EP0931840A1 - Verfahren und Anlage zur Reduktion von Eisenerz im Hochofen - Google Patents

Verfahren und Anlage zur Reduktion von Eisenerz im Hochofen Download PDF

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EP0931840A1
EP0931840A1 EP99100539A EP99100539A EP0931840A1 EP 0931840 A1 EP0931840 A1 EP 0931840A1 EP 99100539 A EP99100539 A EP 99100539A EP 99100539 A EP99100539 A EP 99100539A EP 0931840 A1 EP0931840 A1 EP 0931840A1
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gasification
substitute
gasification reactor
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SMS Schloemann Siemag AG
Schloemann Siemag AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/001—Injecting additional fuel or reducing agents

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for Reduction of iron ore in the blast furnace to pig iron with the help of Carbon, a subset of the carbon Iron ore in the form of coke is added to the For loosening and supporting the bulk goods column and thus its Gassing in the blast furnace ensures and the rest Carbon subset as a substitute reducing agent in the Blast furnace is blown.
  • the simplest and most reliable way of introducing the substitute reducing agents into the blast furnace is through the addition of the wind forms of the blast furnace.
  • the substitute reducing agents are first burned with hot wind to CO 2 and H 2 O and then reduced to CO and H 2 when they hit the coke.
  • the aim is to ensure that the substitute reducing agent is completely burned or gasified in the oxidizing mold area of the frame zone, while at the same time protecting the blow molds and wind pipes from destruction as a result of premature combustion of the substitute reducing agent.
  • the task is procedurally with the characterizing measures of claim 1 and with plant solved the characterizing features of claim 7, that the whole that constitutes the substitute reducing agent Part of the carbon before it is blown into the furnace one spatially separated from the blast furnace Gasification reactor by gasification in a low nitrogen Reducing gas is converted.
  • the measure according to the invention which from the Substitute reducing agent to be formed outside the reducing gas Blow molding the blast furnace in a separate gasification reactor to generate, it becomes possible to create a low nitrogen To produce reducing gas with the highest possible temperature as a reducing gas via the blow molds in the blast furnace is injected.
  • the reducing gas is therefore in its Temperature set so that in piping with or transported to the blow molds without fireproof linings can be.
  • a complex gas cleaning and desulfurization of the reducing gas generated can be omitted, since the directly blown-in substitute reducing agents Post-cleaning can not be carried out, and the in Reduction gas entrained dust harmless before the blow molds afterburns.
  • the one for the external gasification of the substitute reducing agents necessary energy can be obtained by burning top gas and / or by a supplied fuel and / or by the Decoupling heat from the hot wind generation, which at Generation of the reducing gas outside the blast furnace an existing blast furnace system after the conversion is oversized.
  • the enrichment is of the hot wind with oxygen, when blowing in solid Substitute reducing agents for the gasification of the Substitute reducing agent and for setting the Flame temperature before the blow molds is no longer necessary. This no longer required oxygen can be used for Gasification reactions are used.
  • the wind requirement is significantly reduced by the measure of the invention.
  • the measure of the invention For example, at the coal blowing rates of around 100 kg / t pig iron that have been customary to date, around 350 Nm 3 / t pig iron wind with a nitrogen quantity of around 240 Nm 3 / t pig iron are required.
  • this amount of nitrogen is eliminated in whole or in part, ie the amount of reducing gas can be increased by this amount in the blast furnace without disadvantageously increasing the flow rates of the reducing gas in the blast furnace.
  • a significant increase in the output of the blast furnace is possible, and the calorific value of the blast furnace gas is also increased due to the lack of nitrogen.
  • a plant in which the method of the invention is carried out can already be done with little effort Install existing blast furnace systems. It consists of a gasification reactor connected to the pipeline Blast furnace is connected to that in the gasification reactor generated reducing gases in the individual blow molds can be initiated.
  • the temperature of the reducing gas is set to be one for transportation and the Distribution has favorable value.
  • the gasification reactor is one if necessary Processing plant upstream to the Substitute reducing agents to those necessary for their gasification Properties such as grain size, degree of dryness as well Process carbon content.
  • the replacement reducing agent (11) from a carbon carrier is first fed to a processing plant (10) in which it crushed, dried and also if necessary required, for example in the case of waste materials, to a for the gasification required concentration of carbon becomes.
  • the replacement reducing agent prepared in this way becomes via a suitable transport unit (12) Gasification reactor (16), for example a fluidized bed reactor fed. If a preparation of the substitute reducing agent (11) is not necessary, this is done using a suitable Transport unit (11 ') past the processing plant (10) fed into the transport unit (12).
  • the gasification residues resulting from the gasification (24) leave the gasification reactor (16) via a Discharge device (18).
  • a gas cleaning system (not in the drawing shown) for cleaning the reducing gas from the Blast furnace operation disruptive components are arranged.
  • the gasification in the Gasification reactor (16) individually to the given Adjust feed material, which in cooperation with the Processing plant and possibly with a Gas cleaning system also from difficult to process Substances such as waste mixtures (Plastic waste, dried sewage sludge, etc.) usable reducing gas (19) can be generated.
  • Waste mixtures Plastic waste, dried sewage sludge, etc.
  • usable reducing gas (19) can be generated.
  • the embodiment shown in the drawing figure can be easily implemented in new systems or in a integrate existing blast furnace system, depending on the Condition of the feed materials to be gasified as well additional system parts such as cooling device, Blast furnace combustion equipment, processing plant are eliminated can.

