FI93027C

FI93027C - Method and apparatus for making iron

Info

Publication number: FI93027C
Application number: FI930864A
Authority: FI
Inventors: Hans Elvander; Rolf Malmstroem
Original assignee: Ahlstroem Oy
Priority date: 1993-02-26
Filing date: 1993-02-26
Publication date: 1995-02-10
Also published as: WO1994019497A1; ZA94772B; CN1121358A; FI930864A0; JPH08506858A; TW260711B; AU5885494A; KR960701224A; FI930864A; EP0686204A1; CA2156631A1; AU673049B2; BR9406272A; FI93027B

Description

9302793027

FÖRFARANDE OCH ANORDNING FÖR FRAMSTÄLLNING AV JÄRN MENETELMÄ JA LAITE RAUDAN VALMISTAMISEKSIPROCEDURE AND DEVICE FOR MANUFACTURING IRON MENETELMÄ JA LAITE RAUDAN VALMISTAMISEKSI

Föreliggande uppfinning hänför sig tili ett förfarande och en anordning för framställning av järn medelst smältre-duktion av slig eller förreducerad slig i smältbad i en reaktor t.ex. en konverter, varvid slig eller förreducerad 5 och delvis smält slig och kolhaltigt reduktionsmedel, säsom koi tillföres smältbadet, som bestär av ett smält järnbad och ett därpä flytande slaggbad; syrgasinnehällande gas, säsom het luft, bläses i en efterförbränningszon, en s.k. post combustion zone, medelst lansar mot slaggbadet för 10 ästadkommande av en förbränning av avgäende reduktionsgaser för uppvärmning av smältbadet; och bildade heta avgaser leds ut genom en utloppsöppning anordnad i konverterns tak.The present invention relates to a method and apparatus for producing iron by melt reduction of sieve or pre-reduced sieve in a melt bath in a reactor e.g. a converter, wherein silt or pre-reduced and partially melted sieve and carbonaceous reducing agent, such as koi, is supplied to the melt bath, which consists of a molten iron bath and a liquid slag bath thereon; oxygen-containing gas, such as hot air, is blown into a post-combustion zone, a so-called. post combustion zone, by means of lances against the slag bath for providing a combustion of exhaustive reducing gases for heating the melt bath; and formed hot exhaust gases are discharged through an outlet opening arranged in the roof of the converter.

Erfarenheter frän försök pä olika häll i världen med 15 smältreduktion av slig i smältbad visar att tegelslitaget ovanför och ett stycke under slaggbadsytan är ett stort problem.Experience from experiments on various hobs in the world with 15 melt reduction of silt in melt bath shows that the brick wear above and a piece below the slag bath surface is a major problem.

Vid efterförbränningen ovanom slaggytan inmatas strälar av 20 förvärmd luft eller t.ex. ren syrgas via lansar sä att en kraftig agitation av slaggen uppstär. Slaggdroppar, som bl.a. innehäller en hög hait av FeO fäs att stänka upp i ; gasfasen i efterförbränningszonen. Detta ger en mycket god värmeövergäng mellan heta förbränningsgaser och slaggdrop-25 parna, säsom avsikten är. Samtidigt kommer emellertid en hei del slaggdroppar med hög FeO hait att slungas uppät och utät och träffa tegelinfodringen i konverterns tak och väggar. Dropparna vars temperatur pä grund av förbränningen är betydligt högre än själva smältbadet förorsakar upplös-30 ning av tegelinfodringen, slitage och därmed Stora skador. Slitaget kan i värsta fall utgöra t.o.m. 1,5 mm/h under processens gäng, vilket skulle ge konverterns infodring en livslängd pä bara 1200 timmar 2 93027 För att motverka slitage och skador har man prövat använda kyIda väggar i konvertrarna. Man har t.ex. använt konvert-rar helt och hället byggda av vattenkylda paneler och konvertrar där tegelinfodringen försetts med kanaler för 5 kylande gas. En kylning av hela konvertern, tak säväl som väggar medför emellertid Stora värmeförluster, som mäste kompenseras.In the post-combustion above the slag surface, rays of preheated air or e.g. pure oxygen via lances so that a strong agitation of the slag arises. Slag drops, such as contains a high amount of FeO solid to be sprinkled in; the gas phase in the post-combustion zone. This provides a very good heat transfer between hot combustion gases and the slag droplets, as intended. At the same time, however, a large number of slag droplets with high FeO hait will be thrown up and eaten and hit the brick lining in the converter roof and walls. The droplets whose temperature due to the combustion is considerably higher than the melt bath itself cause the disintegration of the brick lining, wear and thus major damage. In the worst case, the wear can be even 1.5 mm / h during the process thread, which would give the converter's lining a life of only 1200 hours. In order to counteract wear and damage, cool walls have been tried in the converters. For example, one has used converters entirely and poured constructed of water-cooled panels and converters where the brick lining is provided with ducts for cooling gas. A cooling of the entire converter, roofs as well as walls, however, entails Large heat losses, which must be compensated.

