EA045379B1 - COMBINATION OF DR AND DRI ELECTRIC MELTING FURNACE FOR THE PRODUCTION OF HIGH-QUALITY IRON - Google Patents
COMBINATION OF DR AND DRI ELECTRIC MELTING FURNACE FOR THE PRODUCTION OF HIGH-QUALITY IRON Download PDFInfo
- Publication number
- EA045379B1 EA045379B1 EA202292720 EA045379B1 EA 045379 B1 EA045379 B1 EA 045379B1 EA 202292720 EA202292720 EA 202292720 EA 045379 B1 EA045379 B1 EA 045379B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- gas
- direct
- reduced iron
- furnace
- dri
- Prior art date
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 144
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims description 121
- 230000008018 melting Effects 0.000 title claims description 121
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims description 40
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 19
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 237
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 59
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 52
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 43
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 34
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 22
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 19
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 14
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 13
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 12
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 claims description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 11
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 9
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 9
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims description 8
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 5
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 34
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 33
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 25
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000003570 air Substances 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000003923 scrap metal Substances 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 3
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001341 Crude steel Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 241001062472 Stokellia anisodon Species 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009845 electric arc furnace steelmaking Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
Description
Перекрестная ссылка на родственную заявкуCross reference to related application
Настоящая обычная заявка на патент заявляет преимущество приоритета предварительной заявки на патент США № 62/993787, поданной 24 марта 2020 г. под названием MIDREX PROCESS FOR PRODUCING HIGH PERFORMANCE IRON, содержание которой в полном объеме включено в данный документ посредством ссылки.This regular patent application claims the benefit of U.S. Provisional Patent Application No. 62/993787, filed March 24, 2020, entitled MIDREX PROCESS FOR PRODUCING HIGH PERFORMANCE IRON, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.
Область техникиField of technology
Настоящее изобретение в целом относится к области производства железа прямого восстановления (DRI) и сталеплавильного производства, где под DRI обычно понимается железо холодного прямого восстановления (CDRI), железо горячего прямого восстановления (HDRI) и горячебрикетированное железо (HBI). Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу и системе для объединения этапа плавления в процессе производства DRI с этапом производства DRI.The present invention relates generally to the field of direct reduced iron (DRI) and steelmaking, where DRI generally refers to cold direct reduced iron (CDRI), hot direct reduced iron (HDRI) and hot briquetted iron (HBI). More specifically, the present invention relates to a method and system for combining the melting step of a DRI manufacturing process with a DRI manufacturing step.
Уровень техникиState of the art
Технологический маршрут доменная печь (BF) - основная сталеплавильная печь (BOF) является наиболее распространенным в мире способом производства нерафинированной стали, но является основным источником выбросов СО2. Сталеплавильное производство с помощью электродуговой печи (EAF) с использованием металлолома является перспективной альтернативой процессу BF-BOF из-за более низкой интенсивности выбросов СО2. Однако для получения высококачественного стального продукта, эквивалентного тому, что обычно называют продуктом сорта BF, количество примеси, такой как медь, получаемой из металлолома, ограничено. Для того, чтобы EAF соответствовала требованиям качества, в металлолом в сырье для EAF обычно добавляют единицы чистого железа, такие как железо прямого восстановления (DRI) и/или чугун, чтобы разбавить количество примеси. Переход от производства BF-BOF к EAF оказывает большее давление на поставки единиц чистого железа, поскольку доступность чистого металлолома становится все более ограниченной, а доступность чугуна BF, не содержащего пустую породу, снижается из-за его более высокого выброса СО2.Process route Blast furnace (BF) - main furnace (BOF) is the world's most common method of producing crude steel, but is a major source of CO2 emissions. Electric arc furnace (EAF) steelmaking using scrap metal is a promising alternative to the BF-BOF process due to its lower CO2 emission intensity. However, to produce a high quality steel product equivalent to what is commonly referred to as a BF grade product, the amount of impurity such as copper recovered from scrap metal is limited. In order for EAF to meet quality requirements, units of pure iron, such as direct reduced iron (DRI) and/or pig iron, are typically added to scrap EAF feedstock to dilute the amount of impurity. The transition from BF-BOF to EAF production puts greater pressure on the supply of pure iron units as the availability of pure scrap metal becomes increasingly limited and the availability of gangue-free BF iron decreases due to its higher CO2 emissions.
DRI, восстановленный природным газом, имеет более низкий выброс СО2 и может стать альтернативным источником единиц чистого железа для EAF, сохраняя при этом более низкие выбросы СО2 по сравнению с доменной печью. Однако, в отличие от процесса BF, пустая порода, содержащаяся в железной руде, не может быть удалена в ходе реакции в системе твердое вещество-газ в рамках распространенных процессов прямого восстановления, используемых в настоящее время. DRI, содержащий пустую породу с более высокой кислотностью, не является предпочтительным для EAF, поскольку большее количество шлака увеличивает эксплуатационные расходы и снижает производительность. По этой причине большинство DRI, используемого в настоящее время в EAF, производится из высококачественной железной руды, называемой железная руда сорта DR, которая обычно имеет содержание железа более 67%. Тем не менее, истощение запасов железной руды сорта DR является проблемой будущего, что может негативно повлиять на переход производства с BF-BOF на EAF.Natural gas reduced DRI has lower CO2 emissions and can provide an alternative source of pure iron units for EAF while maintaining lower CO2 emissions compared to a blast furnace. However, unlike the BF process, the gangue contained in the iron ore cannot be removed by solid-gas reaction in the common direct reduction processes currently used. DRI containing higher acidity gangue is not preferred for EAF because more slag increases operating costs and reduces productivity. For this reason, most DRI currently used in EAF is produced from high quality iron ore, called DR grade iron ore, which typically has an iron content of more than 67%. However, depletion of DR grade iron ore is a future concern, which could negatively impact the transition of production from BF-BOF to EAF.
Для удаления пустой породы в форме шлака материал расплавляют после восстановления оксида железа с помощью таких процессов, как BF или EAF. Производство единиц чистого железа без шлака после плавки DRI, полученного из низкосортного оксида железа, обычно называемого высококачественным железом (HPI), необходимо для расположенных дальше по технологическому циклу прокатных станов EAF для производства высококачественного стального продукта из металлолома. Считается, что доступность HPI внесет значительный вклад в глобальное сокращение СО2 за счет улучшения производства стали в EAF с использованием бывшего в употреблении металлолома, который более широко доступен.To remove gangue in the form of slag, the material is melted after reducing the iron oxide using processes such as BF or EAF. Producing pure iron units without DRI smelt slag derived from low-grade iron oxide, commonly referred to as high-grade iron (HPI), is required for downstream EAF rolling mills to produce a high-quality steel product from scrap. It is believed that the availability of HPI will make a significant contribution to global CO2 reduction by improving steel production at EAF using post-consumer scrap metal, which is more widely available.
В настоящее время DRI, полученный из оксидных окатышей сорта DR, составляет почти 100% сырья для EAF, где имеется мало металлолома, например, на Ближнем Востоке. Однако в случае использования DRI, полученного из оксидных окатышей более низкого сорта, в традиционной EAF для производства жидкой стали или HPI, более высокое содержание пустой породы в DRI увеличивает объем шлака, что увеличивает эксплуатационные расходы и снижает производительность EAF, как объясняется ниже.Currently, DRI derived from DR grade oxide pellets constitutes almost 100% of the feedstock for EAF where scrap is scarce, such as the Middle East. However, when DRI produced from lower grade oxide pellets is used in a conventional EAF to produce liquid steel or HPI, the higher gangue content of the DRI increases the volume of slag, which increases operating costs and reduces EAF productivity, as explained below.
Для поддержания надлежащего качества стали на EAF необходимо регулировать химический состав шлака. Основность шлака обычно составляет 2,0 или выше, чтобы регулировать содержание серы и фосфора в полученной стали в окисленной атмосфере. Поскольку большая часть пустой породы в DRI является кислотой, основной флюс, добавляемый в DRI для поддержания более высокой основности, еще больше увеличивает объем шлака.To maintain proper steel quality at EAF, the chemical composition of the slag must be adjusted. The slag basicity is typically 2.0 or higher to control the sulfur and phosphorus content of the resulting steel in an oxidized atmosphere. Since most of the gangue in DRI is acidic, basic flux added to DRI to maintain higher basicity further increases the volume of slag.
Дополнительный шлак приводит к более высоким потерям выхода железа, так как часть железа будет потеряна в виде FeO, насыщенного в шлаке более чем на 20% в окислительной атмосфере на EAR. Эти большие объемы шлака также увеличивают потребление электроэнергии и усилия по удалению шлака, что приводит к увеличению продолжительности плавки от выпуска до выпуска и снижению производительности на EAR Например, объем шлака составляет приблизительно 100-150 кг шлака на тонну стали при выплавке DRI, полученного из оксида железа сорта DR, на EAR. Он может составлять вплоть до приблизительно 400-500 кг шлака на тонну стали при выплавке DRI, полученного из оксида железа более низкого сорта, на EAR.Additional slag results in higher iron yield losses as some of the iron will be lost as FeO saturated in the slag by more than 20% in the oxidizing atmosphere at the EAR. These large volumes of slag also increase power consumption and slag removal efforts, resulting in longer tap-to-tap times and reduced productivity at EAR. For example, slag volume is approximately 100-150 kg slag per tonne of steel for oxide-derived DRI smelting iron grade DR, on EAR. This can be up to approximately 400-500 kg of slag per tonne of steel when DRI, derived from lower grade iron oxide, is smelted at EAR.
- 1 045379- 1 045379
Сущность изобретенияThe essence of the invention
В иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения раскрываются способ и система для объединения этапа плавления с этапом производства DRI, что приводит к улучшению обработки и решению задач, указанных выше. Преимущественно общая выгода заключается в обработке более широкого спектра железных руд, особенно железных руд более низкого сорта, имеющих более высокое содержание пустой породы, чем железные руды сорта DR, при сохранении высокой общей энергоэффективности, выхода материала и производительности.Illustrative embodiments of the present invention disclose a method and system for combining a melting step with a DRI production step, resulting in improved processing and solving the problems identified above. Advantageously, the overall benefit is the processing of a wider range of iron ores, especially lower grade iron ores having higher gangue content than DR grade iron ores, while maintaining high overall energy efficiency, material yield and productivity.
