EP0073793A1 - Injection au haut fourneau de gaz reducteurs surchauffes - Google Patents

Injection au haut fourneau de gaz reducteurs surchauffes

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EP0073793A1
EP0073793A1 EP82900782A EP82900782A EP0073793A1 EP 0073793 A1 EP0073793 A1 EP 0073793A1 EP 82900782 A EP82900782 A EP 82900782A EP 82900782 A EP82900782 A EP 82900782A EP 0073793 A1 EP0073793 A1 EP 0073793A1
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EP
European Patent Office
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reducing gases
gases
injected
blast furnace
solid fuel
Prior art date
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Ceased
Application number
EP82900782A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Arthur Gérard POOS
Nikolas Gerassimos Ponghis
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Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Original Assignee
Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
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Publication date
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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
    • C21B5/002—Heated electrically (plasma)
    • 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 present invention relates to a process for injecting into a blast furnace, superheated reducing gases which are produced from solid fuel.
  • the reducing gases are either produced in an independent unit and then superheated in a reactor which can advantageously be an electric machine of the plasma torch type having an arc heater, or produced directly in the said reactor where they are at the same time superheated to the required temperature.
  • a reactor which can advantageously be an electric machine of the plasma torch type having an arc heater, or produced directly in the said reactor where they are at the same time superheated to the required temperature.
  • These reducing gases can be produced from any solid, liquid, or gaseous fuel (hydrocarbon or carbonaceous material).
  • the object of the present invention is a method of implementing the process which has just been mentioned, applicable to the particular case where the reducing gases injected into the blast furnace are produced from solid fuel.
  • solid fuel is understood here to mean any material with a high carbon content, whether it be fossil materials ranging from anthracite to lignite and peat or residues from other industrial operations, such as pitch or petroleum coke for example.
  • this injection rate is often expressed in kg of material injected per tonne of pig iron.
  • the only definition that is correct from a technical and scientific point of view is to express it in grams of carbon injected per cubic meter of oxygen available to transform this carbon into CO.
  • the coal injected directly into the swirl zone can be considered as an injection cooling, that is to say that the gases produced by its combustion with the hot wind have a temperature much lower than that obtained by the combustion of the same hot wind with the coke superheated by its passage in the blast furnace before arriving in this swirl zone.
  • the cooling effect does not present any problem in the normal operation of the blast furnace and in certain cases, can even be beneficial.
  • this cooling action can be extremely annoying to the point of making normal operation of the furnace impossible.
  • the apparent signs of walking with an excessive cooling effect are constituted by a very high top temperature reflecting the poor walking of the. oven. It should be noted that the cooling action of a fuel is higher the higher its oxygen and water content (humidity or crystallization).
  • the technique proposed by the present invention makes it possible precisely to work with an extremely high consumption of solid fuel, up to the vicinity of the theoretical limit possible (525 grams of carbon per cubic meter of CO 2 or H 2 O, which corresponds to 1050 grams of carbon per cubic meter of O 2 ), while eliminating the difficulties or problems inherent in the technique of direct carbon injection, as described above.
  • the new technique proposed therefore has the advantage of being able to produce pig iron using, in a high proportion, solid fuels, without going through the coking stage and without causing the drawbacks of direct injection into the blast furnace.
  • this new technique makes it possible to take advantage of the advantages inherent in the process for injecting superheated reducing gases which has already been the subject of Belgian patents N ° 748.274; 767,897,770,094; 813.118.
  • the use of solid fuel with gasification according to the above-mentioned injection process leads to a significant increase in the productivity of the blast furnace.
  • the process, object of the present invention in which is injected at the main nozzles, reducing gases superheated at a temperature of 1500 to 2800 ° C, these gases containing mainly CO, O 2 and possibly N 2 , and lower amounts, CO 2 and H 2 O, is essentially characterized in that these reducing gases are obtained from a solid fuel, preferably dried and finely ground, injected in adequate proportions (O / carbon ratio) into a reactor where it is gasified in contact with an oxidizing agent such as air, super-oxygenated wind or again recycled gas containing a sufficient CO 2 content .
  • an oxidizing agent such as air, super-oxygenated wind or again recycled gas containing a sufficient CO 2 content
  • a material is used whose particle size is in the range from 60 to 100% of dimension less than 75 micrometers.
  • the additional heat necessary for obtaining superheated gases at a temperature between 1500 and 2800 ° C as required by the application of the method is advantageously provided, according to the invention, by electric means using '' an arc heater or a plasma torch that is an integral part of the reactor.
  • Case C is similar to that of Case B, with an injection of 981 m 3 N / tf of reducing gases produced from 200kg / tf of coal. 739 m N / tf of air at 1250 ° C were consumed to which 39.4 m 3 N / tf of 0 2 were added, while reducing gases were produced also in a reactor comprising a plasma oven.
  • case B we obtain practically the same setting per mile of coke (248 kg / tf), a much lower gas flow temperature (121 ° C instead of 200 ° C) and a significantly improved productivity (181, 86 t / h) instead of 161.51 t / h).

