DE3686852T2

DE3686852T2 - Verfahren zum betreiben eines hochofens.

Info

Publication number: DE3686852T2
Application number: DE8686109999T
Authority: DE
Inventors: Hirohisa Hotta; Masahiro Matsuura; Yotaro Oono; Hiroshi Saito
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1985-07-26
Filing date: 1986-07-21
Publication date: 1993-02-25
Anticipated expiration: 2006-07-22
Also published as: CN86105560A; EP0209880B1; EP0209880A2; DE3686852D1; CN1007160B; AU588043B2; EP0209880A3; KR870001314A; AU6023286A; JPS6227509A; US4917727A; KR920004699B1; CA1280609C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Blashochofens, der ein Blashochofengas erzeugen kann, dessen Zusammensetzung als ein synthetisches chemisches Industriegas geeignet ist.
Der größte Teil der in einem konventionellen Blashochofen erzeugten Hochofengase wird in der Stahlhütte verbraucht. Die in einer solchen Hütte verbrauchte Gasmenge nimmt jedoch seit einigen Jahren ab, obwohl die Hochofengasmenge aufgrund der Steigerung der produzierten Roheisenmenge und infolge von Verbesserungen des Anlagenbetriebs zugenommen hat. Eine wirkungsvolle Nutzung von überschüssigen Hochofengasen ist daher ein großes Problem.
Es wird daher angenommen, daß eine große Menge von CO-Gas, das in dem Hochofengas enthalten ist, als synthetisches chemisches Industriegas wie etwa als Methanolkraftstoffgas dienen kann.
Konventionelles Blashochofengas enthält jedoch einen großen Anteil an N&sub2;-Gas. Um das Blashochofengas als synthetisches chemisches Industriegas einsetzen zu können, muß N&sub2;-Gas daraus abgeschieden werden, was in hohen Kosten resultiert. Es ist daher schwierig, das Blashochofengas großtechnisch als synthetisches chemisches Industriegas einzusetzen.
Die JP-Patentschrift 37-3356 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Blashochofens, wobei Sauerstoff, der geeignete Mengen von CO&sub2;-Gas und Wasserdampf enthält, anstelle von Luft aus den Winddüsen des Blashochofens geblasen wird, und gleichzeitig wird ein Reduziergas, das im wesentlichen aus CO und H&sub2;, das von einem B-Gas getrennt ist, eingeblasen, wodurch der Anteil des an der Gichtöffnung des Ofens erzeugten Reduziergases auf 70 % eingestellt wird.
Dieses Verfahren zielt auf eine Herabsetzung des Kokssatzes, jedoch nicht auf die Erzeugung eines synthetischen chemischen Industriegases. Diese Patentschrift beschreibt nicht das Einblasen eines Vorheizgases von einer Schachtzwischenebene des Blashochofens oder das Einblasen von pulverisierter Kohle aus den Winddüsen.
Die JP-Patentschrift 52-32323 beschreibt Verfahren zum Blasen eines Gichtgases, das unter Verwendung fossiler Brennstoffe regeneriert wird, gemeinsam mit sauerstoffreichem Gas aus Winddüsen sowie zum Blasen des regenerierten Gichtgases von einer Schachtzwischenebene aus.
Dieses Verfahren zielt ebenfalls auf eine Herabsetzung des Kokssatzes und nicht auf die Erzeugung eines synthetischen chemischen Industriegases. Bei diesem Verfahren wird nicht reiner Sauerstoff, sondern ein sauerstoffreiches Gas eingeblasen. Wenn aus dem resultierenden Blashochofengas der Stickstoff nicht entfernt wird, kann es nicht als ein synthetisches chemisches Industriegas eingesetzt werden.
Die JP-Patentschrift 50-22966 beschreibt ein Verfahren, bei dem ein nichtoxidierendes Gas mit einer Temperatur von 800ºC oder einer Temperatur, die höher als diejenige einer Begichtung ist, aus einer Blasposition in einen Bereich geblasen wird, in dem die Begichtungstemperatur 700ºC oder höher ist, wenn ein Schachtofenbetrieb unter Verwendung einer vorreduzierten Begichtung durchgeführt wird, wodurch die vorreduzierte Begichtung und Schrott vorgeheizt werden.
Dieses Verfahren zielt ebenfalls auf eine Herabsetzung des Kokssatzes, aber nicht auf die Erzeugung eines synthetischen chemischen Industriegases. Da kein Reinsauerstoff eingeblasen wird, kann das Blashochofengas nicht als ein synthetisches chemisches Industriegas verwendet werden, wenn nicht der Stickstoff daraus entfernt wird.
Die JP-Patentschrift 51-8091 beschreibt ein Verfahren zum Einstellen der Sauerstoff- und Reduziergasanteile beim Betrieb eines Blashochofens, wenn ein sauerstoffreiches Gas und ein Reduziergas aus den Winddüsen geblasen werden.