Таким образом, для производства HPI с более низкими эксплуатационными расходами и более высокой производительностью варианты осуществления настоящего изобретения позволяют достичь следующих целей и преимуществ: 1) стабильное поддержание восстановительной атмосферы, регулируя положительное внутреннее давление в плавильной печи для DRI; заданное значение давления должно быть достаточно высоким, чтобы предотвратить проникновение воздуха, что может привести к взрыву; 2) поддержание более высокого содержания остаточного углерода в DRI, не вызывая потерь мелких частиц во время перемещения DRI между установкой DR и плавильной печью для DRI, из-за более низкой физической прочности DRI с высоким содержанием углерода, в целом; и 3) эффективное использование химической и физической энергии в отходящем газе из плавильной печи для DRI, когда DRI с более высоким содержанием остаточного углерода плавится в восстановительной атмосфере.Thus, to produce HPI with lower operating costs and higher productivity, embodiments of the present invention achieve the following objectives and advantages: 1) stably maintaining a reducing atmosphere by regulating positive internal pressure in the DRI melting furnace; the set pressure must be high enough to prevent air from entering, which could cause an explosion; 2) maintaining higher residual carbon content in DRI without causing fines loss during DRI transfer between the DR plant and the DRI smelter, due to the lower physical strength of high carbon DRI in general; and 3) efficient use of chemical and physical energy in the smelter off-gas for DRI when DRI with a higher residual carbon content is melted in a reducing atmosphere.
В одном иллюстративном варианте осуществления в настоящем изобретении раскрывается способ прямого восстановления. Способ включает: предоставление плавильной печи для DRI; и присоединение разгрузочного желоба между разгрузочным выходом шахтной печи прямого восстановления и входом плавильной печи для DRI; при этом DRI и восстановительный газ из шахтной печи проходят через разгрузочный желоб, и восстановительный газ регулирует атмосферу плавильной печи с получением восстановительной среды. Разгрузочный желоб может содержать разгрузочный желоб для DRI и питательный желоб для DRI. Способ может дополнительно включать предоставление соединительного канала между плавильной печью для DRI и шахтной печью для возврата отходящего газа из плавильной печи в установку прямого восстановления. Отходящий газ из плавильной печи для DRI может быть возвращен по меньшей мере в одну из следующих линий рециркуляции отходящего газа: линия рециркуляции из плавильной печи для DRI в шахтную печь между кольцевым воздухопроводом шахтной печи и верхней частью шихты, линия рециркуляции из плавильной печи для DRI в верхнюю часть шахтной печи и линия рециркуляции из плавильной печи для DRI в скруббер колошникового газа. Способ может включать предоставление вращающегося питателя или питательного шнека на желобе для регулирования скорости подачи DRI из шахтной печи в плавильную печь для DRI. Способ может включать предоставление разгрузочного желоба для подачи навалом для передачи DRI для создания кучи в соответствии с углом естественного откоса в плавильной печи для DRI. Способ может включать предоставление заслонки регулирования давления по меньшей мере в одной из линий рециркуляции отходящего газа для регулирования внутреннего давления плавильной печи для DRI и присоединения холодного разбавляющего газа на отводе для отходящего газа плавильной печи для DRI, при этом холодный разбавляющий газ удаляется по меньшей мере из одного из следующих источников холодного газа на установке прямого восстановления: выпуск охладителя риформированного газа, выпуск охладителя прямой рециркуляции и выпуск компрессора технологического газа; и причем отходящий газ из плавильной печи для DRI разбавляют холодным разбавляющим газом для снижения температуры отходящего газа на отводе для отходящего газа печи для предотвращения накопления пыли в линиях рециркуляции отходящего газа. Процесс может включать предоставление линии горячего восстановительного газа от выпуска установки риформинга до плавильной печи для DRI для регулирования внутреннего давления плавильной печи для DRI. Для обеспечения протекания отходящего газа из плавильной печи для DRI к установке DR плавильная печь для DRI может работать при положительном давлении, по меньшей мере 0,3 бар изб. или более 1,3 бар изб., в зависимости от того, куда возвращается отходящий газ. Шлак и горячий металл могут выпускаться из плавильной печи для DRI через отдельные выпускные отверстия, или шлак и горячий металл выпускаются из одного и того же выпускного отверстия. Способ может включать предоставление мокрого скруббера для очистки и охлаждения отходящего газа из плавильной печи для DRI, а также заслонки регулирования давления и/или компрессора для регулирования внутреннего давления плавильной печи для DRI, расположенных в линии рециркуляции отходящего газа из плавильной печи для DRI в шахтную печь. Необязательно в такой компоновке плавильная печь для DRI может работать при давлении ниже 0,3 бар изб. Флюс может быть добавлен в оксидные окатыши перед загрузкой в шахтную печь. Уголь или другой углеродистый материал может быть введен в плавильную печь для DRI, а часть холодного газа может быть использована для пневматической транспортировки угля или другого углеродистого материала в плавильную печь для железа прямого восстановления. Часть холодного газа может использоваться в качестве уплотнительного газа для динамического уплотнения вокруг плавильной печи для DRI, например, в качестве газа для уравнивания давления в затворном бункере для загрузки флюса и/или углеродистого материала в плавильную печь для DRI.In one illustrative embodiment, the present invention discloses a direct reduction method. The method includes: providing a melting furnace for DRI; and connecting a discharge chute between the discharge outlet of the direct reduction shaft furnace and the inlet of the DRI melting furnace; wherein DRI and reducing gas from the shaft furnace pass through the discharge chute, and the reducing gas regulates the atmosphere of the smelting furnace to obtain a reducing environment. The discharge chute may comprise a DRI discharge chute and a DRI feed chute. The method may further include providing a connecting channel between the DRI melting furnace and the shaft furnace to return waste gas from the melting furnace to the direct reduction unit. The off-gas from the DRI smelter may be returned to at least one of the following off-gas recirculation lines: the DRI smelter to shaft furnace recirculation line between the shaft furnace ring air duct and the top of the charge, the DRI smelter to recirculation line the top of the shaft furnace and the recirculation line from the DRI smelter to the blast furnace scrubber. The method may include providing a rotary feeder or feed auger on the chute to control the rate of supply of DRI from the shaft furnace to the DRI melting furnace. The method may include providing a bulk feed discharge chute to transfer the DRI to create a heap in accordance with the angle of repose in the DRI smelting furnace. The method may include providing a pressure control valve in at least one of the off-gas recirculation lines to regulate the internal pressure of the DRI melting furnace and connecting a cold dilution gas to the off-gas outlet of the DRI melting furnace, wherein the cold diluting gas is removed from at least one of the following cold gas sources in the direct reduction unit: reformed gas cooler outlet, direct recirculation cooler outlet, and process gas compressor outlet; and wherein the exhaust gas from the DRI melting furnace is diluted with cold dilution gas to reduce the exhaust gas temperature at the furnace exhaust gas outlet to prevent dust accumulation in the exhaust gas recirculation lines. The process may include providing a hot reducing gas line from the reformer outlet to the DRI melter to regulate the internal pressure of the DRI melter. To ensure the flow of exhaust gas from the DRI melting furnace to the DR plant, the DRI melting furnace can be operated at a positive pressure of at least 0.3 barg. or more than 1.3 barg, depending on where the exhaust gas is returned. The slag and hot metal may be discharged from the DRI melting furnace through separate outlets, or the slag and hot metal may be discharged from the same outlet. The method may include providing a wet scrubber for cleaning and cooling off-gas from the DRI smelter, and a pressure control damper and/or a compressor for regulating the internal pressure of the DRI smelter located in a recirculation line of off-gas from the DRI smelter to the shaft furnace. . Optionally, in such an arrangement, the DRI melting furnace can be operated at pressures below 0.3 barg. Flux can be added to the oxide pellets before loading into the shaft furnace. Coal or other carbonaceous material may be introduced into the DRI smelting furnace, and a portion of the cold gas may be used to pneumatically transport the coal or other carbonaceous material to the DRI smelting furnace. A portion of the cold gas may be used as a sealing gas to dynamically seal around the DRI melting furnace, for example, as a pressure equalizing gas in a seal hopper for loading flux and/or carbonaceous material into the DRI melting furnace.
