SK286892B6 - Spôsob a zariadenie na výrobu surového železa alebo tekutých oceľových polotovarov zo vsádzok obsahujúcich železnú rudu - Google Patents

Abstract

Je opísaný spôsob výroby surového železa alebo tekutých oceľových polotovarov vo vysokej peci, pričom aspoň z čiastkového prúdu vysokopecného plynu vystupujúceho z redukčnej šachtovej pece (1) sa odstráni CO2, prípadne sa neúplným spaľovaním s kyslíkom ohreje a ako redukčný plyn sa zavedie do vysokej pece (26). Zariadenie spočíva v tom, že aspoň jedno vedenie (25) na zavedenie teplého vysokopecného plynu je vytvorené v spodnej oblasti šachty vysokej pece (26).

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu výroby surového železa alebo tekutých oceľových polotovarov vo vysokej peci, pričom aspoň z jedného čiastkového prúdu vysokopecného plynu, vystupujúceho z redukčnej šachtovej pece, sa odstráni CO₂, prípadne sa ohreje a ako redukčný plyn sa zavedie do vysokej pece, a taktiež zariadenia na uskutočnenie tohto spôsobu.

Doterajší stav techniky

Tento spôsob je známy z DE 4421673 Al. Pri tomto spôsobe sa vysokopecný plyn po odstránení CO₂ zmieša s horúcim dusíkom alebo s horúcim plynom obsahujúcim dusík a argón a tým sa ohreje na teplotu cez 800 °C. Pritom sa ohriaty a CO₂ zbavený vysokopecný plyn privádza do vysokej pece horúcim okružným vzduchovodom. Ohrev vysokopecného plynu sa pritom musí uskutočňovať mimoriadne rýchlo za eliminácie reakcie plynného CO podľa Boudouardovej rovnováhy, prípadne za eliminácie reakcie plynného H₂ podľa heterogénnej reakcie vodného plynu, čím vznikajú značné požiadavky na vedenie procesu a na zariadenie.

Spôsob priamej redukcie železných rúd je opísaný v US 3954444 Al. Pri ňom sa zo šachtovej pece odťahuje časť redukčného plynu, upravuje sa a následne sa opäť privádza do šachtovej pece. Vo zvláštnej podobe uskutočnenia sa pritom redukčný plyn môže dopravovať ako redukčný prostriedok do vysokej pece. Tiež v tomto spôsobe je regenerácia vysokopecného plynu ťažká a kladie značné požiadavky na vedenie procesu a zariadenie.

Podstata vynálezu

Z hľadiska stavu techniky je úlohou vynálezu vyvinúť spôsob a taktiež zariadenie na uskutočnenie spôsobu, ktorými sa v porovnaní so stavom techniky dosiahne zlepšená energetická bilancia a taktiež zlepšené vedenie procesu.

Stanovená úloha sa podľa vynálezu vo vzťahu k spôsobu vyrieši znakmi význakovej časti nároku 1 a vo vzťahu k zariadeniu sa vyrieši znakmi význakovej časti nároku 5.

Ako šachta je odborníkmi označovaný horný zrezaný kužeľ vysokej pece, ktorý tvorí tri pätiny jej výšky.

Rozhodujúce výhody vo vedení spôsobu sa v porovnaní so stavom techniky docielia význakovou časťou podľa vynálezu, podľa ktorého sa ohriaty vysokopecný plyn zavádza do spodnej oblasti šachty vysokej pece.

Vynález najmä spočíva v úplnom ďalšom využití vysokopecného plynu zo šachtovej pece. Pritom sa vysokopecný plyn zo šachtovej pece znovu využíva najmä s ohľadom na svoje redukčné vlastnosti. Jeden čiastkový prúd tohto vysokopecného plynu sa pritom môže podľa spôsobu podľa vynálezu zaviesť do vysokej pece, naproti tomu ďalší čiastkový prúd sa môže použiť napríklad na výrobu energie. Podstatné však je, že sa vysokopecný plyn odťahuje po prechode šachtovou pecou. Spôsobom podľa vynálezu sa v porovnaní so stavom techniky dosahuje viac efektívny ohrev vysokopecnej vsádzky v šachtovej peci, ktorý predstavuje podstatné kritérium na prevádzku.

