NL9300144A

NL9300144A - Method of preparing liquid iron and gas

Info

Publication number: NL9300144A
Application number: NL9300144A
Authority: NL
Original assignee: Kloeckner Cra Patent
Priority date: 1980-08-22
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 1993-07-01

Abstract

The invention relates to a method of preparing liquid iron and gas having good combustion and/or reducing properties in an iron smelting reactor, which contains a liquid iron melt. In the process, the iron melt is admixed with carbon-containing (carbonaceous) solid or liquid fuels and substances which contain iron at least partially in oxidic form, and a gas jet, which at least in part consists of oxygen is blown onto the surface of the iron melt through the gas space above it. In the process, the fuels are gasified and collect in the gas space above the surface of the melt, and the substances which contain iron at least partially in oxidic form are reduced. The said gas jet, when passing through the gas space, aspirates gas formed and effects partial combustion thereof, entraining said gas in such a way towards the surface of the melt, that the heat produced during combustion of the gas formed is transferred to the iron melt, the gas present above the melt being discharged and iron being produced in the process.

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor het bereiden van vloeibaar ijzer en gas.Short designation: Process for preparing liquid iron and gas.

Afsplitsing van de Nederlandse octrooiaanvrage 8103451Division of the Dutch patent application 8103451

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van vloeibaar ijzer en gas in een ijzersmeltreactor, waarin zich een vloeibare ijzersmelt bevindt, waaraan koolstofhoudende, vaste of vloeibare brandstoffen en stoffen die ijzer ten minste gedeeltelijk in axidi-sche vorm bevatten worden toegevoerd en qp het oppervlak waarvan een ten minste ten dele uit zuurstof bestaande gasstraal wordt geblazen, waarbij de brandstoffen vergassen en zich in de gasruimte boven het oppervlak van de smelt verzamelen en van daar worden afgevoerd en de stoffen die ijzer ten minste gedeeltelijk in oxidische vorm bevatten gereduceerd worden en ijzer gewonnen wordt.The invention relates to a process for the preparation of liquid iron and gas in an iron melting reactor, which contains a liquid iron melt, to which carbonaceous, solid or liquid fuels and substances containing iron at least partly in axidic form are fed and qp the surface of which an at least partly oxygen jet of gas is blown, the fuels being gasified and accumulating in the gas space above the surface of the melt and discharged therefrom and the substances containing iron at least partly in oxidic form being reduced and iron is extracted.

In de Eranse octrooiaanvrage 2.353.887 wordt een werkwijze als in aanhef genoemd, beschreven. Over de mogelijkheid het gevormde gas als brandbaar gas te gebruiken en qp die wijze de economische aantrekkelijkheid van de werkwijze te vergroten, wordt niet gerept.In the Eranse patent application 2,353,887 a method as mentioned in the preamble is described. The possibility of using the formed gas as a flammable gas and thus increasing the economic attractiveness of the process is not mentioned.

In de Nederlandse octrooiaanvrage 8103451, waarvan de huidige aanvrage een afsplitsing is, wordt een werkwijze beschreven voor het bereiden van een economisch bruikbaar brandbaar gas hoofdzakelijk bestaande uit 00 en door brandstof en een gasstraal van een zuurstof bevattend gas toe te voeren aan een ij zersmeltreactor.Dutch patent application 8103451, of which the present application is a division, describes a method for preparing an economically useful combustible gas mainly consisting of 00 and by supplying fuel and a gas jet of an oxygen-containing gas to an iron melting reactor.

Hierin wordt niet vermeldt dat bij deze reaktie ijzerhoudende ertsen in ijzer kunnen worden omgezet.It does not mention that iron-containing ores can be converted into iron in this reaction.

Gebleken is nu dat ook bij de bereiding van ijzer uit ijzersmelten die ten minste gedeeltelijk ijzer in oxidische vorm bevatten, een gas met aantrekkelijke verbrandings- en/of reducerende eigenschappen bereid kan worden.It has now been found that a gas with attractive combustion and / or reducing properties can also be prepared in the preparation of iron from iron melts which contain at least partly iron in oxidic form.

