RU2083677C1

RU2083677C1 - Method of production of reducing gas for smelting in blast-furnaces

Info

Publication number: RU2083677C1
Application number: RU95106268A
Authority: RU
Inventors: Е.Ф. Вегман; О.С. Давыдова; Ю.С. Юсфин; А.Е. Пареньков; П.И. Черноусов; А.Р. Жак
Original assignee: Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет)
Priority date: 1995-04-20
Filing date: 1995-04-20
Publication date: 1997-07-10
Also published as: RU95106268A

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy. SUBSTANCE: the offered method of production of reducing gas from solid fuel includes supply into slag melt of oxygen-containing blast. loading of lamping coal as solid fuel, and flux is used in form of lime or limestone. Partial afterburning of reducing gas above slag melt is effected by oxygen-containing blast up to attainment of content of (CO₂+H₂O) in the amount of 5-15 vol.%. EFFECT: higher efficiency.

Description

Изобретение относится к черной металлургии, точнее к способам получения восстановительных газов для доменной плавки. The invention relates to ferrous metallurgy, and more specifically to methods for producing reducing gases for blast furnace smelting.

Известен способ получения восстановительного газа для доменной плавки путем конверсии природного газа диоксидом углерода и водяным паром, содержащимися в доменном газе. (Воскобойников В.Г. Жураковский Б.Л. Михалевич А.Г. и др. Опытная доменная плавка с применением горячих восстановительных газов и технологического кислорода. // Сталь, 1970, N 4, с. 290-293). A known method of producing a reducing gas for blast furnace smelting by converting natural gas to carbon dioxide and water vapor contained in the blast furnace gas. (Voskoboinikov V.G. Zhurakovsky B.L. Mikhalevich A.G. et al. Experimental blast furnace smelting using hot reducing gases and process oxygen. // Steel, 1970, No. 4, pp. 290-293).

Известен способ получения восстановительного газа методом каталитической конверсии природного газа (метана) водяным паром в конвертерах-газонагревателях насадочного типа (Козуб В.Н. Андронов В.Н. Попов Н.Н. и др. Доменная плавка с вдуванием горячих восстановительных газов на заводе "Азовсталь". // Сталь, 1971, N 1, с 12-15). There is a method of producing reducing gas by the method of catalytic conversion of natural gas (methane) with steam in packed gas-to-gas converters (Kozub VN Andronov VN Popov NN et al. Blast furnace smelting with injection of hot reducing gases at the factory " Azovstal ". // Steel, 1971, N 1, p. 12-15).

Недостатком известных способов восстановительных газов для доменной плавки путем конверсии природного газа является высокая себестоимость получаемых газов, обусловленная высокой стоимостью и дефицитностью природного газа. A disadvantage of the known methods of reducing gases for blast furnace smelting by converting natural gas is the high cost of produced gases, due to the high cost and scarcity of natural gas.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ получения восстановительного газа из твердого топлива в барботируемом газифицирующим дутьем шлаковом расплаве при использовании в качестве топлива кускового угля, в качестве газифицирующего дутья кислорода, воздуха или их смеси, в качестве флюса извести или известняка. (Романец В.А. Гребенников В.Г. Усачев А.Б. Газификация угля в шлаковом расплаве и использование восстановительных газов. В кн. "Научно-техническая конференция "Новые и усовершенствованные технологии для окускования сырья и производства чугуна и ферросплавов", Болгария, Варна, 12-14 июня 1990 г. Ред. Б.М. с. 15-46). The closest technical solution, selected as a prototype, is a method for producing reducing gas from solid fuel in a slag melt sparged by gasification blasting using lump coal as a fuel, oxygen, air or a mixture of them as a gasifying blasting, and lime or limestone flux. (Romanets V.A. Grebennikov V.G. Usachev A.B. Gasification of coal in slag melt and use of reducing gases. In the book "Scientific and technical conference" New and improved technologies for sintering raw materials and production of pig iron and ferroalloys ", Bulgaria , Varna, June 12-14, 1990, Ed. B.M. p. 15-46).

Недостатком известного технического решения является чрезвычайное низкое содержание в восстановительных газах компонентов окислителей (H₂O и CO₂) не более 5 При применении таких восстановительных газов с низким содержанием окислителей чрезмерно возрастает температура фурменных очагов доменной печи, в результате чего сокращается площадь фурменных очагов. Вследствие этого доменные печи работают неустойчиво, ухудшается дренажная способность горна, снижается стойкость оборудования доменной печи.A disadvantage of the known technical solution is the extremely low content of oxidizing agent components (H ₂ O and CO ₂ ) in the reducing gases of not more than 5. When using such reducing gases with a low content of oxidizing agents, the temperature of the tuyere foci of the blast furnace increases excessively, resulting in a reduction in the area of tuyere foci. As a result, blast furnaces are unstable, the drainage ability of the hearth is deteriorating, and the durability of the equipment of the blast furnace is reduced.