Den föreliggande uppfinningen har som avsikt att ästadkomma 10 en förbättring av den ovan beskrivna smältreduktionsproces-sen och anordningen.The present invention aims to provide an improvement of the melt reduction process and apparatus described above.

Uppfinningen har som avsikt speciellt att minska slitaget och förbättra hällbarheten av reaktorer säsom konvertrar i 15 smältreduktionsprocesser.The invention aims, in particular, to reduce wear and improve the pourability of reactors such as converters in melt reduction processes.

Uppfinningen har ytterligare som avsikt att ästadkomma en smältreduktionsprocess i vilken högre temperaturer än tidigare kan tillätas i efterförbränningszonen.The invention further aims to provide a melt reduction process in which higher temperatures than before can be allowed in the post-combustion zone.

20 Förfarandet enligt uppfinningen kännetecknas därmed av, att - syrgas innehällande gas inbläses i konvertern inom en frän reaktorns väggar medelst kylda paneler avskärmad ! efterförbränningszon, sä att vid inbläsningen uppstänkande 25 slagg- och metalldroppar hindras frän att i gasfasen nä reaktorns okylda väggar.The process according to the invention is thus characterized in that - oxygen-containing gas is injected into the converter within the walls of a reactor by means of cooled panels shielded! post-combustion zone, so that, during blow-in, sprinkling slag and metal droplets are prevented from entering the reactor's uncooled walls during the gas phase.

Anordningen för framställning av järn medelst smältreduk-tion av slig är kännetecknad därav, att 30 - en av kylda paneler formad avskärmning är anordnad att avskärma efterförbränningszonen frän reaktorns tegelväggar eller liknande i ett omräde mellan slaggbadet och utloppet för avgaser.The apparatus for producing iron by means of melt reduction of the sieve is characterized in that a shielding formed by cooled panels is arranged to shield the post-combustion zone from the brick walls of the reactor or the like in an area between the slag bath and the exhaust gas outlet.

35 Efterförbränningen kommer enligt uppfinningen att ske i ett 3 93027 utrymme avskärmat medelst kylda paneler frän övriga delar av reaktorn. Panelen eller panelerna hindrar heta smälta droppar, som stänker upp i gasfasen vid efterförbränningen, frän att nä reaktorns tegelväggar. Panelen, som t.ex. kan 5 vara vatten-, gas- eller ängkyld, motstär själv slitaget frän dessa droppar betydligt bättre än den okylda tegelväg-gen. Panelen kan pä sin yttre sida vara försedd med ett värmeisolerande skikt för att hindra onödig avkylning i övriga delar av reaktorn. Visserligen bildas i de fiesta 10 fall ett skyddskikt pä panelerna redan av stelnade droppar.The post-combustion will according to the invention take place in a space shielded by cooled panels from other parts of the reactor. The panel (s) prevents hot molten droplets, which splash into the gas phase during post-combustion, from reaching the reactor's brick walls. The panel, such as can be water-, gas- or meadow-cooled, withstands the wear itself from these drops considerably better than the uncooled brick wall. The panel may be provided on its outer side with a heat-insulating layer to prevent unnecessary cooling in other parts of the reactor. Admittedly, in most cases, a protective layer on the panels is already formed from solidified droplets.

