SE465726B - Foerfarande foer att oeka vaermeoeverfoeringen fraan ugnsgaser till ett smaeltjaernbad - Google Patents

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.

Vid praktiska tillämpningar av denna metod har flera påvisats.

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.

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.

Större mängd fast material kan smältas per volymsenhet producerad gas. Även vid derma tillämpning gäller samma problematik vad avser värmeöver- föriiagen till slagg/netallbadet.

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.

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.

Föreliggande lippfirmirxg löser dessa två problem.

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.

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.

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.

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.

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.

I konvertern 1 finns ett järnbad 4 och en ovanpå detta flytande slagg 5.

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.

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.

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.

Enligt en annan utföringsform tillsätts vatten eller vattenånga genom en lans och syrgas genom en separat lans.

I stället för en lans kan dysor i reaktorns väggar användas.

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) .

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.

Inverkan av injektion av vatten på gassamansättifing och gastemperattlr visas i fig. 2.

Avgasens temperatur visas med den heldragna kurvan.

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.

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.

I fig. 1 visas flamterrperatziren som funktion av oxidationsgraden av den kolmonoxid, som lämnar badet, d.v.s. efterförbränningersgraden.

Som frarngår av fig. l avtar flamtexrxperatmmerxs ökning vid ökad efterförbrän- ningsgrad. Flarmnazzs temperatur är ungefär konstant vid en efterförbrän- ningsgrad större än 30%.

Flamtenperaturen kcxmner då oxidationen medelst syrgas till viss del ersätts med oxidation medelst vattenånga att förbli densamma. Vidare förblir gasens vämekapacitet xmgefär konstant.

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.

I fig. 3 visas emissionstalet hos gasen, som funktion av årxgirmeliållet i avgasen och därmed ångilinelïållet i flamnan.

Av fig. 3 framgår att emissionstalet ökar med ökande ångirmelzåll och konstant flanrtezlxperatur. Vidare framgår att anissionstalet ökar med minskande tur.

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.

Tillsatsen av vatten har flera effekter.

Figur 2 visar avgassamrnansättxxirxgen. Det påpekas att fig. 2 avser jäm- vilctstillstårfi, där kinetiska effekter inte beaktats.

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.

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.

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.

Vid en vattentillsats av 0.2 kg per m3 avgas är avgasens ternperatzar så låg smn c:a 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.

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.

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.

Föreliggande uppfinning skall inte anses begränsad till de ovan angivna utföriragsfonærrxa, utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram.

Claims (6)

465 726 Patentkrav

1. Förfarande för att Öka Vänneöverförirlqen från gas till ett Smältjänlbad vid förbränning av ugnsgaser, där syrgas tillföras ovanför badytan för förbränningavfrånbadetkormrarxiellgrlsgaser, kännetecknat a v, att nämnda syrgas för efterförbränningen och vatten bringas att tillsättes på så sätt att en reaktion neilan i arenan :Last kol och syre: i vattnet undvikas, av, att syrgas tillsätts i sådan :närxgd att efterförbrän- ningsgraden av åtminstone är 20% och att den tillsatta vatten- mängden rnotsvarande ozmkrizag 0.02 kg till 0.5 kg per m3 från reaktorn utgående gas tillsättes ovanför badytan samtidigt med syrgasen.

2. Förfararxieerïl. kravl, kännetecknat av, attvattermnärxgden är 0.15 kg till 0.20 kg.

3. Förfarandeerxl. kravlellerz, kännetecknat av, att efterförbränningsgraden är 25% till 50%.

4. Förfarandeerxl. kravl, 2eller3, kännetecknat av, att vattnet tillsätts i form av ur dysor utsprutande finfördelat flytande vatten.

5. Förfarazndeerfl. kravl, 2 eller 3, kännetecknat av, att vattnet tillsätts i form av vattenånga.

6. Förfararxdeerxl. kravl, 2, 3, 4eller5, kännetecknat a v, att vattnet tillsätts i en yttre av två koncentriskt liggande kanaler i en lans, där i den inre kanalen syrgas tillföras.