SE465726B

SE465726B - Process for increasing the heat transfer from furnace gases to a molten iron pool

Info

Publication number: SE465726B
Application number: SE8803801A
Authority: SE
Inventors: W Pei
Original assignee: Ips Interproject Service Ab
Priority date: 1988-10-24
Filing date: 1988-10-24
Publication date: 1991-10-21
Also published as: SE8803801L; SE8803801D0

Abstract

Process for increasing the heat transfer from gas to a molten pool when combusting furnace gases, in which oxygen is supplied above the surface of the pool for combusting furnace gases issuing from the pool. The invention is characterized in that oxygen is added in such a quantity that the degree of aftercombustion of the furnace gases is at least 20% and in that a quantity of water corresponding to about from 0.05 kg to 0.5 kg per nm3 of outgoing gas is added above the surface of the pool at the same time as the oxygen. <IMAGE>

Description

465 726 2 att mer gas genereras per ton producerat stål. Efterförbränningen av denna gas möjliggör en ytterligare ökning av slmotandelen i den totala stålpro- duktionen. 465 726 2 that more gas is generated per tonne of steel produced. The post-combustion of this gas enables a further increase in the proportion of sludge in the total steel production.

Vid praktiska tillämpningar av denna metod har flera påvisats.In practical applications of this method, several have been demonstrated.

Bl.a. tenderar den procentuella att sjunka vid ökad efterför d. Det resulterar i att gasen, som lälnnar reaktorn har en mycket hög ternperatur. San en följd av detta fås ett lågt energiutnytt- jande samtidigt som den keramiska infodringen i reaktorns gasutloppsdel utsätts för en mycket hög temperatur med påföljande förhöjt slitage i reaktorn.Bl.a. the percentage tends to decrease with increasing feed d. This results in the gas, which drains the reactor, having a very high temperature. As a result, low energy utilization is obtained at the same time as the ceramic lining in the gas outlet part of the reactor is exposed to a very high temperature with consequent increased wear in the reactor.

I det svenska patentet 8301159-3 beskrivs en process för järnfrannställlﬁrag medelst s.k. smältredllktion. Kol och syrgas tillförs ett järnbad i syfte attgenereraettvärneöverskottijärnbadetsamtengas, somanvändsför partiell reduktion i fast fas av järnmalm. Övercskottsvänrxet utnyttjas för att reducera och smälta den partiellt reducerade nalmen, varvid råjärn produceras. I syfte att reducera mängden kol för värznegenererirlg och därmed också reducera mängden reduktionsgas kan av ugnsgasema utnyttjas. Effekten blir densamma san vid sla-oizslnältrxirxg.Swedish patent 8301159-3 describes a process for iron removal by means of so-called melting reduction. Coal and oxygen are supplied to an iron bath for the purpose of generating a protective excess iron bath combined with gas, which is used for partial reduction in solid phase of iron ore. The excess veneer is used to reduce and digest the partially reduced sludge, producing pig iron. In order to reduce the amount of carbon for the heat generator and thus also reduce the amount of reducing gas, the furnace gases can be used. The effect is the same with sla-oizslnältrxirxg.

Större mängd fast material kan smältas per volymsenhet producerad gas. Även vid derma tillämpning gäller samma problematik vad avser värmeöver- föriiagen till slagg/netallbadet.Larger amount of solid material can be melted per unit volume of gas produced. The same problem also applies to this application with regard to the heat transfer to the slag / net bath.

