Modeling of reducing agent injection into the blast furnace and its behavior in the raceway and the bosh belly area

Abstract

Der Zweck eines Hochofens ist Eisenerz zu flüssigen Roheisen zu reduzieren. Langfristig ist das Ziel der Industrie die Mengen an Reduktionsmitteln zu reduzieren und die Produktivität zu steigern.<br />Speziell die Bedeutung der Schonung der Ressourcen wird von immer größerem Interesse, was auf die steigenden Rohstoffpreise und die zunehmende Verschmutzung der Umwelt zurückzuführen ist. Lösungen für diese Probleme können mit unter die Verwendung von preiswerten Abfallprodukten wie Kunststoffen oder auch die Nebenprodukte anderer Verfahren sein.<br />Ziel dieser Arbeit ist es das Umsetzungsverhalten in der Windform und Raceway Region von Koksgas, Schweröl und pelletierten Plastik zu untersuchen. Auch die sich abspielenden Vorgänge in der Blaszone und höheren Zonen des Hochofens, wenn das Gas nach der teilweisen Umsetzung den Toten Mann und die Kohäsive Zone durchströmt, sollen für die Eindüsung von Koksgas und Schweröl untersucht werden. Das Hauptaugenmerk hierbei liegt auf der Verfügbarkeit von reduzierenden Spezien und dem vorherrschenden Reduktionspotential. Das Umsetzungsverhalten in der Raceway wurde unter Zuhilfenahme von computational fluid dynamics (CFD) und dem Code FLUENT ergründet. Alle CFD Simulationen wurden am Zentralrechner (sc.zserv.tuwien.ac.at) des ZID (Zentraler Informatikdienst) der Technischen Universität Wien durchgeführt. Für die Zonen im inneren wurde eine vereinfachte Simulation in Fortran entwickelt.<br />Während die einzelne Eindüsung von Koksgas, eines Mischgases sowie Schweröl bereits durchgeführt wurde, konzentriert sich diese Arbeit auf die simultane Eindüsung von Koksgas und Schweröl, sowie die Eindüsung von Pastikpellets mit einer Lanze. Auch Simulationen der drei Hauptbestandteile von Koksgas, nämlich Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan wurden durchgeführt um den Einfluss der einzelnen Komponenten bei der späteren Fortran Simulation zu evaluieren.<br />

The purpose of a blast furnace is to chemically reduce and physically convert iron oxides into liquid iron. Longer-term trends of the blast furnace process are to reduce reductant rates and increase productivity. Especially the importance of saving energy and natural resources is a point of greater interest than ever, due to rising raw material costs and environmental pollution. Solutions to solve environmental problems can be for example also the recycling of wastes in terms of the usage as reducing agent injected into the blast furnace instead of fossil fuel like oil or natural gas. These wastes are for example waste plastics or the injection of by-products like coke oven gas from the coke battery.<br />The aim of this work is to study the conversion behavior in the tuyere and raceway region of coke oven gas, heavy oil and waste plastics. Also scenes happening in the bosh belly area of the furnace when the gas enters the dead man are investigated for coke oven gas and heavy oil.<br />The main focus is the availability of reducing species and the predominant reduction potential. The conversion behavior in the raceway is studied with computational fluid dynamics (CFD) under usage of the commercial available code FLUENT. All CFD simulations were carried out on the central computer (sc.zserv.tuwien.ac.at) of the ZID (Zentraler Informatikdienst) of the Vienna University of Technology. For the bosh belly area a simplified simulation is developed in Fortran.<br />The single injection of COG, a mixture of COG/BOF and heavy oil into the tuyere already were studied before. This work concentrates on the simultaneous injection of COG and heavy oil and the singe injection of plastic wastes. Also of the three main components of COG, hydrogen, carbon monoxide and methane, simulations are carried out to investigate the influences of single components in the later Fortran simulation for the bosh belly area of the furnace.