铁水制造装置及铁水制造方法
1.本技术是申请人为株式会社posco、申请日为2017年12月7日、发明名称为“铁水制造装置及铁水制造方法”、申请号为201711284660.7的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及铁水制造装置及铁水制造方法，更详细而言涉及能够有效地利用作业中产生的废气的铁水制造装置及铁水制造方法。
背景技术：3.在各种产业领域中，减少二氧化碳(co2)正在成为国家的紧急问题。据此，在高能耗行业之一的钢铁产业中，针对占整体二氧化碳产生量的80％以上的炼铁工序中的二氧化碳减少技术的开发的必要性开始突显起来。
4.对此，在制造铁水(液态铁)的工序中为了减少随着煤炭资源的使用而产生的二氧化碳量，使用如下技术，即，减少用作还原剂以及热源的煤炭资源的使用量，或者回收工序中产生的热能，或者提高反应/工序效率，又或者减少还原对象的氧绝对量等。
5.目前，为了大幅度减少在炼铁工序中产生的二氧化碳，正在积极进行代替煤炭资源而使用含氢的资源的技术的开发。然而，含氢资源非常昂贵，并且在制造含氢资源时花费大量费用。另外，由于在使用焦炉煤气等这样的含氢副产气体时所附加的替代能源费用与煤炭资源相比较昂贵，所以其使用受限。
6.另一方面，从提高工序中产生的反应/工序效率的观点来看，在作为铁水制造的代表性方法的高炉工序的情况下，能源效率很高，几乎达到对比通常理论值为95％左右的程度。尤其是在韩国和日本的情况下，炼铁工序先进技术的引进水平较高，因而附加能源减少潜在量为世界最低水平，处于一种由附加的效率提高来实现的能源以及基于此的二氧化碳量的减少也已经在技术上达到极限的状态。
7.此外，从能源回收的观点来看，当前正大量尝试从代表性的显热回收对象亦即高温炉渣回收显热的技术，但由于设备以及炉渣产品等的问题而根本就不存在被商业化的设备，这也是事实。
8.据此，作为通过减少还原对象的氧绝对量来减少二氧化碳的产生量的技术，有使用金属铁含量高的还原铁或者废料作为铁源的方法。由于还原铁或废料的还原率非常高，所以在炼铁工序中将这些用作原料的情况下，作为去除对象的氧量少，因而能够减少用作还原剂的煤炭资源的使用量。尤其是，废料的使用在能够再利用废弃资源的方面上看是有优势的。然而，由于在高炉或熔融炉等中，气体利用率减少，所以存在如下问题，即，有可能导致额外的能源，例如煤炭资源的投入量增加，并有可能导致废气中一氧化碳等这样的能够实现有效使用的能源的使用效率降低。
9.现有技术文献
10.专利文献1：kr2004-0056270a
11.专利文献2：jp1996-21691a
技术实现要素：12.本发明提供能够有效地利用废气所含有的有效能源的铁水制造装置及铁水制造方法。
13.本发明提供能够减少煤炭资源的使用量的铁水制造装置及铁水制造方法。
14.本发明的实施方式所涉及的铁水制造装置可以包括：反应炉，形成有能够使包括铁矿石在内的原料熔解的空间；预热炉，形成有能够利用在上述反应炉产生的废气来预热废料的空间，并以与上述反应炉连通的方式设置；二氧化碳去除器，该二氧化碳去除器从在上述预热炉产生的废气中除去二氧化碳，该二氧化碳去除器与上述预热炉和上述反应炉连接，以向上述预热炉和上述反应炉供给除去了二氧化碳的废气；以及燃烧装置，能够向上述预热炉吹入纯氧，使其与上述除去了二氧化碳的废气反应而产生反应热；以及热加工装置，设置在上述反应炉与上述预热炉之间，能够使上述预热的废料在热状态下成块化而投入到上述反应炉中。
15.上述反应炉可以包括吹入喷嘴，该吹入喷嘴能够供给纯氧和煤粉。
