SE451728B - Forfarande for kontinuerlig styrning av driften av en masugn - Google Patents

Description

451 728 10 15 20 25 30 35 2 inklusive användning av àterförd gas, såsom beskrivs i kana- densiska patentskriften l 007 050.

Den höga temperatur vartill denna gas bringas, ca200Ö%, kan erhållas på olika sätt, företrädesvis medelst elektriska anordningar, såsom plasmaugnar, ljusbâgsvärmare eller liknan- de utrustning, som har den dubbla fördelen att underlätta de nödvändiga kemiska reaktionerna för att framställa sådan gas och leverera det för ugnsdriften erforderliga värmet- Ett så- dant förfarande anges i brittiska patentskrifterna l 335 247, l 332 531, l 354 642, l 459 659 och l 488 976. Intensiv forsk- ning har bedrivits för att bekräfta möjligheten att tillämpa ett sådant förfarande vid blästerugnsutrustning med högeffek- tiv drift för att framställa het metall.

Denna forskning var baserad på den tidigare iakttagel- sen, att värme- och masstransporten i masugnsprocessen inte alls modifieras, om man i stället för att skapa metallurgiska reaktioner med den traditionella metoden, där gas produceras inom ugnen genom förbränning av koks med het blästerluft, in- blåser en gas med i huvudsak samma sammansättning och tempe- ratur, vilken gas har producerats antingen i inblåsningssyste- met eller utanför ugnen och inblåses genom samma formor.

Under forskningen observerades det, att andra slags het reducerande gas också kan inblâsas. I så fall drivs mas- ugnen på ett från traditionell masugnsdrift väsentligt av- vikande sätt.

I ett föredrag, som hölls vid en av Iron and Steel Society of the American Institute of Mining Metallurgical and Petroleum Engineers i mars 1979 hàllen konferens och senare publicerades, finns vissa uppgifter om detta. En av de viktigaste skillnaderna mellan den konventionella masugns- processen och inblåsningen av heta reducerande gaser är, så- som anges i föredraget, att en mycket låg koksförbrukning ernás. Den lägsta koksförbrukning, som ernåddes under de i föredraget angivna betingelserna, var l7 kg torr koks pertHM (ton het metall). Denna koksförbrukning är väsentligt lägre än det värde av 717 kg torr koks per ton het metall, som er- nás i försöksmasugnen, när den drivs på konventionellt sätt (se tabell I). .vw n? 10 15 20 25 30 35 451 728 3 Under forskningen framkom det också, att den för er- náende av dessa resultat förbrukade mängden het reducerande gas låg långt över vad som teoretiskt krävdes. Detta leder till en överdriven energiförbrukning och är till men för pro- cessens ekonomi. Vidare var det inte möjligt att inställa ugnsproduktiviteten pà det valda börvärdet.

Sedan det sålunda hade visats, att tillämpning av denna nya teknik i en konventionell masugn är möjlig, bedrevs nya försök för att finna de bästa driftsbetingelserna. Dessa försök har lett till föreliggande uppfinning.

På grundval av de vid de nya försöken erhållna resul- taten har det blivit möjligt att utveckla en styrningsmetod, som samtidigt tillfredsställer alla de uppställda kraven (låg koksförbrukning, god kvalitet hos järnet, hög ugnsproduktivi- tet och minimal energiförbrukning) och som därjämte visar andra fördelar framför den konventionella ugnsdriften. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att ange nöd- vändiga betingelser för erhållande av stabil, ekonomisk och ;w jämn drift av en masugn, vari överhettad reducerande gas in- leds. Förbättringarna av processen består i åtgärder för att anpassa den reducerande gasens sammansättning, temperatur och/eller flöde för att styra koksförbrukningen, ugnens pro- duktivitet, tackjärnets temperatur och kiselhalt samt masugns- gasens temperatur. Styrningen av de sistnämnda faktorerna är en intressant besparingsåtgärd, enär masugnsgasens värmeinne- håll vanligen går förlorat.