Dieses Verfahren richtet sich jedoch auf die Verbesserung der Produktivität von Roheisen und nicht auf die Erzeugung eines synthetischen chemischen Industriegases. Bei diesem Verfahren wird kein Vorheizgas von einer Schachtzwischenebene aus eingeblasen. Da kein Reinsauerstoff in den Blashochofen eingeblasen wird, muß Stickstoff aus dem Hochofengas abgeschieden werden, wenn das Gas als ein synthetisches chemisches Industriegas dienen soll.
Die FR-A-2 486 962 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Blashochofens, bei dem das Blasgas durch eine Kombination von im Kreislauf rückgeführtem Blashochofengas, Sauerstoff und feinverteiltem Kohlenstoffpulver ersetzt wird. Das Kreislaufgas wird teilweise von Kohlendioxid gereinigt, es wird auf 600-1300ºC vorgeheizt, um die Temperatur in der Winddüsenzone zu regeln, und der Anteil an Inertgasen - speziell Stickstoff - wird niedrig gehalten. Ein Beispiel zeigt ein so erhaltenes Blashochofengas mit 8 % Stickstoff und ein Kreislaufgas mit 10 %. Das Kreislaufgas kann auf einer höheren Ebene des Blashochofens in den Schacht eingeblasen werden.
Eine erste Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines Blashochofens, wobei ein stickstofffreies Blashochofengas als ein synthetisches chemisches Industriegas erzeugt werden kann, während gleichzeitig eine stabile Roheisenproduktion im Blashochofen unterhalten wird.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines Blashochofens, wobei auch beim Blasen von Reinsauerstoff aus Winddüsen die theoretische Flammentemperatur an der Winddüsennase nicht übermäßig erhöht wird.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines Blashochofens, wobei ein Gasmangel im oberen Teil des Hochofens auch dann ausgeglichen werden kann, wenn aus den Winddüsen Reinsauerstoff ausgeblasen wird.
Eine vierte Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines Blashochofens, wobei die Kokseinsatzmenge verringert werden kann.
Die obigen Aufgaben werden gelöst mit dem Verfahren nach Anspruch 1. Fakultative Merkmale des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung sieht vor, daß aus Winddüsen Reinsauerstoff geblasen wird. Ein an der Gicht des Hochofens erzeugtes Blashochofengas wird in ein im wesentlichen stickstofffreies Gas umgewandelt. Eine Erhöhung der theoretischen Flammentemperatur an der Winddüsennase beim Blasen von Reinsauerstoff aus den Winddüsen kann dadurch verhindert werden, daß ein temperaturregelndes Gas (z. B. Dampf, Wasser, Kohlendioxid und ein an der Gicht erzeugtes Blashochofengas) aus den Winddüsen geblasen wird. Zusätzlich kann der Gasmangel im oberen Teil des Hochofens beim Blasen von Reinsauerstoff aus den Winddüsen verhindert werden, indem an einer Schachtzwischenebene ein Vorheizgas eingeblasen wird, das im wesentlichen keinen Stickstoff enthält und zum Vorheizen eines Hochofeneinsatzes dient, z. B. ein Gas, das durch Verbrennen des Hochofengases an der Ofengicht erhalten wird. Außerdem wird Reinsauerstoff eingeblasen, so daß pulverisierte Kohle aus den Winddüsen geblasen werden kann, wodurch der Koksanteil im Einsatz verringert wird.
Der Ausdruck "Blashochofengas, das im wesentlichen keinen Stickstoff enthält" umfaßt ein Gas, das Stickstoff enthält (normalerweise eine Konzentration von 10 % oder weniger), der bei Verwendung als ein chemisches Gas den Betrieb nicht beeinträchtigt. Der Ausdruck "Vorheizgas, das im wesentlichen keinen Stickstoff enthält," bedeutet ein Vorheizgas, das eine Stickstoffmenge enthält, die klein genug ist, um das Blashochofengas der obigen Zusammensetzung zu erzeugen. Der Ausdruck "Reinsauerstoff" bedeutet Sauerstoff hoher Reinheit, der eine Stickstoffmenge enthält, die klein genug ist, um das Blashochofengas der obigen Zusammensetzung zu erzeugen.
Die Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich; die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Blashochofens nach der Erfindung;
Fig. 2 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Konzentration von aus Winddüsen geblasenem Sauerstoff und der Menge an pulverisierter Kohle zeigt; und
Fig. 3 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Konzentration von aus den Winddüsen geblasenem Sauerstoff und der Vorheizgasmenge zeigt.