16.本发明的实施方式所涉及的铁水制造方法可以包括：在反应炉中熔解铁矿石来制造铁水的步骤；向预热炉装入废料的步骤；将在制造上述铁水的步骤中产生的包含氢和一氧化碳的废气向上述预热炉供给，利用上述废气的热使上述废料进行一次预热的步骤；向上述预热炉供给纯氧使上述废气进行二次燃烧而产生反应热，利用上述反应热使一次预热的废料进行二次预热的步骤；从在上述预热炉产生的废气中除去二氧化碳，将除去了二氧化碳的废气向上述反应炉供给而用作还原气体，并向上述预热炉供给而用作燃料气体的步骤；将上述预热的废料在热状态下进行成块化的步骤；以及将成块化的废料投入上述反应炉的步骤。
17.制造上述铁水的步骤可以包括为了使上述氢和一氧化碳的比例高于上述废气中的氮的比例而向上述反应炉吹入纯氧的步骤。
18.根据本发明的实施方式，通过在制造铁水时将与铁矿石相比含氧量少的废料用作原料，能够减少废气中二氧化碳的比重。另外，通过利用废气来预热废料，能够减少制造铁水所需的能源费用。尤其是，通过利用废气所含有的一氧化碳和氢的二次燃烧，能够进一步提高废料的预热效率。
附图说明
19.图1是示意性示出本发明的实施例所涉及的铁水制造装置的结构的图。
20.附图标记说明
21.100：反应炉；110：吹入喷嘴；200：预热炉；300：燃烧装置；400：二氧化碳去除器；500：热加工装置。
具体实施方式
22.以下，参照随附的附图对本发明的实施例进行详细的说明。但本发明并不限定于以下公开的实施例，而是能够以彼此不同的多种方式来实现，下述说明只是为了完整地公开本发明，对具有常规知识的人完整地传递发明范围而提供的。在附图中，为了明确表示各元件，将其大小夸张或者放大而进行表示，并且在附图中同一附图标记是指同一元件。
23.图1是示意性示出本发明的实施例所涉及的铁水制造装置的结构的图。在图1中，实线表示原料的移动路径，虚线表示气体的移动路径。
24.参照图1，铁水制造装置可以包括：反应炉100，使含铁原料熔融；预热炉200，利用在反应炉100产生的废气来预热含铁原料中的一部分；以及燃烧装置300，供给含氧气体，以使向预热炉200供给的废气二次燃烧来产生热源。另外，可以进一步包括：热加工装置500，将在预热炉200预热后的含铁原料以热状态加工；以及二氧化碳去除器400，从在预热炉200产生的废气中去除二氧化碳。
25.在反应炉100的内部形成能够收纳用于制造铁水的原料的空间。在反应炉100的下部可以具备能够供给燃料和含氧气体以熔解原料的吹入喷嘴110。此时，原料可以包括铁矿石、还原铁、烧结矿等含铁原料和焦炭、煤炭等还原剂，根据需要也可以包括石灰石等副原料。并且，燃料可以包括能够通过吹入喷嘴110投入反应炉100的煤粉，含氧气体可以包括空气、纯氧等。并且，吹入喷嘴110可以被设置为分别独立地供给燃料和含氧气体，也可以被设置为将燃料和含氧气体一同供给。
26.反应炉100可以是能够制造铁水的多种反应炉，例如可以使用高炉、熔融还原炉、电炉等。在此，在反应炉100为熔融还原炉的情况下，还可以包括用于制造投入反应炉100的含铁原料即还原铁的流动还原炉。
27.预热炉200可以在内部形成空间以收纳含铁原料，例如废料。预热炉200可以通过配管或者管道与反应炉100连结，以利用在反应炉100产生的废气来预热废料。并且，在预热炉200可以具备向预热炉200供给含氧气体以产生用于预热废料的热源的燃烧装置300。
28.燃烧装置300可以向预热炉200供给纯氧等含氧气体以能够使含氧气体与由反应炉100供给的废气发生反应而产生反应热。在此，以燃烧装置300连接于预热炉200的情况进行了说明，但燃烧装置300也可以连接于将反应炉100和预热炉200连结起来的配管或者管道。并且，燃烧装置300并不是直接通过燃烧来产生热源，而是向预热炉200供给含氧气体以使得在预热炉200内产生热源。
29.可以向预热炉200注入在反应炉100产生的废气，使废气所含有的氢(h2)和一氧化碳(co)与由燃烧装置300供给的含氧气体发生反应，即进行二次燃烧来产生能够预热废料的热源。对此，将在下文中再次说明。