Podľa zvlášť prednostného uskutočnenia vynálezu sa všetok vysokopecný plyn zo šachtovej pece zavádza do vysokej pece.

Ďalej sa niektorým podľa vynálezu uvádzaným prívodom plynu nad rozporom termicky odľahčí rozpor a zarážka a zlepší sa permeabilita plynu v tejto oblasti a odvodnenie tekutej fázy.

Miesto prívodu vysokopecného plynu je pritom v spodnej oblasti šachty vysokej pece definované v podstate podľa zloženia vysokopecného plynu používaného pri spôsobe.

Podľa každého vysokopecného plynu, ktorý má zvláštne charakteristické zloženie podľa spôsobu z ktorého pochádza, sa musí za známych rámcových podmienok zistiť miesto zavedenia plynu do šachty vysokej pece, ktoré umožňuje prevádzku vysokej pece optimalizovať.

O citovanom mieste na šachte vysokej pece, na ktorom sa do vysokej pece zavádza vysokopecný plyn, možno uviesť nasledujúce:

Miesto zavedenia sa všeobecne nachádza nad kohéznou zónou, prípadne nad zónou priamej redukcie, a tým tiež na šachte vysokej pece. Poloha miesta zavedenia vysokopecného plynu na šachte vysokej pece je stanovená tak podľa teploty a zloženia vysokopecného plynu, ako aj podľa chodu vysokej pece. Pritom je rozhodujúci účinok, ktorý sa zavedením vysokopecného plynu dosahuje.

Čo sa toho týka, spočíva na nastavenie zloženia vysokopecného plynu rozhodujúci účinok vysokopecného plynu na vsádzku vo vysokej peci tak vo zvýšení podielu nepriamej redukcie prívodom redukčného plynu, pričom sa v rovnakom rozsahu znižuje podiel priamej redukcie, ktorá vo vysokej peci vedie k neočakávanej spotrebe uhlíka a k silnému energetickému zaťaženiu procesu , ako aj v zreteľne vyššej rýchlosti ohrevu a tým v menšom rozpade rudy a taktiež s tým spojených väčších reakčných objemoch v šarži vysokej pece.

Podľa prednostného uskutočnenia vynálezu je teplota vysokopecného plynu pred vstupom do vysokej pece vyššia ako 750 °C, prednostne je medzi 750 °C a 1 100 °C, výhodne medzi 800 °C a 920 °C a predovšetkým výhodne medzi 820 °C a 880 °C, pričom sa tento plyn zavádza na redukciu vo vysokej peci na spodnom konci šachty vysokej pece.

Pritom sa na mieste zavedenia plynu do jestvujúcich, stavu techniky zodpovedajúcich vysokých pecí dosahujú vo vonkajších vrstvách šarže vysokej pece teploty až 1 100 °C, vo výhodnom uskutočnení menej ako 1 000 °C a v predovšetkým výhodnom uskutočnení menej ako 900 °C.

Podľa predovšetkým výhodnej podoby uskutočnenia sa pri spôsobe výroby surového železa alebo tekutých polotovarov ocele uskutočňuje splynovačom redukovanie častice železa na surové železo a pritom sa vytvára redukčný plyn. Tento redukčný plyn je najmä vhodný na nasledujúce použitie v redukčnej šachtovej peci a ďalej slúži ako základ pre vysokopecný plyn, ktorý sa v zmysle vynálezu zavádza do spodnej oblasti šachty vysokej pece.

Podľa ďalšieho znaku vynálezu sa vysokopecný plyn zbavený CO₂ ohrieva neúplným spaľovaním na 800 °C.

Týmto spôsobom tak neúplným spaľovaním nastáva vo vysokopecnom plyne nastavenie obsahu CO₂/H₂O, zodpovedajúce, ako bolo uvedené, zloženie vysokopecného plynu zavádzaného do vysokej pece, najmä na zabránenie vylúčenia uhlíka vo vysokej peci. Zníženie výstupu jemného uhlíka pozitívne pôsobí na energetický obsah procesu.