I det svenska patentet 8103201-3 beskrivs en process för förgasning av kol i järhhad vid förhöjt tryck. Pradultten i detta fall är inte råjärh öah stål, utan en bränsle- eller reduktionsgas. Normalt sett är järnbadspro- cessen för kolförgasning autoterm d.v.s. den partiella förbränningen av kol (C) till d) genererar erforderligt värme för slaggbildliirxg och hadming av de flyktiga beståndsdelarna. Det överskottsvänrxe, som genereras kontrol- leras vid kolförgasnirxg genom tillsats av vatten eller vattenånga till järnbadet för att erhålla en gas med högre vätehalt samtidigt som syrgas- förhrulaﬁigeh reduceras. vissa kal med högt syremeriåll och lågt vännevärde genererar inte erforderligt värme för att fö skall vara autoterm. I de flesta av dessa fall bidrar en obetydlig efterförbränning av gasen att värmebalansen blir positiv och att kolet kan förgasas med gett resultat. även i detta fall är det att vämeöverförilgen frångastillbadäreffektiv. Ettannat fernnerl, scmuppträder iCDrika 465 726 3 gaser är s.:k. kolutfällrxing, d.v.s. kolmonoxiden sönderfaller till koldioxid och kol (C) vid temperaturer under 1000°C. En svag oxidation av gasen reducerar kraftigt tendensen till kolutfällnirmg.Swedish patent 8103201-3 describes a process for gasifying carbon in iron heat at elevated pressure. The pradult in this case is not raw steel, but a fuel or reduction gas. Normally, the iron bath process for carbon gasification is autothermal, i.e. the partial combustion of carbon (C) to d) generates the required heat for slag formation and hatching of the volatile constituents. The excess friendliness generated by carbon gasification is controlled by adding water or water vapor to the iron bath to obtain a gas with a higher hydrogen content while reducing the oxygen exchange ﬁ igeh. some kal with a high oxygen content and a low friend value do not generate the necessary heat for it to be autothermal. In most of these cases, an insignificant afterburning of the gas contributes to the heat balance being positive and the coal being able to gasify with the given result. even in this case, the heat transfer is still effective. Another fernnerl, scmuppert iCDrika 465 726 3 gases är s.:k. carbon precipitation, i.e. the carbon monoxide decomposes to carbon dioxide and carbon (C) at temperatures below 1000 ° C. A slight oxidation of the gas greatly reduces the tendency to carbon precipitation.

Av det ovanstående fran-går att det i olika processer är ett starkt önske- mål att kunna överföra den över badytan genererade vännen till badet effektivare och att kunna nuinslia slitaget av den keramiska infodringen i reaktorn och då särskilt i reaktorns gasutsläppsdel.It follows from the above that in various processes it is a strong desire to be able to transfer the friend generated over the bath surface to the bath more efficiently and to be able to absorb the wear of the ceramic lining in the reactor and then especially in the gas emission part of the reactor.

Föreliggande lippfirmirxg löser dessa två problem.The present lippfirmirxg solves these two problems.

Föreliggande lippfiimiiig hänför sig således till ett förfarande för att öka värnneöverförirxgen från gas till ett smältjärrabad vid förbränning av ugnsgaser, där syrgas tillföres ovanför badytan för förbränning av från badet kontmande ugnsgaser och utmärkas av, att nämnda syrgas för efterför- och vatten bringas att tillsättas på så sätt att en reaktion mellan i smältan löst kol och syret i vattnet undvikas, av, att syrgas tillsätts i sådan mängd att efterförbrärmirlgsgraden av ugnsgaserna åtminsto- ne är 20% och att den tillsatta vattenmängden motsvarande osmkrirxg 0.02 kg till 0.5 kg per m3 från reaktorn utgående ges tillsättes evanför badytan samtidigt med syrgasen.The present lip thus relates to a process for increasing the protective transfer gas from gas to a molten iron bath in the combustion of furnace gases, where oxygen is supplied above the bath surface for combustion of furnace-contaminating furnace gases and is characterized in that said oxygen is added for refilling and water. in such a way that a reaction between carbon dissolved in the melt and the oxygen in the water is avoided, in that oxygen is added in such an amount that the post-combustion degree of the furnace gases is at least 20% and that the added amount of water corresponds to 0.02 kg to 0.5 kg per m3 from the reactor. starting is added above the bath surface at the same time as the oxygen.

Nedan beskrives tzppfirmirxgen närmare delvis i samband med bifogade diagram, där - fig. 1 visar flanrteïrvperatmlr som funktion av oxidationsgraden. - fig. 2 visar avgasens sammansättning i beroende av mängden injicerat vatten. - fig. 3 visar avgasens emissivitet som flmktion av ångiimelállet i avgasen. - fig. 4 schematiskt visar en konverter med en lans.The temperature is described in more detail below in part in connection with the accompanying diagrams, in which - Fig. 1 shows the surface temperature as a function of the degree of oxidation. Fig. 2 shows the composition of the exhaust gas depending on the amount of water injected. Fig. 3 shows the emissivity of the exhaust gas as a function of the vapor emission in the exhaust gas. Fig. 4 schematically shows a converter with a lance.

