<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen und Abführen der beim Frischen von Roheisen nach dem Aufblasverfahren entstehenden Abgase
Es ist bekannt, dass beim Frischen von Roheisen nach dem Aufblasverfahren, wobei mehr oder weniger oxydierende Gase in die Schmelze eingeblasen werden, durch Oxydation des in der Schmelze enthaltenen Kohlenstoffs Kohlenoxyd entsteht, das einen geringen Anteil CO2 enthält. Gleichzeitig hat das dem Tiegel oder Konverter entweichende Gas auf Grund des in ihm sehr fein verteilten, rötlichgelben Eisenoxydstaubes einen hohen Wärmeinhalt.
Da die bei solchen Verfahren entstehenden Gase einen hohen Wärmeinhalt aufweisen und gleichzeitig mit Eisenoxyd beladen sind, was insbesondere dann der Fall ist, wenn zum Frischen reiner Sauerstoff verwendet wird, so ist es notwendig, diese Gase aufzufangen, sei es um ihre Enthalpie auszunützen oder um sie von den Eisenoxyd-Partikelchen zu befreien, oder auch um die beim späteren Verbrennen der Abgase entstehenden Rauchgase von Eisenoxyd-Partikelchen zu befreien, die andernfalls die Atmosphäre verunreinigen würden.
Dabei ist die Temperatur der dem Tiegel oder dem Konverter entweichenden und noch nicht weiter behandelten Abgase ungefähr gleich derjenigen des flüssigen Metalls und erreicht somit etwa 1550 C. Sie erhöht sich noch, wenn, was häufig der Fall ist, ein auch nur geringer Anteil der Abgase durch Lufteintritt zwischen dem Konverter und der Abzugsvorrichtung verbrennt.
Bevor man daran denken kann, diese Abgase abzuleiten und zu reinigen, ist es zweckmässig, sie abzukühlen, was auf verschiedene Weise bewirkt werden kann. Im allgemeinen ist es üblich, entweder aufeinanderfolgend oder gleichzeitig grosse Mengen zerstäubten Wassers in die austretenden Abgase einzuspritzen, die so erhaltenen Gase mit sehr grossem Luftüberschuss zu verbrennen und aus den Verbrennungsgasen den Wärmeinhalt mit Hilfe von Wärmeaustauschern oder auch Abwärmedampfkesseln zu entziehen. Diesen Verfahren haften jedoch verschiedene Nachteile an, wie beispielsweise die übergrosse Feuchtigkeit der Rauchgase, der beträchtliche Luftbedarf für die Verbrennung und Kühlung und die hiefür notwendigen beträchtlichen Installationen, die notwendigerweise in unmittelbarer Nähe der Stahlerzeugungsanlagen angebracht werden müssen.
Darüber hinaus sind auch Vorrichtungen zum Abfangen dieser Abgase bekannt, mit deren Hilfe der Zutritt von Luft und dadurch ihre Verbrennung sowie die daraus resultierende Temperaturerhöhung verhindert werden soll. Diese Vorrichtung kann beispielsweise aus einer abdichtenden Haube bestehen, die rund um die Mündung des Konverters anliegt, wobei die zwischen beiden bestehende Trennfuge entweder durch abnehmbare mechanische Dichtungen oder auch durch Einblasen einer bestimmten Menge von Dampf, der sich an der Aussen- und Innenwand der Haube staut, luftdicht gemacht wird.
Aber auch diese Vorrichtungen weisen verschiedene Nachteile auf, da es schwierig ist, wegen der herausgeschleuderten Metall- und Schlacketeilchen eine saubere Dichtungsfläche rund um die Mündung des Konverters herzustellen, an der die abdichtende Haube anliegen kann, ferner weil die Gefahr besteht, dass die Haube und das Abzugssystem der Abgase durch überschäumende Schlacke verstopft wird, und schliesslich, weil es unmöglich ist, die Flamme zu beobachten, was insbesondere für die Kontrolle und Durchführung des Frischverfahrens sehr nachteilig ist.
Zur Vermeidung dieser Nachteile richtet sich nun die Erfindung auf ein Verfahren zum Kühlen und Abführen der beim Frischen von Roheisen nach dem Aufblaseverfahren entstehenden Abgase im praktisch unverbrannten Zustand, wobei die Abgase in einer bestimmten Entfernung oberhalb des die Metallschmelze aufnehmenden Frischbehälters aufgefangen werden und in die Abzugsleitung ein nichtoxydierendes Kühlmittel eingeblasen wird. Der die Erfindung bildende Verfahrensschritt liegt nun darin, dass die Einblasung des Kühlmittels derart geregelt wird, dass die Differenz der Drücke der Gase an ihrer Auffangstelle und der sie umgebenden atmosphärischen Luft nahezu gleich Null ist.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht aus einer im Abstand oberhalb des Frischbehälters angeordneten Haube, an die eine Abzugsleitung angeschlossen ist, in welche eine Kühlmittelzuleitung mündet. Die erfindungsgemässen Merkmale dieser Vorrichtung liegen darin, dass in der Abzugsleitung eine Venturidüse und unmittelbar vor derem engsten Querschnitt die Einblasdüse für das Kühl-
<Desc/Clms Page number 2>
mittel angeordnet sind, wobei Regelvorrichtungen vorgesehen sind, mit denen die Menge des zur Kühlung dienenden, durch die Einblasdüsen eingeblasenen Gases veränderbar ist.
