EP0367745A2 - Procédé d'injection de combustible auxiliaire dans un haut fourneau - Google Patents

Procédé d'injection de combustible auxiliaire dans un haut fourneau Download PDF

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EP0367745A2
EP0367745A2 EP89870160A EP89870160A EP0367745A2 EP 0367745 A2 EP0367745 A2 EP 0367745A2 EP 89870160 A EP89870160 A EP 89870160A EP 89870160 A EP89870160 A EP 89870160A EP 0367745 A2 EP0367745 A2 EP 0367745A2
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fuel
injected
hot wind
blast furnace
auxiliary fuel
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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
    • 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
    • C21B5/003—Injection of pulverulent coal

Definitions

  • the present invention relates to a method for injecting auxiliary fuel into a blast furnace.
  • the auxiliary fuel in particular pulverized coal
  • the hot wind at a temperature between 1000 ° C and 1200 ° C, which is blown into the blast furnace by the wind nozzles.
  • the coal burns, releasing heat and gases, essentially reducing gases CO and H2, in a determined quantity inside the blast furnace.
  • the quantity of pulverized coal that can be injected in this way is limited, firstly because the coal has a cooling effect which lowers the temperature of the flame, and secondly because the combustion of the coal is not complete at high injection rates and therefore causes unburnt and / or soot formation.
  • the object of the present invention is to propose a process which meets this need by simple and advantageous means, which moreover do not require significant transformations of the existing injection installations.
  • a method of injecting auxiliary fuel into a blast furnace in which said auxiliary fuel is injected into a current of hot wind flowing in the direction of at least one nozzle of said blast furnace, is characterized in that injecting a superheating fuel into said hot wind current, upstream of the injection point of said auxiliary fuel.
  • This superheating fuel injected into the hot wind, in accordance with the process of the invention, causes the formation of a "pseudo-plasma", that is to say of a superheated gaseous medium, located at the place where the auxiliary fuel is injected.
  • This pseudo-plasma obtained without consumption of electrical energy, has properties close to those of conventional plasmas and promotes rapid and complete combustion of the auxiliary fuel.
  • the auxiliary fuel can be a solid fuel, a liquid fuel or a gaseous fuel, or else a mixture of several fuels of different types.
  • the superheating fuel can also be a solid fuel, a liquid fuel or a gaseous fuel, or else a mixture of several fuels of different types.
  • the auxiliary fuel and the superheating fuel are injected as they are into the hot wind current, and their combustion is ensured by the oxygen contained in the hot wind.
  • the oxygen contained in the hot wind it may be necessary to increase the oxygen content of this hot wind, depending on the quantities of fuel injected. Any additional oxygen can be injected with the corresponding fuel, preferably in stoichiometric proportion to ensure the desired combustion of said fuel.
  • Another interesting variant of the process of the invention consists in injecting at least one of said fuels, that is to say the auxiliary fuel and / or the superheating fuel, by means of a suitable burner.
  • This burner which can be of any known type, is supplied on the one hand with fuel and on the other hand with oxygen, and it then injects the corresponding fuel into the hot wind current in the form of hot combustion gases.
  • the oxygen content of the hot wind is preferably adapted according to the composition of said combustion gases, and in particular their contents. in reducing gases.
  • the hot wind blown through the nozzles is generally at a temperature between 1000 ° C and 1200 ° C, depending on the type of cowper available.
  • the hot wind consists of air or air enriched with oxygen.
  • the quantity of superheating fuel injected into the hot wind is adjusted so that said hot wind is brought to a temperature between 1500 ° C. and 2500 ° C.
  • FIG. 1 a conventional blast furnace (1), fed in (2) with 1610 kg per ton of pig iron (kg / tf) of good quality agglomerate and with metallurgical coke stabilized and screened at 35 mm.
  • 140 kg / tf of dry pulverized coal containing 25% volatile matter was injected conventionally, in the hot wind (5), for example at the level of the nozzle.
  • To produce a cast iron of the desired quality that is to say containing 5% C and 0.2% Si and having a temperature of 1500 ° C, 334 kg / tf of dry coke was consumed.
  • FIG. 2 illustrates the production of the same quality of pig iron from the same raw materials and in the same blast furnace as in the case of FIG. 1, but using a variant of the process of the present invention.
  • the blast furnace (1) is also loaded with (2) 1,610 kg / tf of good quality agglomerate, as well as metallurgical coke stabilized and screened at 35 mm.
  • the cold wind (4) is formed by mixing 37 m3 N / tf of pure oxygen (4a) and 470 m3 N / tf of air (4b) compressed to a pressure of 4.5 bar.
  • This cold wind (4), oxygenated to 27%, is brought into the cowper (3) at a temperature of 1200 ° C and the resulting hot wind (5) is blown into the blast furnace with a flow rate of 507 m3 N / tf .
  • the pulverized coal was injected by means of an oxy-coal burner (7) of a known type, supplied with oxygen (7a) and pulverized coal (7b).
  • coke oven gas was injected at (8), that is to say upstream of the injection point of the pulverized coal (7), at a rate of 26 m3 N / tf.
  • This injection (8) gave rise to the formation of a "pseudo-plasma" (9), having a temperature of 1700 ° C. and composed of 6.0% H2O; 2.0% CO2; 21.0% WHERE; 71.0% N2. Thanks to this pseudo-plasma, it was possible to inject in (7b) up to 350 kg / tf of pulverized coal with 149 m3 N / tf of oxygen in (7a). As a result, coke consumption has been reduced to 177 kg / tf, a 47% gain in coke compared to the conventional market in Figure 1.
  • the process of the present invention makes it possible to greatly increase the quantity of pulverized coal injected into the blast furnace, compared to the most favorable markets achievable by conventional injection techniques. Comparable results can be achieved for the injection of liquid or gaseous fuel.