В другом иллюстративном варианте осуществления в настоящем изобретении раскрывается система для прямого восстановления. Система содержит: шахтную печь установки прямого восстановления,In another illustrative embodiment, the present invention discloses a system for direct reduction. The system contains: a direct reduction shaft furnace,
- 2 045379 выполненную с возможностью восстановления оксида железа восстановительным газом; плавильную печь для DRI; и разгрузочный желоб, присоединенный между разгрузочным выходом шахтной печи DRI и входом плавильной печи для DRI; причем DRI и восстановительный газ из шахтной печи проходят через разгрузочный желоб, и восстановительный газ регулирует атмосферу плавильной печи с получением восстановительной среды. Система может дополнительно содержать соединительный канал между плавильной печью для DRI и шахтной печью, выполненный с возможностью возврата отходящего газа из плавильной печи в установку прямого восстановления. Плавильная печь для DRI может представлять собой электродуговую печь или печь с погруженной дугой. Отходящий газ из плавильной печи для DRI может быть предусмотрен для возвращения по меньшей мере в одну из следующих линий рециркуляции отходящего газа: линия рециркуляции из плавильной печи для DRI в шахтную печь между кольцевым воздухопроводом шахтной печи и верхней частью шихты, линия рециркуляции из плавильной печи для DRI в верхнюю часть шахтной печи и линия рециркуляции из плавильной печи для DRI в скруббер колошникового газа. Система может содержать вращающийся питатель или питательный шнек, установленный на желобе и выполненный с возможностью регулирования скорости подачи DRI из шахтной печи в плавильную печь для DRI. Система может содержать разгрузочный желоб для подачи навалом, выполненный с возможностью передачи DRI для создания кучи в соответствии с углом естественного откоса в плавильной печи для DRI. Система может содержать заслонку регулирования давления по меньшей мере в одной из линий рециркуляции отходящего газа, выполненную с возможностью регулирования внутреннего давления плавильной печи для DRI и присоединения холодного разбавляющего газа на отводе для отходящего газа плавильной печи для DRI, при этом холодный разбавляющий газ предусмотрен для удаления по меньшей мере из одного из следующих источников холодного газа на установке прямого восстановления: выпуск охладителя риформированного газа; выпуск охладителя прямой рециркуляции; и выпуск компрессора технологического газа. Система может содержать линию горячего восстановительного газа от выпуска установки риформинга до плавильной печи для DRI, выполненную с возможностью регулирования внутреннего давления плавильной печи для DRI. Система может содержать мокрый скруббер, выполненный с возможностью очистки и охлаждения отходящего газа из плавильной печи для DRI, и заслонку регулирования давления и/или компрессор, выполненные с возможностью регулирования внутреннего давления плавильной печи для DRI и расположенные в линии рециркуляции отходящего газа из плавильной печи для DRI в шахтную печь. Разгрузочный желоб может содержать разгрузочный желоб для DRI и питательный желоб для DRI.- 2 045379 configured to reduce iron oxide with a reducing gas; melting furnace for DRI; and a discharge chute connected between the discharge outlet of the DRI shaft furnace and the inlet of the DRI melting furnace; wherein DRI and reducing gas from the shaft furnace pass through the discharge chute, and the reducing gas regulates the atmosphere of the smelting furnace to obtain a reducing environment. The system may further comprise a connecting channel between the DRI melting furnace and the shaft furnace configured to return waste gas from the melting furnace to the direct reduction unit. The melting furnace for DRI may be an electric arc furnace or a submerged arc furnace. The off-gas from the DRI smelter may be provided to be returned to at least one of the following off-gas recirculation lines: a recirculation line from the DRI smelter to the shaft furnace between the shaft furnace ring air duct and the top of the charge, a recirculation line from the smelter for DRI to the top of the shaft furnace and a recirculation line from the smelter for DRI to the blast furnace scrubber. The system may include a rotary feeder or feed auger mounted on the chute and configured to control the rate of delivery of DRI from the shaft furnace to the DRI melting furnace. The system may include a bulk feed discharge chute configured to transmit the DRI to create a heap in accordance with the angle of repose in the DRI smelting furnace. The system may include a pressure control valve in at least one of the off-gas recirculation lines configured to regulate the internal pressure of the DRI melting furnace and to connect cold dilution gas to the off-gas outlet of the DRI melting furnace, wherein the cold diluting gas is provided for removal from at least one of the following cold gas sources in the direct reduction plant: a reformed gas cooler outlet; direct recirculation cooler outlet; and process gas compressor outlet. The system may comprise a hot reducing gas line from the reformer outlet to the DRI melting furnace configured to regulate the internal pressure of the DRI melting furnace. The system may comprise a wet scrubber configured to clean and cool the DRI smelter off-gas, and a pressure control valve and/or compressor configured to regulate the DRI smelter's internal pressure and located in a recirculation line of the smelter's off-gas for the DRI. DRI into a shaft furnace. The discharge chute may comprise a DRI discharge chute and a DRI feed chute.
В еще одном иллюстративном варианте осуществления в настоящем изобретении раскрывается способ производства высококачественного железа, содержащего литейный чугун или горячий металл, с помощью установки прямого восстановления, объединенной с плавильной печью для DRI. Способ включает: загрузку железа прямого восстановления непосредственно из шахтной печи в плавильную печь для DRI через соединительный желоб; регулирование атмосферы плавильной печи с получением восстановительной среды путем введения восстановительного газа из шахтной печи в плавильную печь для DRI через соединительный желоб; и возврат отходящего газа из плавильной печи для DRI в установку прямого восстановления через соединительный канал между плавильной печью для DRI и шахтной печью.In yet another illustrative embodiment, the present invention discloses a method for producing high quality iron containing cast iron or hot metal using a direct reduction plant combined with a DRI smelter. The method includes: loading direct reduced iron directly from a shaft furnace into a DRI melting furnace through a connecting chute; adjusting the atmosphere of the melting furnace to obtain a reducing environment by introducing reducing gas from the shaft furnace into the DRI melting furnace through the connecting trough; and returning the exhaust gas from the DRI melting furnace to the direct reduction unit through a connecting channel between the DRI melting furnace and the shaft furnace.
Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials
Настоящее изобретение проиллюстрировано и описано со ссылкой на различные графические материалы, на которых одинаковые ссылочные позиции используют для обозначения одинаковых этапов способа/компонентов системы/компонентов устройства в соответствующих случаях и на которых:The present invention has been illustrated and described with reference to various drawings, in which like reference numerals are used to designate like method steps/system components/device components, as appropriate, and in which:
на фиг. 1 представлена схема, иллюстрирующая один вариант осуществления известного уровня техники; независимая EAF, применяемая для плавления DRI;in fig. 1 is a diagram illustrating one embodiment of the prior art; independent EAF used for DRI melting;
на фиг. 2 представлена схема, иллюстрирующая один иллюстративный вариант осуществления способа/системы для прямого восстановления и плавления согласно настоящему изобретению;in fig. 2 is a diagram illustrating one exemplary embodiment of the direct reduction and melting method/system in accordance with the present invention;
на фиг. 3 представлена схема, иллюстрирующая один иллюстративный вариант осуществления способа/системы для прямого восстановления и плавления согласно настоящему изобретению, включая варианты регулирования внутреннего давления плавильной печи для DRI с помощью холодного газа из установки DR;in fig. 3 is a diagram illustrating one exemplary embodiment of the direct reduction and smelting method/system according to the present invention, including options for regulating the internal pressure of a DRI smelter using cold gas from a DR unit;
на фиг. 4 представлена схема, иллюстрирующая один иллюстративный вариант осуществления способа/системы для прямого восстановления и плавления согласно настоящему изобретению, включая варианты регулирования внутреннего давления плавильной печи для DRI с помощью мокрого скруббера и компрессора; и на фиг. 5 представлена схема, иллюстрирующая один иллюстративный вариант осуществления способа/системы для прямого восстановления и плавления согласно настоящему изобретению, включая варианты регулирования внутреннего давления плавильной печи для DRI с помощью горячего риформированного газа.in fig. 4 is a diagram illustrating one exemplary embodiment of the direct reduction and smelting method/system of the present invention, including options for controlling the internal pressure of a DRI smelter using a wet scrubber and a compressor; and in fig. 5 is a diagram illustrating one exemplary embodiment of the direct reduction and smelting method/system according to the present invention, including options for regulating the internal pressure of the DRI smelter using hot reformed gas.
Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention
Для уменьшения объема шлака при производстве HPI преимущественно применять двухэтапный способ; во-первых, производство горячего металла или холодного чугуна после плавления DRI и удаления шлака, а во-вторых, удаление углерода в первом железном продукте и производство жидкой стали сTo reduce the volume of slag in the production of HPI, it is preferable to use a two-stage method; firstly, the production of hot metal or cold iron after melting DRI and removing slag, and secondly, removing the carbon in the first iron product and producing liquid steel with
- 3 045379 использованием дополнительного металлолома в отдельной плавильной печи дальше по технологическому циклу. Первый этап плавления DRI может быть аналогичен тому, что осуществляется в обычной доменной печи; т.е. производство горячего металла из железной руды низшего сорта в восстановительной атмосфере для поддержания содержания FeO менее 1% в шлаке и основности шлака приблизительно на 1,0-1,3 ниже, чем в случае производства стали в EAR.- 3 045379 using additional scrap metal in a separate melting furnace further along the technological cycle. The first stage of DRI smelting can be similar to that carried out in a conventional blast furnace; those. production of hot metal from low grade iron ore in a reducing atmosphere to maintain the FeO content of less than 1% in the slag and the basicity of the slag is approximately 1.0-1.3 lower than in the case of steel production in EAR.
Для поддержания более низкого процентного содержания FeO в восстановительной атмосфере содержание углерода, растворенного в расплавленном горячем металле, должно быть достаточно высоким, обычно приблизительно 4%. Для достижения этого уровня остаточное количество углерода в DRI должно быть достаточно высоким, поскольку углеродный материал, добавляемый извне для восполнения углерода, приводит к более низкому выходу на EAF из-за потерь, связанных с отходящим газом, или потерь шлака. Кроме того, чистый или не содержащий серы углеродный материал является дорогим и увеличивает эксплуатационные расходы. Таким образом, желательно минимизировать количество внешней добавки углерода для корректировки, чтобы достичь целевого уровня углерода в горячем металле.To maintain a lower percentage of FeO in a reducing atmosphere, the carbon dissolved in the molten hot metal must be quite high, typically about 4%. To achieve this level, the residual carbon in the DRI must be quite high, since carbon material added externally to replenish the carbon results in a lower yield at EAF due to off-gas losses or slag losses. In addition, pure or sulfur-free carbon material is expensive and increases operating costs. Thus, it is desirable to minimize the amount of external carbon addition for adjustment to achieve the target carbon level in the hot metal.
Второй этап производства стали может быть выполнен на обычной EAF. Таким образом, согласно вышеизложенному преимуществом двухэтапного способа является поддержание восстановительной атмосферы и высокого уровня остаточного углерода в сырье DRI на первом этапе плавления. Кроме того, отходящий газ с первого этапа плавления на EAF должен иметь высокую физическую и химическую энергию, когда может поддерживаться восстановительная атмосфера. Таким образом, еще одним преимуществом является эффективное использование энергии, имеющейся в отходящем газе.The second stage of steel production can be performed on conventional EAF. Thus, according to the above, the advantage of the two-stage process is the maintenance of a reducing atmosphere and a high level of residual carbon in the DRI feedstock in the first melting stage. In addition, the off-gas from the first smelting stage at the EAF must have high physical and chemical energy where a reducing atmosphere can be maintained. Thus, another advantage is the efficient use of the energy available in the exhaust gas.
Следует отметить, что обычная EAF, как правило, работает при давлении, близком к атмосферному, или слегка отрицательном давлении, и в условиях окислительного газа, где дополнительная химическая энергия горения за счет продувки кислородом с вводом угля или другого углеродистого материала и горелок природного газа применяется в сочетании с электрической энергией.It should be noted that conventional EAF typically operates at near-atmospheric or slightly negative pressure and under oxidizing gas conditions, where additional chemical combustion energy from oxygen purge with injection of coal or other carbonaceous material and natural gas burners is applied combined with electrical energy.
