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Verfahren zur Gewinnung eines brennbaren Gases beim Frischen von Roheisen
Gegenstand des Stammpatentes Nr. 205527 ist ein Verfahren zur Gewinnung eines brennbaren Gases beim Frischen von Roheisen im Vorfrisch- oder Stahlkonverter, wobei reiner Sauerstoff von oben auf oder in das Roheisen geblasen wird und die aus dem Frischprozess entstehenden Gase unter Ausschaltung der
Luftzufuhr beim oder nach dem Austritt aus dem Konverter aufgefangen und zur Verwertung als Brenngas aufbereitet, insbesondere gereinigt und gespeichert werden. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass in den durch eine gekühlte Haube mit Abzug abgeschlossenen Konverter in bekannter Weise kalter
Stickstoff oder ein anderes nicht oxydierendes Gas zwecks Regelung der Temperatur der Abgase eingeführt wird.
Der Stickstoff dient gleichzeitig, wie nachfolgend beschrieben, zur Inertisierung der Atmosphäre inner- halb der Haube sowie der angeschlossenen Absaug-, Kühl- und Reinigungsapparaturen vor Beginn der eigentlichen Blasperiode, so dass ein sauerstofffreies Gasgemisch und damit die notwendige Sicherheit bei der Gewinnung eines brennbaren Gases in dem intermittierenden Cyklus, wie er sich in einem derartigen
Betrieb ergibt, erzielt wird.
Nach dem Stammpatent erfolgt die Absaugung zum Zwecke der Gewinnung eines brennbaren Gases während der ganzen Zeit des 02-Blasens, lediglich vor und nach der Blasperiode wird die Anlage mit Stickstoff gespült, um zu verhindern, dass sich explosive Gase unter der Haube oder in den Apparaturen zur Fortleitung und Weiterbehandlung des anfallenden Gasgemisches bilden. Bei dieser Fahrweise wird das
Gebläse bei Blasbeginn auf eine konstante Fördermenge eingestellt, mit der es während der ganzen Blasperiode absaugt.
Dabei setzt sich die abgesaugte, konstante Gasmenge zusammen aus dem primär aus dem Konverterprozess stammenden Blasgas und dem zugemischten Stickstoff, welcher oberhalb des Konverters z. B. an einem Rohrstutzen mit geringem Überdruck zur Verfügung steht und je nach Bedarf vom Gebläse mit angesaugt, d. h. dem Reaktionsgas zugemischt wird. Diese Verfahrensweise ist in Fig. 1, I, dargestellt.
Hiebei stellt man die Fördermenge des Gebläses, die während der ganzen Blasperiode konstant bleibt, so ein, dass noch zur Zeit der Blasspitze so viel kalter Stickstoff mit angesaugt wird, dass die Temperatur der Gasmischung 1400-14500 C nicht überschreitet, d. h. dass die Fortleitung der Gasmischung technisch möglich ist. Bekanntlich kann man heissere Gase nicht mehr störungsfrei in Rohrleitungen und Apparaturen aus Stahlblech fortleiten.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Ausbildung des Gegenstandes nach dem Stammpatent und besteht im Wesen darin, dass das nach Beginn des Sauerstoffblasens entstehende, Stickstoff enthaltende Gasgemisch zunächst ins Freie geleitet wird und mit der Speicherung als Brenngas begonnen wird, wenn der CO-Gehalt des Abgases einen zuvor von Fall zu Fall einstellbaren Wert grösser oder gleich der Brenn- barkeitsgrenze - vorzugsweise 25% - erreicht hat, und dass die Speicherung beendet wird bei Unterschreitung dieses Wertes und dass weiterhin zu jedem Zeitpunkt während der Dauer der Speicherung die dem Abgas zugemischte Stickstoffmenge auf einen Wert von 15 bis 20% der Konverterabgasmenge geregelt wird.
Neu gegenüber dem Stammpatent ist die Steuerung derart, dass je nach Wunsch eine bestimmte Periode aus dem Zeitraum des Sauerstoffblasens zur Absaugung auf Gasnutzung ausgewählt wird, die ein Nutzgas mit einem gewünschten Heizwert liefert. Man kann also den Zeitpunkt des Beginns und des Endes der Absaugung zwecks Gewinnung und Speicherung eines brennbaren Gases bei sauerstoffgeblasenen Konvertern in relativ weiten Grenzen variieren und wird jedesmal ein brennbares Gas erhalten, jedoch auch jedesmal ein brennbares Gas mit verschieden hohem Heizwert. Auch ist es auf diese Art und Weise möglich, stets ein Gas mit höherem Heizwert als Nutzgas zu gewinnen als nach dem Stammpatent. Hiezu bedient man sich im einzelnen der folgenden Möglichkeiten der Absaugung :
1.