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Abstract

On injecte au haut fourneau, au niveau des tuyeres principales, des gaz reducteurs surchauffes a une temperature de 1500 a 2800 C, produits a partir de combustible solide, ces gaz contenant principalement du CO, du H2, du N2, du CO2 et du H2O. Ces gaz reducteurs sont obtenus a partir d'un combustible solide, de preference seche et finement broye, injecte en proportions adequates (rapport O/carbone) dans un reacteur ou il est gazeifie au contact d'un agent oxydant tel que air, vent suroxygene ou encore gaz de gueulard recycles contenant une teneur suffisante en CO2. Ces gaz reducteurs sont de preference surchauffes par voie electrique, en particulier dans une torche a plasma.

Description

Injection au haut fourneau de gaz réducteurs surchauffés.
La présente invention est relative à un procédé d'injection dans un haut fourneau, de gaz réducteurs surchauffés qui sont produits à partir de combustible solide.
Le demandeur a déjà préconisé et expérimenté un procédé dans lequel, pour remplacer les gaz produits au niveau des tuyères principales d'un haut fourneau par combustion du coke avec de l'air réchauffé appelé vent chaud, on injecte des gaz réducteurs dont la température est comprise entre 1500°C et 2800ºC.
Dans ce procédé, les gaz réducteurs sont soit produits dans une unité indépendante et ensuite surchauffés dans un réacteur qui peut ètre avantageusement un engin électrique du type torche à plasma eu réchaur faur à arc, soit produits directement dans le dit réacteur où ils sont en même temps surchauffés à la température requise. Ces gaz réducteurs peuvent être produits à partir de n ' importe que l combustible (hydrocarbure ou matière carbonée) solide, liquide, ou gazeux.
La présente invention a pour obj et une méthode de mise en oeuvre du procédé qui vient d ' être rappelé, applicable au cas particulier où les gaz réducteurs inj ectés dans le haut fourneau sont produits à partir de combustible solide.
Il faut entendre ici par combustible solide, toute matière à haute teneur en carbone, que ce soit des matières fossiles allant de l' anthracite au lignite et à la tourbe ou encore des résidus provenant d ' autres opérations industrielles, tels que du brai ou du coke de pétrole par exemple.
La production de gaz réducteurs à partir de combustible solide, y compris les résidus carbonés, présente un attrait tout particulier dans la situation économique actuelle où les produits pétroliers et les gaz naturels ne permettent plus, que dans des cas très restreints, une utilisation rentable. C ' est pour cette raison que les sidérurgistes de nombreux pays se tournent à nouveau vers le charbon et il existe déjà dans différentes parties du monde des tentatives de remplacer une partie non négligeable de coke métallurgique par une inj ection directe de ces charbons aux tuyères du haut fourneau . L' expérience disponible à ce j our montre qu' une telle inj ection directe de charbon est possible sans qu ' il y ait perturbation de la marche normale du haut fourneau, à condition que la combustion ce ce charbon se fasse dans une large mesure dans la zone ce tourbillonnement qui se crée à l' intérieur du haut fourneau, juste devant les tuyères par lesquelles on inj ecte l ' air chaud (généralement dénommé v ent chaud) dest iné à la combustion du coke . Cep.endant, une telle injection de charbon ne se fait pas sans poser des problèmes particuliers dans le cas où on vise des taux d'injection élevés, c'est-à-dire des marches où la quantité de charbon injectée à la tonne de fonte est élevée.
Dans la pratique, ce taux d'injection est souvent exprimé en kg de matière insufflée par tonne de fonte. Toutefois, la seule définition correcte aux points de vue technique et scientifique consiste à l'exprimer en gramme de carbone injecté par mètre cube d'oxygène disponible pour transformer ce carbone en CO.
Un des problèmes posés par l'injection massive de charbon directement dans la zone de tourbillonnement devant les tuyères réside dans le fait que le temps de séjour du charbon dans cette zone ne dépasse guère le dixième de seconde et que dès lors, le temps disponible pour la combustion du charbon est extrêmement faible. De plus, le charbon injecté étant froid, il faut d'abord le porter au-delà de la températuré d'inflammation avant que la combustion ne puisse commencer. Par ailleurs, la vitesse de combustion du charbon est également fortement influencée par le potentiel en oxygène (découlant des teneurs en CO2 et O2 libres) du comburant. Or, comme les "parois" de la zone de tourbillonnement dans laquelle on injecte le charbon froid sont formées par du coke porté à haute température au cours de sa descente dans le haut fourneau, le charbon se trouve être en compétition avec ce coke surchauffé pour se procurer l'oxygène nécessaire à sa combustion; dans ces conditions, on comprend qu' il est difficile de dépasser, sans problèmes, des taux d' injection de l'ordre de 300 grammes de carbone par mètre cube d'oxygène, c'est-à-dire de l'ordre de 80 à 120 kg de charbon par tonne de fonte suivant les conditions de marche du haut fourneau.
