LU83722A1

LU83722A1 - METHOD FOR CONDUCTING A TANK OVEN

Info

Publication number: LU83722A1
Application number: LU83722A
Authority: LU
Inventors: N Ponghis
Original assignee: Centre Rech Metallurgique
Priority date: 1980-11-03
Filing date: 1981-10-29
Publication date: 1982-02-18

Description

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Revendication de la -priorité d'une demande de brevet dêvosêe en Belgique le 3 novembre 1980 sous le No 886^015 '* C. -Vj î^>- ^ C 2064/8011.Claim for priority of a patent application filed in Belgium on November 3, 1980 under No. 886 ^ 015 '* C. -Vj î ^> - ^ C 2064/8011.

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«t CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -CENTRUM V00R RESEARCH IN DE METALLURGIE,"T METALLURGICAL RESEARCH CENTER -CENTRUM V00R RESEARCH IN DE METALLURGIE,

Association sans but lucratif - Vereniging zonder winstoogmerk à BRUXELLES, (Belgique) .Non-profit association - Vereniging zonder winstoogmerk in BRUXELLES, (Belgium).

Procédé de conduite d'un four à cuve.Method for operating a pot furnace.

La présente invention est relative à un procédé de conduite d'un four à cuve de réduction de minerais et en par-ticulier d'un haut fourneau pour réduction de minerais de fer et production de fonte, lorsque l'on injecte des gaz réducteurs sur-* chauffés à une température pouvant atteindre 2000°C et plus, dans la partie inférieure de ce four, par exemple au niveau des tuyères principales de soufflage.The present invention relates to a process for operating a furnace with an ore reduction tank and in particular a blast furnace for reducing iron ores and producing cast iron, when reducing gases are injected onto - * heated to a temperature of up to 2000 ° C and above, in the lower part of this oven, for example at the main blowing nozzles.

Les préoccupations énergétiques actuelles poussent les industriels et en particulier les sidérurgistes, à réduire au strict minimum la consommation d'énergie primaire provenant du charbon (coke), du pétrole, du gaz naturel, etc..Current energy concerns are pushing industrialists, and in particular steelmakers, to reduce the consumption of primary energy from coal (coke), petroleum, natural gas, etc. to a strict minimum.

2.-2.-

Il est bien connu d'injecter des gaz réducteurs chauds au niveau des tuyères principales du haut fourneau dans le but de diminuer la consommation de coke. Ces gaz réducteurs contiennent principalement du CO, H^ et N2# ainsi que des quantités réduites de C02 et H^O. Ces gaz réducteurs sont généralement fabriqués à l'extérieur du four, voire indépendamment de celui-ci, mais de préférence dans le circuit d'injection du four et peuvent être injectés en remplacement total ou partiel du vent habituellement utilisé. Les hautes températures de ces gaz sont obtenues préférentiellement au moyen de fours à plasma et présentent le double avantage de faciliter les réactions chimiques nécessaires pour produire ces gaz et de fournir la chaleur requise pour le fonctionnement du four.It is well known to inject hot reducing gases into the main nozzles of the blast furnace in order to reduce the consumption of coke. These reducing gases mainly contain CO, H ^ and N2 # as well as reduced quantities of C02 and H ^ O. These reducing gases are generally produced outside the oven, or even independently of it, but preferably in the injection circuit of the oven and can be injected as a total or partial replacement for the wind usually used. The high temperatures of these gases are preferably obtained by means of plasma ovens and have the double advantage of facilitating the chemical reactions necessary to produce these gases and of providing the heat required for the operation of the furnace.

Divers procédés et dispositifs ont été préconisés par la demanderesse et d'autres pour fabriquer le gaz réducteur approprié à partir de différents combustibles et matières oxydantes (solides, liquides ou gazeuses), y compris le recyclage d'effluents gazeux de processus métallurgiques.Various methods and devices have been recommended by the applicant and others for manufacturing the appropriate reducing gas from various fuels and oxidizing materials (solid, liquid or gaseous), including the recycling of gaseous effluents from metallurgical processes.

Dans le cadre des procédés et dispositifs cités ci-dessus, les promoteurs de la présente invention ont entrepris des recherches à grande échelle pour confirmer la possibilité de mettre en oeuvre de tels procédés avec un équipement industriel sans perturber le processus de réduction des minerais.Within the framework of the processes and devices mentioned above, the promoters of the present invention have undertaken large-scale research to confirm the possibility of implementing such processes with industrial equipment without disturbing the process of reduction of ores.