Föreliggande uppfinning avser väsentligen ett förfaran- de för styrning av driften av en masugn, vari järnmalm redu- ceras till tackjärn och åtminstone en reaktor används för värmning eller för framställning och värmning av en i ugnens undre del inblåst reducerande gas, som innehåller i första hand kolmonoxid och väte och eventuellt kväve och i andra hand koldioxid och vattenånga samt vars temperatur företrä- desvis är inom området 1500 - 2800°C vid inblásningsformor- nas näsa.

Enligt uppfinningen styrs masugnens drift på följande sätt: 451 728 1ó 15 20 25 30 35 4 a) för att reglera koksförbrukningen varierar man x? den reducerande gasens halt av koldioxid och/eller vatten- ånga och eventuellt kväve och dess temperatur, i det att man för att öka koksförbrukningen ökar den reducerande gasens halt av koldioxid och/eller vattenånga och/eller kväve och dess temperatur och för att minska koksförbrukningen minskar den reducerande gasens halt av koldioxid och/eller vattenånga och/eller kväve och dess temperatur; b) för att reglera ugnens produktivitet varierar man den reducerande gasens halt av koldioxid och/eller vattenånga och eventuellt kväve och dess temperatur, i det att man för att öka ugnens produktivitet minskar den reducerande gasens halt av koldioxid och/eller vattenånga och/eller kväve och ökar dess temperatur och för att minska ugnens produktivitet ökar den reducerande gasens halt av koldioxid och/eller vattenånga och/eller kväve och minskar dess temperatur; c) för att reglera tackjärnets temperatur och/eller kiselhalt varierar man den reducerande gasens temperatur och dess halt av koldioxid och/eller vattenànga,i det att man för att öka tackjärnets temperatur och/eller kiselhalt ökar den reducerande gasens temperatur och minskar dess halt av koldioxid och/eller vattenånga och för att minska tackjärnets temperatur och/eller kiselhalt minskar den reducerande gasens temperatur och ökar dess halt av koldioxid och/eller vatten- ånga; d) för att reglera masugnsgasens temperatur varierar man den reducerande gasens temperatur och dess halt av kol- dioxid och/eller vattenånga och eventuellt kväve, i det att man för att öka masugnsgasens temperatur minskar den reduce- rande gasens temperatur och ökar dess halt av koldioxid och/eller vattenånga och/eller kväve och för att minska mas- ugnsgasens temperatur ökar den reducerande gasens temperatur och minskar dess halt av koldioxid och/eller vattenånga och/eller kväve.

Den för inblåsning av den reducerande gasen använda reaktorn innehåller inrättningar för att värma eller för att framställa och värma den reducerande gasen, företrädesvis en elektrisk värmare, t.ex. en plasmavärmare, ehuru varje slags m” 10 20 25 30 35 451 728 utrustning kan användas.

I enlighet med uppfinningen regleras den reducerande gasens temperatur företrädesvis genom inställning av den elektriska effekt som erfordras exempelvis för att bilda den vid värmningen använda plasman. Denna utföringsform har den fördelen, att den inte signifikant påverkar den alstrade redu- cerande gasens sammansättning.

När den reducerande gasen alstras genom införande av bränsle (gasformigt, flytande eller fast kolhaltigt bränsle) och oxiderande gas (luft, återförd gas e.d.) i reaktorn, reg- särskilt halten koldioxid och vattenånga i den reducerande gasen, genom in- leras den reducerande gasens sammansättning, ställning av förhållandet bränsle till oxiderande gas, d.v.s. förhållandet mellan mängderna bränsle och oxiderammagasi.reak- torns matningsblandning.

