TW397867B - Method for controlling a smelting reduction process - Google Patents

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2⑻：第87111254 號專利申諝案 中文說明書修正頁 民國88年5月呈 五、發明說明（2 ) 如A I S I程序及d I 0 S程序。 圖1示CCF反應器。 圖2示C C F反應器中碳及氫平衡。 在藉C C F程序產製生鐵中，鐵礦（常是以F e 2〇3 型式者）在熔煉旋風器（1)中生成F eO。F eO之最 終還原成鐵（F e )是在轉化器槽（2 )中發生。 在應用C C F的情況中，熔煉旋風器（1 )置於轉化 器成形熔煉槽（2 )的頂部。煤（3 )饋入熔煉槽且藉著 在位置（1 0)上與氧（4) 一同燃燒而部分地氣化，該 氧（4 )經由槍（lance )來供應。廢氣往旋風器上升。在 旋風器中，鐵礦（5 )及氧（6 )相切地被吹。氧與廢氣 中所存在之一部分的C 0及Η 2反應，因此產生熱。經注入 之鐵粒子經由燃燒爐床吹入旋風器中且立即熔化。在旋風 器中之位置（1 1 )上，熔融鐵礦依以下化學反應產生成 F e 0 3Fe2〇3 + CO(H2) <~~>2Fe3〇4 + C〇2(H2〇)

Fe3〇4 + CO(H2) <~~>3FeO + C〇2(H2〇) 預還原熔融鐵礦（1 2 )滴出旋風器而落在下方之熔 煉槽中的爐渣層（7 )上。礦滴溶在爐渣中。在爐渣層中 ，依以下淨化學反應發生最終還原成鐵： P 0 0 + C solid <-> F 6 liquid + C 〇 1本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規烙（2l〇X297公釐）^ -------------------.--訂----------線- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 經濟部中央標準局K工消费合作社印聚 Λ7 Η 7 五、發明説明（1 ) 本發明關於一種用於控制熔煉還原程序之方法，特別 是供產製生鐵之旋風轉化器熔爐程序。 旋風轉化器熔爐程序型之熔煉還原程序自例如E P -A 0 690 136中獲知。 本發明之目的是要創造一種用於控制熔煉還原程序之 方法。 關於本發明，這是藉以下而達成： 一測量在廢氣中CO及C〇2型之碳分數C; 一測量在廢氣中112及1120型之氫分數H2 ; 一測定廢氣中碳分數C及氫分數H2的C/H2比率； 一比較所測定之在廢氣中C / Η 2比率對一般之欲供應的煤 的c / Η 2比率，且 -基於所發現在廢氣中及在欲供應之煤中C/H2比率上的 差異調節煤供應。 此舉之優點是··熔煉還原程序之炭耗損可以在線上偵 測且熔煉還原方法之煤供應可以自動地受控制。 有利地’所供應之煤的C / Η 2比率因廢氣之運輸所喪 失之碳’因溶在生鐵中之碳，因與添加劑一同引入之碳及 /或氫，及因在取樣點前噴入廢氣系統中之水而引入之氫 而得校正。此達成甚至更佳的程序控制。 有利地’調整煤供應，同時槍（lance )高度，礦及氧 供應均保持一樣。此舉之優點是程序穩定地進行。 本發明將參考圖式對旋風轉化器熔爐（C C F )程序 作說明。然而’本發明也可以應用至其它熔煉還原程序， n m m I— m n HI .....I n m m m - n τ I n IK m I I- _ ^ - -、v'0 - 1 4t ).5. . (請先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八2Wx297:m^4~-

2⑻：第87111254 號專利申諝案 中文說明書修正頁 民國88年5月呈 五、發明說明（2 ) 如A I S I程序及d I 0 S程序。 圖1示CCF反應器。 圖2示C C F反應器中碳及氫平衡。 在藉C C F程序產製生鐵中，鐵礦（常是以F e 2〇3 型式者）在熔煉旋風器（1)中生成F eO。F eO之最 終還原成鐵（F e )是在轉化器槽（2 )中發生。 在應用C C F的情況中，熔煉旋風器（1 )置於轉化 器成形熔煉槽（2 )的頂部。煤（3 )饋入熔煉槽且藉著 在位置（1 0)上與氧（4) 一同燃燒而部分地氣化，該 氧（4 )經由槍（lance )來供應。廢氣往旋風器上升。在 旋風器中，鐵礦（5 )及氧（6 )相切地被吹。氧與廢氣 中所存在之一部分的C 0及Η 2反應，因此產生熱。經注入 之鐵粒子經由燃燒爐床吹入旋風器中且立即熔化。在旋風 器中之位置（1 1 )上，熔融鐵礦依以下化學反應產生成 F e 0 3Fe2〇3 + CO(H2) <~~>2Fe3〇4 + C〇2(H2〇)