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Abstract

Um bei der Erzeugung von Roheisen im Hochofen (22) die benötigte Koksmenge so gering wie möglich zu halten, ist es bekannt, eine Teilmenge des für die Reduktion erforderlichen Kohlenstoffs als "Ersatzreduktionsmittel" in den Hochofen einzublasen, wo dieser zu einem Reduktionsgas umgewandelt wird. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, diese Ersatzreduktionsmittel (11) bereits außerhalb des Hochofens (22) in einem separaten Vergasungsreaktor (16) zu einem Reduktionsgas (19) zu vergasen und dieses dann in den Hochofen (22) einzuleiten. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Reduktion von Eisenerz im Hochofen zu Roheisen mit Hilfe von Kohlenstoff, wobei eine Teilmenge des Kohlenstoffs dem Eisenerz in Form von Koks zugemischt wird, der die Auf lockerung und Stützung der Schüttgutsäule und damit deren Durchgasung im Hochofen sicherstellt und wobei die restliche Kohlenstoffteilmenge als Ersatzreduktionsmittel in den Hochofen eingeblasen wird.
Das Einblasen von Kohlenstoffträgern wie beispielsweise Erdgas, Schweröl, Feinkohle in den Hochofen als Ersatzreduktionsmittel zur Einsparung von Koks wird bereits seit vielen Jahren praktiziert.
Die einfachste und zuverlässigste Einbringung der Ersatzreduktionsmittel in den Hochofen besteht dabei in der Zugabe durch die Windformen des Hochofens. Im unmittelbaren Formenbereich werden die Ersatzreduktionsmittel zunächst mit Heißwind zu CO2 und H2O verbrannt und dann beim Auftreffen auf den Koks zu CO und H2 reduziert. Beim Einbringen der Ersatzreduktionsmittel in den Hochofen wird dabei angestrebt, dass eine vollständige Verbrennung bzw. Vergasung der Ersatzreduktionsmittel im oxidierenden Formenbereich der Gestellzone erfolgt, mit gleichzeitig möglichst weitgehender Schonung der Blasformen und Windleitungen vor Zerstörung infolge einer zu frühzeitigen Verbrennung der Ersatzreduktionsmittel.
Diese Aufgabe ist am einfachsten für gasförmige Ersatzreduktionsmittel und am schwierigsten für feste Ersatzreduktionsmittel, wie beispielsweise Feinkohle, zu lösen. Für das Einblasen des Ersatzreduktionsmittels Feinkohle wurden im Laufe der Zeit deshalb unterschiedliche Kohlenstaubeinblassysteme und -einblasverfahren entwickelt, wie der Veröffentlichung "Stand der Kohleeinblastechnik in den Hochofen bei Mitgliedswerken des VDEh", Stahl und Eisen 108 (1988) Nr. 9, Seiten 459 bis 467 zu entnehmen ist. Schwerpunkt und Ziel der Entwicklungen war, die Energiekosten zu senken und den Koksverbrauch im Hochofen durch den Einsatz von Ersatzreduktionsmitteln zu reduzieren. Jedoch sind nach betrieblichen Erfahrungen Einblasmengen von über 200 kg Kohle/t Roheisen aus verfahrenstechnischen Gründen schwierig dauerhaft zu erreichen.
Unter dem Gesichtspunkt der bekannten und vielfältig angewendeten Techniken ist es Aufgabe der Erfindung, im Hinblick auf die Energiekosten die Einsatzmenge von Ersatzreduktionsmitteln weiter zu steigern und insbesondere ein Verfahren zu entwickeln, mit dem auch weitere, schwierig zu behandelnde Stoffe als Ersatzreduktionsmittel nutzbar gemacht werden können.
Die gestellte Aufgabe wird verfahrenstechnisch mit den kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruchs 1 und anlagenmäßig mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 7 dadurch gelöst, dass die gesamte, das Ersatzreduktionsmittel bildende Kohlenstoffteilmenge vor ihrer Einblasung in den Hochofen in einem vom Hochofen räumlich getrennt angeordneten Vergasungsreaktor durch Vergasung in ein stickstoffarmes Reduktionsgas umgewandelt wird.