TW436522B - Process for the produciton of pig iron - Google Patents

Description

4365 2 2 , B7 五、發明說明（i ) 本發明係有關於以化石燃料或二次燃料的協助，特別 是硬質煤與褐煤或者其他諸如廢物或廢水淤渣之有機燃料 ，從自然界可利用而呈九狀或爲礦物灰渣的形式或濃縮物 之鐵礦或氧化物，以製造生鐵的方法。 本發明可使用於適合製程多階段執行之鼓風爐或其他 裝置中的生鐵製造，例如礦物還原爲鐵以及鐵的熔解等。 具有鼓風爐協助之生鐵生產中之製程的執行，數十年 來皆未有所變化，雖然藉著增加爐體尺寸與製程壓力而增 加產生，以及藉由諸如煤、加熱油、天然氣、焦炭爐氣、 廢物、廢水淤渣、礦物等其他燃料的吹入，與氧氣和相似 者之使用，而減少焦炭的消耗之數個方法係爲已知。其結 果已特別地描述於 Gudenau 在期刊"StahlundEisen"117(1997), Νο·6 所撰的標題爲"結合吹入焦煤及細粒鐵礦到鼓風爐之實驗” ，與在第一次 TIMS/IEHK 冶金會議 28/29 September, 1997，開羅之標題爲"藉著吹入含鐵回收物和製鋼殘留物到 鼓風爐之環境及經濟效益"，以及VDI於1997年九月22與 23日在Diisseldorf所舉行之硏討會的手冊中的M藉著熔化、 二次金屬回復和能源再利用於廢物的熱處理過程"等論文。 鼓風爐製程之基礎說明係特別地描述於Ost，H: Rassow, B: ”化學科技教科書"，26th edition，Leipzig, Barth-Verlag, 1955之教科書中。 在鼓風爐中執行之最新式的製程特徵係在鐵礦還原中 逆流之焦炭和其他有機燃料的氣化，以使得製程熱需求與 礦物之特殊氧化階段決定氣體組成與鼓風爐中之最大可能 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (睛先閲讚背面之注意事項再填寫本頁) 装----U— "訂---------線{ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 3 6 5 2 2· A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（>) 之燃料利用，指的是在實際上操作上燃料的氧化位勢’將 達大約75%。因此，鼓風爐製程之不可省略的成分係鼓風 爐外之製程空氣的再生預熱，其將使用—部份的鼓風爐氣 體化學焰'(enthalpy)並將送回這個製程。在使用局比例之昂 貴稀少的冶金焦炭做爲燃料的情況下，優良的鼓風爐工廠 因而達到大約83%的燃料利用。 在DE-OS1939354中係說明鼓風爐或扇形鼓風爐與外 部還原氣體產生器之耦合，藉此於管狀加熱器和/或具有 非直接熱供給的熱交換器中，來自爐之鼓風爐氣體將與較 佳含有1至13個碳原子之氣體、液體或固體碳氫化合物反 應。然而，.該同素異性方法缺點是反應溫度限制於大約 800°C至溫度最高950eC的範圍。因此，僅可獲得具有較高 (：〇2與H2〇比例之還原氣體，因此對於氧化鐵僅具有小的 還原位勢。結果，爐體必須裝載以大量的氣體，其將導致 容量的犧牲。此外’包含於還原氣體中的CCh與水蒸氣將 在鼓風爐中之灼熱的焦炭上還原，其亦將導致使爐體的容 量減少。 在同素異形還原氣體產生製程狀況中之最大上限爲 950°C的較低反應溫度，然而’是在無機成分的熔解溫度以 下’諸如通常包含硬質煤與褐煤，廢物或廢水淤渣等低價 値燃料中之無機成分的熔解溫度。當然，該方法係僅適用 於極純與昂貴的燃料。 在DE-AS2413558中’外部的還原氣體產生係藉由電: 榮燃燒器而發生’因此燃料氣化所需的反應焓必須藉由電 4 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) i ! *-丨丨—訂---- ----- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210T^97公楚） 436522, A7 _____B7__ 五、發明說明（3 ) 能來供給。