On dit doel te bereiken moet de gasstraal door de gasruimte boven het oppervlak van de smelt worden geblazen, en bij deze passage gas aanzuigen dat gedeeltelijk verbrand wordt, waarbij de hierbij ontstane warmte aan de ijzersmelt wordt overgedragen.To achieve this goal, the jet of gas must be blown through the gas space above the surface of the melt, and at this passage draw in gas which is partially burned, transferring the resulting heat to the iron melt.

Volgens de uitvinding wordt de gasstraal door de gasruimte boven het oppervlak van de smelt heen geblazen, zuigt de gasstraal bij het doorlopen van de gasruimte gevormd gas aan, brengt gedeeltelijke verbranding ervan teweeg, en sleurt het gas zodanig mee naar het oppervlak van de smelt, dat de bij verbranding van het gevormde gas ontstane warmte wordt overgedragen aan de ijzersmelt.According to the invention, the gas jet is blown through the gas space above the surface of the melt, the gas jet draws in formed gas as it passes through the gas space, causes partial combustion thereof, and thus drags the gas along to the surface of the melt, that the heat generated by combustion of the gas formed is transferred to the iron melt.

Bij voorkeur worden de vaste of vloeibare brandstoffen ander het oppervlak van de ijzersmelt geblazen. Voor het transport kan men drager- gassen gebruiken, zoals bijv. lucht, stikstof, koolmonoxide, een inert gas of dergelijke. Het is echter ook mogelijk de brandstof boven het oppervlak van de smelt toe te voeren.Preferably, the solid or liquid fuels are blown differently from the surface of the iron melt. Carrier gases can be used for transport, such as, for example, air, nitrogen, carbon monoxide, an inert gas or the like. However, it is also possible to feed the fuel above the surface of the melt.

De ten minste ten dele uit zuurstof bestaande gasstraal kan uit lucht, of mengsels van lucht en zuurstof bestaan, maar in de meeste gevallen is technisch zuivere zuurstof het meest geschikt.The at least partially oxygen jet of gas may consist of air, or mixtures of air and oxygen, but in most cases technically pure oxygen is most suitable.

De zuurstof in de door de gasruimte en boven het oppervlak van de smelt ingeblazen gasstraal dient in het bijzonder voor de verbranding van een deel van het uit de brandstof bereide gas. De eigenlijke zuur-stoftoevoer voor het vergassingsproces vindt daarentegen gunstig plaats via onder het oppervlak van de smelt aanwezige blaasmondstukken. Deze kunnen bijv. bestaan uit een aantal concentrische buizen; voor het beschermen van de blaasmondstukken wordt aan de buitenzijde cp op zichzelf békende wijze een koolwaterstof gébruikt.The oxygen in the jet of gas blown in through the gas space and above the surface of the melt serves in particular for the combustion of part of the gas produced from the fuel. The actual oxygen supply for the gasification process, on the other hand, advantageously takes place via blowing nozzles present under the surface of the melt. These can for instance consist of a number of concentric tubes; to protect the blowing nozzles, a hydrocarbon is used on the outside in a manner known per se.