30.在预热炉200被预热的废料可以被投入至反应炉100，根据需要，也可以在热加工装置500中加工成规定的形状之后投入至反应炉100。
31.热加工装置500设置在预热炉200与反应炉100之间，可以对废料以成块化或者破碎等这样的方法进行加工。此时，由于废料处于被预热炉200预热的状态即为热状态，所以能够利用热加工装置500容易成型。
32.二氧化碳去除器400能够从由预热炉200排出的废气中去除或者分离二氧化碳。二氧化碳去除器400可以使用由固体吸收剂来选择性吸收废气中二氧化碳而进行分离的psa(pressure swing adsorption，变压吸附)方式或者tsa(thermal swing adsorption，变温吸附)方式、化学吸附方式等。经过二氧化碳去除器400后的废气包括一氧化碳、氢、甲烷(ch4)等，可以将该废气供给至反应炉100和预热炉200中至少任意一个或者在其它工序中用作还原剂或化学物质的原料。例如，经过二氧化碳去除器400后的废气可以被供给至熔融还原炼铁工序的熔融气化和流动还原炉而用作还原剂，也可以在制造甲醇、二甲醚
(dimethylether，dme)时用作原料。
33.以下，对本发明的实施例所涉及的铁水制造方法进行说明。
34.首先，向反应炉100投入用于制造铁水的原料。此时，原料可以包括铁矿石、还原铁、烧结矿等这样的含铁原料和焦炭、煤炭等这样的还原剂，根据需要也可以包括石灰石等这样的副原料。另外，在初期向反应炉100投入原料时，也可以额外投入未被预热的废料。
35.若原料已投入反应炉100，则可以通过反应炉100下部的吹入喷嘴110向反应炉100内部吹入含氧气体和煤粉等这样的燃料。此时，含氧气体可以以被加热为数百度的温度的状态吹入，通过煤粉因含氧气体燃烧而产生的热，可以熔解投入至反应炉100的原料。
36.在反应炉100中，随着原料的熔解而制造铁水，随着铁水的制造所产生的废气可以向预热炉200供给。此时，为了减少废气中二氧化碳的比率并增加一氧化碳以及氢的比率，可以向反应炉100吹入纯氧。若像这样向反应炉100吹入纯氧，则减少废气中含氮量，从而能够使得在之后执行的二氧化碳的分离容易进行，同时能够提高废气中有效能源，例如一氧化碳和氢的比率。在本发明中，为了加热作为铁水的原料的废料，可以利用在反应炉100产生的废气。此时，由于废气的温度是受限的，所以为了将废料有效地预热，即预热为高温，需要另外的热源。对此，在本发明中，可以减少在反应炉100产生的废气的成分中二氧化碳的比率，并增加该废气的成分中能够用作预热废料所需的燃料的一氧化碳和氢的比率。通常在反应炉中，吹入以含氧气体加热空气而成的热风，但在热风中含氮量非常高，因而废气中氮与二氧化碳一同占据大部分。因此，在向反应炉100吹入纯氧的情况下，能够减少废气中氮的含量。另外，由于为了制造铁水而投入的废料其氧绝对量少，即处于几乎被还原的状态，所以能够减少为了还原废料而投入的还原剂的量，但还原剂的利用率会减少，从而使废气中中间形态的一氧化碳等这样的有效能源的比率增加。
37.像这样在反应炉100中随着铁水的制造而产生的废气可以向预热炉200供给来预热废料。此时，可以向预热炉200装入废料来作为含铁原料，废料的装入可以在反应炉100中制造铁水的步骤中或者反应炉100中制造铁水的步骤之前进行。
38.若废气已供给于预热炉200，则可以通过燃烧装置300向预热炉200内部吹入含氧气体例如纯氧。供给到预热炉200的含氧气体可以通过下述化学式1及2这样的反应和废气中氢以及一氧化碳发生反应来产生热源。
39.【化学式1】
[0040][0041]
【化学式2】
[0042][0043]