Par ailleurs, le charbon injecté directement dans la zone de tourbillonnement peut être considéré comme une injection refroidissante, c'est-à-dire que les gaz produits par sa combustion avec le vent chaud ont une température nettement inférieure à celle obtenue par la combustion du même vent chaud avec le coke surchauffé par son passage dans le haut fourneau avant d'arriver dans cette zone de tourbillonnement. Dans le cas d'une injection refroidissante à un taux modéré, l'effet refroidissant ne présente aucun problème dans la marche normale du haut fourneau et dans certains cas, peut même être bénéfique. Par contre, pour des taux d'injection très élevés et surtout pour certains types de combustible à effet très refroidissant, cette action de refroidissement peut être extrêmement gênante au point de rendre impossible une marche normale du fourneau. Les signes apparents d'une marche avec effet refroidissant excessif sont constitués par une température de gueulard très élevée traduisant la mauvaise marche du. four. Il est à noter que l'action refroidissante d'un combustible est d'autant plus élevée que sa teneu en oxygène et en eau (d'humidité ou de cristallisation) est élevée.
La technique proposée par la présente invention permet précisément de travailler avec une consommation de combustible solide extrêmement élevée, jusqu'au voisinage de la limite théorique possible (525 grammes de carbone par mètre cube de CO2 ou H2O, ce qui correspond à 1050 grammes de carbone par mètre cube d'O2), tout en éliminant les difficultés ou les problèmes inhérents à la technique d'injection directe de charbon, tels que décrits plus haut.
La nouvelle technique proposée présente donc l'avantage de pouvoir produire de la fonte en utilisant, dans une proportion élevée, des combustibles solides, sans passer par le stade de la cokéfaction et sans entraîner les inconvénients d'une injection directe dans le haut fourneau. De plus, cette nouvelle technique permet de profiter des avantages inhérents au procédé d'injection de gaz réducteurs surchauffés qui a déjà fait l'objet des brevets belges N° 748.274; 767.897, 770.094; 813.118. Enfin, on soulignera également que l'utilisation de combustible solide avec gazéification suivant le procédé d'injection ci-dessus rappelé conduit à une augmentation sensible de la productivité du haut fourneau.
Le procédé, objet de la présente invention, dans lequel on injecte au niveau des tuyères principales, des gaz réducteurs surchauffés à une température de 1500 à 2800°C, ces gaz contenant principalement du CO, du O2 et éventuellement N2, et en moindres quantités, du CO2 et du H2O, est essentiellement caractérisé en ce que ces gaz réducteurs sont obtenus à partir d'un combustible solide, de préférence séché et finement broyé, injecté en proportions adéquates (rapport O/carbone) dans un réacteur où il est gazéifié au contact d'un agent oxydant tel que air, vent suroxygéné ou encore gaz de gueulard recyclés contenant une teneur suffisante en CO2.
Dans une variante avantageuse du procédé de l'invention, qui tient compte de ce que la granulométrie optimale du combustible utilisé varie légèrement suivant la nature et la réactivité du dit combustible, on utilise un matériau dont la granulométrie se situe dans la gamme de 60 à 100 % de dimension inférieure à 75 micromètres.
La chaleur supplémentaire nécessaire à l'obtention de gaz surchauffés à une température comprise entre 1500 et 2800°C tel qu'il est requis par l'application du procédé est avantageusement assurée, suivant l'invention, par voie électrique à l'aide d'un réchauffeur à arc ou d'une torche à plasma faisant partie intégrante du réacteur.
Par l'application de cette nouvelle technique, on obtient au nez de la tuyère des gaz réducteurs surchauffés ne contenant plus que les cendres du combustible et une partie relativement faible d' imbrûlés. Sa teneur résiduelle en H2O et CO2 est contrôlée de façon à brûler une quantité de coke bien déterminée (mise au mille), choisie sur base de considérations économiques et autres.
Pour bien mettre en évidence les avantages du procédé, objet de la présente invention, les exemples détaillés ci-dessous montrent les différences dans les caractéristiques techniques d'un haut fourneau, d'abord pour une marche de four classique avec injection directe de charbon (cas A) et ensuite pour une marche suivant le procédé avec injection de gaz réducteurs surchauffés produits à partir de charbon (cas B et C).
Dans le cas A, on a injecté 100 kg/tf de charbon dans le haut fourneau directement à travers les tuyères principales. On a réalisé une mise au mille de coke de 372 kg/tf qui est nettement inférieure à celle d'une marche sans injection de charbon, une température de gaz de gueulard de 240°C et une productivité de 144, 13 t/h.
Dans le cas B, on a inj ecté 1124 m N/tf de gaz réducteurs pro duits à partir de 200 kg/tf de charbon, soit le double du cas A. On a consommé 918 m 3 N/tf d ' air normal à 1250°C pour produ ire ces . gaz réducteurs dans un réacteur comprenant un four à plasma . On a obtenu une mise au mille de coke de 247 kg/tf nettement inférieure à celle du cas A ( 372 kg/t f) . De même, la température du gaz de gueulard ( 200° C) est notablement inférieure à celle du cas A ( 240°C) . La productivité du fournea a été de 161, 51 t/h . c ' est-à-dire bien supérieure à celle du cas B ( 144, 13 t/h) .
Le cas C est similaire à celui du cas B, avec une inj ect ion de 981 m3 N/t f de gaz réducteurs produits à partir de 200kg/ t f de charbon . On a consommé 739 m N/t f d ' air à 1250°C auquel on a aj outé 39 , 4 m3N/t f d ' 02 cour produ ire les gaz réducteurs également dans un réacteur comprenant un four à plasma. Par rapport au cas B, on obtient pratiquement la même mise au mille de coke (248 kg/tf) , une température de gaz de gueulard nettement inférieure (121°C au lieu de 200°C) et une productivité sensiblement améliorée (181,86 t/h) au lieu de 161,51 t/h) .