因此，該方法係極爲昂貴，而僅在便宜的電能 可茲利用時方可執行。在該方法中，回收之包含有co、 (：〇2、沁與H2〇之鼓風爐爐氣以及碳和/或碳氫化合物係 於電弧中離子化，並被帶入混合腔室中與其他部份之鼓風 爐爐氣和碳和/或碳氫化合物之氣流接觸，以使得吸熱後 反應發生。然而，該方法亦僅適用於極純的起始產品，例 如碳氫化合物或高級煤渣，因爲爐渣的移除不僅在燃燒室 係不可能的，而且在還原氣體產生的混合或反應腔室中亦 不可能。 特別是有關於生態上所引起之能源成本增加，例如能 源稅的引入，所以該方法的經濟效益將減少，而需要其他 有關還原氣體產生之技術上的解決方法，像是本發明。 由GB-PS858561，其係已知將固體燃料與空氣和/或 氧氣反應以產生還原氣體，因此，燃燒產物必須在大約 1100°c至1600°C的溫度而經由分離之管線系統吹入鼓風爐 或扇形高爐中。該方法之技術上的執行係極爲複雜且昂貴 。此外’諸氣體必須在這些高溫供應至輔助噴嘴的該製程 步驟並未證明實際可行。該高的氣體溫度需要直接位於鼓 風爐上之外部煤氣化器的架構，正如所知，其在實際上係 .不可行的’因爲鼓風爐工廠的構造上的現況所致。 因此’本發明之技術性的任務與目的，係提供較佳燃 料利用’以及冶煉焦炭爲其他低級的燃料所進一步取代， 最好爲褐煤或硬質煤，亦可爲廢物與廢水淤渣，與在還原 氣體生產中所獲得的焦炭灰渣；以及增加鼓風爐容量等新 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (諳先閱讀背面之注急事項再填寫本頁) .哀----1----訂-------—線' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 4365 2 2 . A7 B7 五、發明說明（f) 的可能性。 本任務藉著鐵碳氫氧的熱力學系統的協助，分析鐵礦 還原和鐵熔煉時的決定性步驟來解決。 根據本發明，建議用外部的多重步驟去連接鼓風爐製 程，用於最好是粉末狀的化石燃料和二次燃料以及其他有 機燃料及/或在氣化過程本身獲得之焦煤等的氧化，在第 一個製程步驟，這些燃料與空氣及/或氧氣放熱氧化，藉 著添加來自鼓風爐之鼓風爐氣體及/或水蒸氣，而在高於 鼓風爐中鼓風口處高度的壓力下，並且溫度在900°C至 1800°C之間去產生還原性氣體，其量大約相對於在鐡碳氫 氧的熱力學系統中於鐵/wuestite的相邊界處平衡氣體的量 ，並藉著在第二個製程步驟吹進更多的燃料，部份和高熱 的還原性氣體進行化學吸熱之反應，改善了還原性氣體的 品質，使得在它從氧化製程冒出之前，一氧化碳和氫氣之 還原性成分的莫耳比例比上二氧化碳及水蒸氣之氧化性成 份的莫耳比例至少3:1，並且以溫度在300°C至1000°C之間 ，在鼓風口處的高度或經由此口吹入鼓風爐中。 在第一個製程步驟中，燃料的氣化較合適發生在無機 成份的熔化溫度之上，因此不純物從第二個製程步驟中以 熔渣的形式被移除。 在第二個製程步驟中並不反應之粉碎的燃料，如存在 於還原性氣體中之焦煤粉塵，根據本發明，和還原性氣體 一起吹入鼓風爐中’或者根據先前技藝，藉著安排在鼓風 爐和氣化過程中之裝置的辅助，從還原性氣體中分離。 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ---------訂---------線、 A7 B7 436522 . 五、發明說明（f) 有利的，經由在第二個過程步驟中焦炭粉麈的直接吹 進鼓風爐中，在鼓風爐的還原區域那裡發生一個有規律的 溫度梯度，並且如此一來控制鼓風爐中的熱量平衡。 先進的製程必須保證所有的燃料幾乎完全沒有殘留。 