Keď sa vychádza z predpokladu pre spôsob typického zloženia vysokopecného plynu, neznižuje sa zavedením vysokopecného plynu do vysokej pece v spodnej oblasti šachty vysokej pece len spotreba koksu, ale okrem toho sa tiež nastaví oxidačný stupeň zavedeného vysokopecného plynu na hodnotu v oblasti vysokej pece, kam sa má vysokopecný plyn zaviesť a týmto spôsobom sa optimalizuje prevádzka vysokopecného agregátu.

Ak bol vysokopecný plyn privádzaný už pomocou jestvujúceho horúceho okružného vzduchovodu a musel preto mať nízky obsah CO₂ a H₂O, je pri zavádzaní plynu na miesto pomocou jestvujúceho horúceho okružného vzduchovodu na šachte vysokej pece výslovne požadovaný vyšší obsah CO₂ a H₂O.

Opatreniami podľa vynálezu, pomocou ktorých sa vysokopecný plyn zbavený CO₂ ohrieva neúplným spaľovaním, sa nahradzujú postupové kroky podľa stavu techniky, podľa ktorých sa vysokopecný plyn ohrieva horúcim dusíkom alebo plynom obsahujúcim dusík alebo argón a zavádza sa vhodnejšia forma ohrevu vysokopecného plynu. Aspoň čiastočnou oxidáciou vysokopecného plynu nastane rozhodujúce zvýšenie teploty plynu. Tak sa síce opäť po predradenom, v stave techniky už známom odstránení CO₂, zvýši obsah CO₂ a H₂O vo vysokopecnom plyne, ale v rozsahu, ktorý je určený premenným pôsobením medzi zložením plynu a miestom zavedenia vysokopecného plynu na šachte vysokej pece. Zvýšenie podielu CO₂ a H₂O je okrem toho tak malé, že pokiaľ sa týka spôsobu podľa najbližšieho stavu techniky, nejde zaznamenať zreteľné zníženie redukčného výkonu.

Za výhody tohto spôsobuje ďalej považované:

Pomocou vzhľadom na stav techniky modifikovaným miestom prívodu plynu do vysokej pece je možné neúplným spaľovaním jednoducho ohrievať vysokopecný plyn na požadovanú teplotu, pretože podiely CO₂ a H₂O nepôsobia v zásade rušivo. Nevhodný ohrev vysokopecného plynu zmiešaním s horúcim plynným dusíkom alebo plynným argónom, aký je opísaný v stave techniky, je týmto spôsobom prekonaný. Zvýšenie podielu nepriamej redukcie vo vysokej peci vedie ku zreteľným úsporám energie, čím môže byť vysoká pec prevádzkovaná zreteľne lepšie tak z hľadiska energetického obsahu, ako aj množstva plynu.

Podľa ďalšieho znaku vynálezu sa vysokopecný plyn zbavený CO₂ prídavné ku svojmu neúplnému spaľovaniu ohrieva rekuperatívne a/alebo regeneratívne.

Pritom sa rekuperatívny a/alebo regeneratívny ohrev a neúplné spaľovanie prispôsobuje navzájom aj v nadväznosti na celý proces, čím sa získa predovšetkým efektívna a jednoduchá možnosť nastavenia obsahu CO₂/H₂O.

Ak sa stanoví miesto zavedenia redukčného plynu do vysokej pece, nastaví sa obsah CO₂/H₂O v redukčnom plyne cielenou zmenou parametrov odstraňovania CO₂ a/alebo predhrevom, a/alebo parciálnou oxidáciou prispôsobenou chodu vysokej pece.

Pomocou ohrevu vysokopecného plynu v dvoch stupňoch s rekuperatívnym a/alebo regeneratívnym predhrevom a nasledujúcim neúplným spaľovaním sa zabráni vzniku kovového prášku a taktiež vylúčenie prebytku uhlíka vo vysokej peci.

Podľa najmä prednostného uskutočnenia vynálezu sa vysokopecný plyn zbavený CO₂ a H₂O pred ďalším spaľovaním rekuperatívne alebo regeneračne predhrieva na teplotu medzi 300 a 600 °C, prednostne medzi 400 a 500 °C.

Týmto opatrením je možná mimoriadne priaznivá úprava procesu, ktorá sa vyznačuje práve výhodným zladením predhrevu s neúplným spaľovaním. Pomocou rekuperatívneho a/alebo regeneratívneho predhrevu sa môže ťažko, prípadne len minimálne zvýšiť obsah CO₂/H₂O vo vysokopecnom plyne, čo sa môže javiť ako výhodné v ďalšom postupe.

