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Verfahren zum Betrieb eines Schachtofens
Das Stammpatent Nr. 202780 bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Schachtofens, in welchem das Behandlungsgut reduziert wird, wie beispielsweise eines Metallreduktionsofens, Eisenschwammofens, Hochofens usw. Solche Typen von Öfen bzw. Schachtöfen werden üblicherweise mit festen Brennstoffen, wie Kohle und insbesondere Koks betrieben. Bei solchen bekannten Ofentypen kommt ein Teil der festen Brennstoffe lediglich als Reduktionsmittel zur Wirkung. Der Bedarf an festen Brennstoffen setzt sich somit hiebei aus der für die Verbrennung erforderlichen Brennstoffmenge und aus dem Bedarf an Reduktionsmitteln zusammen. Gegenstand des Stammpatentes ist ein Verfahren, welches darin besteht, dass bei solchen Öfen reduzierende Gase, insbesondere Erdgas oder Öle bzw.
Erdöle in zerstäubter, verdampfter oder vergaster Form oberhalb der Düsen, durch welche die Verbrennungsluft dem Ofen zugeführt wird. in die Reaktionszone des Ofens, in welcher die Reduktion stattfindet, das ist also in die Reduktionszone als Reduktionsmittel eingeblasen werden und so einen Teil des üblichen festen Brennstoffes ersetzen. Hiedurch werden wesentliche Vorteile erreicht, da die Zuführung des Reduktionsmittels in Gasform bzw. in vergaster, zerstäubter oder verdampfter Form unmittelbar in die Reduktionszone weitgehende Möglichkeiten für eine präzise und empfindliche Steuerung des Prozessverlaufes bietet, abgesehen davon, dass auch die Ersparnis an festen Brennstoffen von wirtschaftlicher Bedeutung ist.
Die Zuführung des Reduktionsmittels in Gasform bzw. in vergaster, verdampfter oder zerstäubter Form ermöglicht auch, den Reaktionsverlauf im Ofen im Laufe des Betriebes wechselnd zu steuern, während eine Beschickung des Ofens mit festen Reduktionsmitteln nur eine träge und unempfindliche Steuerung des Reaktionsverlaufes mit ziemlich gro- sser Zeitverzögerung ermöglicht.
Die Erfindung gemäss dem Stammpatent hat zur Voraussetzung, dass die reduzierenden Gase od. dgl. möglichst unmittelbar der Reduktionszone im Ofen zugeführt werden, so dass diese reduzierenden Gase in ihrer Gesamtheit zur Reduktion des Behandlungsgutes ausgenützt werden. Zu diesem Zweck sind Düsen bzw. Düsenreihen am Mantel des Ofens vorgesehen, durch welche diese reduzierenden Gase od. dgl. der Reduktionszone des Ofens zugeführt werden. Die Zuführung des Reduktionsmittels in Gasform bzw. in vergaster, zerstäubter oder verdampfter Form ermöglicht nun aber, wie bereits erwähnt, eine weitgehende Steuerung des Prozessverlaufes und wenn diese Steuerungsmöglichkeiten voll ausgenützt werden, kann dadurch auch die Lage der Reduktionszone im Ofenschacht beeinflusst werden.
Abgesehen davon ist auch die Steuerung des Prozessverlaufes davon abhängig, an welcher Stelle der Reduktionszone die reduzierenden Gase od. dgl. eingeblasen werden. Um dem Rechnung zu tragen, sieht die Erfindung gemäss dem Stammpatent die Anordnung mehrerer Düsenreihen am Mantel des Ofenschachtes vor.
Da diese reduzierenden Gase od. dgl. in die Reduktionszone des Ofens eingeblasen werden, so dass die reduzierenden Gase in ihrer Gesamtheit zur Reduktion des Behandlungsgutes ausgenützt werden, wird dadurch der Gasdurchsatz durch den Ofen verändert, weil ausser der Verbrennungsluft ja auch noch das reduzierende Gas od. dgl. in den Ofen gelangt. Es wurden sich dadurch die Strömungsverhältnisse im Ofen unkontrollieibar verändern.
Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, die Moglichkeiten der Steuerung des Reaktionsverlaufes zu verbessern und eine Kontrolle der Strömungsverhältnisse im Ofen zu gewährleisten und besteht im wesentlichen darin, dass durch Einblasen von Sauerstoff und bzw. oder Wasserdampf in die Verbrennungszone, insbesondere durch Zumischung von Sauerstoff und bzw. oder Wasserdampf zur Verbrennungsluft, die Lage und Grösse der Reduktionszone im Ofen beeinflusst wird.
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Der Zusatz von Sauerstoff bzw. Wasserdampf zur Verbrennungsluft ist bei Schachtöfen an sich bekannt, jedoch ergibt eine solche Massnahme im Rahmen der vorliegenden Erfindung einen besonderen Ef-
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Gase infolge ihres geringeren Volumens wesentlich rascher vor sich geht. Es tritt somit eine Zusammenziehung der Reaktionszone bei gleichzeitiger Erhöhung der Temperatur ein. Setzt man anderseits Wasserdampf der eingeblasenen Verbrennungsluft zu, so zersetzt sich dieser bei der Berührung mit glühendem Koks in H und Cul, welches letztere in weiterer Berührung mit glühendem C zu CO reduziert wird. Die-
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meinhalt der aufsteigenden Gase erhöht und die Reaktionszone vergrössert.
Von besonderem Vorteil ist daher insbesondere der gleichzeitige Zusatz von Sauerstoff und Wasserdampf im Bereich der Lufteinblasedüsen, denn dies ermöglicht nun erst eine kontrollierte Regelung der Verhältnisse im Ofen durch Bemessung des Verhältnisses zwischen Sauerstoffzusatz und Wasserdampfzusatz. Es kann nun trotz des Einblasens von reduzierenden Gasen od. dgl. der Gasdurchsatz durch den Ofen in den gewünschten Grenzen gehalten werden, und es kann dabei gleichzeitig auch die Lage der Reaktionszone und der Reduktionszone richtig eingestellt werden.
Hiedurch ergibt sich die Möglichkeit, dass das Verhältnis der in der Zeiteinheit eingeblasenen Sauerstoffmenge zu der in der Zeiteinheit eingeblasenen Wasserdampfmenge so gewählt wird, dass die Reduktionszone in den Bereich der Düsen für das Einblasen der reduzierenden Gase od. dgl. gebracht bzw. in diesem Bereich gehalten wird, wobei bei zu hoch gelagerter Reduktionszone die Sauerstoffmenge und bei zu tief gelagerter Reduktionszone die Wasserdampfmenge erhöht wird. Durch eine solche Massnahme kann die Anzahl der erforderlichen Düsenreihen für die Zuführung der reduzierenden Gase in den verschiedenenHöhenzonen des Ofenschachtes verringert werden, oder es können bei gleichbleibender Anzahl der Düsenreihen die Möglichkeiten der Steuerung des Prozessablaufes verbessert werden.
Es kann auf diese Weise auch die Lage der Reduktionszone der Lage der Düsen für die Einblasung des Reduktionsmittels angepasst werden, was einfacher erscheint als die Anpassung der Lage der Düsen an die Lage der Reduktionszone. Vor allem ergeben sich hiedurch grössere Variationsmöglichkeiten und eine genauere und vor allem stufenlose Anpassung zwischen der Lage der Düsen für das Reduktionsmittel und. der Lage der Reduktionszone. Man kann auf diese Weise auch eine Vergrösserung oder eine Verkleinerung der Reduktionszone erzielen und damit die Reduktionsverhältnisse beeinflussen.
Es ergibt sich aber auch die Möglichkeit, bei Anreicherung der Verbrennungsluft mit Sauerstoff die Reduktionszone im Ofen unabhängig von der Sauerstoffanreicherung der Verbrennungsluft zu halten, wobei gemäss der Erfindung zur Ausschaltung der Wirkung der Zufuhr von je 10/0 zusätzlichen Sauerstoffes, bezogen auf die Verbrennungsluft, auf die Verlagerung der Reduktionszone im Ofen ungefähr 20 g Wasserdampf pro m3 Luft der Verbrennungzone zugeführt wird. Durch diese Beeinflussung der Reduktionszone in ihrer Lage und Grösse kann bei Verschiebung der Reduktionszone, welche durch Störungen im Ofengang hervorgerufen wird, die Reduktionszone rascher in ihre ursprüngliche Lage gebracht werden.