Den i förfarandet erforderliga reducerande gasen kan framställas på flera olika sätt, bl.a. följande: A) Man omsätter ett gasformigt, vätskeformigt eller fast yr bränsle med luft eller annan fritt syre innehållande gas (syre- anrikad luft e.d.) för bildning av en maximal mängd kolmonoxid och väte enligt reaktionen bränsle + 02 ~*' B) Man omsätter ett gasformigt, vätskeformigt eller fast x CO + y H2 bränsle med koldioxid och/eller vattenånga eller med en kol- dioxid och/eller vattenånga innehållande industriell gas och inställer proportionerna syre och bränsle på sådant sätt, att den efter reaktionen producerade gasen innehåller en maximal mängd kolmonoxid, väte och kväve och en minimal mängd kol- dioxid och vattenånga, bränsle + CO och/eller H i enlighet med reaktionen 2 zOåwCO-tzliz C) Man inför gasformigt, vätskeformigt eller fast bränsle tillsammans med ett oxidationsmedel, varvid dessa kan vara förvärmda, i produktionssystemet uppströms eller nedströms från reaktorvärmaren (vid användning av ett vätskeformigt bränsle överhettas endast förbränningsluften, d.v.s. oxida- tionsmedlet, av reaktorn).

D) Man använder avgaser från metallurgiska processer, lO 15 20 25 30 35 451 728 6 i såsom masugnsgas, efter konditionering (filtrering, totalt É eller partiellt avlägsnande av vatten och/eller koldioxid), U vilka bringas att reagera med ett fast kolvätehaltigt mate- _ rial (stenkol, lignit) eller ett flytande kolvätehaltigt ) material (brännolja) eller en kolväten innehållande gas, t.ex. É koksugnsgas eller naturgas. ' E) Man låter bränslen, som har formen av blandningar, t.ex. uppslamningar, suspensioner, emulsioner, dimmor eller skum, reagera med ett oxidationsmedel.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen kan man inställa koksförbrukningen i steg a) ovan på varje erforder- ligt värde mellan 50 kg/ton och 350 kg/ton, företrädesvis mellan 80 kg/ton och 200 kg/ton framställt tackjärn.

Enligt regleringen i steg a) erhålls den förutbestämda koksförbrukningen genom modifiering av den reducerande gasens sammansättning och temperatur.

Om en hög koksförbrukning önskas, kan man i enlighet med uppfinningen med fördel inblåsa reducerande gas genom ä? några formor och het oxiderande gas (d.v.s. luft) genom de andra formorna, varvid den heta oxiderande gasen har värmts till normal arbetstemperatur eller överhettats, företrädesvis med hjälp av elektriska metoder, t.ex. en plasmabrännare, ljusbågsvärmare e.d.

I en synnerligen fördelaktig utföringsform av uppfin- ningen reglerar man den inblåsta gasens temperatur och dess reduktionspotential oberoende av varandra för att få en öns- kad koksförbrukning, lägre än man kan erhålla med de bästa konventionella metoderna, och samtidigt framställa en fix kvantitet tackjärn med önskad kiselhalt under säkerställande av beskickningens normala sjunkning. Processen innefattar en första fas bestående i att inställa värdena på koksförbruk- ningen, kiselhalten och produktionen av den heta metallen, 3 och en andra fas bestående i att ernâ en med de inställda värdena pà koksförbrukning och produktion och sammansättning av den smälta metallen förenlig balanserad drift av ugnen genom att reglera den reducerande gasens sammansättning, t.ex. genom att inställa förhållandet mellan bränslet i beskick- ningen och den i reaktorn införda oxiderande gasen, och genom “I QX! ÅS 10 15 20 25 30 35 451 728 7 att reglera den i ugnen inblàsta reducerande gasens tempera- tur genom att på ett passande sätt inställa tillförseln av elektrisk energi till reaktorn för värmning av den i ugnen inblâsta reducerande gasen.

Föreliggande förfarande erbjuder sålunda en betydel- sefull nyhet i förhållande till kända förfaranden för drift av en ugn: Koksförbrukningen kan varieras efter gottfinnande i enlighet med råmaterialens tillgänglighet, arbetets ekonom. m.m. Det är att märka, att vid inblåsning av överhettad redu- cerande gas koksförbrukningen är lägre än någon koksförbruk- ning som tidigare har erhållits i kända förfaranden. Den heta metallens kiselhalt kan inställas lättare och snabbare, och masugnens drift kan väljas och inställas efter önskan.