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Abstract

On injecte un combustible auxiliaire (7) dans un courant de vent chaud circulant en direction d'au moins une tuyère du haut fourneau, et un combustible de surchauffe (8) dans ledit courant de vent chaud (5), en amont du point d'injection dudit combustible auxiliaire (7; 7a; 7b). Au moins un des deux combustibles (7;8) est brûlé au moins partiellement avant d'être injecté dans le courant de vent chaud (5). On règle la teneur en oxygène de vent chaud (5) en fonction des quantités de combustible (7;8) injectées. On règle la quantité de combustible de surchauffe (8) injecté dans le vent chaud (5) de telle façon que le vent chaud (5) soit porté à une température comprise entre 1500°C et 2500°C.

Description

  • La présente invention concerne un procédé d'injection de combustible auxiliaire dans un haut fourneau.
  • On cherche depuis longtemps à réduire la consommation de coke du haut fourneau, notamment pour des raisons économiques liées soit à l'ame­nuisement des réserves de charbons cokéfiables, soit au coût des mesures de protection de l'environnement dans les cokeries.
  • A cet effet, on a déjà proposé de remplacer le coke, partiellement ou entièrement, par un combustible auxiliaire injecté par les tuyères à vent ou par des tuyères auxiliaires installées sur le haut fourneau. On a ainsi pratiqué l'injection de combustibles liquides tels que le fioul, de combustibles gazeux tels que le gaz naturel ou le gaz de four à coke, ainsi que de combustibles solides tels que le charbon pulvérisé ou le lignite.
  • D'un point de vue économique, il s'avère que l'injection de combus­tible solide constitue actuellement la technique la plus intéressante dans de nombreux cas. Néanmoins, les prix relatifs des différents types de combustibles varient très fortement et quelquefois assez rapidement; suivant le moment et l'endroit, les hydrocarbures liquides ou gazeux peuvent donc également présenter un grand intérêt en vue de l'injection dans un haut fourneau.
  • Dans la présente description, il sera fait référence particulièrement à l'injection de charbon pulvérisé, qui est le combustible auxiliaire solide le plus utilisé actuellement. Cette référence particulière n'a cependant aucun caractère limitatif et le procédé de l'invention est tout aussi applicable avec des combustibles auxiliaires liquides ou gazeux.
  • D'une manière classique, on injecte le combustible auxiliaire, notam­ment le charbon pulvérisé, dans le vent chaud se trouvant à une température comprise entre 1000°C et 1200°C, qui est insufflé dans le haut fourneau par les tuyères à vent. Dans ces conditions, le charbon brûle en dégageant de la chaleur et des gaz, essentiellement des gaz réducteurs CO et H₂, en quantité déterminée à l'intérieur du haut fourneau. La quantité de charbon pulvérisé que l'on peut injecter de cette façon est cependant limitée, d'une part parce que le charbon exerce un effet de refroidissement qui abaisse la température de la flamme, et d'autre part parce que la combustion du charbon n'est pas complète aux taux d'injection élevés et provoque alors la formation d'imbrûlés et/ou de suies.
  • On a déjà recherché des voies et des moyens pour contourner cette dif­ficulté.
  • En particulier, il a été proposé, dans la demande de brevet BE-A-­08700853, de remplacer le vent chaud à 21 % d'oxygène, éventuellement suroxygéné à 22-24 %, par du vent à très haute teneur en oxygène se trouvant à la température ambiante. Cette technique n'est cependant applicable que dans les usines disposant d'importants excédents d'oxygène, ce qui est rarement le cas dans la pratique industrielle.
  • Par ailleurs, il existe également de nombreuses propositions visant à accélérer la combustion du charbon par l'utilisation d'une torche à plasma, qui surchauffe le vent à une température de l'ordre de 1800°C à 2500°C. Il est apparu qu'une telle augmentation de la température du vent permettait, par son effet sur la cinétique de combustion du charbon, d'injecter des quantités accrues de combustible auxiliaire, aussi bien solide que liquide ou gazeux.