Hiedurch können die günstigsten Verhältnisse für einen störungsfreienOfengang gewährleistet werden und anderseits aber auch dieReduktionszone so verlagert werden, dass für das Einblasen der reduzierenden Gase die besten Bedingungen geschaffen werden.
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geschwindigkeit der reduzierenden Gase aus den Düsen kann vorzugsweise 150- O m/sec betragen.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich in erster Linie für den Betrieb von Schachtöfen, jedoch kann es gegebenenfalls auch für rotierende Trommelöfen Verwendung finden.
Wenn beim Betrieb eines Hochofens wie bisher üblich nur fester Brennstoff als Reduktionsmittel verwendet wird, wird wie folgt vorgegangen. Es wird ein Erz mit zirka 45% Fe (in Form von Fe 0) gegichtet, u. zw. pro Charge : 22000 kg Erz und 100 kg Quarz auf 7700 kg Koks. Es wird viermal pro Stunde chargiert. Die Durchsatzzeit, das ist die Zeit, innerhalb welcher die Charge durch den Hochofen hindurchgesetzt wird, beträgt etwa 12 - 14 Stunden. Der Ofen erzeugt im Normalbetrieb (ohne Einblasen von reduzierenden Gasen) 1000 t Stahlroheisen in 24 Stunden. Der Koksverbrauch beträgt im Normalbetrieb rund 800 kg/t Stahlroheisen. Die eingeblasene Luftmenge beträgt 100000 m3/Stunde bei einer Pressung von 1, 2 atü und einer Temperatur der Luft von 6000C.
Nach dem Verfahren gemäss dem Stammpatent wird nun beispielsweise in einer Höhe von 6 m oberhalb der Lufteinblasedüsen durch acht Düsen 3600 m3/Stunde umgewandeltes Naturgas (CO + 2H) mit einer Temperatur von 9000C unter einem Druck von 3 atu als reduzierendes Gas in den Ofenschacht eingebla - sen. Die Düsen für die reduzierenden Gase haben einen Durchmesser von 30 bis 50mm (entsprechend einer Austrittsgeschwindigkeit der reduzierenden Gase von 150 bis 200 m/sec). Um die Gasmenge durch das zusätzliche Einblasen der 3600 m3/Stunde reduzierenden Gases nicht zu erhöhen, d.
h., um die Gasgeschwindigkeit im Ofenschacht konstant zu halten, kann nun gemäss der vorliegenden Erfindung die Verbrennungsluftmenge auf 96400 m3/Stunde reduziert und der d-Gehalt der eingeblasenen Luft um 1 auf 220/0 0% angereichert werden. Durch diese 0-Anreicherung wird die Verbrennungszone bei gleichzeitiger Temperaturerhöhung zusammengezogen. Diese Temperaturerhöhung würde fallweise zu Hängeerscheinungen im Ofen führen. Um dies zu vermeiden und die Verbrennungs-bzw. Schmelz-und Reduktionszone in die ursprüngliche Lage zurückzubringen, wird der Feuchtigkeitsgehalt der eingeblasenen Luft durch Zusatz von 20 g Wasserdampf pro m3 Luft erhöht. Gleichzeitig mit diesen Massnahmen wird der Kokszusatz verringert, u. zw. um 900 kg (auf 6800 kg) pro Charge.
Durch die Verwendung von reduzierenden Gasen als Reduktionsmittel wird erreicht, dass der Koksverbrauch je t Stahlroheisen auf zirka 700 kg absinkt. Bei konstanter, vergaster Koksmenge erhöht sich die Produktion des Ofens auf 1100-1150 t Stahlroheisen pro Tag.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Betrieb eines Schachtofens gemäss Stammpatent Nr. 202780, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einblasen von Sauerstoff und bzw. oder Wasserdampf in die Verbrennungszone, Insbesondere durch Zumischung von Sauerstoff und bzw. oder Wasserdampf zur Verbrennungsluft, die Lage und Grösse der Reduktionszone im Ofen beeinflusst wird.