De hoeveelheid onder het oppervlak van de smelt toegevoerde zuurstof in verhouding tot de hoeveelheid van de in de gasstraal boven het oppervlak van de smelt toegevoerde zuurstof kan binnen willekeurige grenzen worden gewijzigd. Het is bijv. mogelijk 80%van de totale zuurstof met de gasstraal van bovenaf toe te voeren en slechts 20% onder het oppervlak van de smelt in te voeren, of ook precies omgekeerd 80% van de totale, aan de ijzersmeltreactor toegevoerde hoeveelheid zuurstof onder het oppervlak van de smelt in te blazen en slechts 20% van bovenaf met de gasstraal toe te voeren. Er is echter gebleken, dat ten minste 10% van de totale hoeveelheid aan de reactor toegevoerde zuurstof met de gasstraal bovenop het oppervlak van de smelt moet worden geblazen, om de voordelen van de uitvinding wat betreft de warmte-economie van het proces te benutten. Deze hoeveelheid kan tot 100% worden verhoogd. Daarbij is verrassenderwijs gebleken, dat deze zuurstof uit de gasstraal voor oxidatie van de brandstof in de ijzersmelt dient. Bij het op de gebruikelijke wijze werken met de ijzersmeltreactor wordt circa 40-90% van de totale hoeveelheid zuurstof in de gasstraal toegevoerd. De van bovenaf toegevoerde fractie houdt men reeds uit economische overwegingen zo hoog nogelijk, omdat deze fractie van de totale hoeveelheid in het algemeen onder een lagere druk in vergelijking tot de druk, die nodig is voor de onder het oppervlak van de smelt aanwezige blaasmondstukken, wordt ingeblazen.The amount of oxygen supplied below the surface of the melt relative to the amount of oxygen supplied in the gas jet above the surface of the melt can be varied within arbitrary limits. For example, it is possible to supply 80% of the total oxygen with the gas jet from above and to introduce only 20% below the surface of the melt, or, conversely, 80% of the total amount of oxygen supplied to the iron melting reactor under blowing the surface of the melt and feeding only 20% from above with the gas jet. However, it has been found that at least 10% of the total amount of oxygen fed to the reactor must be blown with the jet of gas on top of the surface of the melt to utilize the advantages of the invention in the heat economy of the process. This amount can be increased to 100%. It has surprisingly been found that this oxygen from the gas jet serves for oxidation of the fuel in the iron melt. When operating with the iron melting reactor in the usual manner, about 40-90% of the total amount of oxygen is supplied to the gas jet. The fraction fed from above is already kept so high for economic reasons, because this fraction of the total amount is generally under a lower pressure compared to the pressure required for the blowing nozzles present below the surface of the melt. blown in.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding kan het erts in de ijzersmelt zowel via mondstukken in de bodem rechtstreeks of ook van boven af op de smelt worden geblazen. Bij een gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding vindt de toevoer van het erts ten minste ten dele plaats tezamen met de zuurstof die cp de smelt wordt geblazen. Bij deze wijze van werken wordt het stofvormige erts reeds in de gasatmosfeer voorwerwanod en voorgereduceerd, waardoor het thermisch rendement van de werkwijze wordt verhoogd. Ter verdere verbetering van deze effekten kan het doelmatig zijn, in de mondstukken voor het cpblazen voorzieningen toe te passen die bijdragen tot een vermenging van de straal net de ertsdeeltjes, bijv. doordat de straal in een wervelende beweging uit het mondstuk komt.In the process according to the invention the ore in the iron melt can be blown directly to the melt via nozzles in the bottom or also from above. In a favorable embodiment of the invention, the ore is supplied at least in part together with the oxygen blown in the melt. In this mode of operation, the dusty ore is already pre-reduced and pre-reduced in the gas atmosphere, thereby increasing the thermal efficiency of the process. In order to further improve these effects, it may be expedient to use provisions in the blowing nozzles which contribute to a mixing of the jet with the ore particles, for example by the jet emerging from the nozzle in a swirling motion.