Man mischt in jedem Augenblick der Blasperiode durch entsprechende Steuerung der Fördermenge des Gebläses nur so viel kalten Stickstoff zum Konverterabgas hinzu, dass die Temperatur der entstehenden Gasmischung in jedem Augenblick des Blasprozesses 1400-1450 C nicht übersteigt, aber auchnichtwesentlich darunter liegt ; d. h. man beschränkt die Stickstoffzumischung auf das technisch tragbare Minimum ;
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technisch tragbar insofern, als bei noch geringerer Stickstoff zuführung eine Fortleitung und Behandlung der Gasmischung nicht mehr möglich wäre, da diese infolge ihrer zu hohen Temperatur die hiezu nötigen
Einrichtungen beschädigen würde. Hiebei steuert man das Gebläse zweckmässig über einen Temperatur- fühler zur Kontrolle der Temperatur der Gasmischung.
Die Fördermenge des Gebläses kann jedoch bei- spielsweise auch durch eine Programmsteuerung, die je nach dem sich im Konverter abspielenden hütten- männischen Prozess ausgewählt wird, gesteuert werden.'
2. Mit der unter 1. beschriebenen Steuerung des Gebläses verbindet man eine automatische Umschaltung derart, dass zu Beginn und am Ende der Blasperiode die entstehende Gasmischung, die dann noch einen relativ hohen Stickstoffgehalt und einen relativ niedrigen Heizwert hat, über die nachgeschaltete Gas- reinigungsanlage und einen Kamin ins Freie geleitet wird, während man in der Hauptblasperiode die ent- stehende Gasmischung reinigt und speichert oder direkt einer Nutzung zuführt. Somit ergeben sich drei
Perioden (vgl. Fig. 1, II) :
1. Periode : Absaugen und Ausblasen ins Freie (über Gasreinigungsanlage) während der ersten Minuten des Blasens
2.
Periode : Gasnutzung
3. Periode : Absaugen und Ausblasen ins Freie (über Gasreinigungsanlage) während der letzten Minuten des Blasens.
Durch entsprechende Begrenzung der 2. Periode ist es möglich, ein Gas zu gewinnen, dessen Heizwert auf jede beliebige Grösse bis zu etwa 2300 kcal/Nm3 eingestellt werden kann. Es ist überraschend, dass überhaupt aus den Konverterabgasen ein brennbares Gas mit so hohem Heizwert gewonnen werden kann, dessen Heizwert noch dazu nach Wunsch durch entsprechende Einstellung der Gebläsesteuerung und der automatischen Umschaltung festgelegt werden kann. Über die gesteuert zuzuführende Stickstoffmenge kann gesagt werden, dass diese beim Spülen-d. h. vor und nach dem 02-Blasen - etwa 20-30% der max. Konverterabgasmenge beträgt und während der Periode der Gasnutzung (2. Periode) etwa 15-20% der Konverterabgasmenge ausmacht. Während der Perioden 1 und 3 ist sie höher in Prozenten als während der 2. Periode (vgl. Fig. 1, II).
Selbstverständlich ist es auch möglich, die ungesteuerte Fahrweise gemäss Stammpatent (Fig. 1, I) in 3 Perioden zu unterteilen, derart, dass zu Beginn und am Ende des O-Blasens-ebenso wie gemäss Stammpatent vor und nach dem 0,-Blasen-das anfallende Gas über eine Gasreinigungsanlage ins Freie geblasen wird, so dass man nur während eines Zeitabschnittes der Blasperiode auf Gasnutzung absaugt, während dessen der CO-Gehalt höher ist als über die ganze Blasperiode gemittelt (Fig. 1, I).
Es sei noch erwähnt, dass die primären Reaktionsgase den Tiegelmund mit etwa 1700 C verlassen. Da es sich herausgestellt hat, dass eine einwandfreie und betriebssichere Kühlung von Apparaten mittels Wassermantels nur bis zu Temperaturen von 1400 bis 1450 Cmöglich ist, ergibt sich hieraus die erforderliche, obengenannte Mindeststickstoffmenge während der 2. Periode von 15 bis 20%.