Den kylda panelen är fördelaktigt formad, som en mellan slaggytan och gasutloppet koncentriskt med denna anordnad 15 upprätt cylinder. Cylindern omger därvid efterförbrännings-zonen i reaktorn. Den kylda panelen kan vid behov vidgas nedtill eller upptill, sä att den avskärmade zonen fär formen av en stympad kon. Dä man använder luft vid efterförbränningen kan gasvolymerna t.ex. bli sä stora att det 20 är fördelaktigt att vidga det av panelerna avskärmade omrädet nedtill. Avskärmningen kan även ha ett fyrkantigt, rektangulärt eller t.ex. sexkantigt tvärsnitt. Dä utformas avskärmningen av plana vattenkylda paneler eller membran-väggar, vilket vid framställningen kan utgöra en fördel.The cooled panel is advantageously shaped, such as an upright cylinder between the slag surface and the gas outlet, arranged thereon. The cylinder then surrounds the post-combustion zone in the reactor. If necessary, the cooled panel can be widened at the bottom or at the top, so that the shielded zone takes the form of a truncated cone. When using air in the post-combustion, the gas volumes can e.g. be so large that it is advantageous to widen the area shielded by the panels at the bottom. The shield may also have a square, rectangular or e.g. hexagonal cross section. There, the shielding is formed of flat water-cooled panels or membrane walls, which can be an advantage in the manufacture.

2525

De kylda panelerna är fördelaktigt fästade i reaktorns tak. Vid behov kan öppningar anordnas i Övre delen av panelen eller mellan panelen och reaktorns tak, sä att även gaser som bildas utanför den avskärmade delen kan strömma tili : 30 gasutloppet. Eventuellt kunde dessa gaser ledas ut ur reaktorn genom ett separat gasutlopp.The cooled panels are advantageously attached to the roof of the reactor. If necessary, openings can be provided in the upper part of the panel or between the panel and the roof of the reactor, so that gases formed outside the shielded part can flow to the gas outlet as well. Possibly, these gases could be discharged from the reactor through a separate gas outlet.

Den nedre kanten av de kylda panelerna kan i vissa fall tillätas nä slaggytan. En springa mellan slaggytan och 35 panelerna eller öppningar i panelernas nedre delar tilläter 4 93027 gaser vid behov att strömma frän omrädet utanför efterför-bränningszonen via den avskärmade zonen tili gasutloppet.The lower edge of the cooled panels may in some cases be allowed near the impact surface. A gap between the impact surface and the panels or openings in the lower portions of the panels allows gases to flow from the area outside the post-combustion zone, if necessary, via the shielded zone to the gas outlet.

Dä uppfinningen utnyttjas i processer med förreduktion och 5 delvis smältning av irunatad slig, i en av kylda paneler byggd flamkammare anordnad ovanom smältbadsreaktorn, kan man enkelt förlänga nedre delen av flamkammarens kylda panelväggar, sk att de helt eller delvis när slaggytan i reaktorn. Efterförbränningszonen kan dä förlängas tili den 10 nedre delen av flamkammaren.Where the invention is utilized in processes of pre-reduction and partial melting of irrigated sieve, in a flame chamber built of cooled panels located above the melting bath reactor, one can easily extend the lower part of the chilled panel walls of the flame chamber, so that they fully or partially reach the slag surface in the reactor. The post-combustion zone can then be extended to the lower part of the flame chamber.