Задачей изобретения является повышение устойчивости работы доменных печей, улучшение дренажной способности горна, а также повышение стойкости оборудования доменной печи при применении восстановительного газа. The objective of the invention is to increase the stability of blast furnaces, improve the drainage ability of the hearth, as well as increase the durability of the equipment of the blast furnace when using reducing gas.

Поставленная задача решается следующим образом. В способе получения восстановительного газа из твердого топлива в барботируемом газифицирующим дутьем шлаковом расплаве при использовании в качестве топлива кускового угля, в качестве газифицирующего дутья кислорода, воздуха или их смеси, в качестве флюса извести или известняка над шлаковым расплавом производится частичное дожигание восстановительного газа кислородсодержащим дутьем до достижения содержания в нем (CO₂+H₂O) 6.15%
Сущность изобретения состоит в следующем. Восстановительный газ получают в шлаковом расплаве, барботируемом газифицирующим дутьем кислородом, воздухом или их смесью. В качестве флюса используется известняк или известь, в качестве твердого топлива кусковой уголь. В результате сжигания кускового угля образуется восстановительный газ, содержащий, об. H₂+SO 50-95; (CO₂+H₂O) 0,5-5; N₂ остальное. Полученный восстановительный газ частично дожигается над шлаковым расплавом кислородсодержащим дутьем, в результате чего образуется восстановительный газ, содержащий, об. CO₂+H₂O 6-15; H₂+CO+N₂ остальное.The problem is solved as follows. In the method for producing reducing gas from solid fuel in a slag melt sparged with gasification blasting using lump coal as fuel, oxygen, air or a mixture of them as gasifying blasting, lime or limestone flux above the slag melt, partial burning of the reducing gas with oxygen-containing blast takes place achieving content in it (CO ₂ + H ₂ O) 6.15%
The invention consists in the following. Reducing gas is obtained in a slag melt, sparged with gasification blowing oxygen, air or a mixture thereof. As a flux, limestone or lime is used, as a solid fuel lump coal. As a result of burning lump coal, a reducing gas containing, vol. H ₂ + SO 50-95; (CO ₂ + H ₂ O) 0.5-5; N ₂ rest. The resulting reducing gas is partially burned over the slag melt with oxygen-containing blast, resulting in the formation of a reducing gas containing, vol. CO ₂ + H ₂ O 6-15; H ₂ + CO + N _{2 the} rest.

Пример. Способ реализуется в газогенераторе с жидким шлаковым расплавом. Процесс газификации твердого топлива осуществляется в шлаковом расплаве. В газогенераторе имеются нижний и верхний ряд фурм. В нижний ряд фурм подается технологический кислород, являющийся газифицирующим дутьем. Дутье подается непосредственно в шлаковый расплав, поскольку фурмы расположены ниже уровня расплава, одновременно осуществляя его барботаж. Непосредственно в шлаковый расплав загружается твердое топливо (кусковой уголь) и флюс (известняк или известь). В шлаковом расплаве происходят следующие химические реакции:
горение углерода:
C+1/20₂ CO
диссоциация карбоната кальция с последующей газификацией углерода:

диссоциация гидрооксида кальция с последующей газификацией углерода:

В результате химических процессов, произошедших в шлаковом слое, образуется газ, содержащий по расчетам следующие компоненты, об. H₂ 10,0-30,0; CO 51-76; CO₂ 0,3-2,5; H₂O 0,2-2,5; N₂ - остальное.Example. The method is implemented in a gas generator with liquid slag melt. The process of gasification of solid fuel is carried out in a slag melt. The gas generator has a lower and an upper row of tuyeres. Technological oxygen, which is a gasifying blast, is supplied to the lower row of tuyeres. The blast is fed directly into the slag melt, since the tuyeres are located below the level of the melt, while simultaneously bubbling it. Solid fuel (lump coal) and flux (limestone or lime) are loaded directly into the slag melt. The following chemical reactions occur in the slag melt:
carbon burning:
C + 1/20 ₂ CO
dissociation of calcium carbonate followed by gasification of carbon:

dissociation of calcium hydroxide followed by gasification of carbon:

As a result of chemical processes that occurred in the slag layer, a gas is formed containing, according to calculations, the following components, vol. H ₂ 10.0-30.0; CO 51-76; CO ₂ 0.3-2.5; H ₂ O 0.2-2.5; N ₂ - the rest.

Через верхний ряд фурм, расположенный над шлаковым расплавом, подается кислородсодержащий газ (технологический кислород) для частичного дожигания CO и H₂ до CO₂ и H₂O.Oxygen-containing gas (process oxygen) is supplied through the upper row of tuyeres located above the slag melt to partially burn off CO and H ₂ to CO ₂ and H ₂ O.