Generellt gäller vid kända processer att vid ökad efterförbrärmirxgsgrad ökar den utgående avgasens ternperatur. Dessutom är denna större om värmeöverföringen från de förbrräncia ugnsgaserna till badet är låg.In the case of known processes, it generally applies that with an increased degree of afterburning efficiency, the temperature of the outgoing exhaust gas increases. In addition, this is greater if the heat transfer from the combustion furnace gases to the bath is low.

Föreliggande uppfinning avser en metod, där värïneöverföriimgen från de förbrända ugnsgaserna till badet väsentligt 465 726 Föreliggande llppfixmizig bygger på insikten att vid efterförbränning av ugnsgaser med syrgas en tillsats av vatten tillsammans med eller i direkt anslutning till syrgasen påverkar gasen från och i den därvid bildade flamman, så att gasens elnissivitet kraftigt Detta medför en väsentligt ökad genom strålning till badytan, där den ökade värmeöverförirxgen dessutom leder till en väsentlig tearspera hos gasen.The present invention relates to a method in which the heat transfer from the combusted furnace gases to the bath substantially 465 726 The present invention is based on the insight that in the afterburning of furnace gases with oxygen a addition of water together with or in direct connection to the oxygen gas affects the flame formed therefrom. , so that the electricity's electricity significantly This results in a significant increase by radiation to the bath surface, where the increased heat transfer also leads to a significant tear gap of the gas.

I fig. 4 visas schematiskt en konverter 1, som ett exempel på i vilken anordning föreliggande Iippfixmiiig kan tillämpas. Korxvertern 1 innefattar ett stålhölje 2 och en keramisk infodring 3.Fig. 4 schematically shows a converter 1, as an example of in which device the present Iippfixmiiig can be applied. The cork verter 1 comprises a steel casing 2 and a ceramic lining 3.

I konvertern 1 finns ett järnbad 4 och en ovanpå detta flytande slagg 5.In the converter 1 there is an iron bath 4 and a liquid slag 5 on top of it.

En lans 6 förefinns för tillförsel av bl.a. syrgas, san utsprutar under högt tryck, såsom pilen 7 visar, för förbränning av i järnsxzmältan 4 löst kol (Q) till kolmonoxid ((1)) , enl. reaktionen ag + oz zoo (1) Vid tillförsel av vatten (H20) till det ovanför badytan belägna ugnsrununet förekommer två huvudreaktioner, nämligen g + H20 oo + H2 (2) æ + HZÖ æz + H2 (3) Vatten i form av finfördelat flytande vatten eller alternativt i form av vattenånga tillföres tillsammans :red eller i cxnedelbar anslutning till den syrgas, som är avsedd att efterförbränna ugnsgaserm.A lance 6 is available for the supply of e.g. oxygen, which is sprayed under high pressure, as the arrow 7 shows, for combustion of carbon (Q) dissolved in the iron melt 4 to carbon monoxide ((1)), acc. the reaction ag + oz zoo (1) When water (H20) is added to the furnace run above the bath surface, two main reactions occur, namely g + H20 oo + H2 (2) æ + HZÖ æz + H2 (3) Water in the form of finely divided liquid water or alternatively in the form of water vapor is supplied together: red or in a separable connection to the oxygen which is intended to post-burn the furnace gas arm.

I fig. 4 visas schematislct två dysor 7,8, ur vilka syrgas och vattenånga utsprutar, såsom pilarna 9,10 utvisar. I detta fall innehåller således lansenöbådekanalerförsyrgasochförvattenånga.Fig. 4 schematically shows two nozzles 7,8, from which oxygen and water vapor emerge, as the arrows 9,10 show. In this case, the lance thus contains both channels of oxygen and pre-water vapor.

Enl. en föredragen utföringsform består dysorna 7,8 av två konoentriskt 465 726 5 liggande rör, där vatten eller vattenånga tillföres genom en yttre kanal utbildad mellan rören och där syrgas tillföres genom den inre kanalen, d.v.s. genom det inre röret.According to. In a preferred embodiment, the nozzles 7,8 consist of two cononetrically lying pipes, where water or water vapor is supplied through an outer channel formed between the pipes and where oxygen gas is supplied through the inner channel, i.e. through the inner tube.