Fe3〇4 + CO(H2) <~~>3FeO + C〇2(H2〇) 預還原熔融鐵礦（1 2 )滴出旋風器而落在下方之熔 煉槽中的爐渣層（7 )上。礦滴溶在爐渣中。在爐渣層中 ，依以下淨化學反應發生最終還原成鐵： P 0 0 + C solid <-> F 6 liquid + C 〇 1本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規烙（2l〇X297公釐）^ -------------------.--訂----------線- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 經滴部中央橾準局負工消资合作社印製 Λ7 __Β7 ____ 五、發明説明（3 ) 在此反應中所消耗之碳藉著將炭引入爐渣層而得補充 。在煤中之揮發性成份因一般之高溫而直接蒸發出，且一 種碳之形式，已知爲炭仍留在爐渣中。 炭在爐渣中有三重功能： 1 .它是供氧化鐵最終還原成鐵之還原作用的手段； 2.它是供應所需熱量以使還原進行且熔煉鐵礦之燃料； 3 .它對熔融爐渣層具有安定效果。因此之故，爐渣中之 炭質量分數不應遠少於2 0%。 在功能1及2中，炭耗損，然而在功能3中，企圖盡 可能地保持爐渣中之炭分數恆定》 功能1，2及3可以藉著使炭供應等同於炭耗損而彼 此一致。然而，炭源自煤及除此之外之炭的發生，揮發性 構份因一般之高溫而自煤中逸出。在它們替代中，揮發性 構份再次對炭之功能（2 )有貢獻。 碳和氫常代表那組成煤中之揮發性構份的主要成份。 對於熔煉浴方法而言，適用以下（參考圖2):

0C.coal in+0C.flux in=0C.gas out + dC.slag/dt+0C.Fe+0C.dust oul+0C.sUg 塁.樓J 0H2.coal in + 0H2.water in—0H2.flux in+0H2.gas out 5. 其中： — 0C.…丨in是由煤所弓I入之碳的量； — 0H2.i:〇iilin是由煤所引入之氯的量， — 0c.eas…在廢氣中在C0及C〇2中碳之總量。此碳 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4ML枱（210 X 297公4 ) - 6 - ：—--ίί 裝----.--1Τ------二 (請先閲讀背而之注意事項再填寫本頁) A7 B7 m w五、發明說明（4 ) 源自揮發性烴及爐渣中之炭的燃燒及供鐵礦 之最終還原所用之炭及任何在調劑之添加物 中碳分數的消耗； 是每單位時間在新形成鐵中所吸收之碳的量； 是每單位時間在新形成之爐渣中所吸收之碳的 1 C . F e 'C . .s 1 a g I C .丨 i C . t' I '

