專利名稱：控制熔融還原工藝的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制用于生產(chǎn)生鐵的熔融還原工藝，尤其是旋風(fēng)分離器轉(zhuǎn)爐工藝的方法旋風(fēng)分離器轉(zhuǎn)爐類型的熔融還原工藝，比如可從EP-A 0690136得知本發(fā)明的目的在于提供一種用于控制熔融還原工藝的方法。
本發(fā)明是這樣完成的—測量廢氣中的CO和CO2形態(tài)的碳份C；—測量廢氣中的H2和H2O形態(tài)的氫份H2；—確定該廢氣中的碳份C和氫份H2之比C/H2；—將這樣測得的，該廢氣中的C/H2比與主要是所供的煤中的C/H2對比；—根據(jù)該廢氣中的和所供煤中的C/H2比之差調(diào)節(jié)煤的供應(yīng)。
本發(fā)明的優(yōu)點在于熔融還原工藝中的炭消耗能夠在線監(jiān)測，從而該熔融還原工藝的供煤可得以自動控制。
最好針對損失于廢氣帶走的碳、溶于生鐵中的碳、被添加劑一起帶入的碳和/或氫及在取樣點之前由噴入廢氣體系中的水所帶入的氫修正所供煤中的C/H2比。這樣該工藝就得到了較好的控制。
在調(diào)節(jié)煤的供應(yīng)的同時，氧槍高度、礦石及氧的供應(yīng)維持不變。這樣，該工藝能穩(wěn)定地運行現(xiàn)將參照附圖，針對旋風(fēng)分離器轉(zhuǎn)爐(CCF)說明本發(fā)明。但，本發(fā)明還可為其它的熔融還原工藝，如AISI工藝及DIOS工藝所適用。


圖1展示了CCF反應(yīng)器。
圖2展示了CCF反應(yīng)器中的碳與氫的平衡。
在用CCF法生產(chǎn)生鐵時，經(jīng)常為Fe2O3狀態(tài)的鐵礦石在熔融旋風(fēng)分離器(1)中生成FeO。生成鐵(Fe)的FeO的終還原發(fā)生于轉(zhuǎn)爐(2)中。
采用CCF法時，熔融旋風(fēng)分離器(1)被置于熔融容器(2)形的轉(zhuǎn)爐的頂部。煤(3)被供入該熔融容器，然后與經(jīng)氧槍(9)供入的氧(4)于部位(10)燃燒而部分氣化。廢氣向旋風(fēng)分離器上升。在旋風(fēng)分離器中，鐵礦石(5)和氧(6)沿切線方向吹入。氧與一部分存在于廢氣中的CO和H2反應(yīng)，從而放出熱。噴入的礦石顆粒經(jīng)旋風(fēng)分離器中的燃燒爐床吹入，同時熔化。在旋風(fēng)分離器的部位(11)處，按以下的化學(xué)反應(yīng)，該熔化的礦石生成FeO
產(chǎn)生的熔融礦石(12)流出旋風(fēng)分離器，落在熔化容器下部的渣層(7)上。在渣層中按綜合的化學(xué)反應(yīng)式發(fā)生終還原成鐵的反應(yīng)。通過將煤引入渣層補充在此反應(yīng)中被消耗的碳。主要由于高溫，煤中的揮發(fā)份直接揮發(fā)出來，然后碳以炭的形式保留在渣中。
渣中的炭有三重功能1.它是將鐵的氧化物最終還原成鐵的手段；2.它是供應(yīng)使該還原得以進行及熔化鐵礦石所需熱量的燃料。
3.它對熔渣層發(fā)泡有穩(wěn)定作用。這種炭在渣中的質(zhì)量份額不應(yīng)大于20％。
就功能1和2而言，炭被消耗掉了，而對功能3而言，則力圖在渣中盡可能不變地保持炭的份額。
所以通過保持炭的供應(yīng)使之等于炭的消耗而將功能1，2和3相互統(tǒng)一起來。但炭來源于煤，而且除了有炭之外，主要由于高溫揮發(fā)份從煤中逸出。在揮發(fā)份方面，它有助于炭的功能(2)。
碳和氫常代表主要組份，煤中的揮發(fā)份是由碳和氫構(gòu)成的。
下面的等式適用于熔化工藝(見圖2)φC.caol in+φC.flux in＝φC.gas out+dC.slag/dt+φC.Fe+φC.