最好在允許沒有外加的焦炭粉塵被吹入之操作情況之下得 到保證，根據本發明，在如此的操作情況之下，所獲得的 焦炭粉塵最好能夠再次回到氣化過程，因此，在這種情況 之下，更能夠減少或停止新鮮燃料供給到氣化的過程4% 炭粉塵因此可不只被回收到第一氣化過程，還可被回收到 第二氣化過程。 一般來說，獲得的焦炭粉麈，和外來的燃料比較起來 是比較沒有那麼有活性。因此，在回收至第二個製程步驟 的情況’爲了得到最大可能的轉變，比較沒有活性的焦碳 粉麈最好先以其流動方向供至來自第一製程步驟的熱氣化 劑’以便利用較高的溫度範圍來活化比較沒有反應性的焦 碳粉塵。只¥從那時以後，新鮮的燃料被供給至氣化劑， 其已經藉由焦碳粉麈的吹入而冷卻，其較低的溫度範圍， 仍然能夠滿足新鮮燃料的實質氣化。 這焦碳粉塵並且能夠更有用地從這製程中除去，並且 用在其他的地方。 再者，根據本發明，建議在氣化的第二個製程步驟吹 入之前’加入細鐵礦或是濃縮物形式之鐵礦或是鐵的氧化 物’到粉末狀的燃料或是到焦碳粉塵中，並且在氣化的第 二個製程步驟’將這些至少部份的還原，把焦碳粉塵/先_ 7 本紙張尺度適时_家標準（CNS)A4規格（加x挪公楚） <請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) —訂---------線.、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 436522, A7 ___B7__ 五、發明說明（^ ) 還原的鐵礦/海綿鐵中所獲得的混合物和還原性氣體吹入 到鼓風爐中，或者將之從氣化的第二個過程步驟離開之還 原性氣體分離，並爲了避免硏磨，藉著緊密的流動運送系 統，獨立於還原性氣體，吹入鼓風爐或是其他已知的裝置 ，例如精錬爐，並在那裡熔化。 本發明之經濟效應係由減輕鼓風爐設備和焦煤廠之成 本，經由燃料氧化引起之還原性氣體和焦炭粉塵的外部產 生所造成，與冶金焦碳比較之下相當便宜，藉著氣化廠的 協助，設備成本較令人滿意，並且鼓風爐中生鐵產量更有 可能增加高達30%。 具體化之範例 接下來，敘述本發明的兩種使用情況。 使用情況一 使用情況一的敘述，兩階段氣化過程1是偶合一鼓風 爐2，產生情形如圖一所示。 在氣化過程1中的第一個過程步驟4，經由燃燒器3， 硬質煤粉碎狀的燃料，經由緊密的流動運送系統10引進， 當作是外部的燃料並且當成氣化劑，在純化的裝置11中沒 有粉麈，並且在壓縮器12中吹入壓力增加的鼓風爐氣體和 氧氣，其來自經由鼓風爐裝置15已壓縮的空氣系統而抽出 空氣的氣體分離裝置14,以及來自蒸汽系統13的水蒸氣 ，和可能來自氣體加熱器16的熱空氣，在那藉由化學放熱 反應轉變成攝氏1500度以及7巴（bar)壓力下的還原性 氣體。燃料的灰燼因此被熔化，並且從第一個過程步驟4 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (諝先閲讀背面之>±.意事項再填寫本頁) -J,}裝·！ f!1 訂·-----1 — 線、 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A7 B7 436522 五、發明說明（j) 流經由第二個過程步驟5流到水浴裝置6，在那裡非洗提 地固化。 從鼓風爐裝置的加壓空氣系統15中除去空氣，減少在 空氣加熱器16中所需再生成熱風的產生需求。藉著賦予對 於氣化劑空氣、氧氣、鼓風爐氣體和水蒸氣的混合之可能 協助，因此能夠控制在氣化過程1中流動量，以及在鼓風 爐過程2中熱量的傳遞。 來自氣化過程1中第一個過程步驟4的還原性氣體， 以大約每秒二十公尺的速度吹到第二個過程步驟5中，並 且經由緊密的流動運送系統10和噴槍7載入導入的硬質煤 燃料粉塵。燃料粉塵在第二個過程步驟5中和在1500°C下 的熱還原性氣體發生化學吸熱反應，因此還原性氣體的遒 度在第二個過程步驟5中降低到700°C。