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, das aus dem Ersatzreduktionsmittel zu bildende Reduktionsgas außerhalb der Blasformen des Hochofens in einem separaten Vergasungsreaktor zu erzeugen, wird es möglich, ein stickstoffarmes Reduktionsgas herzustellen, das mit möglichst hoher Temperatur als Reduktionsgas über die Blasformen in den Hochofen eingedüst wird. Das Reduktionsgas wird deshalb in seiner Temperatur so eingestellt, dass es in Rohrleitungen mit oder ohne feuerfeste Auskleidungen zu den Blasformen transportiert werden kann. Eine aufwendige Gasreinigung und Entschwefelung des erzeugten Reduktionsgases kann entfallen, da auch bei den direkt eingeblasenen Ersatzreduktionsmitteln derartige Nachreinigungen nicht durchgeführt werden, und der im Reduktionsgas mitgeführte Staub unschädlich vor den Blasformen nachverbrennt.
Es ist aber auch möglich, falls die eingesetzten Ersatzreduktionsmittel aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung, beispielsweise bei Abfallstoffen, dies erfordern, eine solche Nachreinigung der heißen Gase durchzuführen, um den Hochofen nicht unnötig durch Verunreinigungen zu belasten.
Die für die externe Vergasung der Ersatzreduktionsmittel notwendige Energie kann durch die Verbrennung von Gichtgas und/oder durch einen zugeführten Brennstoff und/oder durch die Auskoppelung von Wärme aus der Heißwinderzeugung, die bei der Erzeugung des Reduktionsgases außerhalb des Hochofens bei einer vorhandenen Hochofenanlage nach der Umstellung überdimensioniert ist, zugeführt werden.
Durch das Einblasen von Reduktionsgas, ist die Anreicherung des Heißwindes mit Sauerstoff, die bei Einblasen von festen Ersatzreduktionsmitteln zur Vergasung des Ersatzreduktionsmittels und zur Einstellung der Flammtemperatur vor den Blasformen dient, nicht mehr nötig. Dieser nicht mehr benötigte Sauerstoff kann für die Vergasungsreaktionen eingesetzt werden.
Der Windbedarf wird durch die Maßnahme der Erfindung deutlich reduziert. So werden beispielsweise bei den bisher üblichen Kohleeinblasraten von etwa 100 kg/t Roheisen etwa 350 Nm3/t Roheisen Wind mit einer Stickstoffmenge von etwa 240 Nm3/t Roheisen benötigt. Bei der Erzeugung des Reduktionsgases in einem externen Vergasungsreaktor entfällt diese Stickstoffmenge ganz oder teilweise, d. h. die Reduktionsgasmenge kann um diesen Betrag im Hochofen erhöht werden, ohne die Strömungsgeschwindigkeiten des Reduktionsgases im Hochofen nachteilig zu erhöhen. Als Folge ist eine deutliche Leistungserhöhung des Hochofens möglich, weiterhin wird auch der Heizwert des Gichtgases durch das Fehlen des Stickstoffs erhöht.
Weiterhin ist es nicht mehr erforderlich, die Asche der eingeblasenen Ersatzreduktionsmittel im Unterofen des Hochofens aufzuschmelzen, da diese Asche in fester oder flüssiger Form im Vergasungsreaktor verbleibt. Neben der hierfür aufzubringenden thermischen Energie werden auch die sonst für das Einschmelzen erforderlichen Zuschlagstoffe im Möller eingespart.
Auch die bessere und leichtere Verteilung des Reduktionsgases auf die einzelnen Blasformen, die gemäß der Erfindung ohne größeren apparativen Aufwand durchgeführt werden kann, ist gegenüber den bekannten Verfahren mit pneumatisch geförderten und direkt eingeblasenen Ersatzreduktionsmitteln mit den hierfür notwendigen Vorrichtungen von Vorteil.
Schließlich ist auch die separate Steuerung des Vergasungsprozesses außerhalb des Hochofens ein entscheidender Vorteil, da dieser Vergasungsprozess individuell an die zu vergasenden Einsatzstoffe durch eine entsprechende Mess- und Regeltechnik angepasst und somit auch schwierige Abfallstoffe als Ersatzreduktionsmittel zur Vergasung eingesetzt werden können, was bei der Vergasung im Hochofen nicht möglich wäre.