Cette invention est fondée sur l'observation que „le processus de réduction du haut fourneau peut n'être modifié en aucune façon si, au lieu de provoquer les réactions métallurgiques “par le procédé classique utilisant le gaz produit à l'intérieur du four par la combustion du coke avec le vent chaud, on injecte un gaz de composition et de température sensiblement identiques, le dit gaz ayant été produit à l'extérieur du four et injecté par les .-mêmes tuyères à vent.This invention is based on the observation that "the reduction process of the blast furnace may not be altered in any way if, instead of causing metallurgical reactions" by the conventional method using the gas produced inside the furnace by the combustion of the coke with the hot wind, a gas of substantially identical composition and temperature is injected, the said gas having been produced outside the oven and injected by the same wind nozzles.

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Après avoir d'abord étudié la fabrication de gaz réducteur surchauffé dans un milieu plasmatique et notamment la - possibilité de produire un gaz adéquat dans les conditions régnant dans un haut fourneau, les promoteurs de la présente invention ont effectué des essais pour déterminer à quelle valeur minimum la mise au mille de coke peut être réduite avec un tel procédé.After having first studied the production of superheated reducing gas in a plasma medium and in particular the possibility of producing an adequate gas under the conditions prevailing in a blast furnace, the promoters of the present invention carried out tests to determine at what value minimum coke setting can be reduced with such a process.

Au cours des recherches, la demanderesse a constaté que dans le cas de l'injection de gaz réducteurs surchauffés, « le haut fourneau doit être conduit d'une façon nettement différente de celle d'une conduite classique du.haut fourneau.During the research, the applicant noted that in the case of the injection of superheated reducing gases, "the blast furnace must be conducted in a manner distinctly different from that of a conventional duct of the blast furnace.

La principale différence entre la conduite classique d'un haut fourneau et celle avec injection de gaz réducteur surchauffé consiste en ce que dans le second cas, la mise au mille de coke peut être délibérément fixée. Quand la valeur de la mise au mille a été fixée, la composition du gaz réducteur est ajustée de façon à obtenir une marche équilibrée du fourneau compatible avec les valeurs de consigne de la mise au mille de coke et de la composition chimique de la fonte. La mise au mille de coke la plus faible obtenue en 1978 a été de 179 kg de coke sec par tonne de fonte liquide et par comparaison avec une période de référence de conduite classique du fourneau, 77 % du coke brûlé au nez des tuyères et 91 % du coke dit de "solution loss" ont été remplacés par le gaz réducteur surchauffé. Il a été possible d'obtenir une même mise au mille totale de coke avec d'autres pourcentages en modifiant la composition et la température du gaz injecté.The main difference between the conventional line of a blast furnace and that with injection of superheated reducing gas is that in the second case, the coke setting can be deliberately fixed. When the mileage value has been set, the composition of the reducing gas is adjusted so as to obtain a balanced running of the furnace compatible with the target values for the centering of coke and the chemical composition of the cast iron. The lowest coke setting per mile obtained in 1978 was 179 kg of dry coke per tonne of liquid pig iron and by comparison with a reference period of conventional furnace operation, 77% of the coke burned at the nose of the nozzles and 91 % of the so-called "solution loss" coke has been replaced by the superheated reducing gas. It was possible to obtain the same total mileage of coke with other percentages by modifying the composition and the temperature of the gas injected.

Après avoir vérifié que la marche du haut fourneau n'avait pas été perturbée par cette nouvelle technique, la demanderesse a entrepris des recherches dans le but d'établir les meilleures modalités opératoires d'une telle injection et à cette occasion, a pu diminuer la mise au mille de coke sec jusqu'à moins de 110 kg par tonne de fonte.After verifying that the operation of the blast furnace had not been disturbed by this new technique, the plaintiff undertook research with the aim of establishing the best operating conditions for such an injection and on this occasion was able to reduce the upgrading dry coke to less than 110 kg per tonne of pig iron.