Denna drift och denna reglering ernâs genom anpassning av den i masugnen inblåsta reducerande gasens sammansättning och temperatur. Fördelarna med detta förfarande är uppenbara. Man kan välja samtidigt koksförbrukning, produktivitet, masugns- gasens temperatur och metallens kiselhalt för att få optimal drift med tillgängliga råmaterial och föreliggande ugnsut- formning. Uppfinningen möjliggör kontinuerlig automatisk och noggrann reglering av processen i hittills ouppnàelig omfatt- ning.

De i tabellerna II - VIII sammanställda resultaten be- lyser några av de många viktiga fördelarna med förfarandet enligt uppfinningen och visar hur de kan ernås. Exempelvis visar tabellerna tabellerna II - V att man genom att använda förfarandet enligt uppfinningen för att styra masugnen kan åstadkomma varje önskad koksförbrukning eller egenskap hos tackjärnet (kiselhalt, temperatur) eller temperatur i masugns- gasen.

Tabell II visar, att man genom att tillämpa förfaran- det enligt uppfinningen kan modifiera resultaten från en refe- rensoperation l till en annan operation 2 med fast koksför- brukning. Den belyser, att en minskning av koksförbrukningen från 175 till lO5 kg/tHM erhålls genom sänkning av den redu- cerande gasens temperatur från 2050 till 2020°C och halten koldioxid och vattenånga från 6,1 till 3,4 volymprocent av den reducerande gasen. Det påpekas, att tackjärnets kvalitet :Nr 10 15 20 25 30 35 451 728 8 och masugnsgasens temperatur kan anses vara konstanta ur tek- nisk synpunkt.

Tabell III visar, att man genom tillämpning av förfa- randet enligt uppfinningen kan modifiera tackjärnets tempe- ratur och kiselhalt från en referensoperation 3 till en annan operation 4. En sänkning av tackjärnets temperatur från 1410 till l36OOC och av dess kiselhalt från 0,60 till 0,30 % er- hålls genom sänkning av den reducerande gasens temperatur från 2400 till 2350°C och genom höjning av dess koldioxid- och vattenånghalt från 3,53 till 4,0 %. Produktionen, koks- förbrukningen och masugnsgasens temperatur kan anses vara konstanta från teknisk synpunkt.

Tabell IV visar, att man genom tillämpning av förfaran- det enligt uppfinningen kan modifiera masugnsgasens tempera- tur från en referensoperation 5 till en annan operation 6.

En sänkning av masugnsgasens temperatur från 350 till l09°C erhålls genom höjning av den reducerande gasens temperatur från zloo till 24oo°c ooh sänkning av halten koldioxid ooh vattenånga från 4,53 till 3,53 % i den reducerande gasen, me- dan koksförbrukningen hålls väsentligen konstant.

