[发明专利]用于在材料的热处理中降低炉子的废气中的氧化氮的排放量的方法和根据此方法运行的炉子

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在至少间接存在氧和氮的材料的热处理中，特别是在电弧炉中熔化含铁的原材料时，降低在炉子的废气中的氧化氮的排放量的方法。此外本发明还涉及一种以该方法运行的炉子。

背景技术

在至少间接存在氧和氮的材料的热处理中，例如在电弧炉中熔化废钢、DRI（Direct Reduced Iron直接还原铁）或HBI（Hot Briquetted Iron热压铁块）时，在温度超过1000℃时形成氧化氮NO_x。因此这种所谓的热氧化氮NO_x的产生既可以直接地在炉容器中自身进行，当由炉容器排出的废气在高温下混合周围空气时，也可以在废气中发生，这正如是例如在电弧炉中的情况。换句话说：在热处理中至少间接地、即至少在废气中在高温下存在氧和氮，以使产生热的氧化氮NO_x并且到达周围环境中。这些氧化氮NO_x是对环境有害和有毒的气体，这些气体不但直接危及健康，而且此外作为引起温室效应气体导致地球温室效应，这样出于环境保护的原因，应尽量避免在技术过程中产生的氧化氮的排放。

发明内容

因此本发明的目的在于，提出一种用于降低在废气中的氧化氮的排放量的方法，该废气是在过程中产生的，在该过程中至少间接地存在氧和氮的材料在炉子中在高温下被热处理。此外本发明的目的在于提出一种以该方法运行的炉子。

关于该方法上述目的通过一种具有权利要求1的特征的方法来实现。在该方法中向废气供给至少一种起还原作用的和/或至少一种在竞争反应中与氧气反应的试剂。在这两种情况下在废气中一起运送的、或者在废气中在高温下直接在炉子后由供给空气或者氧气而产生的氧化物要么被还原要么通过在竞争反应中分解氧气使化学平衡移向不利于氧化氮的产生。通过这种试剂的配量，该试剂涉及一种材料或者不同材料的混合料，因此使氧化物的排放量明显减少。

该方法特别适用于废气的处理，该废气是在废金属熔化中在电弧炉中产生的。基本上该方法还适用于其他金属的或非金属的材料在其中经受超过500℃温度的热处理过程中的废气处理。这些是，例如在炼钢时得到使用的炉子，例如LD转炉、钢包精炼炉、冷铸模、再加热炉或高炉。同样该方法可应用于废气的处理，该废气在烧结炉中、在轧钢机中在钢锭的再加热中产生或者在所谓的钟罩式退火炉中产生，在该钟罩式退火炉中例如生产陶瓷材料。同样该方法可应用于水泥工业、燃煤电厂、化工厂和石油及天然气工业。

对此补充地，该试剂也可附加地直接导入炉子的炉容器中。

优选地，将来自C、Na、Mg、Al、Si、Ca、Ti、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn和Pb的组中的至少一种元素以单质的形式或以与该组的另一种元素化合的形式作为试剂供给。

对此可替代地或是补充地，也可供给氢气H₂、一氧化碳CO、甲烷CH₄或尿素CO(NH)₂或这些气体的混合气。这些元素或气体作为用于一氧化氮NO和一氧化二氮N₂O的还原剂而起作用，这是因为一氧化氮NO和一氧化二氮N₂O与该元素或气体中的一种的还原反应的吉布斯自由能在特别是在1000与2000℃之间的相关温度范围中是负的，其中该还原反应也是在没有催化剂的情况下发生的。在图1和图2中示例性地描述了在温度T下的用于所选取的还原反应的以KJ/mol_NO或KJ/mol_N2O为单位的吉布斯自由能g（吉布斯能或自由焓）。

此外元素C、Na、Mg、Al、Si、Ca、Ti、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn和Pb在与氧的竞争反应中被氧化，并以这种方式使化学平衡向不利于氧化氮NO_x形成地移动。同样为了与氧气的竞争反应，吉布斯自由能在1000与2000℃之间的有利温度范围中是负的，这正如在图3中可以得出。

此外在一个优选的设计方案中，当向该废气供给附加的具有催化作用的固体材料，特别是灰尘、沙子、钾K、钠Na、铁Fe、钙Ca或一氧化钙CaO时，该反应被催化加速。

在本发明的另一个有利的设计方案中，测量废气中氧化物的含量，并且接着根据该废气的含量在废气的流动方向上，看特别是在取样位置之后来配量试剂。