Beispiel 1

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Blashochofens gemäß der Erfindung. Eine Eisenerz und Koks als Hauptbestandteile enthaltende Begichtung wird an einer Gicht oder Aufnahmeglocke in den Blashochofen eingesetzt. Reinsauerstoff 3, pulverisierte Kohle 11, H&sub2;O (Wasser oder Dampf) 12 und ein Blashochofengas als ein temperaturregelndes Gas 4' werden aus Winddüsen 2 geblasen. Vorheizgas 5, das im wesentlichen keinen Stickstoff enthält, wird an einer Schachtzwischenebene des Hochofens eingeblasen, um die Begichtung vorzuheizen. Koks und pulverisierte Kohle werden mit Reinsauerstoff verbrannt, Eisenerz wird reduziert und erschmolzen zur Produktion von Roheisen und Schlacke, und Blashochofengas 4, das im wesentlichen keinen Stickstoff enthält, wird an der Gicht des Hochofens erzeugt.
Staub wird aus dem Hochofengas 4 im Staubsammler 7 entfernt. Das staubfreie resultierende Gas wird verschiedenen Bestimmungsorten zugeführt. Ein Teil wird einem Verbrennungsofen 9, ein weiterer Teil als temperaturregelndes Gas 4' den Winddüsen 2 zugeführt, ein weiterer Teil wird in der Stahlhütte verwendet, und der Rest wird einer CO&sub2;-Abscheidungsanlage 8 zugeführt. Die resultierenden CO- und H&sub2;-Gase werden als ein synthetisches chemisches Industriegas genutzt. CO&sub2;-Gas aus der CO&sub2;-Abscheidungsanlage 8 kann als ein temperaturregelndes Gas dem Vorheizgas erzeugenden Verbrennungsofen 9 oder Winddüsen 2 zugeführt werden.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren werden H&sub2;O 12 und temperaturregelndes Gas 4' aus Winddüsen 2 geblasen, um einen Temperaturanstieg an der Winddüsennase infolge des Einblasens von Reinsauerstoff zu verhindern. Die Blasrate wird so geregelt, daß eine theoretische Flammentemperatur an der Winddüsennase mit 2000-2600ºC vorgegeben ist. Pulverisierte Kohle, die aus Winddüsen 2 geblasen wird, dient als Ersatz für Koks. Gemäß der Erfindung kann, da aus den Winddüsen 2 Reinsauerstoff geblasen wird, eine große Menge pulverisierte Kohle eingeblasen werden.
Insbesondere wird, wenn die Konzentration von aus den Winddüsen 2 geblasenem Sauerstoff ansteigt, die Menge an pulverisierter Kohle erhöht, wie Fig. 2 zeigt, obwohl die Rate nach Maßgabe von verschiedenen Bedingungen wie etwa der Art der pulverisierten Kohle veränderlich ist. Bei einem Konzentrationsanstieg des aus den Winddüsen geblasenen Sauerstoffs nimmt die durch den Hochofen strömende Gasmenge ab. Daher muß das Gas in dieser Menge ergänzt werden, um einen Mangel auszugleichen, wie Fig. 3 zeigt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Blasen von Reinsauerstoff aus den Winddüsen und des Vorheizgases an der Schachtzwischenebene das Einblasen einer großen Menge von pulverisierter Kohle, z. B. 400 kg/t Roheisen und bevorzugt 100-400 kg/t Roheisen. Die beim Betrieb eingesetzte Koksmenge kann also erheblich verringert werden.
Um die latente Wärmemenge vom Blashochofen einzustellen, werden O&sub2;-Blasgas aus den Winddüsen und eine Blasrate von H&sub2;O geregelt, um das Brennstoffverhältnis zu ändern.
Vorheizgas 5 wird verwendet, um einen Gasdurchfluß im Hochofen zu steigern und die Begichtung im Hochofen vorzuheizen. Gas 5 kann erzeugt werden durch Verbrennung des Blashochofengases mit Sauerstoff 3' im Verbrennungsofen 9. Die Blasrate des Vorheizgases 5 wird bestimmt unter Berücksichtigung der Gasmenge, die auf einer Ebene unter der Blasebene erzeugt wird, so daß ein Wärmestromverhältnis (Feststoff/Gas) bevorzugt in den Bereich von 0,8-1,0 fällt. Wenn das Wärmestromverhältnis extrem niedrig ist, muß eine große Gasmenge eingeblasen werden, und der Heizwert des Gases geht verloren. Wenn dagegen das Wärmestromverhältnis extrem hoch ist, tritt ein Heizwertmangel im Hochofen auf. Die Temperatur im Hochofen nimmt dann