I ovannämnda process inmatas den vid efterförbränningen behövliga syrgashaltiga gasen fördelaktigt tangentiellt medelst en eller flere lansar in i konvertern, sä att 15 uppätströmmande heta gaser redan i den avskärmade delen av reaktorn bildar en virvel och därmed underlättar virvel-bildningen i flamkammaren.In the aforementioned process, the oxygen-containing gas needed for post-combustion is advantageously introduced tangentially by one or more lances into the converter, so that hot-flowing hot gases already form in the shielded part of the reactor and thus facilitate the vortex formation in the flame chamber.

Uppfinningen skall i det följande beskrivas närmare med 20 hänvisning tili bifogade ritning, som visar schematiskt en anläggning för smältreduktion av järnslig enligt uppfinningen.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawing, which schematically shows a plant for the reduction of ferrous melt according to the invention.

Anläggningen i figuren visar en konverter 10, för smältre- • · 25 duktion av förreducerad smält slig. Konvertern är invändigt infodrad med tegel 11. Konverterns gasutlopp 12 är anslutet tili en flamkammare 14, för förreduktion och smältning av slig. Flamkammaren har vattenkylda membranväggar 15. En reaktor 16 med t.ex. en fluidiserad bädd är anordnad pk 30 flamkammaren för förvärmning av sligen.The plant in the figure shows a converter 10, for melt reduction of pre-reduced melt. The converter is lined internally with brick 11. The converter's gas outlet 12 is connected to a flame chamber 14, for pre-reduction and melting of sieve. The flame chamber has water-cooled membrane walls 15. A reactor 16 with e.g. a fluidized bed is provided pk the flame chamber for preheating.

Slig inmatas i reaktorns 16 reaktorkammare 17 via ett inlopp 18. Heta gaser frän flamkammaren inmatas via en öppning 20 i reaktorns botten. Sligen förvärms med avgaser-3 5 na i reaktorkammaren och strömmar med de uppätgäendeSlig is fed into the reactor chamber 17 of the reactor 16 via an inlet 18. Hot gases from the flame chamber are fed through an opening 20 in the bottom of the reactor. Thus, the exhaust gas is preheated in the reactor chamber and flows with

IIII

5 93027 gaserna via reaktorns övre del till en partikelseparator 22. En del av den förvärmda sligen äterförs till reaktor-kammaren, medan en del leds via en kanal 24 in i flamkamma-ren. Kolhaltigt reduktionsmedel 26 inmatas samtidigt i 5 flamkammaren.The gases are passed through the upper part of the reactor to a particle separator 22. A portion of the preheated sieve is fed back to the reactor chamber, while a portion is passed through a channel 24 into the flame chamber. Carbonaceous reducing agent 26 is simultaneously fed into the flame chamber.

I flamkammaren förreduceras och smälter den förvärmda sligen och flyter nedät till konvertern för slutlig reduktion av järnoxiden i konverterns smältbad 28, 30. Smältba-10 det bestär av ett järnbad 28 pk konverterns botten och ett slaggbad 30 pk järnbadet. Koi 32 och het blästerluft 34 inmatas i konvertern via öppningar i dess botten. Järn och slagg uttas via uttaget 36 i konverterns sida.In the flame chamber, the preheated sieve is pre-reduced and flows downstream to the converter for final reduction of the iron oxide in the converter's melt bath 28, 30. The melt bath consists of an iron bath 28 hp the bottom of the converter and a slag bath 30 hp the iron bath. Koi 32 and hot blast air 34 are fed into the converter via openings in its bottom. Iron and slag are extracted via the outlet 36 in the side of the converter.