Enligt en annan utföringsform tillsätts vatten eller vattenånga genom en lans och syrgas genom en separat lans.According to another embodiment, water or water vapor is added through a lance and oxygen through a separate lance.

I stället för en lans kan dysor i reaktorns väggar användas.Instead of a lance, nozzles in the reactor walls can be used.

Reaktionen (2) är endoterm och ger som resultat en gas bestående av (I) och H2. Ãnga som tillsätts kommer inte att förändra syrepotentialen i gasen, utan ersätter enbart syrgas för oxidation av kol i järnbadet. Reaktionen (2) ger inte den avsedda effekten att oxidera CI) i gasen och att därmed öka värmeutveckliiigen. Emellertid, genom att exempelvis skydda metallbadet 4 med en slagg 5 i form av en oxidsrnälta eller genom att tillföra ångan på så sätt att den inte penetrerar metallbadet kan ångan bringas att reagera med CD så att oxidation till (332 sker enl. reaktion (3) . Härigenom Ilndvíkes reaktion (2) .The reaction (2) is endothermic and as a result gives a gas consisting of (I) and H2. Steam that is added will not change the oxygen potential in the gas, but only replaces oxygen for oxidation of carbon in the iron bath. The reaction (2) does not give the intended effect of oxidizing CI) in the gas and thereby increasing the heat generation. However, for example by protecting the metal bath 4 with a slag 5 in the form of an oxide melt or by supplying the steam in such a way that it does not penetrate the metal bath, the steam can be reacted with CD so that oxidation to (332 takes place according to reaction (3) Hereby Ilndvíke's reaction (2).

Om injektion av vattenånga sker simultant med injektion av syrgas för efterförbrälmirlg enl. reaktion (4) nedan, kommer reaktion (3) att förskjutas mot ett högre HzO/Hz-förhållande i gasen. oo + 0.5 02 ooz (4) Vármeutveclšlixigen enl. reaktion (3) är mirzdre än den värinernängd, som åtgår för att upphetta ångan till gasens medeltemperatur. Detta ger en avkyl- ningseffekt på gasen, vilken blir ytterligare förstärkt om vatten tillföres i stället för ånga.If injection of water vapor takes place simultaneously with injection of oxygen for afterburning according to reaction (4) below, reaction (3) will be shifted towards a higher HzO / Hz ratio in the gas. oo + 0.5 02 ooz (4) Vármeutveclšlixigen enl. reaction (3) is mirzdre than the amount of water required to heat the steam to the average temperature of the gas. This gives a cooling effect on the gas, which is further enhanced if water is added instead of steam.

Inverkan av injektion av vatten på gassamansättiﬁng och gastemperattlr visas i fig. 2.The effect of water injection on gas composition and gas temperature is shown in Fig. 2.

Avgasens temperatur visas med den heldragna kurvan.The exhaust gas temperature is indicated by the solid curve.

Som framgår av fig. 2 har avgasen ett så högt vatteninnehåll, som c:a 13% när 0.2 kg vatten injiceras per m3 avgas. 465 726 6 Vidare framgår att avgasens texxperatmzr vid nämnda injektion av vatten sjunker från cza 22oo°c till drygt 16oo°c.As can be seen from Fig. 2, the exhaust gas has a water content as high as about 13% when 0.2 kg of water is injected per m3 of exhaust gas. 465 726 6 Furthermore, it appears that the texxperatmzr during said injection of water drops from cza 22oo ° c to just over 16oo ° c.

Inj ioerad syrgas oxiderar kolmonoxiden CO från badet, varvid en flamma bildas som sin energi till gasen, konverterns väggar samt metall- badet och slaggen. Flarnman är det nediurn, som antager den högsta tempera- 'få turen.Injected oxygen oxidizes the carbon monoxide CO from the bath, whereby a flame is formed as its energy for the gas, the walls of the converter and the metal bath and slag. Flarnman is the nediurn, who assumes the highest tempera- 'few luck.