В частности, обратимся к фиг. 1, на фиг. 1 представлена схема, иллюстрирующая один вариант осуществления известного уровня техники; независимая EAF, применяемая для плавления DRI. Как показано в системе/способе 30 на фиг. 1, окислительный отходящий газ 32 EAF обычно разбавляется окружающим воздухом в колпаке 5 для разбавления сразу после выхода из установки 3 EAF, а затем обеспыливается рукавным фильтром 6 перед выпуском в окружающую среду через вытяжной вентилятор 7 и дымовую трубу 8. Таким образом, отходящий газ с высокой физической и химической энергией, образующийся на первом этапе плавления, значительно повышает производительность способа, но энергия в отходящем газе не может быть эффективно использована при применении обычной системы для отходящего газа EAF, показанной на фиг. 1. На фиг. 1 дополнительно схематично проиллюстрирован поток DRI 34, передаваемый с установки 36 прямого восстановления в питательный бункер 1 для DRI. Из питательного бункера для DRI по питательному желобу 2 DRI поступает в EAF 3, к которой подсоединен флюсопитатель 4. На фиг. 1 дополнительно проиллюстрирован поток 38 выгрузки шлака и поток 39 выгрузки жидкой стали, выходящие из нижней части EAF 3.In particular, refer to FIG. 1, in fig. 1 is a diagram illustrating one embodiment of the prior art; independent EAF used for DRI melting. As shown in system/method 30 in FIG. 1, the oxidizing exhaust gas 32 EAF is generally diluted with ambient air in the dilution hood 5 immediately after leaving the EAF unit 3, and then de-dusted by a bag filter 6 before being released into the environment through the exhaust fan 7 and the stack 8. Thus, the exhaust gas with The high physical and chemical energy generated in the first smelting step greatly improves the productivity of the process, but the energy in the off-gas cannot be effectively utilized using the conventional EAF off-gas system shown in FIG. 1. In FIG. 1 further schematically illustrates the DRI stream 34 transferred from the direct reduction unit 36 to the DRI feed hopper 1. From the feed hopper for DRI, through the feed chute 2, the DRI enters the EAF 3, to which the flux feeder 4 is connected. In FIG. 1 further illustrates the slag discharge stream 38 and the liquid steel discharge stream 39 exiting the bottom of the EAF 3.
В публикации заявки на патент США № US2018/0274047, выданной на имя Memoli et al., раскрывается способ производства чугуна из DRI с более высокой металлизацией (>90%) и содержанием остаточного углерода (>2,8%) в EAF, в которой создано положительное внутреннее давление посредством газов, образующихся в результате реакции восстановления, происходящей в EAF. Исходя из концепции, что газы, образующиеся в результате реакции между остаточным FeO и углеродом в DRI, только создают положительное давление в EAF, количество образующихся газов ограничено, когда высоко металлизированный DRI с низким содержанием остаточного FeO загружается в EAF, работающую в восстановительной атмосфере. В отличие от обычной EAF, где отрицательное давление поддерживается за счет проникновения большого количества окружающего воздуха, в публикации заявки на патент США № US2018/0274047 представляется сложным регулировать положительное давление при ограниченном количестве газов, образующихся в EAF. Внутреннее давление в EAF колеблется, поскольку такие операции, как подача DRI, выпуск горячего металла и выгрузка шлака, происходят с перерывами. Без введения большего объема газа при более высоком заданном положительном давлении кажется трудным постоянно предотвращать проникновение воздуха, что потенциально может привести к взрыву.U.S. Patent Application Publication No. US2018/0274047 issued to Memoli et al. discloses a method for producing DRI cast iron with higher metallization (>90%) and residual carbon content (>2.8%) in EAF, in which positive internal pressure is created by gases resulting from the reduction reaction occurring in the EAF. Based on the concept that gases produced by the reaction between residual FeO and carbon in the DRI only create a positive pressure in the EAF, the amount of gases produced is limited when highly metallized DRI with low residual FeO is loaded into an EAF operating in a reducing atmosphere. Unlike a conventional EAF, where the negative pressure is maintained by allowing a large amount of ambient air to enter, US Patent Application Publication No. US2018/0274047 finds it difficult to regulate the positive pressure with the limited amount of gases generated in the EAF. The internal pressure in the EAF fluctuates as operations such as DRI injection, hot metal release, and slag discharge occur intermittently. Without introducing a larger volume of gas at a higher set positive pressure, it seems difficult to continually prevent air from entering, which could potentially lead to an explosion.
В публикации заявки на патент США № US2018/0274047 очевидно не описывается усовершенствование системы для отходящего газа, но при применении обычной системы для отходящего газа EAF, показанной на фиг. 1, химическая энергия выделяющегося СО в отходящем газе EAF будет потеряна. Когда EAF работает в условиях восстановительной атмосферы и производится литейный чугун (высокоуглеродистый горячий металл), большая часть отходящего газа будет представлять собой СО.US Patent Application Publication No. US2018/0274047 obviously does not describe an improvement to the waste gas system, but when using a conventional EAF waste gas system shown in FIG. 1, the chemical energy of the released CO in the EAF exhaust gas will be lost. When the EAF is operating under reducing atmosphere conditions and producing foundry iron (a high carbon hot metal), most of the exhaust gas will be CO.
Кроме того, более высокое содержание остаточного углерода в DRI снижает физическую прочность и создает большое количество мелких частиц во время обработки или транспортировки DRI. Более желательно исключить или минимизировать обработку DRI между установкой DR и EAF, если содержание остаточного углерода в DRI выше.In addition, the higher residual carbon content of DRI reduces physical strength and creates large amounts of fines during DRI handling or transportation. It is more desirable to eliminate or minimize DRI treatment between the DR and EAF unit if the residual carbon content of the DRI is higher.
Как правило, в установке DR железная руда восстанавливается для производства DRI с использованием природного газа в качестве источника восстановителя, причем кислород удаляется из оксида железа, но пустая порода остается в полученном DRI. EAF плавит DRI для производства жидкой стали с ис- 4 045379 пользованием электричества в качестве источника энергии. На фиг. 1 показана технологическая схема/принципиальная схема системы согласно известному уровню техники, в современном маршруте DREAF установка DR и EAF имеют совершенно отдельные газовые системы. Установка DR уплотняет восстановительные газы в восстановительной шахтной печи. Затем EAF работает с полностью независимой атмосферой, которая очищается и выводится в окружающую среду. При такой компоновке трудно контролировать восстановительную атмосферу в EAF, чтобы минимизировать потери выхода железа в шлак.Typically, in a DR plant, iron ore is reduced to produce DRI using natural gas as a source of reducing agent, with oxygen removed from the iron oxide but gangue remaining in the resulting DRI. EAF melts DRI to produce liquid steel using electricity as the energy source. In fig. 1 shows the process flow/basic diagram of the system according to the prior art; in the modern DREAF route, the DR and EAF installations have completely separate gas systems. The DR unit compresses the reducing gases in the reduction shaft furnace. The EAF then operates with a completely independent atmosphere, which is purified and released into the environment. With this arrangement, it is difficult to control the reducing atmosphere in the EAF to minimize loss of iron yield to the slag.
Соответственно, в одном иллюстративном варианте осуществления в настоящем изобретении предлагается система с тесно связанными установкой DR и плавильной печью для DRI, где горячее DRI может быть непосредственно загружено из установки DR в плавильную печь для DRI. Обеспечивается прохождение восстановительного газа из установки DR в плавильную печь для DRI через разгрузочный желоб для DRI, a отходящий газ из плавильной печи для DRI может быть возвращен в установку DR. Преимущества этого варианта осуществления/технологической схемы включают: прямое соединение через разгрузочный желоб для DRI между установкой DR и плавильной печью для DRI устраняет обработку/транспортировку DRI между этими системами и минимизирует перепад температур, металлизацию/потери углерода и потери мелких частиц, даже несмотря на то, что более высокое содержание остаточного углерода в DRI имеет тенденцию к снижению физической прочности DRI; атмосфера плавильной печи DRI может регулироваться с получением восстановительной среды путем введения восстановительного газа, образующегося в установке DR, в плавильную печь для DRI; плавильная печь для DRI работает при положительном давлении, по меньшей мере 0,3 бар изб. и предпочтительно более 1,3 бар изб., чтобы позволить отходящему газу проходить из плавильной печи для DRI в установку DR, путем введения восстановительного газа; среда восстановительного газа в плавильной печи для DRI и загрузка DRI с более высоким содержанием остаточного углерода с минимальной потерей мелких частиц позволяет производить горячий металл с более высоким содержанием углерода, аналогичным содержанию углерода в горячем металле, производимом в доменной печи - это снизит процентное содержание FeO в шлаке, а также основность шлака, чтобы минимизировать потери выхода железа в шлак, а более высокая скорость перехода серы из расплавленного железа в шлак в восстановительной атмосфере позволяет применять более низкую основность шлака, аналогичную основности для горячего металла доменной печи, при плавлении DRI в плавильной печи для DRI; меньший объем шлака с более низким содержанием шлака приводит к снижению потребления электроэнергии и повышению производительности плавильной печи для DRI; высокое давление в плавильной печи для DRI позволяет возвращать высококачественный и высокотемпературный отходящий газ и использовать его непосредственно в установке DR, а возврат отходящего газа плавильной печи для DRI в установку DR обеспечивает высокую энергоэффективность.Accordingly, in one exemplary embodiment, the present invention provides a system with a closely coupled DR unit and a DRI melting furnace, where hot DRI can be directly loaded from the DR unit into the DRI melting furnace. The reducing gas from the DR unit is allowed to flow into the DRI melting furnace through the DRI discharge chute, and the exhaust gas from the DRI melting furnace can be returned to the DR unit. Advantages of this embodiment/process flow include: direct connection via a DRI discharge chute between the DR unit and the DRI melting furnace eliminates DRI handling/transport between these systems and minimizes temperature differential, metallization/carbon loss, and fines loss even though that higher residual carbon content in DRI tends to reduce the physical strength of DRI; the atmosphere of the DRI melting furnace can be controlled to obtain a reducing environment by introducing the reducing gas generated in the DR unit into the DRI melting furnace; The melting furnace for DRI operates at a positive pressure of at least 0.3 barg. and preferably more than 1.3 barg to allow the exhaust gas to pass from the DRI melting furnace to the DR unit by introducing reducing gas; the reducing gas environment in the DRI smelter and charging DRI with a higher residual carbon content with minimal loss of fines allows the production of hot metal with a higher carbon content, similar to the carbon content of the hot metal produced in a blast furnace - this will reduce the percentage of FeO in slag, as well as slag basicity to minimize loss of iron yield to the slag, and the higher rate of sulfur transfer from molten iron to slag in a reducing atmosphere allows the use of a lower slag basicity, similar to that for hot blast furnace metal, when melting DRI in a smelter for DRI; smaller volume of slag with lower slag content results in lower energy consumption and increased smelting furnace productivity for DRI; The high pressure in the DRI smelter allows high quality, high temperature off-gas to be returned and used directly in the DR plant, and the return of the DRI smelter off-gas to the DR plant ensures high energy efficiency.