  • Il n'est cependant pas toujours possible de recourir à la technique de la torche à plasma. En effet, celle-ci implique non seulement des frais d'investissement élevés, mais aussi des frais de fonctionnement liés, dans une large mesure, au prix du courant électrique. Si ce prix est trop élevé par rapport à celui des énergies fossiles, le coût de la production du plasma peut entamer ou même annuler l'économie réa­lisée par l'accroissement de la quantité de combustible auxiliaire injecté dans le haut fourneau.
  • Enfin, il est connu, par la demande de brevet BE-A-08701383, d'injecter une certaine quantité de gaz, de préférence du gaz riche en hydrogène à l'endroit où l'on injecte du charbon pulvérisé. Cette technique s'applique particulièrement dans le cas où le haut fourneau est alimenté en vent froid très riche en oxygène au lieu du vent chaud conventionnel. Une telle injection de gaz a pour but de stabiliser la combustion du charbon et, dans le cas de l'utilisation de vent froid, d'assurer l'allumage du charbon après un arrêt de l'injection. Cette technique, très intéressante par ailleurs, ne permet cependant pas d'accroître la quantité de charbon injectée.
  • Il existe dès lors dans l'industrie un besoin d'un procédé permettant d'injecter d'importantes quantités de combustible auxiliaire dans un haut fourneau tout en demeurant économiquement acceptable pour l'utilisateur.
  • La présente invention a pour but de proposer un procédé répondant à ce besoin par des moyens simples et intéressants, qui en outre ne nécessitent pas de transformations importantes des installations d'injection existantes.
  • Conformément à la présente invention, un procédé d'injection de com­bustible auxiliaire dans un haut fourneau, dans lequel on injecte ledit combustible auxiliaire dans un courant de vent chaud circulant en direction d'au moins une tuyère dudit haut fourneau, est caractérisé en ce que l'on injecte un combustible de surchauffe dans ledit courant de vent chaud, en amont du point d'injection dudit com­bustible auxiliaire.
  • Ce combustible de surchauffe, injecté dans le vent chaud, conformément au procédé de l'invention, provoque la formation d'un "pseudo-plasma", c'est-à-dire d'un milieu gazeux surchauffé, localisé à l'endroit où est effectuée l'injection du combustible auxiliaire. Ce pseudo-plasma, obtenu sans consommation d'énergie électrique, présente des propriétés voisines de celles des plasmas usuels et favorise une combustion rapide et complète du combustible auxiliaire.
  • Comme on l'a indiqué plus haut, le combustible auxiliaire peut être un combustible solide, un combustible liquide ou un combustible gazeux, ou encore un mélange de plusieurs combustibles de types différents.
  • Suivant l'invention, le combustible de surchauffe peut également être un combustible solide, un combustible liquide ou un combustible gazeux, ou encore un mélange de plusieurs combustibles de types différents.
  • Suivant la mise en oeuvre la plus simple du procédé de l'invention, le combustible auxiliaire et le combustible de surchauffe sont injectés tels quels dans le courant de vent chaud, et leur combustion est assurée par l'oxygène contenu dans le vent chaud. A cet effet, il peut être nécessaire d'accroître la teneur en oxygène de ce vent chaud, en fonction des quantités de combustible injectées. Le complément éventuel d'oxygène peut être injecté avec le combustible correspondant, de préférence en proportion stoechiométrique pour assurer la combustion désirée dudit combustible.
  • Une autre variante intéressante du procédé de l'invention consiste à injecter au moins un desdits combustibles, c'est-à-dire le combustible auxiliaire et/ou le combustible de surchauffe, au moyen d'un brûleur approprié. Ce brûleur, qui peut être de tout type connu, est alimenté d'une part en combustible et d'autre part en oxygène, et il injecte ensuite le combustible correspondant dans le courant de vent chaud sous la forme de gaz de combustion chauds. Dans ce cas, la teneur en oxygène du vent chaud est de préférence adaptée en fonction de la composition desdits gaz de combustion, et notamment de leurs teneurs en gaz reducteurs.