I fig. 1 visas flamterrperatziren som funktion av oxidationsgraden av den kolmonoxid, som lämnar badet, d.v.s. efterförbränningersgraden.Fig. 1 shows the flame terperatzir as a function of the degree of oxidation of the carbon monoxide leaving the bath, i.e. the degree of afterburning.

Som frarngår av fig. l avtar flamtexrxperatmmerxs ökning vid ökad efterförbrän- ningsgrad. Flarmnazzs temperatur är ungefär konstant vid en efterförbrän- ningsgrad större än 30%.As can be seen from Fig. 1, the increase in flame retardancy decreases with increasing degree of afterburning. Flarmnazz's temperature is approximately constant at a post-combustion rate greater than 30%.

Flamtenperaturen kcxmner då oxidationen medelst syrgas till viss del ersätts med oxidation medelst vattenånga att förbli densamma. Vidare förblir gasens vämekapacitet xmgefär konstant.The flame temperature changes when the oxidation by means of oxygen is to some extent replaced by oxidation by means of water vapor to remain the same. Furthermore, the heat capacity of the gas remains approximately constant.

Emellertid ändras gaseras karakteristiska data när vatten tillsätts, så att emissionstalet från flalmnan ökar. Denna ökning medför att öringen från flanman till badet genom sixålrairxg ökar, eftersom denna värmeöverförirzg bestäms. av sambandet a - (nl - fr2)4, där a är anissionstalat och där Tl - 'P2 är tauperatllrsldlhaaden mellan flamman och badet.However, the characteristic data of gases change when water is added, so that the emission number from the flame increases. This increase means that the trout from the flan to the bath through the six-eel range increases, as this heat transfer rate is determined. of the relation a - (nl - fr2) 4, where a is anission number and where T1 - 'P2 is the tauperatllrsldlhaaden between the flame and the bath.

I fig. 3 visas emissionstalet hos gasen, som funktion av årxgirmeliållet i avgasen och därmed ångilinelïållet i flamnan.Fig. 3 shows the emission number of the gas, as a function of the annual gear oil in the exhaust gas and thus the steam line in the flame.

Av fig. 3 framgår att emissionstalet ökar med ökande ångirmelzåll och konstant flanrtezlxperatur. Vidare framgår att anissionstalet ökar med minskande tur.From Fig. 3 it can be seen that the emission number increases with increasing steam pressure and constant flange temperature. Furthermore, it appears that the number of anises increases with decreasing turn.

Enl. uppfinningen tillsätts syrgas i sådan mängd att efterförbrännirxgsgraden av ugnsgasenma åtminstone är 20%. Vidare tillsätts ovanför badytan och samtidigt med syrgasen en vattenmängd motsvarande cxrüoriimg 0.02 kg till 0.5 kg per m3 uteåerﬂe gas- Enl. en föredragen utförirxgsforzn är efterf den 25% till 50%. 465 726 Enl. en ytterligare föredragen utföringsform är vattenmärxgden 0.15 kg till 0.20 kg per m3 utgående gas.According to. According to the invention, oxygen is added in such an amount that the post-combustion rate of the furnace gases is at least 20%. Furthermore, above the bath surface and at the same time with the oxygen, an amount of water corresponding to a concentration of 0.02 kg to 0.5 kg per m3 of outdoor gas is added. a preferred embodiment is after 25% to 50%. 465 726 Enl. a further preferred embodiment is the watermark value 0.15 kg to 0.20 kg per m3 of outgoing gas.

Tillsatsen av vatten har flera effekter.The addition of water has several effects.

Figur 2 visar avgassamrnansättxxirxgen. Det påpekas att fig. 2 avser jäm- vilctstillstårﬁ, där kinetiska effekter inte beaktats.Figure 2 shows the exhaust gas composition. It is pointed out that Fig. 2 refers to the equilibrium state ﬁ, where kinetic effects have not been taken into account.

Genom vattentillsatsen ökar flanmarms, d.v.s. reaktionsvolymens, emissions- tal, vilket medför att en större överföres genom strålning till badet jämfört med mn vatten inte tillsätts.Through the addition of water, flange arms increase, i.e. reaction volume, emission number, which means that a larger one is transmitted by radiation to the bath compared to mn water is not added.