übermäßig ab, und eine zufriedenstellende Gasreduktion kann nicht durchgeführt werden. Infolgedessen wird der Hochofenbetrieb instabil. Die Vorheizgastemperatur fällt bevorzugt in den Bereich von 500-1200ºC. Wenn die Temperatur extrem niedrig ist, kann eine chemische Reduktion nicht in ausreichender Weise durchgeführt werden. Wenn dagegen die Temperatur extrem hoch ist, steigt der Lösungsverlust. Daher ist die Wärmebilanz am Unterende des Hochofens gestört, und der Hochofenbetrieb wird instabil. Wenn ferner die Eisenerz-Reduktionsrate hoch ist, kann die Vorheizgastemperatur niedrig eingestellt werden. Wenn aber die Eisenerz-Reduktionsrate niedrig ist, kann die Vorheizgastemperatur hoch eingestellt werden. Ohne eine Verzögerung der Reduktionsreaktion können daher die Kalorien in wirksamer Weise genutzt werden. Die Vorheizgastemperatur kann geregelt werden, indem ein Verhältnis des von der Gicht des Hochofens im Kreislauf rückgeführten Blashochofengases zu O&sub2; geändert wird.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Betriebsverfahren wird Reinsauerstoff eingeblasen, und externes N&sub2;-Gas wird im wesentlichen nicht in das System eingeleitet. Daher enthält das Blashochofengas im wesentlichen kein N&sub2;-Gas, so daß N&sub2; nicht aus dem Blashochofengas abgeschieden zu werden braucht. Es wird nur CO&sub2;-Gas aus dem Blashochofengas abgeschieden, um nach Bedarf als synthetisches chemisches Industriegas eingesetzt zu werden. Daher können die Kosten des Gases erheblich gesenkt werden.
Der Temperaturanstieg an der Winddüsennase oder in ihrem Bereich beim Blasen von Reinsauerstoff kann dadurch verhindert werden, daß das Blashochofengas eingeblasen wird, das von der Gicht im Kreislauf rückgeführt wird. Ferner verhindert das aus der Schachtzwischenebene geblasene Vorheizgas einen Gasdurchflußmangel, wodurch der Blashochofen stabil betrieben wird. Da ferner pulverisierte Kohle eingeblasen wird, kann die im Hochofen eingesetzte Koksmenge erheblich verringert werden, wodurch die Betriebskosten gesenkt werden. Eine erforderliche Menge Blashochofengas wird einer CO&sub2;-Abscheidung unterzogen, wenn das Gas als ein synthetisches chemisches Industriegas verwendet wird, wodurch die Gaskosten weiter gesenkt werden.
Der Betrieb des Blashochofens gemäß der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.
Eisenerz und Koks (ein Koksverhältnis von 350 kg/T-HM oder Tonne Flüssigmetall) wurden in einen Blashochofen eingesetzt (5000 t-HM/d oder Flüssigmetall/Tag), und Reinsauerstoff (349 Nm³/T), ein Gichtgas (165 Nm³/T), pulverisierte Kohle (300 kg/T-HM = 21 t/H) und Wasserdampf (3 kg/T) zum Verhindern von Änderungen der Blashochofengaszusammensetzung wurden in den Hochofen eingeblasen. Ein Vorheizgas (1000ºC, 105 Nm³/T) wurde aus dem Schachtzwischenteil des Blashochofens eingeblasen. In diesem Fall wurde das Vorheizgas durch Verbrennen des Gichtgases (105 Nm³/T) mit Sauerstoff (10 Nm³/T) erzeugt.
Die Zusammensetzung des Gichtgases, das durch den oben beschriebenen Blashochofenbetrieb erzeugt wurde, war 49 % CO, 33,5 % CO&sub2;, 9,2 % H&sub2;, 0,73 % H&sub2;O und 0,8 % N&sub2;. Somit enthält das Gichtgas im wesentlichen kein N&sub2;-Gas. Das Blashochofengas wurde durch den Staubsammler geführt, und das staubfreie Gas wurde verschiedenen Bestimmungen zugeführt. Ein Teil (105 Nm³/T) wurde in den Verbrennungsofen eingeblasen, ein weiterer Teil (165 Nm³/T) wurde aus den Winddüsen geblasen, ein weiterer Teil (1080 Nm³/T, 1726 kcal/Nm³) wurde in der Stahlhütte eingesetzt, und der Rest wurde einer CO&sub2;-Abscheidung unterworfen. Die resultierenden CO- und H&sub2;-Gase wurden als ein synthetisches chemisches Industriegas eingesetzt.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Blashochofens, das folgende Schritte aufweist:

Beschicken des Blashochofens durch die Gicht mit einer Begichtung, die Eisenerz und Koks aufweist;

Blasen von Reinsauerstoff (3'), pulverisierter Kohle (11) und eines temperaturregelnden Gases (4') aus Winddüsen, wobei das temperaturregelnde Gas dazu dient, einen Temperaturanstieg an der Winddüsennase zu verhindern;

Einblasen eines Vorheizgases (5), das eine Konzentration von 10 % oder weniger Stickstoff enthält, von einem Schachtzwischenniveau aus, um die Begichtung im Blashochofen vorzuheizen;

Verbrennen von Koks mit dem Reinsauerstoff, um das Eisenerz zu schmelzen und ein Blashochofengas zu erzeugen, das im wesentlichen keinen Stickstoff enthält; und

Abscheiden von CO&sub2; aus wenigstens einem Teil des erzeugten Blashochofengases, um das resultierende CO und H&sub2; als ein synthetisches chemisches Industriegas einzusetzen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturregelnde Gas ein in der Gicht des Blashochofens erzeugtes Gas ist und so eingeblasen wird, daß eine theoretische Flammentemperatur an der Winddüsennase in einen Bereich von 2000-2600ºC fällt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorheizgas (5) eine Temperatur hat, die in einen Bereich von 500-1200ºC fällt, und eine Menge des Vorheizgases so geregelt wird, daß ein Wärmeflußverhältnis von Feststoff zu Gas mit 0,8-1,0 vorgegeben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverisierte Kohle in einer Menge von bis zu 400 kg/t Roheisen eingeblasen wird.