因此獲得之殘留的 焦炭，藉著鼓風器9中空氣，經由氣體出口 8從氣化過提 1移除。在鼓風器9中，殘留的焦炭大致上是從還原性的 氣體所分離。接下來的表格顯示出反應性氣體分別在氣化 過程1中第一個過程步驟4及第二個過程步驟5的組成改 變〇 (諳先閲蜻背面之注意事項再填寫本頁> "'裝---------訂-丨^------•線、 Γ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印t 氣體成份 還原性氣體組成在 第一個製程步驟之後 第二個製程步驟之後 體積百分比 體積百分比 CO 46.41 50.29 C〇2 14.97 7.31 9 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 436522 A7 B7 五、發明說明（（Γ) H2 7.09 21.24 h2〇 9.14 3.63 CH4 0.00 0.01 N2 22.22 17.34 h^s 0.13 0.15 cos 0.04 0.03 總計 100.00 100.00 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據所有吹入第一個及第二個製程步驟的煤燃料粉塵 ，在一正常溫度及壓力下，並且每公斤的硬質煤燃料粉塵 中有390公克的殘留焦煤，產生1.1立方公尺的還原性氣 體。還原性氣體以及殘留的焦煤於鼓風器9中分別分開， 並且爲了避免磨損，經由鼓風口或是在鼓風口的高度，被 分別吹入鼓風爐中。 使用情況二 在使用情況二的這種情形，氣化過程1根據使用情況 一所示操作著，如圖一所示。對於氣化過程1中的第一個 製程步驟4中的燃燒器3，和對於第二個製程步驟5中的 噴槍7，經由緊密的流動運送系統10也只供給外部的燃料 ，因此對於燃料的供給，其經由第二個製程步驟5中的噴 槍7，藉著配送裝置18的協助混合細的礦砂或是礦砂濃縮 物。 鼓風器9中獲得的還原性氣體，如同在使用情況一的 這種情形，是經由鼓風口到鼓風爐製程1，並且/或在壓 力增加之後，經由氣化過程1第一個製程步驟4中的燃燒 10 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ，裝---------訂i cf n fat t— ---線\ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 436522, A7 _B7_ 五、發明說明（j ) 器3而當作氣化劑，或是用在其他地方，並且與也在鼓風 器9中獲得之先還原的礦砂、殘留的焦炭、海綿鐵等混合 物，藉著緊密的流動運送系統17的協助，經由鼓風口或是 在鼓風口的高度吹進鼓風爐過程1。 圖式簡單說明 圖1爲顯示用於進行本發明之方法的裝置。 圖式主要元件符號說明 1 氣化過程 2 鼓風爐 3 燃燒器 4 第一個過程步驟 5 第二個過程步驟 6 水浴裝置 7 噴槍 8 氣體出口 9 鼓風器 10 運送系統 11 純化裝置 12 壓縮器 13 蒸氣系統 14 空氣分離裝置 15 爐裝置 16 空氣加熱器 17 流動輸送系統 11 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----^----訂·---- 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 43 65 2 2 . _ B7 五、發明說明（lD ) 18 配送裝置 <請先閲讀背面之>i意事項再填窝本頁) '裝----1----訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 436522 AS B8 C8 D8 補先/ 六、申請專利範圍 1. —種製造生鐵的方法，其係在一個具有外在氣化的 燃料鼓風爐的過程中，從自然可得或製成有用的鐵礦或其 他鐵氧化物中製造出生鐵，其特徵爲： -在第一過程步驟的氣化情形，一部份的燃料藉著空 氣和/或氧氣而化學放熱而氣化，其有添加來自鼓風爐過 程之鼓風爐氣體和/或水蒸氣，而於高過鼓風爐出風口高 度處之壓力下，且溫度在1000°C與1800°C之間產生還原性 运 jafe . 