht bescheidenem Ausmaß zu erzielen.It is known to feed other dusts with the fine coal. Examples are: Lime, flux, fine ore, sponge iron, and residual dust. The advantages of this are: Pig iron is better desulfurized, silicon is lowered in it, the slag carries more Alkalis, and the melting performance increases. The blast furnace can handle hot winds to achieve these benefits to a very modest extent.

Beim herkömmlichen Hochofen ist das gutgeschriebene Gichtgas an seine Schmelzleistung starr gekoppelt. Die "stickstofflosen" Hochöfen nach DE-OS 22 61 766 und DE-OS 37 02 875 C1 hingegen liefern Nutzgas in wählbaren Mengen, die nicht von ihrer Schmelzleistung abhängen, und auch nicht von der Menge an Gestellkoks.In the conventional blast furnace, the top gas is credited to its own Melting capacity rigidly coupled. The "nitrogen-free" blast furnaces according to DE-OS 22 61 766 and DE-OS 37 02 875 C1, on the other hand, deliver useful gas in selectable quantities that are not depend on their melting capacity and not on the amount of rack coke.

Die genannten Vorteile zeigen den grossen Fortschritt, den diese Erfindung bietet. Besonders bei kleineren "stickstofflosen" Hochöfen kommt sie vorteilhafter zum Tragen.The advantages mentioned show the great progress made by this invention offers. It is particularly advantageous for smaller "nitrogen-free" blast furnaces to carry.

Claims

1. A process for melting pig iron in blast furnaces made of iron ore with coke and with fine coal, which is mixed with technical oxygen, the reducing gas obtained from blast furnace gas, is introduced cold into the frame and the rest by common forms, characterized in that the required Heat exiting the molds in the furnace is generated by the partial combustion of fine coal suspended in the cold mold gas before and within the hot bed.

2. The method according to claim 1, characterized in that the conveying gas from technical oxygen alone.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that non-combustible, dusty solids mixed with the fine coal through the Forms are introduced into the frame.

4. The method according to claim 3, characterized in that fine coal and not flammable dust-fine solids far from the blast furnace. Feed gas supplied and then this mixture is distributed over the molds.

5. The method according to claim 4, characterized in that within the Ring line blowers are arranged which move the conveying gas into it so quickly Keep moving so that no kind of dust settles.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the Blast furnace exclusively with a complete mixture of iron ore and Cottage coke is dispensed.