В другом иллюстративном варианте осуществления отходящий газ из плавильной печи для DRI может быть возвращен в несколько различных мест в установке DR следующим образом. Вариант 1 рециркуляции: предпочтительное место между кольцевым воздухопроводом шахтной печи установки DR и верхней частью шихты. Это позволяет использовать восстановительный потенциал газа и физическую теплоту непосредственно в способе DR для достижения максимальной эффективности. Вариант 2 рециркуляции: вариант возврата отходящего газа в верхнюю часть шахтной печи установки DR. Вариант 3 рециркуляции: вариант возврата отходящего газа в скруббер колошникового газа установки DR.In another exemplary embodiment, off-gas from a DRI smelter may be returned to several different locations in a DR plant as follows. Recirculation Option 1: The preferred location is between the ring air duct of the DR shaft furnace and the top of the charge. This allows the reduction potential of the gas and sensible heat to be used directly in the DR process for maximum efficiency. Recirculation option 2: option to return the exhaust gas to the upper part of the shaft furnace of the DR unit. Recirculation Option 3: Option to return off-gas to the blast furnace gas scrubber of the DR unit.
В другом иллюстративном варианте осуществления горячий металл и шлак могут быть выгружены из плавильной печи для DRI со следующими вариациями на разгрузочном желобе для DRI: 1) один вариант - выпуск шлака и горячего металла из плавильной печи для DRI согласно стандартной практике EAF с использованием отдельных выпускных отверстий; и 2) предпочтительный вариант - выпуск горячего металла и шлака из одного выпускного отверстия, а затем использование скребка для удаления шлака для отделения шлака от горячего металла, как это принято в доменном процессе.In another illustrative embodiment, the hot metal and slag may be discharged from the DRI melting furnace with the following variations on the DRI discharge chute: 1) one option is to discharge the slag and hot metal from the DRI melting furnace according to standard EAF practice using separate outlets ; and 2) the preferred option is to discharge the hot metal and slag from a single outlet and then use a slag scraper to separate the slag from the hot metal, as is common in the blast furnace process.
В другом иллюстративном варианте осуществления поток DRI из установки DRI в плавильную печь для DRI регулируется со следующими вариациями на разгрузочном желобе для DRI: 1) физическое устройство, такое как вращающийся питатель или питательный шнек, может быть использовано для регулирования скорости потока DRI без воздействия на поток газа; и 2) DRI может также образовывать кучу согласно углу естественного откоса в плавильной печи для DRI. По мере плавления DRI DRI будет естественным образом проходить в плавильную печь для DRI, чтобы снова создать кучу.In another illustrative embodiment, the DRI flow from the DRI plant to the DRI melting furnace is controlled with the following variations on the DRI discharge chute: 1) a physical device, such as a rotary feeder or feed auger, can be used to control the DRI flow rate without affecting the flow gas; and 2) DRI can also form a heap according to the angle of repose in the DRI smelter. As the DRI melts, the DRI will naturally flow into the DRI melting furnace to create a pile again.
В другом иллюстративном варианте осуществления отходящий газ из плавильной печи для DRI будет разбавляться на отводе холодным газом для снижения температуры отходящего газа, чтобы предотвратить накопление пыли на линии отходящего газа. Это позволяет регулировать внутреннее давление плавильной печи для DRI с помощью заслонки, установленной на линии отходящего газа. Доступны следующие варианты источника холодного газа с установки DR. Вариант 1 холодного газа: предпочтительный холодный газ, вводимый с выпуска охладителя риформированного газа, поскольку он является наиболее восстановительным газом. Вариант 2 холодного газа: необязательный холодный газ, вводимый с выпуска охладителя прямой рециркуляции, поскольку он является вторым наиболее восстановительным газом. Вариант 3 холодного газа: необязательный холодный технологический газ, вводимый с выпуска компрессора технологического газа.In another exemplary embodiment, the off-gas from a DRI melting furnace will be diluted at the outlet with cold gas to reduce the temperature of the off-gas to prevent dust from accumulating on the off-gas line. This allows the internal pressure of the DRI smelter to be controlled by a damper installed in the exhaust gas line. The following cold gas source options are available from the DR unit. Cold Gas Option 1: Cold gas introduced from the reformed gas cooler outlet is preferred because it is the most reducing gas. Cold Gas Option 2: Optional cold gas introduced from the direct recirculation cooler outlet since it is the second most reducing gas. Cold Gas Option 3: Optional cold process gas introduced from the process gas compressor outlet.
- 5 045379- 5 045379
В другом иллюстративном варианте осуществления уголь или другой углеродистый материал может быть введен в плавильную печь для DRI. В этом случае часть одного из вышеупомянутых холодных газов из установки DR используется для пневматической транспортировки угля или другого углеродистого материала в плавильную печь для DRI. В обычной технологии азот используется для пневматической транспортировки угля или другого углеродистого материала в плавильную печь для DRI, но азот будет накапливаться в контуре восстановительного газа на установке DR, когда отходящий газ из плавильной печи для DRI возвращается в установку DR.In another exemplary embodiment, coal or other carbonaceous material may be introduced into a smelter for DRI. In this case, a portion of one of the above mentioned cold gases from the DR plant is used to pneumatically transport coal or other carbonaceous material to the smelter for DRI. In conventional technology, nitrogen is used to pneumatically transport coal or other carbonaceous material to the DRI smelter, but nitrogen will accumulate in the reducing gas loop of the DR plant when the off-gas from the DRI smelter is returned to the DR plant.
В другом иллюстративном варианте осуществления часть одного из вышеупомянутых холодных газов с установки DR используется в качестве уплотнительного газа для динамического уплотнения вокруг плавильной печи для DRI, например, в качестве газа для уравнивания давления в затворном бункере для загрузки флюса и/или углеродистого материала. В обычной технологии азот используется для уплотнительного газа вокруг плавильной печи для DRI, но азот будет накапливаться в контуре восстановительного газа на установке DR, когда отходящий газ из плавильной печи для DRI возвращается в установку DR.In another exemplary embodiment, a portion of one of the aforementioned cold gases from the DR plant is used as a seal gas to dynamically seal around a melting furnace for a DRI, for example, as a pressure equalizing gas in a seal hopper for charging flux and/or carbonaceous material. In conventional technology, nitrogen is used for seal gas around the DRI melting furnace, but nitrogen will accumulate in the reducing gas loop in the DR plant when the off-gas from the DRI melting furnace is returned to the DR plant.
В другом иллюстративном варианте осуществления отходящий газ из плавильной печи для DRI после выхода из плавильной печи для DRI обеспыливается с помощью мокрого скруббера для удаления пыли, содержащейся в отходящем газе, чтобы предотвратить накопление пыли на линии отходящего газа. Заслонка регулирования давления и/или компрессор будут установлены дальше по технологическому циклу от мокрого скруббера для регулирования внутреннего давления плавильной печи для DRI. Необязательно в такой компоновке компрессора плавильная печь для DRI может работать при внутреннем давлении ниже 0,3 бар изб.In another exemplary embodiment, the off-gas from the DRI melting furnace, after exiting the DRI melting furnace, is dedusted using a wet scrubber to remove dust contained in the off-gas to prevent dust from accumulating on the off-gas line. A pressure control damper and/or compressor will be installed downstream of the wet scrubber to regulate the internal pressure of the smelter for DRI. Optionally, with such a compressor arrangement, the DRI melting furnace can be operated at an internal pressure below 0.3 barg.
В другом иллюстративном варианте осуществления внутреннее давление плавильной печи для DRI регулируется путем введения в плавильную печь для DRI регулируемого количества горячего восстановительного газа, отбираемого дальше по технологическому циклу от установки риформинга.In another exemplary embodiment, the internal pressure of the DRI melter is controlled by introducing into the DRI melter a controlled amount of hot reducing gas taken downstream from the reformer.
В другом иллюстративном варианте осуществления флюс добавляется в оксидный окатыш перед загрузкой в шахтную печь, чтобы избежать загрузки флюса под давлением в плавильную печь для DRI с помощью системы типа затворного бункера.In another exemplary embodiment, flux is added to the oxide pellet prior to charging into the shaft furnace to avoid loading the flux under pressure into the DRI melting furnace using a gate hopper type system.