Bij voorkeur worden een aantal gasstralen qp het oppervlak van de smelt gericht. Het cpblazen vindt plaats vanaf een betrekkelijk grote afstand vanaf het oppervlak van de smelt en de plaats waar de gasstralen het oppervlak van de smelt treffen ligt ongeveer in het midden van het oppervlak van de smelt. Beslissend is een voldoende grote lengte (baan) voor de gasstralen in de gasruimte boven het oppervlak van de smelt. Normaliter moet een afstand tussen de blaasmondstukken van de gasstraal en het oppervlak van de smelt worden aangehouden van ten minste circa 2 meter. De blaasmondstukken worden in de vuurvaste bekleding in het bovenste gedeelte van de ijzersmeltreactor gemonteerd. Ze kunnen, in hoofdzaak bij het cpblazen van lucht, bestaan uit een enkelvoudige buis of, zoals bijv. bij toepassing van technisch zuivere zuurstof, uit twee concentrische buizen. Bij de laatstgenoemde uitvoeringsvorm stroomt de zuurstof door de centrale buis en wordt ter bescherming van het blaas-mondstuk door de ringvormige ruimte stikstof, koolmonoxide, een inert gas, een koolwaterstof of dergelijke in een geringe hoeveelheid (0,1-5% berekend op het oxiderende gas) ingeblazen.Preferably, a number of gas jets are directed to the surface of the melt. Blowing takes place from a relatively great distance from the surface of the melt, and the place where the gas jets strike the surface of the melt is approximately in the center of the surface of the melt. Decisive is a sufficiently long length (path) for the gas jets in the gas space above the surface of the melt. Normally, a distance between the nozzles of the gas jet and the surface of the melt should be at least about 2 meters. The blow nozzles are mounted in the refractory lining in the upper part of the iron melting reactor. They can consist, mainly when blowing air, of a single tube or, as for example when using technically pure oxygen, of two concentric tubes. In the latter embodiment, the oxygen flows through the center tube and nitrogen, carbon monoxide, an inert gas, a hydrocarbon or the like is calculated in a small amount (0.1-5% based on the amount of oxygen) to protect the blow nozzle through the annular space. oxidizing gas).

Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt bij de gedeeltelijke naverbranding van de in de ij zersmeltreactor gevormde gassen ontstane warmte ten minste ten minste ten dele benut voor de reductie van de ij-zerbevattende stoffen, in het bijzonder erts. Aan de ijzersmelt in het reactorvat worden naast de stoffen, die ijzer ten minste ten dele in oxidische vorm bevatten, zoals bijv. erts, de koolstofhoudende, vaste of vloeibare brandstoffen, alsmede zuurstof en slakkenvormers toegevoerd. Het essentiële economische voordeel van deze uitvoeringsvariant van de werkwijze volgens de uitvinding is, dat met geringe technische inspanning erts door een betrekkelijk kleine hoeveelheid kolen rechtstreeks gereduceerd wordt en tegelijkertijd daarbij een gas ontstaat, dat cp velerlei wijze toegepast kan worden. Er zijn voor de vorming van 1 ton ijzer door reductie van ijzererts circa 1,1 t kolen (samenstelling circa 78% C, 5% E,, 3% Bp, 5% as, 5% Cfe, 1% S, verbrandingswaarde Hu 7500 kcal /m3 = 31400 kJ/rn3) nodig. Tegelijkertijd ontstaat een industrieel toepasbaar gas roet ongeveer een samenstelling van 57% 00, 14% 002, 14% Hg, 14% H20 met een verbrandingswaarde van circa 2100 kcal/ro3 = 8790 kJ/rrt3.In the process according to the invention, the heat generated in the partial afterburning of the gases formed in the iron melting reactor is at least partly used for the reduction of the iron-containing substances, in particular ore. The iron melt in the reactor vessel is supplied in addition to the substances, which contain iron at least partly in oxidic form, such as, for example, ore, the carbon-containing, solid or liquid fuels, as well as oxygen and slag formers. The essential economic advantage of this embodiment of the method according to the invention is that with a small technical effort ore is directly reduced by a relatively small amount of coal and at the same time thereby produces a gas which can be used in many ways. For the formation of 1 ton of iron by reduction of iron ore there are approximately 1.1 t of coal (composition approximately 78% C, 5% E ,, 3% Bp, 5% ash, 5% Cfe, 1% S, calorific value Hu 7500 kcal / m3 = 31400 kJ / rn3). At the same time, an industrially applicable gas carbon black produces approximately a composition of 57% 00, 14% 002, 14% Hg, 14% H20 with a calorific value of approximately 2100 kcal / ro3 = 8790 kJ / rrt3.