dust out+φC.slag碳的質(zhì)量平衡φH2.Coal in+φH2.water in＝φH2.flux in+φH2.gas out 氫的質(zhì)量衡其中
—φC.coal in是煤帶來的碳的量；—φH2.coal in是煤帶入的氫的量；—φC.gas out是廢氣中的CO和CO2中的碳的總量。這種(形式的)碳來源于揮發(fā)性的碳氫化物及渣中的炭的燃燒，以及消耗于鐵礦石的終還原的炭及所配的添加劑中的任何碳份；—φC.Fe是單位時間內(nèi)被吸收于新形成的鐵中的碳量；—φC.slag是單位時間內(nèi)被吸收于新形成的渣中的碳量；—φC.dust out是作為細粉塵離開CCF反應(yīng)器的碳量；—φC.flux in是因配入添加劑(如CaCO3)而進入CCF反應(yīng)器的碳；—φH2.gas out是廢氣中的H2O和H2形態(tài)的氫的總量。這種氫來源于煤中的揮發(fā)份，來源于任何添加劑中的氫以及來源于(可能是)引入的冷卻水；—φH2.water in是形態(tài)為水的氫的量，該水是(可能)直接用于冷卻氣體管線中的熱氣體的水；—φH2.flux in是因配入添加劑而進入CCF反應(yīng)器中的氫。
應(yīng)注意的是C和H2的其它供應(yīng)源和損失，如空氣的污染和該冶金容器的耐火襯的損耗也是可能的。但一般說來這些因素意義不大。若需要，可用簡單的方式對其進行考慮。
圖2中的M代表取樣或測量點。根據(jù)C/H2比控制煤的投配在熔融還原工藝中(如CCF轉(zhuǎn)爐中)，因渣/金屬熔池(7)，(8)隨著工藝的進程增大，所以內(nèi)部狀況也因工藝的進程而變化。這些變化影響反應(yīng)器的行為。此外，這種熔池工藝會因，如渣過份發(fā)泡及熔渣的凝固而脫離常軌。
熔融還原熔池工藝的穩(wěn)定運行的主要方面是—熔池中的穩(wěn)定的碳份；—維持穩(wěn)定的熔渣高度，即防止渣過份發(fā)泡，即所謂的“溢濺”。
為此，對渣中的碳份有良好的控制是很重要的。當有充足的炭時，這就使得小氣泡聚集，從而防止溢濺。轉(zhuǎn)爐中的這種極端的狀況使之難以直接而可信地測出內(nèi)部工藝狀況，如炭份。因此，控制反應(yīng)器最好(盡可能)建立在外部可測得的量的基礎(chǔ)上(如測廢氣成份)。一旦炭份處于控制之下，熔池過程就會得到良好的控制。
為此操作者具有以下可得到的控制參數(shù)—原材料供應(yīng)(煤、礦石、添加劑)；—氧氣流量；—氧槍高度(＝槍頭與渣層間的距離)。
下面提供一種方法，用此法可以簡單的方式監(jiān)測炭消耗的變化，從而以在轉(zhuǎn)爐中保持炭質(zhì)量不變的方式控制煤的投配。
煤主要是由石墨和揮發(fā)份(碳氫化物)構(gòu)成的。當將煤配于熔池工藝中時，碳氫化物就直接揮發(fā)出來。高溫使碳氫化物裂解，于是它們作為H2、H2O、CO和CO2進入廢氣。留在渣中的產(chǎn)物(炭)主要由石墨構(gòu)成。炭被還原反應(yīng)和氧的直接燃燒消耗。此二反應(yīng)產(chǎn)生了CO和CO2。廢氣中的氫份(處于H2和H2O狀態(tài))于是僅為所使用的煤的類型及所供煤的數(shù)量的函數(shù)。此外，碳份(CO和CO2狀態(tài))也是炭消耗的函數(shù)。監(jiān)測廢氣中的碳份和氫份的比值因而就產(chǎn)生了熔池工藝中炭消耗的直接標志。
穩(wěn)定的炭質(zhì)量對于使熔池工藝得以運行是重要的。因此廢氣中的C/H2值可用于自動控制煤的供應(yīng)。這需要從轉(zhuǎn)爐中可信地對廢氣取樣。在此情況下，必須考慮對減少轉(zhuǎn)爐中的炭質(zhì)量有影響的兩種現(xiàn)象通過廢氣管線損失的炭粉塵及溶于金屬熔池中的碳。同時，需要足夠的炭來構(gòu)成新形成的渣中的炭份，其量要使該炭份與轉(zhuǎn)爐中已存在的炭份相等?？梢酝ㄟ^如下方式控制這類現(xiàn)象使廢氣中的C/H2比等于修正后的C/H2比。假設(shè)不存在這些現(xiàn)象，如果廢氣中的C/H2比等于供入的煤中的C/H2比，則將使投配的煤等于煤的消耗。下文給出一個計算修正的C/H2比值的例子。
炭粉塵的形成主要取決于供入的煤中已存在的煤粉塵和煤的類型(對于脫氣過程中的破裂行為是決定性的)。粉塵損失最多可達15％。但在CCF工藝中，部分煤粉塵將在熔融旋風(fēng)分離器中燃燒。
