在竖炉中生产生铁的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于在竖炉中生产生铁的方法，在竖炉的上部区域中装填原料，该原料在重力作用下落入竖炉，其中一部分原料在竖炉内存在的气氛作用下被熔化和/或至少部分被还原，并且在竖炉下部区域引入热气流，其流过竖炉内存在的气氛并在化学组成和温度方面对其产生影响，其中冷气流被送入至少一个热交换器，在该热交换器中，冷气流被加热到高于700℃的温度，成为热气流。根据本发明专利技术，冷气流在被引入该至少一个的热交换器之前，包括至少5体积％的CO2组分，其中冷气流除了杂质之外，作为剩余组分还可以包含空气和/或纯氧。剩余组分还可以包含空气和/或纯氧。剩余组分还可以包含空气和/或纯氧。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在竖炉中生产生铁的方法


[0001]本专利技术涉及一种在竖炉中生产生铁的方法，在竖炉的上部区域中装填原料，该原料在重力作用下落入竖炉，其中一部分原料在竖炉内存在的气氛作用下被熔化和/或至少部分被还原，并且在竖炉下部区域中引入热气流，其尤其以逆流流过竖炉内存在的气氛并在化学组成和温度方面对其产生影响，其中冷气流尤其在竖炉工艺的上游被送入至少一个热交换器，在该热交换器中，冷气流被加热到高于700℃的温度，成为热气流。

技术介绍

[0002]以持续方式运行的、在竖炉中，例如在高炉中进行的生铁的生产是全球最常见和标准的方法，全球80％以上的生铁需求是通过这种方法生产的。传统上，在还原法中，在竖炉的上部区域中通过所谓的炉顶装填原材料，即所谓的炉料，其包括铁矿石和选择性的石灰、焦炭和/或煤，并且如果需要，还包括进一步的添加剂或其他氧化性或金属性起始材料/原料。通过重力和分批装填，尤其是受限于不连续的出渣，和由此产生的液体物质的不连续移除，原材料下降。由于气氛(还原性条件)的化学组成，以及受限于在下部区域的方向增加的温度，铁矿石被还原。在竖炉的下部区域，尤其是在引入热气流，即所谓的热风和选择性的进一步添加剂，如碳和/或氧的区域中，存在着导致铁矿石或还原铁熔化的温度，并在所谓的炉膛区域建立不同的液相，这些液相在不同的水平上聚集成液态铁和因其密度较低而覆盖液态铁的熔渣。这些液相尤其可以通过不同的排放口/开口被抽出，这些液相可以被送到进一步的工艺中。
[0003]传统上，作为热风，也称为热空气，将作为冷气流，即所谓冷风的环境空气通过冷线路(Kaltstrang)吸入，被压缩到定义的压力，并送入至少一个空气加热器，在其中将压缩的环境空气(冷风)加热到至少700℃的温度，然后通过竖炉下部区域中的所谓风口将其引入或确切说吹入高炉。热风炉形式的热交换器，也称为Cowper炉，交替充入热气，其中热气留在热风炉中，直到在热风炉中达到规定的温度，然后热气被引出，并充入压缩的环境空气(冷风)，并留在热风炉中，直到达到预定的温度，一般在700
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1400℃之间，由此，热的环境空气就作为热风(热气流)被抽出，并送入高炉中。经济上可行的向热风炉装入热气的方法是利用从炉顶作为所谓炉顶气体抽出的废热流，其在热风炉中与其他气体(空气/天然气)重新燃烧。为了保持持续运行并根据竖炉的规模，至少有两个，尤其是至少三个热风炉并联，并可以相应地开启和关闭，例如，其中一个热风炉填充有热气，并用于通过释放热量对热风炉进行加热，另一个热风炉填充有冷风，并通过吸收热量加热成为热风，并且第三热风炉正在运行，为高炉供应热风。原则上，也可以使用两个在交替运行中进行填充的热风炉。
[0004]以碳为基础的生铁生产会产生大量的CO2排放，其会污染环境，因为CO2的增加会加剧大气中的温室效应，从而对气候产生不利影响。多年来，竖炉的运营者一直在考虑如何减少这种排放。由于与CO2定额或证书有关的国家/国际规定，这些设备的运营者被迫采取使得在特定的前提条件下仍然允许这些设备的运行措施。经济运行也应得到保证。
[0005]现有技术说明了许多方案，如何通过控制向竖炉添加介质(固体、液体和气体)来
实现对CO2排放的积极和降低性影响。举例来说，提到了文件CN 101871026 A1和WO 2019/057930 A1。
[0006]除了CO2，传统的竖炉工艺也会在物质流中产生其他尤其“有害”的气体化合物和液体，其不仅会在竖炉工艺中产生不利影响，也会在下游应用中产生不利影响。由于约79体积％由氮气组成、作为热气流或热风吹入竖炉的空气(冷气流、冷风)的使用，由于温度和压力所定，其导致选择性在热风炉中、在竖炉的气氛中和顶部气体中形成氮氧化物排放(NOx)、氰化氢(HCN)和氰化钾化合物。此外，氮气是惰性的，它的存在不会导致工艺的优化。相反，例如炉顶气中的氮导致降低热值并影响Wobbe指数(WI)。由于氮的存在，竖炉工艺(包括上游和下游)的效率是不理想的。此外，所形成的氮化合物，尤其是氢氰酸(HCN)和氰化钾化合物，在利用时、尤其是在顶部气体和由此形成的混合气体的燃烧中导致氮氧化物(NOx)排放升高。尤其是在发电厂或烧结设备中必须承担高成本(脱NOx设备)，以便能够遵守相关的废气极限值。