La présente invention a pour objet de révéler les modalités d'une conduite stable, économique et aisée d'un four à cuve dans lequel on injecte des gaz réducteurs surchauffés. Les f perfectionnements du procédé consistent dans les ajustements * — \ <3e certains facteurs tels que la composition de la température et * 4.- du débit des gaz réducteurs en vue de contrôler la productivité du fourneau.The object of the present invention is to reveal the modalities of stable, economical and easy operation of a shaft furnace into which superheated reducing gases are injected. The refinements of the process consist in adjusting certain factors such as the composition of the temperature and the flow rate of the reducing gases in order to control the productivity of the furnace.

Le procédé, objet de la présente invention, est essentiellement une méthode pour contrôler le haut fourneau dans lequel le minerai de fer est réduit pour former de la fonte et au moins un four à plasma est utilisé pour chauffer du gaz réducteur à injecter dans la partie inférieure du fourneau, le dit gaz ré-, ducteur contenant principalement du CO et du E^ et accessoirement du C02 et du H20, mais également du N2 et sa température étant comprise entre 1800 et 2800°C.The process which is the subject of the present invention is essentially a method for controlling the blast furnace in which the iron ore is reduced to form pig iron and at least one plasma oven is used to heat reducing gas to be injected into the part bottom of the furnace, the said reducing gas mainly containing CO and E ^ and incidentally CO 2 and H 2 O, but also N 2 and its temperature being between 1800 and 2800 ° C.

Suivant l'invention, la productivité du four est contrôlée en ajustant au moins la température des gaz réducteurs injectés : une augmentation de cette température entraîne un accroissement de la productivité et une diminution de cette température entraîne une réduction de la productivité.According to the invention, the productivity of the furnace is controlled by adjusting at least the temperature of the reducing gases injected: an increase in this temperature results in an increase in productivity and a decrease in this temperature results in a reduction in productivity.

Egalement suivant l'invention, la productivité du four est contrôlée en ajustant en outre le débit des gaz réducteurs injectés.Also according to the invention, the productivity of the furnace is controlled by further adjusting the flow rate of the reducing gases injected.

Suivant une variante de 1'invention, la productivité du four est contrôlée en ajustant en outre la mise au mille de coke.According to a variant of the invention, the productivity of the furnace is controlled by further adjusting the setting of the coke.

Suivant une autre modalité de l'invention, la productivité du four est contrôlée en ajustant, outre la température et le débit, la composition chimique des gaz réducteurs "injectés.According to another embodiment of the invention, the productivity of the furnace is controlled by adjusting, in addition to the temperature and the flow rate, the chemical composition of the reducing gases "injected.

. Il est avantageux, suivant l'invention, de régler la modification de la composition des gaz réducteurs au moyen de l'ajustement du rapport air/gaz, c'est-à-dire des quantités' d'air $ et de gaz alimentant le four à plasma.. It is advantageous, according to the invention, to regulate the modification of the composition of the reducing gases by means of the adjustment of the air / gas ratio, that is to say of the quantities of air $ and of gas supplying the plasma oven.