I H 2 . t'l I out是離開C C F反應器之細塵型式之碳的量； 是因添加劑調劑所進入C C F反應器中之碳 (例如C a C〇3 )； u是在廢氣中Η 2 0及Η 2型之氫的總量。此 氫源自煤中之揮發性烴，自任何添加劑中之 氫，及（可能的）所引入之冷卻水； 是水型式之氫，此水用來（可能的）直接 冷卻氣體管線中之熱氣； i,,是因添加劑調劑所進入C C F反應器中之氫' ----------------------訂---------線. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 應注意：C及Η 2之其它的供應源或損失是可能的，如 因空氣之污染且因冶金槽之耐火襯裏之磨損者。然而’這 些通常不顯著。若想要，它們亦可以類似方式來考量。 圖2中之Μ代表取樣或測量點。 依C / Η 2比率之煤調劑之控制 在熔煉還原程序（如C C F轉化器）中’內部條件隨 著程序進行而變化，因爲爐渣/金屬浴（7) ’ （8)隨 程序進行而增加。這些變化影響反應器之行爲。再者，浴 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經满部中央標準扃只工消f合作社印製 A7 137 五、發明説明（5 ) 程序有可能之洩出效果，如因過多之爐渣起泡且因熔融爐 渣之固化所致者。 供熔煉還原浴程序之安定操作的必要方面是： - 在金屬浴中之安定的碳分數； - 保持安定的爐渣高度，換言之防止過度之爐渣起泡所 S胃 t slopping 0 爲此，很重要的是對於爐渣中之炭分數有良好的控制 。當充足的炭存在時，這使得小的氣泡接合且防止了 a slopping "。在轉化器中極端的條件使之難以直接且可靠地 測量內部程序條件如炭分數。因此，控制反應器有利地是 基於（盡可能地）外部可測量之量（如廢氣組成）。只要 炭分數受控制，則浴程序可良好地控制。 爲此，操作者可利用以下控制參數： - 原料供應（煤，礦，添加劑）； - 氧流速； - 槍高度（=槍頭與爐渣層間之距離）。 . 在以下中，建議一種方法，以此方法，炭消耗之改變 可以用簡單方式偵測，且煤調劑以一種使炭質量在轉化器 中保持恆定的方式受控制。 煤實質上由石墨和揮發性構份（烴）組成。當煤計量 入浴方法中時，烴直接蒸出。高溫使烴裂解且它們以H2， H2〇，CO及CO 2形式進入廢氣中。爐渣中殘存之產物 (炭）實質上由石墨組成。此炭因還原反應且與氧之直接 燃燒而消耗。此二反應產生c 0及C 〇2。在廢氣中之氫分 ---------------^{,裝---J----訂------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規梠（210 X 297公幼），8 - 經满部中央標外局負工消费合作社印裝 Λ7 137 五、發明説明（6 ) 數（以Η 2及Η 2 0之形式）必然僅是所用之煤型及欲供應 之煤之量的函數。此外，碳分數（以C 0及C〇2型式）亦 是炭消耗之函數。偵測廢氣中碳分收和氫分數間之比率因 此產生浴程序之炭消耗之改變的直接指示。 安定的炭質量對實行浴程序是必要的。藉此，廢氣中 之C/H2比率可供自動控制煤供應之用。這需要自轉化器 中可靠的廢氣取樣。在此情況中，須注意在其它原料中任 何的碳及氫分數。此外，須注意二種對轉化器中炭質量之 減少有貢獻之現象：經廢氣管線所損失之炭塵及溶在金屬 浴中之碳。同時，須要形成足夠之炭以使新形成之爐渣量 中的炭分數等於轉化器中已存在之爐渣的分數。這現象可 以藉規律煤供應以使廢氣中C / Η _2比率等於校正之C / Η 2比率而得控制。若這些現象不存在，則煤調劑會等於煤 消耗，若廢氣中（：/112比率等於欲供應之煤者。以下給予 經校正之C / Η 2比率之計算實例。 炭塵之形成實質上是由已存在於欲供應之煤中的塵及 煤之形式（在脫氣期間裂解行爲之決定因素）而決定。塵 損失可以達到1 5 %。但是，在C C F程序中，一部分之 炭塵會在熔煉旋風器中燃燒。 爲了防止爐渣中可能之炭分數經由塵損失而減低，計 算經校正之C/H2比率最好基於最大之塵損失。在程序周 期間，當有較小的塵損失時，炭之微小的增加會在轉化器 中發生（參見實例）。但是，在爐渣中之炭分數仍相對地 保持不變，因爐灰層之增長。在金屬及爐渣之（部分）接 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4現格（210X ~ 丨~^ ί-Iί-裝--------訂------線 (請先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) A7 ___ H7 五、發明説明（7 ) 栓後爲了校正任何在殘存爐渣中高的炭分數，可能短暫地 向下調節煤供應且使炭燃燒。炭分數而後降至足夠低以使 程序在依C / Η 2比率控制煤供應的情況下進行。 在生鐵中C的量可以藉規則地自經產製（接栓）之生 鐵中取樣且測定其中之碳含量而測定。對所要之C / Η 2比 率之額外的校正亦是須要的，當加入之添加劑（例如 C a C〇3)且可能的水注入引入另外之碳和/或氫於廢氣 中時（參見實例）。 實例 計算C / Η 2比率 此實例給予經校正之C/H2比率的計算。此計算是基 於（R Y =生鐵）： 一 0 . 7百萬噸RY/年安裝； 一產製速率9 0噸R Y/小時，接栓每小時； _煤消耗6 0 0公斤/噸R Y，中等揮發性煤； 一 1 5%調劑之煤質量的最大炭塵損失； 一達4.5%質量分數之碳化生鐵浴。 經消部中央標隼局月工消费合作社印聚 (請先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 中等揮發性煤（質量分數）之分析： 一揮發性構份2 0% 一固定之碳（石墨） 70% 一礦物 5 % =水汽 5 % 乾的不含灰之分析（9 0%總質量） 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規梠（210X 297公梦）-1〇 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ^ B7 " / _ — •一 ··' 五、發明說明（8 ) —碳 9 0 % —氫 5 % 一其餘者 5 % 在廢氣中所要之C/H2比率的計算 在6〇〇kg煤中烴形式之H2=〇 . 9x0 . 05x600 =2 7kgH2 = 1 3 · 5 kmol Η 2 自600 kg中之水汽的另外的Η2=0 . 05x600 = 3 0 kg Η 2 Ο = 1 . 7 kmol Η 2 於 6 0 0 kg 煤中之總 Η 2 = 1 5 · 2 kmol Η 2 在 6 0 0 kg 煤中之總 C = 0 · 9 X 0 · 9 X 6 0 0 =