SK 286892 Β6

Prehľad obrázkov na výkresoch

V nasledujúcom je vynález bližšie objasnený na príklade uskutočnenia pomocou schematického obrázka zariadenia podľa vynálezu a taktiež priebehu spôsobu výroby surového železa alebo tekutých oceľových polotovarov zo vsádzok obsahujúcich železnú rudu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Do redukčnej zóny 2 zariadenia na priamu redukciu, vytvoreného ako redukčnú šachtovú pec 1, sa zhora cez prvý prívod 3 dávkuje kusová vsádzka obsahujúca oxid železa, prípadne spoločne cez druhý prívod 4 s privádzanou nespáliteľnou prísadou. Šachtová pec 1 je pripojená k splynovaču 5, v ktorom sa vyrába z uhlíkového nosiča a kyslíka obsahujúceho plynu redukčný plyn, ktorý sa privádza tretím prívodom 6 do šachtovej pece 1, pričom v treťom prívode 6 je umiestnený čistič plynu a/alebo chladič 7 plynu.

Splynovač 5 má štvrtý prívod 8 na pevné kusové nositele uhlíka, piaty prívod 9 na spätné vedenie prachu, šiesty prívod 10 na kyslík obsahujúci plyny a prívody 11,12 na nositele uhlíka, ktoré sú pri teplote okolia tekuté alebo plynné, ako uhľovodíky a taktiež na spáliteľné prísady. V splynovači 5 sa pod splynovacou zónou 13 zhromažďujú surové železo 14 a roztavená tekutá troska 15, ktoré sa odpichujú odpichmi 16,17.

V šachtovej peci 1 v redukčnej zóne 2 do železnej huby redukovaná kusová ruda sa spoločne s v redukčnej zóne 2 spáliteľnými prísadami prevádza cez prvé vedenie 18, spojujúce šachtovú pec 1 so splynovačom 5, do splynovača 5, napríklad pomocou neznázomených vyvážacích závitoviek.

Na hornej časti šachtovej pece 1 je pripojený odvod 19 na vysokopecný plyn vytvárajúci sa v redukčnej zóne 2. Tento vysokopecný plyn, ktorý má teplotu 200 až 400 °C, sa privádza cez čistič 20 plynu k práčke 21 CO₂ a pri jej výstupe má teplotu okolia. Chemické zloženie vysokopecného plynu je v podstate nasledujúce:

	CO2	CO	h2	N2 + zvyšok
objemové %	35	40	20	5

Po výstupe z práčky 21 CO₂ na vysokopecný plyn zbavený CO₂ v podstate má nasledujúce chemické zloženie:

	CO2	CO	h2	N2 + zvyšok
objemové %	2	60	30	8

Vysokopecný plyn sa ďalej privádza do rekuperátora alebo regenerátora 22, v ktorom sa ohrieva na teplotu 450 °C. Potom pokračuje vyčistený a v podstate CO₂ zbavený vysokopecný plyn do vykurovacieho reaktora 23, v ktorom sa neúplne spaľuje za prívodu tretím vedením 33 kyslíka obsahujúceho média, najmä čistého kyslíka. Pritom plyn docieli teplotu 850 °C. Čiastočne spálený plyn má v podstate nasledujúce zloženie:

	CO2	CO	h2	N2 + zvyšok
objemové %	5	58	29	8

Ohriaty vysokopecný plyn sa privádza cez druhé vedenie 24 k prstencovému vedeniu 25 vysokej pece 26 a do vysokej pece 26 sa zavádza v spodnej oblasti šachty vysokej pece 26. Do vysokej pece 26, ktorá môže byť ľubovoľného jestvujúceho typu, sa cez deviaty prívod 27 zhora privádza oxid železa, koks a prísady. Roztavené surové železo 28 a roztavená troska 29 sa odvádza zvyčajným spôsobom odpichmi 30, 31 vysokej pece 26. Teplý dúchaný vzduch sa privádza prívodmi 32 teplého vzduchu.