В частности, обратимся к фиг. 2, на фиг. 2 показана схема способа/системы 40 с тесно связанными установкой DR и плавильной печью для DRI. Как показано на фиг. 2, установка 42 DR содержит шахтную печь 11, скруббер 13 колошникового газа, один или более газовых компрессоров 14, подогреватель (теплообменник) 15 сырьевого газа установки риформинга, выводную трубу 17 для дымового газа и установку 16 риформинга. Оксид железа загружается в верхнюю часть шахтной печи 11, восстанавливается и обогащается углеродом с помощью горячего восстановительного газа в противоточном движущемся слое в шахтной печи 11. DRI выгружается из нижней части шахтной печи 11, как показано потоком 44 DRI, и передается в плавильную печь 12 для DRI через прямо присоединенный разгрузочный желоб 46. Разгрузочный желоб 45 для DRI может быть соединен с разгрузочным выходом DRI из шахтной печи 11 и питательным желобом 46 для DRI. Скорость выгрузки DRI регулируется физическим устройством 20, таким как вращающийся питатель или питательный шнек. Или, как вариант, DRI может подаваться навалом через разгрузочный желоб 45 или образовывать кучу согласно углу естественного откоса в плавильной печи 12 для DRI, где DRI будет естественным образом проходить в плавильную печь 12 для DRI, чтобы снова создать кучу по мере плавления DRI. Восстановительный газ 48 проходит вниз из шахтной печи 11 в плавильную печь 12 для DRI через насадочный слой DRI в разгрузочном желобе 45 в соответствии с балансом давления, поскольку механическое уплотнительное устройство не установлено. Колошниковый газ 50 шахтной печи, содержащий продукты восстановления, возвращается из шахтной печи 11 в скруббер 13 колошникового газа. Часть очищенного газа отправляется в систему горелок установки 16 риформинга в качестве источника топлива. Оставшийся очищенный газ направляется в один или более компрессоров 14. Сжатый газ смешивается с природным газом перед направлением в подогреватель (теплообменник) 15 сырьевого газа, который выполнен с возможностью улавливания тепла из дымового газа из установки 16 риформинга в выводную трубу 17 для дымового газа. Предварительно нагретый сырьевой газ направляется в установку 16 риформинга, где углеводород, такой как метан, содержащийся в сырьевом газе, подвергается каталитическому риформингу с получением Н2 и СО для образования восстановителя для восстановления оксида железа в шахтной печи 11. Риформированный газ, выходящий из установки 16 риформинга, направляется в шахтную печь 11 посредством потока 54 в качестве восстановительного газа. Как правило, восстановительный газ, входящий в шахтную печь 11, имеет температуру от приблизительно 900 до 1000°С при давлении от приблизительно 1,3 до 2,0 бар изб., а колошниковый газ 50 шахтной печи имеет температуру от приблизительно 300 до 350°С при давлении от приблизительно 0,3 до 1,0 бар изб. в нормальном рабочем состоянии.In particular, refer to FIG. 2, in fig. 2 shows a diagram of a method/system 40 with a DR plant and a DRI melting furnace closely coupled. As shown in FIG. 2, the DR unit 42 includes a shaft furnace 11, a top gas scrubber 13, one or more gas compressors 14, a reformer feed gas preheater (heat exchanger) 15, a flue gas outlet pipe 17, and a reformer unit 16. Iron oxide is charged into the top of the shaft furnace 11, reduced and enriched with carbon by hot reducing gas in a countercurrent moving bed in the shaft furnace 11. DRI is discharged from the bottom of the shaft furnace 11, as shown by DRI stream 44, and is transferred to the melting furnace 12 for DRI via a directly connected discharge chute 46. The DRI discharge chute 45 may be connected to the DRI discharge outlet of the shaft furnace 11 and the DRI feed chute 46. The discharge rate of the DRI is controlled by a physical device 20, such as a rotary feeder or a feed auger. Or, alternatively, the DRI may be fed in bulk through the discharge chute 45 or form a heap according to the angle of repose in the DRI melting furnace 12, where the DRI will naturally flow into the DRI melting furnace 12 to again create a heap as the DRI is melted. The reducing gas 48 flows downward from the shaft furnace 11 to the DRI melting furnace 12 through the DRI packed bed in the discharge chute 45 in accordance with the pressure balance since the mechanical sealing device is not installed. The top gas of the shaft furnace 50, containing the reduction products, is returned from the shaft furnace 11 to the top gas scrubber 13. A portion of the purified gas is sent to the burner system of reformer unit 16 as a fuel source. The remaining purified gas is sent to one or more compressors 14. The compressed gas is mixed with natural gas before being sent to a feed gas preheater (heat exchanger) 15, which is configured to capture heat from the flue gas from the reformer 16 into a flue gas outlet pipe 17. The preheated feed gas is sent to the reformer 16, where hydrocarbon such as methane contained in the feed gas is catalytically reformed to produce H2 and CO to form a reducing agent for reducing iron oxide in the shaft furnace 11. Reformed gas leaving the reformer 16 , is sent to the shaft furnace 11 via stream 54 as a reducing gas. Typically, the reducing gas entering the shaft furnace 11 has a temperature of about 900 to 1000° C. at a pressure of about 1.3 to 2.0 barg, and the top gas of the shaft furnace 50 has a temperature of about 300 to 350° C at a pressure of approximately 0.3 to 1.0 barg. in normal working order.
Во время запуска температура восстановительного газа регулируется на более низком уровне, в то время как установка 16 риформинга не может допускать работу при более низкой температуре, чтобы избежать осаждения углерода на катализаторе. Поэтому установка 42 DR обычно имеет средство для охлаждения восстановительного газа 48 с помощью охладителя 19 риформированного газа или охладителя 18 прямой рециркуляции. Эти охладители представляют собой охладитель с насадочным слоем иDuring startup, the temperature of the reducing gas is controlled at a lower level, while the reformer 16 cannot be allowed to operate at a lower temperature to avoid carbon deposition on the catalyst. Therefore, the DR unit 42 typically has means for cooling the reducing gas 48 using a reformed gas cooler 19 or a direct recirculation cooler 18. These coolers are a packed bed cooler and
- 6 045379 работают только во время запуска, хотя они могут работать каждый раз, когда это необходимо.- 6 045379 only work during startup, although they can work whenever needed.
DRI, выгруженный из шахтной печи 11, подается в плавильную печь 12 для DRI вместе с восстановительным газом из шахтной печи 11. Флюс, а также дополнительный углеродный материал 56, будут параллельно загружаться из бункера 26 для хранения флюса/углерода, где питательная система должна иметь функцию подачи материала в плавильную печь 12 для DRI, работающую при более высоком давлении, например, система типа затворного бункера с использованием инертного или восстановительного газа для выравнивания давления. Необязательно флюс может быть добавлен в оксидный окатыш на этапе производства окатышей перед загрузкой в шахтную печь 11, как это обычно делается для подачи в доменную печь. Это исключает систему затворного бункера и улучшает выход флюса в плавильной печи для DRI. Кроме того, уголь или другой углеродистый материал может быть введен в плавильную печь 12 для DRI с газом-носителем, который представляет собой холодный восстановительный газ, отбираемый из установки 42 DR.The DRI discharged from the shaft furnace 11 is supplied to the DRI melting furnace 12 along with reducing gas from the shaft furnace 11. The flux, as well as additional carbon material 56, will be loaded in parallel from the flux/carbon storage hopper 26, where the feed system must have a function for supplying material to the DRI melting furnace 12 operating at a higher pressure, for example a seal hopper type system using an inert or reducing gas to equalize the pressure. Optionally, flux can be added to the oxide pellet at the pellet production stage before loading into the shaft furnace 11, as is typically done for feeding into a blast furnace. This eliminates the seal hopper system and improves flux yield in the DRI melting furnace. In addition, coal or other carbonaceous material may be introduced into the DRI melting furnace 12 with a carrier gas that is a cold reducing gas taken from the DR unit 42.
В плавильной печи 12 для DRI происходит плавление DRI, чтобы позволить шлаку отделиться от металла. Шлак и горячий металл выпускаются из плавильной печи 12 для DRI согласно стандартной практике на обычной EAF с использованием отдельных выпускных отверстий. Выгрузка 58 шлака и выгрузка 60 горячего металла показаны на фиг. 2. Или, в качестве альтернативы, горячий металл и шлак выпускаются из одного и того же выпускного отверстия, а затем используется скребок для удаления шлака для отделения шлака от горячего металла, как это принято в доменном процессе.In the DRI melting furnace 12, the DRI is melted to allow the slag to separate from the metal. Slag and hot metal are discharged from the DRI melting furnace 12 according to standard practice at a conventional EAF using separate outlets. Slag discharge 58 and hot metal discharge 60 are shown in FIG. 2. Or, alternatively, the hot metal and slag are discharged from the same outlet, and then a slag scraper is used to separate the slag from the hot metal, as is common in the blast furnace process.
Физические/химические свойства горячего металла аналогичны свойствам горячего металла, произведенного в доменной печи. С помощью разливочной машины 24 для чугуна, следующей за плавильной печью для DRI, горячий металл, выгруженный из плавильной печи для DRI, может быть преобразован в чугун (литейный чугун), чтобы железный продукт можно было транспортировать клиентам. В отличие от обычного DRI железный продукт представляет собой чистое железо без шлака, полученное из низкосортного оксида железа с низким уровнем выброса СО2, что называется высококачественным железом (HPI), как показано позицией 66 на фиг. 2.The physical/chemical properties of hot metal are similar to those of hot metal produced in a blast furnace. With the iron casting machine 24 following the DRI smelting furnace, the hot metal discharged from the DRI smelting furnace can be converted into cast iron (cast iron) so that the iron product can be transported to customers. Unlike conventional DRI, the iron product is pure slag-free iron produced from low-grade iron oxide with low CO2 emission, called high-grade iron (HPI), as shown at 66 in FIG. 2.
Способ/система 40 с тесно связанными установкой 42 DR и плавильной печью 12 для DRI согласно вариантам осуществления позволяет производить HPI с более низкими эксплуатационными расходами и более высокой производительностью, как более подробно описано ниже.The method/system 40 with the closely coupled DR unit 42 and the DRI melting furnace 12 according to embodiments allows for the production of HPI with lower operating costs and higher productivity, as described in more detail below.
Прямое соединение через загрузочный желоб 45 для DRI между шахтной печью 11 и плавильной печью 12 для DRI исключает обработку/транспортировку DRI между этими системами и минимизирует перепад температур, металлизацию/потери углерода и потери мелких частиц. Это особенно эффективно, когда DRI имеет более высокое содержание остаточного углерода, поскольку прочность DRI имеет тенденцию к снижению при увеличении содержания углерода в DRI.Direct connection via the DRI feed chute 45 between the shaft furnace 11 and the DRI melting furnace 12 eliminates DRI handling/transport between these systems and minimizes temperature differences, metallization/carbon loss, and fines loss. This is especially effective when the DRI has a higher residual carbon content, since the strength of the DRI tends to decrease as the carbon content of the DRI increases.
Атмосфера внутри плавильной печи 12 для DRI может быть отрегулирована с получением восстановительной среды путем введения восстановительного газа, образующегося в шахтной печи 11, через разгрузочный желоб 45 для DRI. Плавильная печь 12 для DRI работает при положительном давлении, составляющем по меньшей мере 0,3 бар изб. и предпочтительно более 1,3 бар изб. Данный уровень давления обеспечивает предотвращение проникновения окружающего воздуха в плавильную печь 12 для DRI, даже если давление колеблется в течение рабочего цикла.The atmosphere inside the DRI melting furnace 12 can be adjusted to obtain a reducing environment by introducing the reducing gas generated in the shaft furnace 11 through the DRI discharge chute 45. The DRI melting furnace 12 operates at a positive pressure of at least 0.3 barg. and preferably greater than 1.3 barg. This pressure level ensures that ambient air is prevented from entering the DRI melting furnace 12 even if the pressure fluctuates during the operating cycle.