Om man av någon anledning önskar driva masugnen med hög koksförbrukning, högre än den som kan åstadkommas när endast överhettad reducerande gas inblåses (koksförbrukning mellan 80 och 200 kg/tHM), kan man ernà detta genom att samtidigt inblàsa överhettad reducerande gas genom vissa formor och het blästerluft genom de andra formorna. Tabell V visar, att man genom tillämpning av förfarandet enligt uppfinningen kan modi- fiera resultaten från en referensoperation 7 till en annan operation 8 med mycket högre koksförbrukning. Den visar att om man önskar en hög koksförbrukning av 315 kg/tHM utan att öka halten koldioxid och vattenånga, man kan ersätta inblås- ningen av l036 Nm3/tHM överhettad reducerande gas av 2400°C med en samtidig inblåsning av 5l8 Nms/tHM överhettad reduce- ranao gas av 24oo°c ooh 535 und/tan het hlästorluft. Ändringar av förhållandet oxidationsmedel till bränsle i beskrivningen ändrar halterna koldioxid och vattenånga i den av reaktorn producerande reducerande gasen. I tabell VI anges exemplifierande värden för naturgas som bränsle och 10 15 20 25 30 luft som 9 oxidationsmedel. 451 728 Verkan av den elektriska effekttillförseln på tempera- turen hos reducerande gas alstrad i en elektrisk reaktor, belyses av tabell VII. så- som en plasmabrännare, Tabell I Försöksucn Inblàsning av Konventionell drift och Konventionell överhettad re» drift enligt uppfinningen masuqnsdrift ducerande qas Kvantitet (bIm3/U-1M) 2070 O Bläster Temperatur (°C) 748 0 Reduce- H20 + C02 (%) O 6,9 rande Kvantitet (nm3/uno o zsoo gas Temperatur (OC) - 2070 I«msfifibr.kq/tHM 717 179 'Bckjärn Produktivitet(tHWfl) 1,29 1,35 Si (%) 0,64 0,31 Temperatur (°c) 1410 1360 Nasunnsflas Temperatur (OC) 145 w * Masugnsgasens temperatur är inte känd, enär den var så hög, att kylvatten måste införas upptill i ugnen för att skydda ugnen.

Tabell II Inställning av koksförbrukninqen Operation 1 Operation 2 Bläster Kvantitet (Nm3/tHNU O 0 Reduce- H20 + CO2(%) 6,1 3,4 rande m2 + Ar (z) 50,7 42,2 gäS 3 Kvantitet (Nm /tHM) 1950 1900 Temperatur, OC 2050 2020 Koks Koksförbr. (ka/tHM) 175 105 Tackjärn Si (%å 0,64 0,78 Temperatur (OC) 1410 1435 besmnßnas Temperatur (OC) 177 174 ut... ~.. _.. ...P 451 728 10 15 20 10 Tabell III Inställning av tackiärnets eqenskaper Operation 3 Operation 4 Reduce- H20 + CO2(%) 3,53 4,0 rande N2 (x) 40 40 gas 3 Kvantitet (Nm /tHM) 1036 l020 Temperatur (°c) 2400 2350 Koks Koksförbr. (kd/tHM) 169 169 Tackjärn PnuhütrüIet(tHW%) l9l 193 Si (%) 0,60 0,30 Temperatur (OC) 1410 1360 Nhsuqnsqas Temperatur (OC) 109 97 ' Tabell Iv Inställning av masuqnsqësen Operation 5 Operation 6 Reduce- H20 + CO2(%) 4,53 3,53 rande N2 (z) 40 40 gas O Temperatur ( C) 2l00 2400 Koks Koksförbr. (kd/tHM) l68 169 Tackjärn Si (%) 0,60 0,60 _ Temperatur 1410 l4l0 Mamxnmqas Temperatur (OC) 350 109 *If 10 l5 20 25 451 728 ll Tabell V Inställning av koksförbrukning Operation 7 Operation 8 med samtídiq inblåsninq Blaster xvantitet (Nm3/ann) o 535 Reduce- H20 + C02 (%) 3,53 3,33 fanae N2 (z) 40 40 gas . 3 Kvantltet (Nm /tHM) 1036 518 Temperatur (OC) 2400 2400 Koks Koksförbr. (ka/tHM) 169 315 Tackjärn Proiütüütet üflMÛfi l9l 170 Si (%) 0,6 0,6 Temperatur (OC) 1410 1492 Nasuqnsaas Temneratur (OCD 109 120 Tabell VI Inställning av reduktionsförmåga Luft Gas C02 H2° 3,05 0,6 5,6 2,56 0,4 3,$ Tabell VII Inställning av den reducerande gasens temperatur.