15 För ökad värmeöverföring tili smältbadet inmatas syrgasin-nehällande gas, säsom varm blästerluft i en efterförbrän-ningszon 37, via lansar 38 anordnade ovanom slaggytan 40. Lansarna inbläser blästerluften tangentiellt sä att de uppätgäende gaserna bildar en virvel och därigenom under-20 lättar virvelbildningen i flamkammaren. Blästerluften ästadkommer kraftig turbulens i slaggbadet samtidigt som reducerande gaser förbränns under värmeutveckling. Den kraftiga turbulensen ästadkommer i efterförbränningszonen .' en god värmeövergäng mellan gasfas och uppstänkande slagg- 25 och metalldroppar.For increased heat transfer to the melt bath, oxygen-containing gas, such as hot blast air in a post-combustion zone 37, is introduced via lances 38 disposed above the slag surface 40. flame chamber. The blistering air causes severe turbulence in the slag bath at the same time as reducing gases are burned during heat generation. The severe turbulence occurs in the post-combustion zone. ' a good heat transfer between gas phase and sprinkling slag and metal droplets.

Enligt uppfinningen har efterförbränningszonen i konvertern avskärmats medelst kyIda paneler 42. Panelerna har bildats genom att förlänga flamkammarens kyIda väggar 15 nedät in *: 30 i konvertern.In accordance with the invention, the post-combustion zone of the converter has been shielded by chilled panels 42. The panels have been formed by extending the chilled walls of the flame chamber downwards into *: 30 in the converter.

I den i figuren visade processen sker slutreduktionen medelst i metallskiktet löst koi. Varm blästerluft används för efterförbränningen, som tillför energi säväl tili 35 slaggskiktet 30 som metallskiktet 28. Slaggskiktet är lägt 6 93027 jämfört med järnskiktet.In the process shown in the figure, the final reduction takes place by means of dissolved koi in the metal layer. Hot blast air is used for the post-combustion, which supplies energy to both the slag layer 30 and the metal layer 28. The slag layer is located 6 93027 compared to the iron layer.

Andra motsvarande smältbadsprocesser kan använda syrgas vid efterförbränningen, ha betydligt högre slaggskikt än 5 järnskikt och injektera hela kolmängden uppifrän i gasfasen eller slaggskiktet. I dessa processer tillför efterförbränningen energi närmast tili det jäsande slaggskiktet. Reduktionen sker genom kokspartiklar och järndroppar suspenderade i slaggen.Other corresponding melt bath processes can use oxygen in the post-combustion, have significantly higher slag layers than iron layers and inject the entire amount of carbon from the top into the gas phase or slag layer. In these processes, the post-combustion adds energy almost to the fermenting slag layer. The reduction takes place through coke particles and iron drops suspended in the slag.

1010

Användningen av luft vid efterförbränningen ger tack väre luftens stora hait av kväve en mindre äteroxidation av järn jämfört med processer som använder ren syrgas. 70 % av syret utnyttjas i processer som använder luft medan enbart 15 40 % av syret utnyttjas i processer som använder syrgas.The use of air in the post-combustion, thanks to the large amount of nitrogen in the air, gives a less ether oxidation of iron compared to processes using pure oxygen. 70% of the oxygen is used in processes using air, while only 40% of the oxygen is used in processes using oxygen.

Användning av luft tenderar dessutom tili att dämpa skum-bildning i slaggskiktet, vilket är en fördel. Dä luften dessutom ästadkommer en betydligt starkare turbulens i slaggskiktet, leder användningen av luft tili en intensiv 20 kontakt mellan gas- och slaggfas. Användningen av avskär-mande kylda ytor kring efterförbränningszonen gör det möjligt att utnyttja ovan nämnda intensiva turbulens i konvertern.In addition, the use of air tends to dampen foam formation in the slag layer, which is an advantage. Furthermore, where the air produces a much stronger turbulence in the slag layer, the use of air leads to an intensive contact between gas and slag phase. The use of shielded cooled surfaces around the post-combustion zone makes it possible to utilize the above-mentioned intense turbulence in the converter.