Eine Anlage, in der das Verfahren der Erfindung durchgeführt werden kann, lässt sich ohne größeren Aufwand auch bei bereits vorhandenen Hochofenanlagen installieren. Sie besteht aus einem Vergasungsreaktor, der über Rohrleitungen mit dem Hochofen so verbunden ist, dass die im Vergasungsreaktor erzeugten Reduktionsgase in die einzelnen Blasformen eingeleitet werden können. Die Temperatur des Reduktionsgases wird so eingestellt, dass sie einen für den Transport und die Verteilung günstigen Wert hat.
Dem Vergasungsreaktor ist im Bedarfsfall eine Aufbereitungsanlage vorgeschaltet, um die Ersatzreduktionsmittel auf die für ihre Vergasung notwendigen Eigenschaften wie Körnung, Trocknungsgrad sowie Kohlenstoffgehalt aufzubereiten.
Nachfolgend wird eine beispielhafte Anlage zur Erzeugung von Reduktionsgas aus einem Ersatzreduktionsmittel in einer Zeichnungsfigur schematisch dargestellt und erläutert.
Das Ersatzreduktionsmittel (11) aus einem Kohlenstoffträger wird zunächst einer Aufbereitungsanlage (10) zugeführt, in der es je nach Bedarf zerkleinert, getrocknet und auch, falls erforderlich, zum Beispiel bei Abfallstoffen, auf einen für die Vergasung erforderlichen Kohlenstoffgehalt aufkonzentriert wird.
Das auf diese Weise aufbereitete Ersatzreduktionsmittel wird über ein geeignetes Transportaggregat (12) dem Vergasungsreaktor (16), beispielsweise einem Wirbelbettreaktor zugeführt. Falls eine Aufbereitung des Ersatzreduktionsmittels (11) nicht erforderlich ist, wird dieses über ein geeignetes Transportaggregat (11') an der Aufbereitungsanlage (10) vorbei in das Transportaggregat (12) eingespeist.
Im Vergasungsreaktor (16) erfolgt die Vergasung des Ersatzreduktionsmittels (11) zu einem für den Hochofen (22) geeigneten Reduktionsgas (19), das falls erforderlich in einer dem Vergasungsreaktor (16) nachgeordneten Kühlvorrichtung (20) gekühlt werden kann und dann über die Rohrleitung (21) dem Hochofen (22) bzw. dessen Blasformen zugeführt wird.
Die bei der Vergasung anfallenden Vergasungsrückstände (24) verlassen den Vergasungsreaktor (16) über eine Austragsvorrichtung (18).
Falls erforderlich, kann vor oder nach der Kühlvorrichtung (20) eine Gasreinigungsanlage (in der Zeichnung nicht dargestellt) zur Reinigung des Reduktionsgases von den den Hochofenbetrieb störenden Bestandteilen angeordnet werden.
Die Beheizung des Vergasungsreaktors (16) erfolgt
  • a) mittels eines zugeführten Brennstoffs (13) oder einer Mischung verschiedener Brennstoffe in einer Brennkammer des Vergasungsreaktors (16) und/oder
  • b) durch aus der Heißwinderzeugung abgekoppelte Wärme (14) und/oder
  • c) durch Gichtgas (23), das in einer Verbrennungsvorrichtung (17) verbrannt und als Verbrennungswärme (15) anfällt.
    • Durch entsprechende Mess- und Regeleinrichtungen (in der Zeichnung nicht dargestellt), lässt sich die Vergasung im Vergasungsreaktor (16) individuell auf den aufgegebenen Einsatzstoff einstellen, wodurch im Zusammenwirken mit der Aufbereitungsanlage und gegebenenfalls mit einer Gasreinigungsanlage auch aus schwierig aufzubereitenden Stoffen, wie beispielsweise Abfallstoffgemischen (Kunststoffmüll, getrocknete Klärschlämme, etc.) ein brauchbares Reduktionsgas (19) erzeugt werden kann. Hierbei ist es auch möglich, gleichzeitig mehrere unterschiedliche Stoffe zu vergasen, wenn die vorhandene Mess- und Regeltechnik für diese Aufgabenstellung entsprechend ausgelegt ist.
    Das in der Zeichnungsfigur dargestellte Ausführungsbeispiel lässt sich problemlos bei Neuanlagen ausführen oder in eine vorhandene Hochofenanlage integrieren, wobei je nach der Beschaffenheit der zu vergasenden Einsatzstoffe auch noch zusätzliche Anlagenteile wie Kühlvorrichtung, Gichtgasverbrennungseinrichtung, Aufbereitungsanlage entfallen können.