  • Pour une marche conventionnelle du haut fourneau, le vent chaud insuf­flé par les tuyères se trouve généralement à une température comprise entre 1000°C et 1200°C, suivant le type de cowper disponible. De ma­nière classique, le vent chaud est constitué d'air ou d'air enrichi en oxygène. Comme on l'a déjà indiqué plus haut, il est avantageux de régler la teneur en oxygène du vent chaud en fonction des quantités de combustible injectées.
  • Egalement suivant l'invention, on règle la quantité de combustible de surchauffe injecté dans le vent chaud de telle façon que ledit vent chaud soit porté à une température comprise entre 1500°C et 2500°C.
  • D'autres particularités et avantages de l'invention pourront apparaî­tre à la lecture de l'exemple comparatif qui suit, qui n'a d'autre but que de faire comprendre clairement l'intérêt économique et la facilité de mise en oeuvre du procédé revendiqué. Cet exemple est illustré par les dessins annexés, dans lesquels la
    • Figure 1 illustre un procédé conventionnel d'injection d'un combusti­ble auxiliaire dans un haut fourneau; et la
    • Figure 2 montre une variante particulière de mise en oeuvre du procédé de l'invention.
  • Ces figures ne constituent bien entendu que des représentations sché­matiques, dans lesquelles on n'a volontairement reproduit que les éléments directement nécessaires à la compréhension de l'invention. Des éléments identiques ou analogues sont désignés par les mêmes repères numériques dans les deux figures, et les sens de circulation des différentes matières (vent chaud, combustibles) sont indiqués par des flèches appropriées.
  • On a représenté, dans la figure 1, un haut fourneau (1) conventionnel, alimenté en (2) avec 1610 kg par tonne de fonte (kg/tf) d'aggloméré de bonne qualité et avec du coke métallurgique stabilisé et criblé à 35 mm. Un cowper (3) alimenté en vent froid (4), suroxygéné à 22 %, fournit un vent chaud (5) à 1150°C qui est insufflé dans le haut four­neau à raison de 1051 m³ N/tf. A l'aide d'une canne (6), on a injecté de manière classique, dans le vent chaud (5), par exemple au niveau du busillon, 140 kg/tf de charbon pulvérisé sec contenant 25 % de ma­tières volatiles. Pour produire une fonte de la qualité désirée, c'est-à-dire contenant 5 % C et 0,2 % Si et présentant une température de 1500°C, on a consommé 334 kg/tf de coke sec.
  • La figure 2 illustre la production de la même qualité de fonte à partir des mêmes matières premières et dans le même haut fourneau que dans le cas de la figure 1, mais à l'aide d'une variante du procédé de la présente invention. Le haut fourneau (1) est également chargé en (2) de 1610 kg/tf d'aggloméré de bonne qualité, ainsi que de coke métallurgique stabilisé et criblé à 35 mm. Le vent froid (4) est cons­titué en mélangeant 37 m³ N/tf d'oxygène pur (4a) et 470 m³ N/tf d'air (4b) comprimé à une pression de 4,5 bar. Ce vent froid (4), suroxygéné à 27 %, est porté dans le cowper (3) à une température de 1200°C et le vent chaud résultant (5) est insufflé dans le haut fourneau avec un débit de 507 m³ N/tf. Dans le cas de l'exemple illustré ici, le charbon pulvérisé a été injecté au moyen d'un brûleur oxy-charbon (7) d'un type connu, alimenté en oxygène (7a) et en charbon pulvérisé (7b). Conformément à l'invention, on a injecté en (8), c'est-à-dire en amont du point d'injection du charbon pulvérisé (7), du gaz de four à coke à raison de 26 m³ N/tf. Cette injection (8) a donné lieu à la formation d'un "pseudo-plasma" (9), ayant une température de 1700°C et composé de 6,0 % H₂O; 2,0 % CO₂; 21,0 % O₂; 71,0 % N₂. Grâce à ce pseudo-­plasma, on a pu injecter en (7b)jusqu'à 350 kg/tf de charbon pulvérisé avec 149 m³ N/tf d'oxygène en (7a). De ce fait, la consommation de coke a été ramenée à 177 kg/tf, soit un gain de 47 % de coke par rapport à la marche conventionnelle de la figure 1.
  • Le procédé de la présente invention permet d'accroître très fortement la quantité de charbon pulvérisé injectée dans le haut fourneau, par rapport aux marches les plus favorables réalisables par les techniques conventionnelles d'injection. Des résultats comparables peuvent être atteints pour l'injection de combustible liquide ou gazeux.