De werkwijze volgens de uitvinding maakt dus een economisch optimalisering van de ijzerbereiding in kombinatie met de bereiding van het gas in een ijzersrreltreactor mogelijk. Voert men bijv. een dergelijke werkwijzetrap uit zonder zoals volgens de uitvinding voorgeschreven de terugoverdracht van energie uit de gedeeltelijke naverbranding van het in de ijzersmelt gevormde gas, dan zou bij toepassing van dezelfde kolen voor de bereiding van 1 t ijzer uit ijzererts circa 3 t kolen nodig zijn. Het afvalgas zou dan een samenstelling hebben van circa 70% GO, 1% GOj, 27% Ha, 1% HP en een verbrandingswarmte Hu hébben van circa 2700 kcal/nf = 11305 kJ/rrt3.The process according to the invention thus allows an economical optimization of the iron preparation in combination with the preparation of the gas in an iron ripple reactor. If, for example, such a process step is carried out without, as prescribed according to the invention, the transfer of energy from the partial afterburning of the gas formed in the iron melt, then, using the same coal for the preparation of 1 t iron from iron ore, approximately 3 t coal would be needed. The waste gas would then have a composition of approximately 70% GO, 1% GOj, 27% Ha, 1% HP and have a combustion heat Hu of approximately 2700 kcal / nf = 11305 kJ / rrt3.

De verder bekende meertrapswerkwijzen voor de reductie van ijzererts en voor de bereiding van vloeibaar ijzer, bijv. volgens het DE-A 2401909 hébben het nadeel, dat de ontstane gassen vanwege hun lage verbrandingswarmte zonder het wat de kosten betreft nadelige bijmengen van energierijke gassen slechts nog voor doeleinden van ondergeschikt belang bruikbaar zijn. Bij deze werkwijze voor de bereiding van 1 ton ijzer zijn circa 650 kg kolen nodig. Er ontstaat daarbij een gas met ongeveer als analyse 41% 00, 30% 002, 18% Hp, 10% 1¾ en met een verbrandingswarmte Hu van 1100 kcal/m? = 4605 kJ/m3.The further known multistage processes for the reduction of iron ore and for the production of liquid iron, e.g. according to DE-A 2401909, have the drawback that the gases produced, because of their low combustion heat, without the cost-effective admixture of energy-rich gases be usable for purposes of minor importance. In this process for the preparation of 1 ton of iron, approximately 650 kg of coal are required. This produces a gas with an analysis of approximately 41% 00, 30% 002, 18% Hp, 10% 1¾ and with a combustion heat Hu of 1100 kcal / m? = 4605 kJ / m3.

Als toe te passen stoffen die ijzer ten minste ten dele in oxidi-sche vorm bevatten, zijn naast erts van allerlei kwaliteit, in het bijzonder "pellets" en briketten uit onvolledig gereduceerd erts geschikt.As the substances to be used which contain iron at least partly in oxidic form, in addition to ore of all kinds, especially "pellets" and briquettes from incompletely reduced ore are suitable.

De werkwijze volgens de uitvinding kan bijzonder gunstig worden toegepast cp die plaatsen waar het mogelijk is het gevormde gas in de onmiddellijke nabijheid als brandstofgas te gébruiken, bijv. als vervanging voor aardgas. Het bij de werkwijze volgens de uitvinding ontstane en ten dele naverbrande gas heeft, in hoofdzaak vanwege het betrekkelijk hoge 00-gehalte ongeveer dezelfde vlamterrperatuur als aardgas en kan derhalve zonder belangrijke wijzigingen aan de inrichting van ovens als vervanging van aardgas worden gébruikt.The method according to the invention can be applied particularly advantageously in those places where it is possible to use the formed gas in the immediate vicinity as a fuel gas, e.g. as a replacement for natural gas. Mainly because of the relatively high 00 content, the gas which has been produced in the process according to the invention has approximately the same flame temperature as natural gas and can therefore be used as a substitute for natural gas without major changes to the furnaces.