CO+1/2 O₂ CO₂
H₂+1/2 O₂ H₂O.CO + 1/2 O ₂ CO ₂
H ₂ +1/2 O ₂ H ₂ O.

В результате частичного дожигания содержание CO₂ и H₂O в восстановительном газе повышается с 0,5-5 об. до 6-15 об. Соответственно, на эту величину снижается содержание восстановителя CO и H₂. Производительность процесса по выходу восстановительного газа зависит от расхода газифицирующего дутья и составляет по расчетам в час 1000-1500 м³ с 1 м² площади печи.As a result of partial afterburning, the content of CO ₂ and H ₂ O in the reducing gas increases from 0.5-5 vol. up to 6-15 vol. Accordingly, the content of reducing agent CO and H ₂ decreases by this value. The productivity of the process for the release of reducing gas depends on the flow rate of gasification blast and is estimated at 1000–1500 m ³ per 1 m ² of furnace area per hour.

Повышение содержания CO₂ и H₂O в восстановительном газе на каждые 0,57 об. (что достигается при повышении степени дожигания на 1) приводит к снижению теоретической температуры горения на 10^oC. Ниже приведены расчетные данные о влиянии содержания окислителей на теоретическую температуру горения:
Содержание окислителей в восстановительном газе (СО₂+H₂O), об. Теоретическая температура горения, ^oC
5 2300
6 2265
10 2212
12 2177
15 2124
17 2089
Снижение теоретической температуры горения и, следовательно, температуры фурменных очагов доменной печи обусловлено протеканием в них эндотермических реакций между CO₂ и H₂O восстановительного газа и углеродом кокса:
C_ф+CO₂ 2 CO
C_ф+H₂O CO+H₂
Как видно из данных, приведенных выше, частичное дожигание восстановительного газа до содержания (СО₂+H₂O) 5-15 об. позволяет снизить теоретическую температуру горения с 2300^oC до 2124-2265^oC, что приводит к увеличению площади фурменных очагов. В свою очередь, это имеет своим следствием повышение устойчивости работы доменных печей, улучшение дренажной способности горна, повышение стойкости оборудования доменной печи. Повышение содержания (CO₂+H₂O) в восстановительном газе свыше 15 об. приводит к снижению теоретической температуры горения ниже 2100^oC, что уже мало влияет на устойчивость работы доменных печей, однако имеет следствием перерасход кокса из-за чрезмерного развития эндотермических реакций между CO₂ и H₂O восстановительного газа и углеродом кокса.The increase in the content of CO ₂ and H ₂ O in the reducing gas for every 0.57 vol. (which is achieved by increasing the degree of afterburning by 1) leads to a decrease in the theoretical combustion temperature by 10 ^o C. Below are the calculated data on the effect of the content of oxidizing agents on the theoretical combustion temperature:
The content of oxidizing agents in the reducing gas (CO ₂ + H ₂ O), vol. Theoretical combustion temperature, ^o C
5 2300
6 2265
10 2212
12 2177
15 2124
17 2089
The decrease in the theoretical combustion temperature and, consequently, the temperature of the tuyere foci of the blast furnace is due to the occurrence of endothermic reactions between CO ₂ and H ₂ O of the reducing gas and coke carbon in them:
C _f + CO ₂ 2 CO
C _f + H ₂ O CO + H ₂
As can be seen from the data above, the partial afterburning of the reducing gas to a content of (CO ₂ + H ₂ O) of 5-15 vol. allows to reduce the theoretical combustion temperature from 2300 ^o C to 2124-2265 ^o C, which leads to an increase in the area of tuyere foci. In turn, this has the effect of increasing the stability of the blast furnaces, improving the drainage ability of the furnace, increasing the durability of the equipment of the blast furnace. The increase in the content of (CO ₂ + H ₂ O) in the reducing gas over 15 vol. leads to a decrease in the theoretical combustion temperature below 2100 ^o C, which already has little effect on the stability of the blast furnaces, however, the result is coke overspending due to the excessive development of endothermic reactions between CO ₂ and H ₂ O of the reducing gas and coke carbon.

Использование восстановительного газа, полученного заявляемым способом, позволит повысить устойчивость работы доменных печей, улучшить дренажную способность горна, повысить стойкость оборудования доменной печи при применении восстановительного газа. The use of reducing gas obtained by the claimed method will improve the stability of the blast furnaces, improve the drainage ability of the hearth, increase the durability of the equipment of the blast furnace when using reducing gas.

Claims

A method of producing a reducing gas for blast furnace smelting, including supplying oxygen-containing blast to a slag melt, loading lump coal, lime and limestone into it, producing a reducing gas, characterized in that an oxygen-containing blast is additionally fed over the slag melt to burn the reducing gas until it reaches its content (CO ₂ + H ₂ O) equal to 6 15%