技术实现思路

[0007]因此，本专利技术目的在于给出一种用于在竖炉中生产生铁的方法，用这种方法可以提供最佳的工艺，并且可以减少或基本上防止氮氧化物的排放和其他氮化合物，如氢氰酸或氰化钾化合物。
[0008]该目的通过权利要求1的特征实现。
[0009]专利技术人发现，在现有的传统工艺中吸入的空气(冷气流，冷风)可以通过供应CO2部分或全部取代。根据本专利技术，冷气流在被引入至少一个热交换器之前，包括至少5体积％的CO2组分，其中冷气流除杂质外还可以包含空气和/或纯氧作为剩余组分。冷气流尤其可以包括至少10体积％，优选至少20体积％，更优选至少30体积％，特别优选至少40体积％的CO2，以减少或部分或完全取代冷气流中的空气组分。
[0010]在本专利技术的意义中，杂质，尤其是不可避免的杂质，是指冷气流/热气流组成中的组分或伴随元素，其可以以最多2.0体积％，尤其是最多1.5体积％，优选最多1.0体积％存在，但不做任何重大贡献或不计入权重，因此对工艺没有任何影响。以空气为例，主要组分是氧气和氮气，其中作为杂质的是总量为约1体积％的惰性气体(氩气)和二氧化碳。
[0011]根据竖炉和/或竖炉的运行模式，冷气流中的空气比例可以有效地被CO2替代或取代，这样，在整个过程中的体积流或物质流中输入或循环的氮气就会减少。由此，一方面可以确保减少NOx、HCN和氰化钾化合物，另一方面，通过在冷气流中使用CO2在整个过程来看对CO2平衡有积极影响。CO2的比热容比空气高，大约高出26％，这样就可以提高热交换器或热风炉(Cowper炉)的效率，因为利用相同的体积流可以达到更高的热功率密度。此外，与空气相比，CO2的粘度(运动、动态)较低，这在热交换器/热风炉以及竖炉中，包括上游和下游，会产生有利的影响。
[0012]在热交换器(热风炉)中被加热到现在惯用的温度的CO2在这个温度范围内，即＞700到1400℃是不稳定的，这意味着它在竖炉的下部区域被吹入之后在所谓的涡旋区域中与(替代)还原剂接触后会分解为CO，并消耗明显的热量。例如，在与碳反应的情况下，会消耗大约172kJ/mol。在例如与氢气反应的情况下，只有约30.9kJ/mol。这种热量消耗基本上被与氧气燃烧时同时释放的热量所覆盖，因此，根据混合比例的不同，仍然可以有相当大的
净能量剩余。因此，在冶金上有效的、也就是可以作为还原剂使用的优化的热气流(热风)从一开始就可以在涡旋区域中使用，这可以额外地提高竖炉的效率。
[0013]碳通过风口与热气流(热风)中的CO2一起直接引入，使得可以与传统运行相比减少原材料的数量，尤其是例如焦炭的使用，还可以减少碳的额外吹入。
[0014]进一步的有利设计方案和扩展将从下面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于在竖炉中生产生铁的方法，在竖炉的上部区域中装填原料，所述原料在重力作用下落入竖炉，其中一部分原料在竖炉内存在的气氛作用下被熔化和/或至少部分被还原，并且在竖炉下部区域引入热气流，其流过竖炉内存在的气氛并在化学组成和温度方面对其产生影响，其中冷气流被送入至少一个热交换器，在所述热交换器中，冷气流被加热到高于700℃的温度，成为热气流，其特征在于，冷气流在被引入所述至少一个的热交换器之前，包括至少5体积％的CO2组分，其中冷气流除了杂质之外，作为剩余组分还能够包含空气和/或纯氧。2.根据权利要求1所述的方法，其中冷气流中除了杂质外，还含有CO2、空气和选择性的纯氧，其中空气的比例限制在不超过50体积％。3.根据权利要求1所述的方法，其中冷气流中除杂质外还含有CO2和选择性的纯氧，其中CO2的比例为至少70体积％。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼尔斯，
申请(专利权)人：蒂森克虏伯钢铁欧洲股份公司，
类型：发明
国别省市：