Het hierna volgende voorbeeld beschrijft de toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding in een convertor-vormig reactievat met 60 t ijzersmelt. In de bodem van de convertor· zijn 10 mondstukken met een inwendige diameter van 28 mm aangébracht. Door 2 van de mondstukken wordt koolstof in een hoeveelheid van 350 kg/min ingeblazen, waarbij als dragergas stikstof, kooldioxide of reductiegas uit de convertor zelf gebruikt kan worden. Door 3 mondstukken wordt zuurstof tezamen met erts ingeblazen, terwijl aan de andere 5 mondstukken zuurstof, ten dele tezamen met slakkenvormers, zoals bijv. kalk, wordt toegevoerd. Door een zijdelings, in het bovenste konische gedeelte van de convertor aangebracht mondstuk wordt circa 50% van de zuurstof qp de smelt geleid. Met kolen met de genoende samenstelling en met een erts dat 85% bevat worden per uur 20 t ijzer met een koolstofgehalte van circa 3* bereid. Het zuurstofverbruik voor de vergassing van een tan kolen bij gelijktijdig smelten van 1450 kg erts bedraagt 580 m3. Er ontstaat een kolengas of stookgas net de genoende samenstelling (circa 75% CD, 14% A, 14% Ha, 14% Bp en net een verbrandingswaarde Hu van circa 8790 kJ m? (2100 kcal/m3)) .The following example describes the use of the process according to the invention in a converter-shaped reaction vessel with 60 t iron melt. 10 nozzles with an internal diameter of 28 mm are placed in the bottom of the converter. Carbon is blown through 2 of the nozzles at a rate of 350 kg / min, whereby nitrogen, carbon dioxide or reduction gas from the converter itself can be used as the carrier gas. Oxygen is blown in together with ore through 3 nozzles, while oxygen is supplied to the other 5 nozzles, in part together with slag formers, such as lime. Approximately 50% of the oxygen qp the melt is passed through a nozzle arranged laterally in the upper conical part of the converter. 20 tons of iron with a carbon content of about 3 * are prepared per hour with coal of the composition and with an ore containing 85%. The oxygen consumption for the gasification of a tan coal with the simultaneous smelting of 1450 kg of ore is 580 m3. A coal gas or fuel gas is created with just the right composition (approximately 75% CD, 14% A, 14% Ha, 14% Bp and just a combustion value Hu of approximately 8790 kJ m? (2100 kcal / m3)).

««

Claims

A process for preparing liquid iron and gas in an iron melting reactor containing a liquid iron melt to which carbonaceous, solid or liquid fuels and substances containing iron at least partly in oxidic form are fed and the surface of which has a surface at least partly oxygen jet of gas is blown, the fuels gasify and accumulate in the gas space above the surface of the melt and are discharged from there, and the substances containing iron at least partly in oxidic form are reduced and iron is recovered, characterized in that the gas jet is blown through the gas space above the surface of the rapid, and the gas jet draws in formed gas as it passes through the gas space, causing partial combustion thereof, and that gas entrains to the surface of the melt so that the heat generated by the combustion of the gas formed is transferred to the iron melt.

Method according to claim 1, characterized in that the gas jet directed at the surface of the melt consists of technically pure oxygen.

A method according to any one of the preceding claims, characterized in that in addition to the gas jet blown through the gas space and the surface of the melt-blown gas under the surface of the melt, an at least partly oxygen-containing gas is introduced into the iron melt.

Process according to claim 3, characterized in that the amount of oxygen blown onto the surface of the melt is at least 10% of the total amount of oxygen supplied to the iron melt reactor.

A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the fuel is introduced into the iron melt below the surface.

A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the length of the gas jet in the gas space is greater than 2 meters.

Process according to any one of the preceding claims, characterized in that as substances containing iron at least partly in oxidic form in the special ore, partially pre-reduced ore, such as pellets and / or briquettes, are supplied to the iron melting reactor.

Process according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the materials containing iron in at least partly oxidic form, in particular ore, are blown together with the oxidizing gas, mainly oxygen, on the melt.