Zur Sicherung des Betriebes erfolgt der Abschluss der Produktionsleitung während der 1. und 3. Periode über eine Wassertasse, die automatisch einen Rückfluss von brennbarem Gas aus der Produktionsleitung verhindert.
Neben dem Analysator auf Kohlenmonoxyd dient ein sofort anzeigendes Sauerstoff-Analysengerät zur weiteren Sicherung des Betriebes (Ansaugen von Falschluft im kalten Teil der Apparatur durch etwaige Undichtheiten). Die Haube selbst kann, nachdem sie bei der eigentlichen Blaszeit praktisch geschlossen war, während der 3. Periode des Betriebes beliebig angehoben werden, um eine freie Beobachtung der Ver-
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Ansaugung einer entsprechenden Luftmenge weiterzuarbeiten. Gleichzeitig kann der Endpunkt der Blasperiode wie üblich aus dem Kohlendioxydgehalt der Abgase ermittelt werden. Dann leitet man das entsprechende Konverterabgas-Luft-Gemisch durch die Gasreinigungsanlage und einen Kamin ins Freie.
Bei weiterhin geschlossener Haube gilt das gleiche hinsichtlich der Bestimmung des Kohlenmonoxydgehaltes im Stickstoff-Kohlenoxyd-Gemisch, um den Endpunkt des Sauerstoffblasens festzustellen.
An Hand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens erläutert.
Nach Fig. 1 kann CO-Gas aus dem Sauerstoffblasverfahren mit Inerten (N2 und CO2) gemischt gewonnen werden. Die während eines Blasprozesses entstehende CO-Gasmenge ist in Abhängigkeit von der verwendeten Sauerstoffmenge und von dem Verlauf des metallurgischen Prozesses im Konverter, also in Abhängigkeit von der Zeit, dauernd verschieden. Bei einer Blasperiode von 20 min ist die max. COProduktion etwa in der zwölften Minute erreicht, wonach sie wieder absinkt. Bei der Ausführung I ist der Ablauf folgendermassen dargestellt :
Das Gebläse, welches die Gase vom Konverter über die Reinigungsanlage absaugt, befindet sich vorerst im Leerlauf (vgl. Fig. 1, I), wobei reiner Stickstoff aus der Sauerstoffanlage in kleiner Menge stets angesaugt wird und die an den Konverter angeschlossenen Apparate und Rohrleitungen mit Stickstoff spült.
In der
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ersten und zweiten Minute vor dem 02-Blasen wird das Gebläse hochgefahren und auf Vollast gebracht.
Danach beginnt das 02-Blasen, und entsprechend dem sich vergrössernden CO-Anfall im Konverter wird immerwenigerStickstoffangesaugt. In der zwölftenMinute beträgt der Gehalt anN +C02 nurnoch20%. Am Ende der Blasperiode wird der Ventilator wieder auf Leerlauf gestellt und saugt wieder eine nur kleine Menge an Stickstoff an. Bei dieser Fahrweise wird lediglich dafür gesorgt, dass wenig bzw. überhaupt keine Luft zu den Gasen hinzutreten kann und dementsprechend der mittlere CO-Gehalt der gespeicherten Nutzgasmischung bei zirka 50% liegt. Das gewonnene Gas ist also ein gut brennbares und z. B. für Heizzwecke verwendbares Gasgemisch.
Nach Fig. 1, II, wird das Verfahren gesteuert vorgenommen, wobei angestrebt wird, dass der N2und CO2-Anteil im Gesamtgas nur zirka 20% beträgt. In diesem Falle kann man ein relativ hochwertiges
Gas erzielen, dessen Heizwert zirka 2300 kcal erreicht.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Inertgasmenge noch weiter zu reduzieren, sogar in einem
Teil der Blasperiode praktisch reines CO zu gewinnen. Diese Massnahme ist jedoch nur eine Weiterverfolgung des in Fig. 1, I und II, dargelegten Verfahrens.
Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach Fig. 2 : Über dem Konverter 1 ist die nach oben und unten bewegliche, wassergekühlte Haube 2 angeordnet, woran sich das wassergekühlte oder teilweise ausgemauerte Rohr 3 anschliesst. Die Sauerstofflanze 4 wird durch eine Stopfbüchse in den Konverter eingeführt. Die Absaugung wird in Betrieb gesetzt und die Haube 2 nach unten gelassen, also geschlossen. Gleichzeitig wird durch die Klappe 5 in geregelter Menge Stickstoff in das Rohr 3 eingeführt, wobei nach der gesteuerten Fahrweise (Fig. 1, II) gearbeitet wird. Das normalerweise geschlossene Rohr 6 dient zur Einfüllung von Zusatzstoffen während des Betriebes.
Das anfallende Gasgemisch durchströmt einen Sättiger-Venturi 7, in dem es durch Wasser auf seine Sättigungstemperatur gekühlt wird, dann einen Venturi-Scrubber 8, welcher einen verstellbaren Kehlenquerschnitt 9 hat. Hienach passiert es den Krümmer-Separator 10, in welchem die Waschwassertropfen aus dem Gas abgeschieden werden, und tritt in den Waschturm 11 ein. Hier wird ein Teil des in dem Gasgemisch enthaltenen Wasserdampfes kondensiert. Dann gelangt es in das Gebläse 12, weiterhin in den Tropfenabscheider 13 und dann entweder in den Reingaskamin 14 oder in die Produktionsgasleitung 15.
Im letzteren Fall geht das Gasgemisch durch einen Wasserverschluss 16, der ein Rückströmen desselben vom Gasometer verhindert. Vom Rohgas werden durch das Mess- und Regelgerät 17 CO2-Analysen gemacht, weiterhin mit dem Mess- und Regelgerät 18 Temperaturmessungen. Die Regelgeräte 17 und 18 sind in Kaskadeschaltung angeordnet und wirken folgendermassen :
Durch eventuellen Zutritt von unerwünschter Luft verbrennt CO und es entsteht eine sofortige Temperatursteigerung an der Messstelle.
Wenn die Temperatur über einen zuvor eingestellten Soll-Wert gestiegen ist, verstellt der Temperaturregler 18 den Soll-Wert am CO2-Mess- und -Regelgerät 17, so dass der durch Eintreten der Luft entstandene CO2-Wert im Gas, welcher den früher eingestellten Soll-Wert des CO2Reglers überschritten hat, jetzt verstellt wird, u. zw. wird er verringert. Der Regler 17 betätigt hienach die Klappe 5 und lässt mehr Stickstoff eintreten, u. zw. so lange, bis der neu eingestellte, niedrigere CO2Wert erreicht ist, d. h. nicht mehr überschritten wird.
In der Rohrleitung 3 bzw. in der ganzen nachgeschalteten Anlage herrscht Unterdruck, welcher von dem Gebläse 12 erzeugt wird. Der Unterdruck muss stets konstant gehalten werden, unabhängig davon,
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gesehen, welches den Druck im Rohr 3 misst und den Durchgangsquerschnitt der verstellbaren Kehle 9 des Venturi-Rohres 8 entsprechend der anfallenden Gasmengen verstellt. Das nach dem Waschturm abgekühlte Gas wird nochmals auf seinen CO-Gehalt bei 20 und O2Gehalt bei 21 durch Analysatoren und Regler geprüft, und dementsprechend werden die Klappen 22 und 23 verstellt. Wenn der CO-Gehalt eine frei gewählte Konzentration nicht erreicht oder im Gas 02-Spuren erscheinen, so regulieren in den kaskade geschalteten Geräten die Klappen so, dass das Rauchgas durch den Reingaskamin 14 über Dach geführt wird. Gleichzeitig ist die Produktionsleitung durch die Klappe 23 geschlossen.
Wenn das Gas jedoch den Anforderungen entspricht, ist die Stellung der Klappen entgegengesetzt, und das Gas wird als Produktionsgas in den Gasometer geführt.
Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 :
In dem Stahlkonverter 1 entwickeln sich durch den mit der Lanze 4 eingeblasenen Sauerstoff COhaltige Gase, welche in den als Kessel ausgebildeten Schlot 3 abgeführt werden. Am unteren Teil des Schlotes befindet sich eine hydraulisch bewegbare Haube 2, die nur dazu dient, dass die Öffnung zwischen Konverter und Kamin während des Sauerstoffblasens verringert werden kann. Die dem Schlot zuströmenden Gase werden im Kessel teilweise abgekühlt. Im oberen Teil des Kessels tritt eine regulierte Stickstoffmenge zum Gasgemisch hinzu und gelangt mit diesem zusammen z. B. in einen Vorsättiger-Venturi 7, einen Krümmer-Separator 27 und durch einen Venturi-Scrubber 8 in den Waschturm 11, wo es mit Wasser gekühlt und der grösste Teil des Wasserdampfes kondensiert wird.