Claims (8)

1. Procédé d'injection de combustible auxiliaire dans un haut fourneau, dans lequel on injecte ledit combustible auxiliaire dans un courant de vent chaud circulant en direction d'au moins une tuyère dudit haut fourneau (1), caractérisé en ce que l'on injecte un combustible de surchauffe (8) dans ledit courant de vent chaud (5), en amont du point d'injection dudit combustible auxiliaire (7; 7a,7b).
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le combustible auxiliaire (7) et le combustible de surchauffe (8) sont injectés tels quels dans le courant de vent chaud (5).
3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'on in­jecte de l'oxygène en même temps que ledit combustible de surchauffe (8) dans le courant de vent chaud (5).
4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un des deux combustibles, c'est-à-dire le combustible auxiliaire (7) et/ou le combustible de surchauffe (8) est brûlé au moins partiellement avant d'être injecté dans le courant de vent chaud (5).
5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, carac­térisé en ce que l'on règle la teneur en oxygène du vent chaud (5) en fonction des quantités de combustible (7; 8) injectées.
6. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on règle la quantité de combustible de surchauffe (8) injecté dans le vent chaud (5) de telle façon que ledit vent chaud (5) soit porté à une température comprise entre 1500°C et 2500°C.
7. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le combustible de surchauffe (8) est un combustible solide, un combustible liquide, un combustible gazeux ou un mélange de plusieurs combustibles de types différents.
8. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 7, carac­térisé en ce que le combustible auxiliaire (7) est un combustible solide, un combustible liquide, un combustible gazeux ou un mélange de plusieurs combustibles de types différents.
EP19890870160 1988-10-31 1989-10-24 Procédé d'injection de combustible auxiliaire dans un haut fourneau Withdrawn EP0367745A3 (fr)

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