即，装入预热炉200的废料可以通过由反应炉100供给的废气进行初次预热，并且可以通过利用废气中氢以及一氧化碳和吹入预热炉200的含氧气体的反应所产生的反应热来进行二次预热。
[0044]
废料可以在预热炉200中被预热之后投入反应炉100而制造铁水。或者，废料也可以在预热炉200中被预热之后，在热加工装置500成型或者加工为规定的形状而投入反应炉
100。
[0045]
若在像这样将废料预热之后装入反应炉100，则与将废料以冷状态装入时相比热量提高，从而能够抑制炉内温度的降低或者铁水温度的降低，并且能够减少制造铁水所需的能源使用量。
[0046]
另一方面，能够使在预热炉200产生的废气经过二氧化碳去除器400，去除或者分离废气所含有的二氧化碳。即，在反应炉100产生的废气中包括二氧化碳，在预热炉200中预热废料的期间，进一步产生二氧化碳。
[0047]
因此，使在预热炉200产生的废气经过二氧化碳去除器400能够去除或者分离废气中二氧化碳。并且，在二氧化碳去除器400中分离二氧化碳后的废气，如副产气体可以含有氢、一氧化碳以及甲烷等。副产气体可以被供给至反应炉100而用作用于还原原料的还原气体。或者，可以被供给至预热炉200而用作用于加热废料的燃料气体。或者，也可以被供给至熔融还原炼铁工序的熔融气化炉、流动还原炉等而用作还原气体，也可以在制造甲醇、二甲醚(dimethylether，dme)时用作原料。
[0048]
对于本发明的技术构思根据上述实施例进行了具体描述，但应知晓上述实施例只是用于进行说明，并不旨于对其进行限定。另外，应理解在本发明的技术领域中，本领域技术人员能够在本发明的技术构思的范围内实现多种实施例。
技术特征：1.一种铁水制造装置，其特征在于，包括：反应炉，形成有能够使包括铁矿石在内的原料熔解的空间；预热炉，形成有能够利用在所述反应炉产生的废气来预热废料的空间，并以与所述反应炉连通的方式设置；二氧化碳去除器，该二氧化碳去除器从在所述预热炉产生的废气中除去二氧化碳，该二氧化碳去除器与所述预热炉和所述反应炉连接，以向所述预热炉和所述反应炉供给除去了二氧化碳的废气；以及燃烧装置，能够向所述预热炉吹入纯氧，使其与所述除去了二氧化碳的废气反应而产生反应热；以及热加工装置，设置在所述反应炉与所述预热炉之间，能够使所述预热的废料在热状态下成块化而投入到所述反应炉中。2.根据权利要求1所述的铁水制造装置，其特征在于，所述反应炉包括吹入喷嘴，该吹入喷嘴能够供给纯氧和煤粉。3.一种铁水制造方法，其特征在于，包括：在反应炉中熔解铁矿石来制造铁水的步骤；向预热炉装入废料的步骤；将在制造所述铁水的步骤中产生的包含氢和一氧化碳的废气向所述预热炉供给，利用所述废气的热使所述废料进行一次预热的步骤；向所述预热炉供给纯氧使所述废气进行二次燃烧而产生反应热，利用所述反应热使一次预热的废料进行二次预热的步骤；从在所述预热炉产生的废气中除去二氧化碳，将除去了二氧化碳的废气向所述反应炉供给而用作还原气体，并向所述预热炉供给而用作燃料气体的步骤；将所述预热的废料在热状态下进行成块化的步骤；以及将成块化的废料投入所述反应炉的步骤。4.根据权利要求3所述的铁水制造方法，其特征在于，制造所述铁水的步骤包括为了使所述氢和一氧化碳的比例高于所述废气中的氮的比例而向所述反应炉吹入纯氧的步骤。
技术总结本发明涉及铁水制造装置及铁水制造方法，该铁水制造方法包括：在反应炉中熔解铁矿石来制造铁水的步骤；向预热炉装入废料的步骤；将在制造上述铁水的步骤中产生的废气向上述预热炉供给的步骤；以及向上述预热炉供给含氧气体使上述废气进行二次燃烧而预热废料的步骤，能够有效地利用作业中产生的废气。能够有效地利用作业中产生的废气。能够有效地利用作业中产生的废气。
技术研发人员：金完浩 赵敏永 孙相汉 张东硕
受保护的技术使用者：株式会社POSCO
技术研发日：2017.12.07
技术公布日：2022/11/1