Temperatur hos Gasflöde Elektrisk effekt reducerande gas Nms/h kwh (°c) ll0 85 1960 ll0 87.5 2000

Claims (9)

451 723 10 15 20 25 30 35 12 PATENTKRAV

1. Förfarande för kontinuerlig styrning av driften av en masugn, som producerar tackjärn och vari man genom åtminstone en formainblåser en reducerande gas, som har en temperatur mellan 1500 och 2B000C och innehåller huvudsakligen kol- monoxid och väte, och eventuellt kväve och koldioxid och vatten, varvid denna reducerande gas antingen överhettas eller alstras och överhettas i en lämplig reaktor, k ä n n e- t e c k n a t av att man inställer den reducerande gasens sammansättning och temperatur för att reglera åtminstone en av de parametrar, som består av koksförbrukningen, masugnens produktivitet, tackjärnets temperatur och/eller kiselhalt och masugnsgasens temperatur, på följande sätt: a) för att reglera koksförbrukningen varierar man den reducerande gasens halt av koldioxid och/eller vattenånga och eventuellt kväve och dess temperatur, i det att man för att öka koksförbrukningen ökar den reducerande gasens halt av koldioxid och/eller vattenånga och/eller kväve och dess tem- wa peratur och för att minska koksförbrukningen minskar den re- ducerande gasens halt av koldioxid och/eller vattenånga och/eller kväve och dess temperatur; b) för att reglera ugnens produktivitet varierar man den reducerande gasens halt av koldioxid och/eller vattenånga och eventuellt kväve och dess temperatur, i det att man för att öka ugnens produktivitet minskar den reducerande gasens halt av koldioxid och/eller vattenånga och/eller kväve och ökar dess temperatur och för att minska ugnens produktivitet ökar den reducerande gasens halt av koldioxid och/eller vat- tenånga och/eller kväve och minskar dess temperatur; c) för att reglera tackjärnets temperatur och/eller kiselhalt varierar man den reducerande gasens temperatur och dess halt av koldioxid och/eller vattenånga, i det att man för att öka tackjärnets temperatur och/eller kiselhalt ökar den reducerande gasens temperatur och minskar dess halt av koldioxid och/eller vattenånga och för att minska tackjärnets temperatur och/eller kiselhalt minskar den reducerande gasens temperatur och ökar dess halt av koldioxid och/eller vatten- ånga; I! 7/- 10 15 20 25 30 35 13 d) för att_reglera masugnsgasens temperatur varierar man den reducerande gasens temperatur och dess halt av kol- dioxid och/eller vattenånga och eventuellt kväve, i det att man för att öka masugnsgasens temperatur minskar den redu- cerande gasens temperatur och ökar dess halt av koldioxid och/eller vattenånga och/eller kväve och för att minska masugnsgasens temperatur ökar den reducerande gasens tempe- ratur och minskar dess halt av koldioxid och/eller vatten- ånga och/eller kväve.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a t av att reaktorn innehåller en elektrisk värmare.

3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e- t e c k n a t av att koksförbrukningen i steg a inatälls på ett värde mellan 50 och 350 kg per ton tackjärn.

4. Förfarande enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k- n a t av att koksförbrukníngen är mellan 80 och 200 kg per ton tackjärn.

5. Föffarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e- y, t e c k n a t av att den reducerande gasen framställs genom införande av bränsle och oxiderande gas i reaktorn och att man reglerar den reducerande gasens sammansättning, särskilt halten av nämnda komponenter, genom att inställa förhållandet mellan bränslet och den oxiderande gasen.

6. Förfarande enligt patentkravet 5, k ä n n e t e'c k- n a t av att den oxíderande gasen är återförd masugnsgas.

7. Förfarande enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k- n a t av att den_reducerande gasens temperatur inställs genom variation av den elektriska effekten.

8. Förfarande enligt patentkravet 1, 2 eller 7, k ä n n e- t e c k n a t av att man i masugnen inför het oxiderande gas, som inblåses genom åtminstone en forma, som är skild från den forma, varigenom den reducerande gasen inblåses.

9. Förfarande enligt patentkravet 8,'k ä n n e t e c k- n a t av att den heta oxiderande gasen är luft eller syreanrikad luft.