På grund av att värmeöverförirxgen ökar kmnmer avgasens ternperatxlr inte att vara lika hög smn den skulle varit mn värmeöverförirxgen varit lägre, dvs det förhållande som råder då vatten icke tillsatts.Due to the fact that the heat transfer medium increases, the temperature of the exhaust gas will not be as high as it would have been if the heat transfer medium had been lower, ie the ratio prevailing when water has not been added.

Beräkningen visar att vid en ökning av efterförbränningsgraden från 30% till 50% förblir avgastelrperawren ungefär konstant då vatten tillsätts i takt med den ökade efterförbränningsgraden.The calculation shows that with an increase in the post-combustion rate from 30% to 50%, the exhaust gas perave remains approximately constant as water is added in step with the increased post-combustion rate.

Vid en vattentillsats av 0.2 kg per m3 avgas är avgasens ternperatzar så låg smn c:a 1650°K.At a water addition of 0.2 kg per m3 of exhaust gas, the ternperatzar of the exhaust gas is as low as about 1650 ° K.

Emellertid genmn att dels avgasens emissionstal ökar genmn vattentillsatsen, dels emissionstalet ökar med sjunkande temperatur har avgasen ett betydligt högre emissionstal jämfört med mn vatten ej tillsätts.However, because the emission number of the exhaust gas increases through the water addition, and partly because the emission number increases with decreasing temperature, the exhaust gas has a significantly higher emission number compared with mn water is not added.

Gasens ökade emissionstal medför att gasen absorberar strålning från flanman i större utsträckning, varför avgasen utgör en skyddande gasbarriär för strålning direkt från flamman till konverterns Detta är en ytterst väsentlig teknisk effekt, vilken tillsammans med avgasens relativt låga temperatur, medför att infodringen slits väsentligt mindre än när konvertern opereras på konventionellt sätt, d.v.s. utan vattentillsats.The increased emission number of the gas means that the gas absorbs radiation from the flame to a greater extent, so the exhaust gas constitutes a protective gas barrier for radiation directly from the flame to the converter. This is an extremely significant technical effect, which together with the exhaust gas's relatively low temperature, wears when the converter is operated in a conventional manner, ie without water addition.

Medelst föreliggande uppfinning emås således den överraskande effekten, att mera värme överföres till badet samtidigt som infodrilngen slits mindre. 465 726 8 Föreliggande lippfixmiiag löser således de nänmda olägenheterna med den kända tekniken på ett enkelt och billigt Föreliggande Ixppfirmirg kan användas vid de olika processerna, som inled- ningsvis cmnänmts, varvid en av tillförd va och anpassning av för processen ifråga kan göras av fackmannen.The present invention thus achieves the surprising effect that more heat is transferred to the bath at the same time as the lining wears less. 465 726 8 The present lip fixation thus solves the mentioned disadvantages with the prior art in a simple and inexpensive method. The present invention can be used in the various processes which are initially mentioned, whereby one of the added water and adaptation of the process in question can be done by the person skilled in the art.

Föreliggande uppfinning skall inte anses begränsad till de ovan angivna utföriragsfonærrxa, utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram.The present invention is not to be construed as limited to the above-mentioned embodiments, but may be varied within the scope of the appended claims.

Claims

465,726 Claims

A method for increasing the transfer of friend from gas to a smelting bath in the combustion of furnace gases, where oxygen is supplied above the bath surface for combustion from the bath of granular gases, characterized in that said oxygen for the afterburning and water is caused to be added in such a manner as to and oxygen: in the water is avoided, by, that oxygen is added in such: provided that the post-combustion rate of at least 20% and that the added water amount of corresponding ozmkrizag 0.02 kg to 0.5 kg per m3 of gas leaving the reactor is added above the bath surface the oxygen.

2. Förfararxieerïl. crawl, characterized in that the water content is 0.15 kg to 0.20 kg.

3. Procedurexl. crawler orz, characterized in that the degree of afterburning is 25% to 50%.

4. Procedurexl. crawl, 2 or 3, characterized in that the water is added in the form of finely divided liquid water projecting from nozzles.

5. Procedures ﬂ. crawl, 2 or 3, characterized in that the water is added in the form of water vapor.

6. Förfararxdeerxl. crawl, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the water is added to an outer of two concentrically lying channels in a lance, where oxygen is supplied in the inner channel.