為防止渣中的炭份因粉塵損失而可能減少，按最大的粉塵損失計算修正的C/H2比是最好的。在工藝周期中，當粉塵損失較少時，在轉(zhuǎn)爐中出現(xiàn)炭的少量增加(見實施例)。但，由于渣層生長，渣中的炭份保持不變。為在放出(部分)金屬和渣后修正留下的渣中的任何過高的炭份，調(diào)節(jié)煤的供應(yīng)使之在短時間內(nèi)下降，以及讓炭燒掉都是可以的。然后使此炭份下降到足以根據(jù)C/H2使供煤控制得以進行的程度。
通過有規(guī)律地從所產(chǎn)生的(放出的)生鐵中取樣及確定其中的碳含量可確定生鐵中的C量。當配入的添加劑(如CaCO3)及可能的噴水將額外的碳和/或氫帶入廢氣中時，另行修正到所需的C/H2比也是必要的(見實施例)。實施例計算C/H2比該實施例給出了修正的C/H2比的計算方法。該計算的基礎(chǔ)是(RY＝生鐵)—70萬噸RY/年的裝備；—90噸RY/小時的生產(chǎn)率，每小時出鐵一次；—耗煤600Kg/噸RY，中等揮發(fā)性煤；—最大炭粉塵損失為配入煤質(zhì)量的15％；—鐵水熔池的增碳最高達4.5％的質(zhì)量份額。中等揮發(fā)性煤的分析(質(zhì)量份額)—揮發(fā)份20％—固定碳(石墨) 70％—礦物質(zhì)5％—水份 5％無灰干分析(總質(zhì)量的90％)—碳90％—氫5％—其余 5％計算廢氣中的合乎要求的C/H2比的方法600Kg煤中的碳氫化物中的H2＝0.9×0.05×600＝27KgH2＝13.5千摩耳H2來自600Kg煤的水份中的額外的H2＝0.05×600＝30KgH2O＝1.7千摩耳H2600Kg煤中總H2＝15.2千摩耳H2600Kg煤中總碳＝0.9×0.9×600＝486Kg C＝40.5千摩耳C配入的煤中的C/H2＝40.5/15.2＝2.66每600Kg煤中的最大粉塵損失＝0.15×600＝90Kg炭＝7.5千摩耳C每噸生鐵增碳＝0.045×1000＝45Kg C＝3.75千摩耳C用于根據(jù)轉(zhuǎn)爐廢氣進行控制的經(jīng)修正的C/H2比C/H2＝(40.5-7.5-3.75)/15.2＝1.92旋風(fēng)分離器中所配的石灰石＝170Kg/噸RY＝1.7千摩耳C用于根據(jù)旋風(fēng)分離器廢氣進行控制的經(jīng)修正的C/H2C/H2＝(40.5-7.5-3.75+1.7)/15.2＝2.0權(quán)利要求
1.控制用于生產(chǎn)生鐵的熔融還原工藝，尤其是旋風(fēng)分離器轉(zhuǎn)爐工藝的方法，其特征在于—測量廢氣中的，CO和CO2形態(tài)的碳份額C；—測量廢氣中的，H2和H2O形態(tài)的氫份額H2；—確定廢氣中的C/H2比；—將廢氣中的這樣地確定的C/H2與主要是供入的煤中的C/H2比進行比較；—根據(jù)廢氣和供入的煤中的C/H2之差調(diào)節(jié)煤的供應(yīng)。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于針對廢氣帶走的碳損失修正所供煤的C/H2比。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于針對溶于生鐵中的碳修正所供煤的C/H2比。
4.權(quán)利要求1-3中之一項的方法，其特征在于針對由添加劑一起帶入的碳和/或氫修正所供煤的C/H2比。
5.權(quán)利要求1-4中之一項的方法，其特征在于針對在取樣點之前噴入廢氣系統(tǒng)中的水所帶來的氫修正所供煤的C/H2比。
6.權(quán)利要求1-5中之一項的方法，其特征在于在保持氧槍高度、礦石和氧的供應(yīng)不變的同時調(diào)節(jié)煤的供應(yīng)。
全文摘要
控制用于生產(chǎn)生鐵的熔融還原工藝,尤其是旋風(fēng)分離器轉(zhuǎn)爐工藝的方法,其特征為:測量廢氣中的,CO和CO
文檔編號C21B13/00GK1259172SQ98805690
公開日2000年7月5日 申請日期1998年7月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月11日
發(fā)明者M·B·旦尼斯 申請人:霍戈文斯·斯塔爾公司