Claims

Revendications de brevet.
1. Procédé d'injection au haut fourneau de gaz réducteurs surchauffés produits à partir de -combustible solide, dans lequel on injecte, au niveau des tuyères principales, des gaz réducteurs surchauffés à une température de 1500 à 2800°C, ces gaz contenant principalement du CO, du H2 et éventuellement N2, et en moindres quantités du CO2 et du H2O, caractérisé en ce que ces gaz réducteurs sont obtenus à partir d'un combustible solide, de préférence séché et finement broyé, injecté en proportions adéquates (rapport 0/carbone) dans un réacteur où il est gazéifié au contact d'un agent oxydant tel que air, vent suroxygéné ou encore gaz de gueulard recyclés contenant une teneur suffisante en CO- •
2. Procédé suivant la revend ication 1, caractérisé en ce qu ' on utilise un matériau dont la granulométrie se situe
' dans la gamme de 60 à 100 % de dimension inférieure à 75 micromètres .
3 . Procédé suivant l ' une ou l ' autre des revendications 1 et 2 , caractérisé en ce que la chaleur supplémentaire nécessaire à l ' obtention de gaz surchauffés à une température comprise entre 1500 et 2800° C est assurée par voie électrique, à l ' aide d 'un réchauffeur à arc ou d ' une torche à plasma faisant partie intégrante du réacteur .
4. Procédé su ivant l' une ou l ' autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le combust ib le solide est de préférence du charbon .
EP82900782A 1981-03-11 1982-03-04 Injection au haut fourneau de gaz reducteurs surchauffes Ceased EP0073793A1 (fr)

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BE6047416 1981-03-11

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