氣體， 一在第二氣化過程步驟，更多的燃料吹進入來自第一 過程步驟的熱還原性氣體，其部份和還原性氣體發生化學 吸熱反應，並且一氧化碳與氫氣的還原氣體成份莫耳比比 上二氧化碳與水蒸氣之氧化成份的莫耳比例爲50 : 1到3:1 I —來自第二氣化步驟的還原性氣體，在出風口的高度 處，以300°C與1000°C之間溫度，吹到鼓風爐中。 2. 如申請專利範圍第1項之製造生鐵的方法，其中： 藉著吹入帶有從氧化過程之第二製程步驟所得到之焦炭粉 塵的還原性氣體，來調節鼓風爐之還原區域的溫度梯度。 3. 如申請專利範圍第1或2項之製造生鐵的方法，其 中：分離自還原性氣體的焦炭粉麈是再回收到氣化的步驟 ，因此，在氣化的過程中，在回收焦炭粉塵的協助下，可 減少新鮮燃料的供給，而再回收到第二過程步驟的情形下 ，爲了確保最大可能的轉換，焦炭粉麈以其流動方向最痄 供給到來自第一過程步驟的熱氣化劑，以提供熱活化，而 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（21CM 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項蒋务寫本頁〕 訂---------線一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4365 2 2 . §1 C8 D8 六、申請專利範圍 且只有之後藉著吹入焦炭粉塵，新鮮燃料才供給到冷的氣 化劑。 4. 如申請專利範圍第1或2項之製造生鐵的方法，其 中： -對於外部的，粉末燃料，在吹入氣化過程之第二過 程步驟之前，與鐵之氧化粉塵、細礦石和/或鐵礦的濃縮 物混合； -此混合物吹進第二個氣化過程步驟，在此鐵之氧化 粉塵、細礦石和/或鐵礦的濃縮物是部份先還原成海綿鐵 ， -獲得的固體混合物，由殘留的焦炭、海綿鐵和預先 還原的礦砂所組成，與來自氣化過程之還原氣體通入一個 粉塵分離器； -從還原性氣體分離的這些固體混合物被吹入鼓風爐 的過程或熔解槽，並且殘留焦炭和空氣或是氧氣發生氧化 ，並且細粒的礦砂更進一步還原成海綿鐵。 5. 如申請專利範圍第3項之製造生鐵的方法，其中： -對於外部的，粉末燃料，在吹入氣化過程之第二過 程步驟之前，與鐵之氧化粉塵、細礦石和/或鐵礦的濃縮 物混合；. ， -此混合物吹進第二個氣化過程步驟，在此鐵之氧化 粉麈、細礦石和/或鐵礦的濃縮物是部份先還原成海綿鐵 y -獲得的固體混合物，由殘留的焦炭、海綿鐵和預先 2 (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社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 436522 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 還原的礦砂所組成，與來自氣化過程之還原氣體通入一個 粉塵分離器； -從還原性氣體分離的這些固體混合物被吹入鼓風爐 的過程或熔解槽，並且殘留焦炭和空氣或是氧氣發生氧化 ，並且細粒的礦砂更進一步還原成海綿鐵。 6. 如申請專利範圍第1或2項的方法，其中該二次燃 料爲硬質煤、褐煤或有機燃料。 7. 如申請專利範圍第6項的方法，其中該有機燃料爲 廢物或廢水淤沙。 請 先 閱 讀 背 意 事 項 再 填， 寫 本 頁 訂 a 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）