• 25 Uppfinningen är icke avsedd att begränsas tili den ovan med hänvisining tili bifogade ritning beskrivna utföringsformen i vilken uppfinningen närmast beskrivits i samband med smältreduktion i en process med förreduktion i flamkammare. Uppfinningen kan likaväl utnyttjas i olika konverter ; 3 0 processer. Utförandet av uppfinningen kan varieras pä mänga olika sätt inom ramen för den i efterföljande patentkrav angivna uppfinningstanken.The invention is not intended to be limited to the embodiment described above with reference to the accompanying drawing, in which the invention has most recently been described in connection with melt reduction in a process of pre-reduction in flame chambers. The invention can also be utilized in various converters; 3 processes. The embodiment of the invention can be varied in many different ways within the scope of the inventive idea set forth in the following claims.

Il .Il.

Claims

1. A process for preparing iron by melt reduction of slig or pre-reduced slig in melt bath in a reactor e.g. a converter, wherein - or pre-reduced and partially melted sieve and carbonaceous reducing agent such as koi is supplied to the melt bath, consisting of a molten iron bath and a liquid slag bath thereon; 10. Oxygen containing gas, such as hot air, is blown into a so-called. post combustion zone, by means of one or more lances against the slag bath for combustion of exhaust reducing gases and heating of the melt bath; and - during the combustion, hot exhaust gases are discharged through an outlet opening arranged in the roof of the reactor, characterized therein. - the oxygen-containing gas is injected into the reactor within the walls of a reactor by means of cooled panels shielded post-combustion zone, so that during the blow-in, sprinkling slag and metal droplets are prevented from entering the reactor's uncooled walls during the gas phase.

Method according to claim 1, characterized in that. being fed into the reactor via a flame chamber arranged concentrically above the exhaust opening for the exhaust gas, whereby the exhaust gases from the reactor are led to the flame chamber for the ethereal tone, partially melting and pre-reducing it, in the flame chamber. 30

Method according to claim 2, characterized in that. that the supply of hot oxygen-containing gas occurs tangentially so that the exhaust gases in the post-combustion zone and the flame chamber form an opaque vortex. 35

Method according to claim 2, characterized in that. 8 93027, the exhaust gases from the flame chamber are directed to a reactor arranged above the flame chamber, for preheating the sieve, which is to be fed into the flame chamber.

5. A method according to claim 1, characterized in that. the post-combustion zone is shielded from the walls of the reactor by water-cooled panels.

6. Apparatus for producing iron by melt reduction of sieve or pre-reduced sieve in melt bath in a reactor e.g. a converter (10), wherein the melt bath consists of a molten iron bath (28) and a floating slag bath (30), and wherein the reactor has - one or more inlets for sieve or pre-reduced and partially melted sieve and one or more inlets for carbonaceous reducing agent such as koi, - one or more hot gas lances (38) for introducing oxygen-containing gas, such as hot air, into a so-called post combustion zone (37) (post combustion zone) in the reactor above the slag surface (40), to provide a combustion of exhaust reducing gases and to heat the melt bath; and - at least one gas outlet (12) for hot exhaust gases formed during the post-combustion arranged in the roof of the reactor above the post-combustion zone, characterized therein. - a shielding formed by cooling panels (42) is arranged to shield the post-combustion zone (37) from the brick walls (11) of the reactor in an area between the slag bath (30) and the exhaust gas outlet (12).

Device according to claim 6, characterized in that. that the shield is formed by a standing cylindrical panel surface (42) arranged concentrically with the gas outlet (12). 35 9 93027

7 93027

8. Device according to claim 6, characterized in that. that the shield is formed by a panel surface which is in the form of a standing truncated cone and is arranged concentrically with the gas outlet. 5

9. Device according to claim 6, characterized in that. that the shielding is formed by flat panel surfaces.

10. Device according to claim 6, characterized in that. 10, the upper part of the shielding is arranged around the gas outlet (12) in the roof of the reactor.

11. Device according to claim 6, characterized in that. the lower part of the shield reaching the impact surface (40). 93027 10