FF

UU

Cv 11 5.-Cv 11 5.-

En ce qui concerne la modification de la composition des gaz réducteurs, on peut agir sur leur mode de fabrication et notamment : - faire réagir des combustibles gazeux liquides ou solides avec l'air ou tout gaz porteur d'02 libre (air suroxygéné, etc...), de façon à obtenir la formation de CO et de E^ au maximum, sui- - vant la réaction : combustible + 02—»x. CO + y. E^, - faire réagir des combustibles gazeux, liquides ou solides avec du C02 et/ou de la vapeur d'eau ou avec des gaz industriels qui contiennent du C02 et/ou de la vapeur d'eau et régler les proportions d’oxygène et de combustibles, de telle façon qu'après réaction, les gaz produits contiennent un maximum de CO, E^, N2 et un minimum de C02 et H20, suivant la réaction : combustible + C02 et/ou H20 -Ox'. CO + y'. H2· - dans le cas particulier de combustibles liquides et solides en réaction avec un oxydant, ces combustibles peuvent être introduits dans le circuit de fabrication en amont ou en aval du dispositif de chauffage plasmatique avec préchauffage éventuel. Dans le cas du combustible solide, on surchauffe uniquement le comburant à l'aide du plasma, - on utilise des effluents de processus métallurgiques, tels que par exemple du gaz de gueulard et après un éventuel conditionnement préalable (épuration des solides, élimination partielle ou totale d'eau, du C02, décarbonatation), on les fait réagir ou non avec une matière hydrocarbonée solide (charbon, lignite) "ou liquide (fuel-oil), - on fait réagir avec un oxydant des combustibles en mélange liquide-solide tels que slurry, en suspension gaz-solide, gaz-liquide et en émulsion liquide-liquide.As regards the modification of the composition of the reducing gases, one can act on their method of manufacture and in particular: - reacting liquid or solid gaseous fuels with air or any gas carrying free O 2 (oxygenated air, etc. ...), so as to obtain the maximum CO and E ^ formation, following the reaction: fuel + 02— »x. CO + y. E ^, - reacting gaseous, liquid or solid fuels with C02 and / or water vapor or with industrial gases which contain C02 and / or water vapor and adjusting the proportions of oxygen and fuels, so that after reaction, the gases produced contain a maximum of CO, E ^, N2 and a minimum of C02 and H20, depending on the reaction: fuel + C02 and / or H20 -Ox '. CO + y '. H2 · - in the specific case of liquid and solid fuels in reaction with an oxidant, these fuels can be introduced into the manufacturing circuit upstream or downstream of the plasma heating device with possible preheating. In the case of solid fuel, only the oxidizer is overheated using the plasma, - effluents from metallurgical processes are used, such as, for example, top gas and after any prior conditioning (purification of the solids, partial elimination or total of water, C02, decarbonation), they are reacted or not with a solid hydrocarbon material (coal, lignite) "or liquid (fuel oil), - one reacts with an oxidant fuels in liquid-solid mixture such as slurry, in gas-solid, gas-liquid suspension and in liquid-liquid emulsion.

La fabrication de tels gaz réducteurs peut évidemment comprendre une ou plusieurs phases. Par exemple, au cours d' une première phase, on réalise une combustion partielle du type f C + X C>2 + Y air = U CO f Z C02 f Y N,,, l'air et/ou le combustible - 6 - étant préchauffés à une température aussi élevée que possible, compatible avec les réfractaires, par exemple 1600°C, puis au cours d'une seconde phase on transforme presque totalement le CC>2 (H^O) en CO (H^) par l'injection d'une matière porteuse de C dans une torche à plasma, de telle façon que l'on obtienne la composition et la température désirées.The manufacture of such reducing gases can obviously comprise one or more phases. For example, during a first phase, partial combustion of the type f C + XC> 2 + Y air = U CO f Z C02 f YN ,,, the air and / or the fuel - 6 - being carried out preheated to a temperature as high as possible, compatible with refractories, for example 1600 ° C, then in a second phase the CC> 2 (H ^ O) is almost completely transformed into CO (H ^) by injection of a carrier material of C into a plasma torch, so that the desired composition and temperature are obtained.

Suivant l'invention, on modifie la température des gaz réducteurs par un ajustement de la puissance électrique. Cette modalité présente l'avantage de ne pas influencer la composition des gaz réducteurs produits.According to the invention, the temperature of the reducing gases is modified by an adjustment of the electric power. This method has the advantage of not influencing the composition of the reducing gases produced.

En ce qui concerne l'injection des gaz réducteurs, notamment au moyen des tuyères principales de soufflage, elle peut être réalisée en remplacement d'une partie ou de préférence de la totalité du vent. Dans le premier cas, il est recommandé d'effectuei des injections par deux moyens séparés : l'un affecté aux gaz réducteurs, l'autre au vent, en vue d'obtenir une marche plus efficiente et une régulation plus aisée.As regards the injection of reducing gases, in particular by means of the main blowing nozzles, it can be carried out as a replacement for part or preferably all of the wind. In the first case, it is recommended to carry out injections by two separate means: one assigned to reducing gases, the other to wind, in order to obtain more efficient walking and easier regulation.

En ce qui concerne l'utilisation d'un plasma pour produire et/ou échauffer (surchauffer) des gaz, il faut comprendre les deux modalités suivantes : 1) on utilise les techniques de production d'un plasma pour mettre le gaz destiné à l'injection dans le four à cuve, dans un état au moins partiellement plasmatique et ayant comme température moyenne la température souhaitée pour le processus métallurgique; 2) on utilise les techniques de production d'un plasma pour créer t un milieu plasmatique et on injecte dans ce milieu le gaz destiné à l'injection dans le four à cuve, le dit milieu plasx matique jouant le rôle de vecteur de chaleur pour chauffer le gaz à injecter dans le four à cuve.Regarding the use of a plasma to produce and / or heat (overheat) gases, we must understand the following two methods: 1) we use plasma production techniques to put the gas intended for l injection into the shaft furnace, in an at least partially plasma state and having as average temperature the temperature desired for the metallurgical process; 2) the techniques for producing a plasma are used to create a plasma medium and the gas intended for injection is injected into this medium in the tank furnace, the so-called matic plasx medium playing the role of heat vector for heat the gas to be injected into the shaft furnace.