Среда восстановительного газа в плавильной печи 12 для DRI и загрузка DRI с более высоким содержанием остаточного углерода с минимальными потерями мелких частиц позволяют производить горячий металл с более высоким содержанием углерода, аналогичным содержанию углерода в горячем металле, произведенном в доменной печи. Это снижает процентное содержание FeO в шлаке, а также основность шлака, чтобы минимизировать потери выхода железа в шлак по сравнению с обычной работой EAR Более высокая скорость перехода серы из расплавленного железа в шлак в восстановительной атмосфере позволяет применять более низкую основность шлака, аналогичную той, что используется для горячего металла из доменной печи.The reducing gas environment of the DRI melting furnace 12 and the DRI charge with a higher residual carbon content with minimal fines loss allows the production of hot metal with a higher carbon content, similar to the carbon content of hot metal produced in a blast furnace. This reduces the percentage of FeO in the slag as well as the basicity of the slag to minimize loss of iron yield to the slag compared to conventional EAR operation. The higher rate of sulfur transfer from molten iron to slag in a reducing atmosphere allows the use of a lower slag basicity similar to that used for hot metal from a blast furnace.
Меньший объем шлака при более низком содержании шлака приводит к снижению потребления электроэнергии и повышению производительности в плавильной печи 12 для DRI.Less slag volume at lower slag content results in lower power consumption and increased productivity in the DRI melting furnace 12.
Высокое давление в плавильной печи 12 для DRI позволяет возвращать высококачественный и высокотемпературный отходящий газ из плавильной печи в установку DR и использовать его непосредственно в ней. Возврат отходящего газа из плавильной печи 12 для DRI в установку DR обеспечивает высокую энергоэффективность. В отличие от отходящего газа из обычной EAF, отходящий газ из плавильной печи 12 для DRI для производства горячего металла за счет восстановления содержит в основном горючие вещества: СО+Н2 >90%. При введении восстановительного газа из шахтной печи 11 расчетная скорость подачи отходящего газа из плавильной печи 12 для DRI составляет 25,6 Нм3/т DRI, как показано в таблице II для иллюстративного материального баланса при конкретных условиях, что соответствует приблизительно 5% от количества Н2+СО, необходимого для восстановления 1 тонны оксида. Поэтому более желательно использовать отходящий газ в качестве восстановителя для восстановления оксида железа в установке DR, а не просто сжигать его в качестве топлива.The high pressure in the DRI melting furnace 12 allows the high quality and high temperature off-gas from the melting furnace to be returned to the DR unit and used directly therein. Returning the waste gas from the DRI melting furnace 12 to the DR unit provides high energy efficiency. Unlike the off-gas from a conventional EAF, the off-gas from the DRI melting furnace 12 for producing hot metal by reduction contains mainly flammable substances: CO+H2 >90%. When introducing reducing gas from the shaft furnace 11, the design off-gas feed rate from the smelting furnace 12 for DRI is 25.6 Nm 3 /t DRI, as shown in Table II for an illustrative material balance under specific conditions, which corresponds to approximately 5% of the amount of H2 +CO required to reduce 1 ton of oxide. Therefore, it is more desirable to use the off-gas as a reducing agent to reduce iron oxide in a DR plant rather than simply burning it as a fuel.
Таким образом, в одном иллюстративном варианте осуществления отходящий газ из плавильной печи 12 для DRI может быть возвращен в несколько различных мест в установке 42 DR, как показаноThus, in one illustrative embodiment, off-gas from DRI melter 12 may be returned to several different locations in DR unit 42, as shown
- 7 045379 ниже и на фиг. 2. Оптимальное место должно быть определено в зависимости от давления, температуры и восстановительной способности рециркуляционного отходящего газа в конкретных проектных условиях. Вариант 1 рециркуляции показан в потоке 70 на фиг. 2: предпочтительное место 77 между кольцевым воздухопроводом шахтной печи установки DR и верхней частью шихты. Это позволяет использовать восстановительный потенциал газа и физическую теплоту непосредственно в способе DR для достижения максимальной эффективности. Вариант 2 рециркуляции показан в потоке 68 на фиг. 2: вариант возврата отходящего газа из плавильной печи 12 для DRI в верхнюю часть 79 шахтной печи установки DR. Вариант 3 рециркуляции показан в потоке 72 на фиг. 2: вариант возврата отходящего газа из плавильной печи 12 для DRI в скруббер 13 колошникового газа установки 42 DR.- 7 045379 below and in Fig. 2. The optimal location should be determined depending on the pressure, temperature and reducing capacity of the recirculated waste gas under the specific design conditions. Recycle option 1 is shown in stream 70 in FIG. 2: the preferred location 77 is between the ring air duct of the shaft furnace of the DR unit and the top of the charge. This allows the reduction potential of the gas and sensible heat to be used directly in the DR process for maximum efficiency. Recycle option 2 is shown in stream 68 in FIG. 2: An option for returning the exhaust gas from the DRI melting furnace 12 to the upper part 79 of the shaft furnace of the DR plant. Recycle option 3 is shown in stream 72 in FIG. 2: An option for returning the exhaust gas from the DRI melting furnace 12 to the top gas scrubber 13 of the DR unit 42.
Температура отходящего газа, выходящего из плавильной печи 12 для DRI, была бы выше 1200°С даже с восстановительным газом, вводимым из шахтной печи 11. Липкая пыль, содержащаяся в отходящем газе, может накапливаться в линии отходящего газа при такой температуре. Это повлияет на меры по регулированию внутреннего давления плавильной печи 12 для DRI, поскольку в линии отходящего газа должна быть установлена заслонка регулирования давления.The temperature of the exhaust gas leaving the DRI melting furnace 12 would be higher than 1200° C. even with the reducing gas introduced from the shaft furnace 11. Sticky dust contained in the exhaust gas may accumulate in the exhaust gas line at such a temperature. This will affect the internal pressure control measures of the DRI melting furnace 12 since a pressure control damper must be installed in the exhaust gas line.
В частности, обратимся к фиг. 3, на фиг. 3 представлена схема иллюстративного варианта осуществления способа/системы 70 для прямого восстановления и плавления согласно настоящему изобретению, аналогичных по аспектам фиг. 2, но также включающих варианты регулирования внутреннего давления плавильной печи 12 для DRI с помощью холодного газа из установки 42 DR.In particular, refer to FIG. 3, in fig. 3 is a diagram of an exemplary embodiment of a direct reduction and melting method/system 70 according to the present invention, similar in aspects to FIG. 2, but also including options for regulating the internal pressure of the DRI melting furnace 12 using cold gas from the DR unit 42.
Таким образом, приведенные выше описания фиг. 2 относительно подобных признаков, условий, потоков и ссылочных позиций являются применимыми.Thus, the above descriptions of FIGS. 2 regarding similar characteristics, conditions, flows and reference positions are applicable.
Как показано на фиг. 3, отходящий газ из плавильной печи 12 для DRI будет разбавляться на отводе 25 холодным газом для снижения температуры отходящего газа, чтобы предотвратить накопление пыли в линии отходящего газа. Это позволяет регулировать внутреннее давление плавильной печи 12 для DRI с помощью заслонки 21, установленной на линии отходящего газа. Возможны следующие варианты источника холодного газа с установки 42 DRI, как описано ниже и показано на фиг. 3.As shown in FIG. 3, the exhaust gas from the DRI melting furnace 12 will be diluted at the outlet 25 with cold gas to reduce the temperature of the exhaust gas to prevent dust from accumulating in the exhaust gas line. This allows the internal pressure of the DRI melting furnace 12 to be regulated by a damper 21 installed in the exhaust gas line. The following options are available for the cold gas source from the DRI unit 42, as described below and shown in FIG. 3.
Вариант 1 холодного газа показан в потоке 72 на фиг. 3: предпочтительный холодный газ, вводимый с выпуска охладителя 19 риформированного газа, поскольку он является наиболее восстановительным газом. Вариант 2 холодного газа показан в потоке 74 на фиг. 3: необязательный холодный газ, вводимый с выпуска охладителя 18 прямой рециркуляции, поскольку он является вторым наиболее восстановительным газом. Вариант 3 холодного газа показан в потоке 76 на фиг. 3: необязательный холодный технологический газ, вводимый с выпуска компрессора 14 технологического газа.Cold gas embodiment 1 is shown in stream 72 in FIG. 3: the preferred cold gas introduced from the outlet of the reformed gas cooler 19, since it is the most reducing gas. Cold gas option 2 is shown in stream 74 in FIG. 3: optional cold gas introduced from the outlet of the direct recirculation cooler 18, since it is the second most reducing gas. Cold gas option 3 is shown in stream 76 in FIG. 3: optional cold process gas introduced from the outlet of the process gas compressor 14.
Следует отметить, что на большинстве установок DR установлен либо охладитель риформированного газа, либо охладитель прямой рециркуляции. Они работают только при запуске оксида и бездействуют при нормальной работе, но могут работать непрерывно для подачи холодного газа в отвод 25 для отходящего газа в плавильной печи 12 для DRI.It should be noted that most DR units have either a reformed gas cooler or a direct recirculation cooler installed. They operate only when the oxide is started and are inactive during normal operation, but can be operated continuously to supply cold gas to the off-gas outlet 25 of the DRI melting furnace 12.
В частности, обратимся к фиг. 4, на фиг. 4 представлена схема иллюстративного варианта осуществления способа/системы 80 для прямого восстановления и плавления согласно настоящему изобретению, аналогичных по некоторым аспектам фиг. 2 и 3, но включающих варианты регулирования внутреннего давления плавильной печи для DRI с помощью мокрого скруббера и компрессора. Таким образом, приведенные выше описания фиг. 2 и 3 относительно подобных признаков, условий, потоков и ссылочных позиций являются применимыми.In particular, refer to FIG. 4, in fig. 4 is a diagram of an exemplary embodiment of a direct reduction and melting method/system 80 according to the present invention, similar in some aspects to FIG. 2 and 3, but including options for controlling the internal pressure of the smelter for DRI using a wet scrubber and compressor. Thus, the above descriptions of FIGS. 2 and 3 regarding similar features, conditions, flows and reference positions are applicable.