    Claims (7)

    1. Verfahren zur Reduktion von Eisenerz im Hochofen zu Roheisen mit Hilfe von Kohlenstoff, wobei eine Teilmenge des Kohlenstoffs dem Eisenerz in Form von Koks zugemischt wird, der die Auflockerung und Stützung der Schüttgutsäule und damit deren Durchgasung im Hochofen sicherstellt und die restliche Kohlenstoffteilmenge als "Ersatzreduktionsmittel" in den Hochofen eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte, das "Ersatzreduktionsmittel" (11) bildende Kohlenstoffteilmenge vor ihrer Einblasung in den Hochofen (22) in einem vom Hochofen (22) räumlich getrennt angeordneten Vergasungsreaktor (16) durch Vergasung in ein Stickstoffarmes oder stickstofffreies Reduktionsgas (19) umgewandelt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass das im Vergasungsreaktor (16) erzeugte Reduktionsgas (19) in seiner Temperatur so eingestellt wird, dass es in Rohrleitungen (21) mit oder ohne feuerfeste Auskleidungen zum Hochofen (22) transportiert werden kann.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Vergasung der Ersatzreduktionsmittel (11) im Vergasungsreaktor (16) benötigte Energie durch die Verbrennung eines Brennstoffs (13) und/oder durch Gichtgasverbrennung (15) und/oder durch Auskopplung von Wärme aus der Heißwinderzeugung (14) aufgebracht wird, und die Vergasungsreaktion durch Sauerstoff, der bisher dem Heißwind zugesetzt wurde, gefördert wird.
    4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Reduktionsgasmenge (19) um die eingesparte Stickstoffmenge erhöht wird, die bei der sonst üblichen Einblasung von Kohlenstoffträgern in den Hochofen (22) im Reduktionsgas (19) enthalten ist.
    5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Ersatzreduktionsmittel (11) Feinkohle verwendet wird.
    6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Ersatzreduktionsmittel (11) kohlenstoffhaltige Abfallprodukte, wie beispielsweise Klärschlamm, Kunststoffabfälle, Autoreifen etc. verwendet werden.
    7. Anlage zur Reduktion von Eisenerz im Hochofen (22) zu Roheisen mit Hilfe von Kohlenstoff, wobei eine Teilmenge des Kohlenstoffs dem Eisenerz in Form von Koks zugemischt wird, der die Auflockerung und Stützung der Schüttgutsäule und damit deren Durchgasung im Hochofen (22) sicherstellt und die restliche Kohlenstoffteilmenge als "Ersatzreduktionsmittel" in den Hochofen (22) eingeblasen wird, zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch,
      einen außerhalb des Hochofens (22) angeordneten Vergasungsreaktor (16), der über Rohrleitungen (21) mit dem Hochofen (22) verbunden ist, zur Einleitung der im Vergasungsreaktor (16) erzeugten Reduktionsgase (19) in den Hochofen (22),
      falls erforderlich einer Kühlvorrichtung (20), die dem Vergasungsreaktor (16) nachgeordnet ist, zur Kühlung der Reduktionsgase (19) auf eine für ihren Transport zum Hochofen (22) günstige Temperatur,
      eine dem Vergasungsreaktor (16) vorgeschaltete Aufbereitungsanlage (10), in der die zum Einsatz gelangenden Ersatzreduktionsmittel (11) auf die Kohlenstoffkonzentration aufbereitet werden.
    EP99100539A 1998-01-23 1999-01-13 Verfahren und Anlage zur Reduktion von Eisenerz im Hochofen Ceased EP0931840A1 (de)

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    DE19802338 1998-01-23

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