Die Gase gelangen dann in das Gebläse 12 und in den Tropfenfänger 13, weiterhin entweder in den Schlot 14 oder in die Produktionsgasleitung 15, wonach sie über einen Wasserverschluss 16 zum Gasometer geführt werden. Der CO2-Mess- und -Regelapparat 17 misst den CO2-Gehalt der Rauchgase im oberen Teil des Schlotes und verstellt die Stickstoffklappe so, dass der CO2-Gehalt einen bestimmten eingestellten
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Soll-Wert nicht überschreitet. Dadurch wird das Eintreten von unkontrollierten Luftmengen in den Schlot verhindert, und an Stelle dieser nichtangesaugten Luft wird Stickstoff gefördert. Das Verfahren arbeitet also ungesteuert (Fig. 1, I).
Die abgekühlten Gase werden von den in Kaskade geschalteten Analysatorenund
Reglern für Sauerstoffspuren 21 und CO-Gehalt bei 20 geprüft und je nach der Beschaffenheit durch
Verstellung der Klappen 22 und 23 in den Reingaskamin oder in die Produktionsgasleitung geleitet. In die Produktionsgasleitung kann nur solches Gas geführt werden, welches den gewünschten CO-Gehalt überschreitet und keine Sauerstoffspuren aufweist. Demnach können die in den ersten und letzten Minuten der Blasperiode anfallenden Gase über Dach geführt werden.
Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 :
In den Tiegel 1 wird Sauerstoff durch die Sauerstofflanze 4 eingeblasen, wobei sich Konverter-Reaktions- gas und Eisendampf bilden, die durch das gekühlte Rohr 24 abgesaugt werden. Am unteren Ende des Ab- saugrohres 24 befindet sich der Verteilerkasten 25 für Stickstoff, an dessen Innenseite der geregelt zuge- führte Stickstoff durch Bohrungen des wassergekühlten Rohres 24 in den Gasstrom eintritt und die Gase kühlt bzw. eine Inertisierung bewirkt. Der Stickstoff muss in solcher Menge zugeleitet werden, dass Luft trotz des Spaltes zwischen Tiegel 1 und Rohr 24 nicht eintreten kann. Dies kann z. B. durch Aufrechterhaltung eines geringen Überdruckes der Gasmischung am Spalt gegenüber der Aussenluft erreicht werden.
Im Rohr 24 sind Wasserdüsen 26 angebracht, welche das Gas vorkühlen bzw. sättigen. Das Gas-DampfGemisch tritt dann in den Venturi-Scrubber 8, in dem die Feinstwäsche erfolgt.
Das Waschwasser wird im Krümmer-Separator 10 aus dem Gas abgetrennt. Danach gelangt das Gas in den Waschturm 11, in dem die Temperatur des Gases abgesenkt und der grösste Teil des Dampfes kondensiert wird. Dann gelangt das Gas in den Ventilator 12, in den Abscheider 13 und entweder in den Reingaskamin 14 oder in die Produktionsgasleitung 15 bzw. über den Wasserverschluss 16 in den Gasometer.
Die Gasmenge muss genauso abgesaugt werden, dass sie dem vorher gewählten Druck im Rohr 24 entspricht. Dies bewirkt der Druckmesser und Regler 19, der den Kehlenquerschnitt des Venturi-Rohres 9 entsprechend verändert. Die Stickstoffdosierung überwacht der CO2-Regler 17, der von dem Gas fortlaufend Analysen macht und die Abweichung vom eingestellten Soll-Wert durch das Verstellen der Stickstoffklappe entweder am Eintritt des Rohres 24 oder etwas weiter in Strömungsrichtung (alternativ) verstellt.
Nach dem Waschturm werden die Gase noch von dem 02-Analysator 21 und dem CO-Analysator 20 überwacht, welche gleichzeitig als Regler ausgebildet und in Kaskadeschaltung angeordnet sind. Wenn das Gas nicht den gewünschten CO-Gehalt oder Spuren von Sauerstoff aufweist, dann sorgen die Klappen22 und 23 dafür, dass das Gas nicht in die Produktionsgasleitung, sondern in den Reingaskamin geleitet wird.
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