4 8 6 kgC = 4 0 · 5 kmol C

在調劑之煤中的C/H2=40.5/15·2=2.66 每6〇0kg煤之最大塵損失· 15x600 = 90 kg 炭=7 . 5 kmol C 每噸之碳化生鐵=0 · 045x1000 = 45 kg C =

3 · 7 5 kmol C

依轉化器廢氣所控制之經校正的C / H 2比率 C/H2= (40 · 5-7 . 5 — 3 . 75) /1 5 . 2 = 1 · 92 在旋風器中調劑之石灰石=1 7 〇kg/噸RY = 1 . 7 kmol C 依旋風器廢氣所控制之經校正的C / Η 2比率 C/H2=(4〇. 5-7. 5-3- 75 + 1- 7)/15- 2 = 2. 04 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐) ” · ------,--訂---------線， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 U7 39786' 五、發明說明P ) 圖式簡單說明 圖1示CCF反應器。 圖2示C C F反應器中碳及氫平衡。 代表符號說明 1 :旋風器 2 :轉化器槽 3 :煤 4 :氧 5 :鐵礦 6 :氧 7 :爐渣層 8 :金屬浴 9 :槍 1 0 :位置 1 1 :位置 12:預還原熔融鐵礦 2〇：0C.…I i"(由煤所弓I入之碳的量）’ 0H2.…，in (由煤 所引入之氫的量） 2 1 : sac m（廢氣中在C及C 0 2中碳之總量）， 0H2.eas 〇“（廢氣中H2〇及H2型之氫的總量） 2 2 : 0C. R (每單位時間在新形成鐵中所吸收之碳的量） 2 3 : π (每單位時間在新形成爐渣中所吸收之碳的量） 2 4 : …（離開C C F反應器之細塵型式之碳的量） 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇χ297公t ) -11-1 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) !·_ —訂---------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作钍印製

五、發明說明（？) 2 5 : 0C.（隨著煤所揮發之碳的量）， 0H2.。。“ MlatiU 〇ut (隨著煤所揮發之氫的量） 2 6 : 0C. flux ιη (因添力^劑調劑所進入c c F反應器中之碳 )’ 0H2. flui ,„ (因添加劑調劑所進入C C F反應器 中之氫） 2 7 : 0H2 wal„ ln (水型式之氫，此水用來（可能的）直接 冷卻氣體管線中之熱氣） 2 8 : d C sus / d t (在新形成爐渣中碳的累積的速率） 2 9 :水 3 0 :通量 3 1 :出渣 M :取樣或測量點 -------Γ衣---------訂---------線 Λ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） -11-2 -

Claims (1)

1. 397867 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 . 一種用於控制熔煉還原程序，特別是供產製生鐵 之旋風器轉化器熔爐程序的方法，其特徵在於： 一測量在廢氣中C0及C〇2型之碳分數C; 一測量在廢氣中H2及H2〇型之氫分數h2 ; 一測定廢氣中C / Η 2比率； -比較所測定之在廢氣中之C/H2比率對一般之欲供應之 煤的C / Η 2比率；且 -基於所發現之在廢氣中及欲供應之煤中C/H2比率上的 差異調節煤供應。 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於供應 之煤之C/H2比率因廢氣所輸送之碳損失而校正。 3 ·如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於供應 之煤之C/H 2比率因溶於生鐵中之碳而校正。 4 .如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其 特徵在於供應之煤的C/H 2比率因與添加劑一同引入之 碳和/或氫而校正。 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印装 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 5.如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其 特徵在於供應之煤的C/H 2比率因在取樣點前水之噴入 廢氣系統中而引入之氫而校正。 6 .如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其 特徵在於煤供應被調節，同時槍高度，礦及氧供應保持相 同。 本紙張尺度逋用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -12 -