Как показано на фиг. 4, отходящий газ из плавильной печи 12 для DRI после выхода из плавильной печи 12 для DRI обеспыливается с помощью мокрого скруббера 23 для удаления пыли, содержащейся в отходящем газе, чтобы предотвратить накопление пыли на линии отходящего газа. Заслонка 21 регулирования давления и/или компрессор 22 будут установлены дальше по технологическому циклу от мокрого скруббера 23 для регулирования внутреннего давления плавильной печи 12 для DRI. Следует отметить, что этот вариант осуществления может повлечь за собой более высокие капитальные вложения, большее количество оборудования для обслуживания и более низкую температуру рециркулируемого отходящего газа. Необязательно с компрессором, сжимающим отходящий газ, возвращаемый в установку DR, плавильная печь для DRI может работать при более низком давлении, менее 0,3 бар изб., что облегчает герметизацию плавильной печи для DRI.As shown in FIG. 4, the exhaust gas from the DRI melting furnace 12, after leaving the DRI melting furnace 12, is de-dusted by a wet scrubber 23 to remove dust contained in the exhaust gas to prevent dust from accumulating on the exhaust gas line. A pressure control damper 21 and/or a compressor 22 will be installed downstream of the wet scrubber 23 to regulate the internal pressure of the melting furnace 12 for DRI. It should be noted that this embodiment may entail higher capital investment, more maintenance equipment, and lower recycle off-gas temperature. Optionally with a compressor compressing the exhaust gas returned to the DR unit, the DRI melting furnace can be operated at a lower pressure, less than 0.3 barg, making it easier to seal the DRI melting furnace.
В частности, обратимся к фиг. 5, на фиг. 5 представлена схема иллюстративного варианта осуществления способа/системы 90 для прямого восстановления и плавления согласно настоящему изобретению, аналогичных по некоторым аспектам фиг. 2, 3 и 4, но включающих варианты регулирования внутреннего давления плавильной печи для DRI с помощью горячего риформированного газа. Таким образом, приведенные выше описания фиг. 2, 3 и 4 относительно подобных признаков, условий, потоков и ссылочных позиций являются применимыми.In particular, refer to FIG. 5, in fig. 5 is a diagram of an exemplary embodiment of a direct reduction and melting method/system 90 according to the present invention, similar in some aspects to FIG. 2, 3 and 4, but including options for regulating the internal pressure of the DRI melting furnace using hot reformed gas. Thus, the above descriptions of FIGS. 2, 3 and 4 regarding similar features, conditions, flows and reference positions are applicable.
Как показано на фиг. 5, внутреннее давление плавильной печи 12 для DRI регулируется путем введения в плавильную печь для DRI регулируемого количества горячего восстановительного газа, отбираемого дальше по технологическому циклу от установки 16 риформинга. Предусмотрена горячая заслонка 27 для регулирования скорости потока горячего восстановительного газа из установки риформинга. Она исключает заслонку регулирования давления в линии отходящего газа, но может работать неAs shown in FIG. 5, the internal pressure of the DRI melter 12 is controlled by introducing into the DRI melter a controlled amount of hot reducing gas taken downstream from the reformer 16. A hot damper 27 is provided to control the flow rate of hot reducing gas from the reformer. It eliminates the pressure control damper in the exhaust gas line, but may not work
- 8 045379 очень хорошо, если нагрузка липкой пыли слишком высока и пыль накапливается на линии отходящего газа. Следует отметить, что работу можно регулировать таким образом, чтобы нагрузка липкой пыли не была слишком высокой и пыль не накапливалась в линии отходящего газа. Также следует отметить, что дополнительная линия 27 регулирования давления может работать с любой из конфигураций отходящего газа из отвода 25 плавильной печи 12 для DRI, как описано в других иллюстративных вариантах осуществления и показано на фиг. 2, фиг. 3 или фиг. 4.- 8 045379 very good if the load of sticky dust is too high and dust accumulates in the exhaust gas line. It should be noted that the operation can be adjusted so that the sticky dust load is not too high and dust does not accumulate in the exhaust gas line. It should also be noted that the additional pressure control line 27 may operate with any of the off-gas configurations from outlet 25 of the DRI melting furnace 12, as described in other illustrative embodiments and shown in FIG. 2, fig. 3 or fig. 4.
В одном иллюстративном варианте осуществления, и как показано на фиг. 2, уголь или другой углеродистый материал 47 может быть введен в плавильную печь 12 для DRI. Часть одного из вышеупомянутых холодных газов из установки DR (обозначена позицией 49 на фиг. 2) может быть использована для пневматической транспортировки угля или другого углеродистого материала в плавильную печь 12 для DRI. В обычной технологии азот используется для пневматической транспортировки угля или другого углеродистого материала в плавильную печь 12 для DRI, но азот будет накапливаться в контуре восстановительного газа на установке DR, когда отходящий газ из плавильной печи 12 для DRI возвращается в установку DR.In one illustrative embodiment, and as shown in FIG. 2, coal or other carbonaceous material 47 may be introduced into the melting furnace 12 for DRI. A portion of one of the aforementioned cold gases from the DR unit (indicated at 49 in FIG. 2) may be used to pneumatically transport coal or other carbonaceous material to the DRI smelter 12. In conventional technology, nitrogen is used to pneumatically transport coal or other carbonaceous material to the DRI smelter 12, but the nitrogen will accumulate in the reducing gas loop of the DR unit when the exhaust gas from the DRI smelter 12 is returned to the DR unit.
В другом иллюстративном варианте осуществления часть одного из вышеупомянутых холодных газов с установки DR используется в качестве уплотнительного газа для динамического уплотнения вокруг плавильной печи 12 для DRI, например, в качестве газа для уравнивания давления в затворном бункере для загрузки флюса и/или углеродистого материала из загрузочного бункера 26, как также лучше всего видно на фиг. 2. В обычной технологии азот используется для уплотнительного газа вокруг плавильной печи 12 для DRI, но азот будет накапливаться в контуре восстановительного газа на установке DR, когда отходящий газ из плавильной печи для DRI возвращается в установку 42 DR.In another illustrative embodiment, a portion of one of the aforementioned cold gases from the DR plant is used as a seal gas to dynamically seal around the DRI melting furnace 12, for example, as a gas to equalize the pressure in a seal hopper for charging flux and/or carbonaceous material from the charge hopper 26, as is also best seen in FIG. 2. In conventional technology, nitrogen is used for seal gas around the DRI melting furnace 12, but nitrogen will accumulate in the reducing gas loop in the DR unit when the off-gas from the DRI melting furnace is returned to the DR unit 42.
Иллюстративный материальный баланс показан ниже в случае, когда горячий металл с содержанием углерода 4,5% производится с оксидным окатышем с содержанием Fe 66% с использованием системы с тесно связанными установкой DR и плавильной печью 12 для DRI согласно вариантам осуществления. Предполагая, что весь углерод для получения 4,5% С в горячем металле будет получен из DRI без добавления внешнего углерода, для DRI задается металлизация 95% и содержание остаточного углерода 5%. Производительность по DRI составляет 2 миллиона тонн в год или 250 тонн в час. Разница давлений между зоной кольцевого воздухопровода шахтной печи 11 и плавильной печью 12 для DRI составляет 1,4 бар, что заставляет восстановительный газ проходить вниз через разгрузочный желоб, заполненный DRI, между шахтной печью 11 и плавильной печью 12 для DRI.An exemplary material balance is shown below in the case where hot metal having a carbon content of 4.5% is produced with an oxide pellet having a content of 66% Fe using a system with a closely coupled DR plant and a DRI melting furnace 12 according to embodiments. Assuming that all of the carbon to produce 4.5% C in the hot metal will come from DRI without adding external carbon, DRI is set to 95% metallization and 5% residual carbon. The DRI capacity is 2 million tons per year or 250 tons per hour. The pressure difference between the annular air duct area of the shaft furnace 11 and the DRI melting furnace 12 is 1.4 bar, which causes the reducing gas to flow down through the DRI-filled discharge chute between the shaft furnace 11 and the DRI melting furnace 12.
В табл. I представлен общий материальный баланс с анализом оксида/DRI. В табл. II приведен газовый баланс вокруг плавильной печи 12 для DRI при определенных условиях.In table I presents a general material balance with oxide/DRI analysis. In table II shows the gas balance around the melting furnace 12 for DRI under certain conditions.
Таблица ITable I
Общий материальный балансGeneral material balance
--
Claims (23)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US62/993,787 | 2020-03-24 | ||
| US17/209,706 | 2021-03-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA045379B1 true EA045379B1 (en) | 2023-11-21 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11788159B2 (en) | Integration of DR plant and electric DRI melting furnace for producing high performance iron | |
| US6986800B2 (en) | Method and apparatus for improved use of primary energy sources in integrated steel plants | |
| US4045214A (en) | Method for producing steel | |
| RU2339702C2 (en) | Facility for hot metal manufacturing, directly using small or lump coal and powdered iron ores, method for its production, complete steel mill, using this facility and this manufacturing method | |
| US9181594B2 (en) | Process and device for producing pig iron or liquid steel precursors | |
| CN111575427B (en) | Hydrogen metallurgy process with near zero emission | |
| US20150135899A1 (en) | Method and device for introducing fine particle-shaped material into the fluidised bed of a fluidised bed reduction unit | |
| CN111440914B (en) | Hydrogen metallurgy system of near zero release | |
| US20150176905A1 (en) | Method and system for producing pig iron or fluid steel pre-products | |
| US7160353B2 (en) | Process for producing molten iron | |
| Gojic et al. | Development of direct reduction processes and smelting reduction processes for the steel production | |
| CN212293639U (en) | Hydrogen metallurgy device | |
| AU2004295629A1 (en) | An apparatus for manufacturing a molten iron directly using fine or lump coals and fine iron ores, the method thereof, the integrated steel mill using the same and the method thereof | |
| KR20180071373A (en) | Liquid pig iron manufacturing method | |
| RU2294967C2 (en) | Melt cast iron producing plant providing drying and transporting iron ores and additives, melt cast iron production method with use of such plant | |
| KR101607254B1 (en) | Combiner Ironmaking facilities | |
| EA045379B1 (en) | COMBINATION OF DR AND DRI ELECTRIC MELTING FURNACE FOR THE PRODUCTION OF HIGH-QUALITY IRON | |
| CN102181776A (en) | Technique and device for producing high-grade nickel and stainless steel by reduction pelletization | |
| ZA200601996B (en) | An apparatus for manufacturing a molten iron directly using fine or lump coals and fine iron ores, the method thereof, the integrated steel mill using the same and the method thereof | |
| JPS5918452B2 (en) | Method for producing molten metal from powdered ore | |
| US20020134199A1 (en) | Method for recovery of metals having low vaporization temperature | |
| JP2881840B2 (en) | Blast furnace tuyere powder injection method | |
| JPH06264120A (en) | Production of pig iron | |
| CN117545859A (en) | System and method for producing Hot Briquette Iron (HBI) containing fluxing agents and/or carbonaceous materials | |
| KR20240056527A (en) | How metallurgical plants work for the production of iron products |