Les résultats donnés au tableau joint montrent que le procédé objet de la présente invention permet de modifier , la production en ajustant la température et la composition du gaz réducteur injecté dans le haut fourneau.The results given in the attached table show that the process which is the subject of the present invention makes it possible to modify the production by adjusting the temperature and the composition of the reducing gas injected into the blast furnace.

"ί— - 7 -"ί— - 7 -

Dans ce tableau, le cas A résulte de la conduite du haut fourneau avec injection de gaz réducteur surchauffé. On estime que le haut fourneau fonctionne de façon stabilisée, mais s non dans les meilleures conditions à cause de la production trop faible et de la température des gaz de gueulard qui est trop élevée (350°C).In this table, case A results from the conduct of the blast furnace with injection of superheated reducing gas. It is estimated that the blast furnace operates in a stabilized manner, but s not in the best conditions because of the production too low and the temperature of the exhaust gases which is too high (350 ° C).

Le cas B montre par comparaison avec le cas A qu'une augmentation de la production (162 tf/h —i>203 tf/h) est obtenue par une augmentation de la température du gaz réducteur (2100°C ->2460°C) et par une diminution de la quantité de C02 et H20 (4,53 % -5*2,36 %) du dit gaz. Ce cas B est considéré comme un fonctionnement stabilisé et acceptable aux points de vue économie, productivité, et qualité de la fonte produite.Case B shows by comparison with case A that an increase in production (162 tf / h - i> 203 tf / h) is obtained by an increase in the temperature of the reducing gas (2100 ° C -> 2460 ° C ) and by a decrease in the amount of C02 and H20 (4.53% -5 * 2.36%) of said gas. This case B is considered as a stabilized operation and acceptable from the point of view of economy, productivity, and quality of the cast iron produced.

; L· t j*· - 8 - *.; L · t j * · - 8 - *.

TABLEAUBOARD

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A BA B

.. o/oo coke sec (kg/tf) 168 169 gaz réducteur.. o / oo dry coke (kg / tf) 168 169 reducing gas

Quantité GR (m3N/tf) 1500 985 Débit (x 103 m3N/h) 197 H20 + C02 {%) 4,53 2,36 N2 (%) 40 40Quantity GR (m3N / tf) 1500 985 Flow rate (x 103 m3N / h) 197 H20 + C02 {%) 4.53 2.36 N2 (%) 40 40

Température GR (°C) 2100 2460Temperature GR (° C) 2100 2460

Vent 3Wind 3

Quantité vent (m N/tf)Wind quantity (m N / tf)

Température vent (°C) -Wind temperature (° C) -

FonteMelting

Si {%) 0,60 0,60If {%) 0.60 0.60

Température (°C) 1410 1410Temperature (° C) 1410 1410

Gaz gueulardGas gueulard

Température (°c) 350 68 ».Temperature (° c) 350 68 ”.

;-ç /_^ /; -ç / _ ^ /

Claims

1. Method for controlling the blast furnace in which the iron ore is reduced to form pig iron and at least one plasma oven is used to heat reducing gas to be injected into the lower part of the oven, the said reducing gas containing mainly CO and of and accessory to C02 and H20, but also N2, characterized in that the productivity of the furnace is controlled by adjusting at least the temperature of the reducing gases injected: an increase in this temperature leads to an increase of productivity and a decrease in this temperature leads to a reduction in productivity.

2. Method according to claim 1, characterized in that the productivity of the furnace is controlled by further adjusting the flow rate of the reducing gases injected.

3. Method according to claim 1, characterized in that the productivity of the furnace is controlled by further adjusting the setting of a thousand coke.

4. Method according to either of claims 2 and 3, characterized in that the productivity of the oven is controlled by further adjusting the chemical composition of the reducing gases injected. »» »

5. Method according to either of claims 1 to 4, characterized in that the temperature of the reducing gases injected is between 1800 and 2800 ° C. _ X S '' y • mS-