Pri tomto spôsobe a taktiež na tomto zariadení sa podľa vynálezu získajú nasledujúce výhody:

- Predovšetkým efektívne rozšírenie kapacity výroby železa pri už existujúcich vysokých pecí 26 spôsobom priamej redukcie, pretože vysokopecný plyn zo spôsobu priamej redukcie sa výhodne používa vo vysokej peci 26 a tak dochádza ku zhodnoteniu pri spôsobe priamej redukcie vznikajúceho vysokopecného plynu k prídavnej výrobe surového železa v existujúcej vysokej peci 26.

- Rast výkonu vysokej pece zvýšením redukčného stupňa prostredníctvom nepriamej redukcie vysokopecnej vsádzky a tým zlepšenie využitia tepla na zarážke a v oblasti ohniska vysokej pece 26.

- Efektívna kalcinácia kusových prísad, ak sa tieto vo vysokej peci 26 používajú.

Claims (7)

1. Spôsob výroby surového železa alebo tekutých oceľových polotovarov zo vsádzok obsahujúcich železnú rudu, pričom aspoň z jedného čiastkového prúdu vysokopecného plynu, vystupujúceho z redukčnej šachtovej pece , sa odstráni CO₂, podľa potreby sa ohreje a ako redukčný plyn sa zavedie do vysokej pece, vyznačujúci sa tým, že CO₂ zbavený vysokopecný plyn sa zavedie do spodnej oblasti šachty vysokej pece (26), pričom sa pred svojím zavedením do šachty vysokej pece (26) ohrieva neúplným spaľovaním.

2. Spôsob podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že sa časť vsádzky obsahujúcej rudu redukuje v redukčnej šachtovej peci (1) pomocou redukčného plynu, pričom získané redukované častice železa sa roztavia v splynovači (5) s prívodom uhlia a plynu obsahujúceho kyslík za súčasného vzniku redukčného plynu, ktorý sa privádza do redukčnej zóny (2) redukčnej šachtovej pece (1).

3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že sa vysokopecný plyn zbavený CO₂ neúplným spaľovaním ohreje na 750 °C.

4. Spôsob podľa nároku 3,vyznačujúci sa tým, že sa vysokopecný plyn zbavený CO₂ pred neúplným spaľovaním rekuperatívne a/alebo regeneratívne predhrieva, prednostne na teplotu medzi 300 °C a 600 °C.

5. Zariadenie na uskutočnenie spôsobu podľa nároku 1, aspoň s jednou vysokou pecou na výrobu surového železa alebo tekutých oceľových polotovarov a taktiež aspoň s jednou redukčnou šachtovou pecou na kusovú železnú rudu, ktorá má aspoň jedno vedenie na v nej vytvorený redukčný produkt a taktiež aspoň jeden odvod na vysokopecný plyn, ktorý ústi do zariadenia na odstránenie CO₂, pričom na vstup teplého vysokopecného plynu zbaveného CO₂ do vysokej pece je vytvorené aspoň jedno ďalšie vedenie .vyznačuj ú ce sa tým, že aspoň jedno vedenie (25) na zavedenie teplého vysokopecného plynu je vytvorené v spodnej oblasti šachty vysokej pece (26), pričom k zariadeniu na odstránenie CO₂ a taktiež k šachte vysokej pece (26) je pripojený reaktor (23) na neúplné spaľovanie vysokopecného plynu pred zavedením do šachty vysokej pece (26).

6. Zariadenie podľa nároku 5, vyznačujúce sa tým, že redukčná šachtová pec (1) má aspoň jeden prívod (6) na redukčný plyn, a ktoré je vybavené aspoň jedným splynovačom (5), do ktorého ústi aspoň jedno vedenie (18), na odvádzanie redukčného produktu z redukčnej šachtovej pece (1) a viac prívodov (8,9, 10) na plyny obsahujúce kyslík, prach a nositeľ uhlíka a taktiež z neho do redukčnej šachtovej pece (1) ústí prívod (6) na vzniknutý redukčný plyn.

7. Zariadenie podľa nároku 5 alebo 6, vyznačujúce sa tým, že je vybavené aspoň jedným vedením (33) na prívod média obsahujúceho kyslík na neúplné spaľovanie vysokopecného plynu, prednostne pripojeným k vykurovaciemu reaktoru (23).