Eine weitere Verbesserung der erfindungsgemässen Vorrichtung kann dadurch erreicht werden, dass diese eines oder mehrere der nachfolgenden Merkmale aufweist : a) Mittel, die den axialen Abstand zwischen der Einblasdüse und der Venturidüse zu verändern ge- statten. b) Die Stelle des engsten Querschnittes der Venturidüse und der vordere Rand der Einblasdüse ist als
Ventilsitz bzw. als Ventil ausgebildet, mittels welcher die Abzugsleitung durch Verstellen der Einblasdüse in axialer Richtung nach Beendigung des Frischprozesses geschlossen werden kann. c) In der Abzugsleitung sind mindestens zwei Einblasdüsen vorgesehen, deren Längsachsen zur Achse der Abzugsleitung parallel verlaufen, wobei mindestens eine der Einblasdüsen der Wirkungsrichtung der andern entgegengesetzt angeordnet ist.
und Regelorgane vorgesehen sind, mittels welcher der Gasbedarf der Einblasdüsen entsprechend der gewünschten Saugleistung regelbar ist. d) Eine äussere Ummantelung umgibt konzentrisch die Haube und ist dazu bestimmt, unter Umständen nach aussen entweichende geringe Mengen von Abgasen aufzufangen.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung in schematischer Weise dargestellt, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt sein soll.
Es zeigen :
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung mit einer Kühlanlage und einer Abzugleitung ; Fig. 2 ein Diagramm der Druckverhältnisse in der Haube ; Fig. 3 die Zusammensetzung der während der Durchführung des Frischverfahrens von der Haube aufgefangenen Abgase in Form eines Diagrammes ; Fig. 4 die perspektivische Darstellung einer Variante der Vorrichtung nach Fig. 1, bei der die Absaubung der heissen Abgase durch zwei in der Absaugleitung angeordnete Einblasdüsen bewirkt wird.
Mit der in Fig. 1 schematisch dargestellten Auffangvorrichtung werden die aus einem Konverter oder Tiegel 1 austretenden Abgase abgesaugt, nachdem mit Hilfe einer wassergekühlten Lanze 2 technisch reiner Sauerstoff zum Frischen in die Roheisenschmelze eingeblasen wurde. Eine wassergekühlte Haube 3, deren Kühlanlage in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist über dem oberen Rand des Konverters montiert, wobei ihr unterer Rand in einem Abstand von etwa 40 cm über dem Konverter liegt. Konzentrisch zur Haube 3 ist eine äussere Ummantelung 4 angeordnet, die die Aufgabe hat, die bei Unregelmässigkeiten im Betrieb gegebenenfalls unter dem Rand der Haube 3 hervorquellenden geringen Abgasmengen aufzufangen und sie durch einen Abzug 5 aus der Halle abzuführen.
Mit einem verschiebbaren Dichtungsring 6 ist der Scheitel (oberer Teil) der Haube gegen die Lanze 2 in bekannter Weise abgedichtet. Die bereits auf dem Weg durch die Haube 3 abgekühlten Abgase werden durch ein an einen Exhaustor angeschlossenes, mit einer Regelvorrichtung versehenes Absaugrohr 7 abgeführt. Für den Fall, dass die Abgase beim Durchströmen der Haube 3 nicht genügend abgekühlt werden, kann eine zusätzliche Kühlung dadurch bewirkt werden, dass fein zerstäubtes Wasser in einer bestimmten, durch bekannte, nicht gezeigte Vorrichtungen gesteuerten Menge in den Abgasstrom eingespritzt wird. Die Einspritzung des zerstäubten Wassers kann in Abhängigkeit von der Menge und der Temperatur der heissen Abgase, die mit einem Druckmesser bzw. einem Pyrometer gemessen wird, geregelt werden.
Die Absaug- und Kühlvorrichtung umfasst ausserdem eine Venturidüse 8, die mit einer beweglichen, durch ein pneumatisches Verstellorgan 10 verstellbaren Ein- blas düse 9 dicht verschlossen werden kann. Durch diese bewegliche Einblasdüse 9 wird nichtoxydierendes Gas oder Wasserdampf in die Venturidüse derart eingeblasen, dass eine kontrollierbare und regelbare Saugwirkung im Oberteil der Haube hervorgerufen wird, wodurch einerseits im Bereich ihres unteren Randes die Druckdifferenz zwischen den Abgasen und der sie umgebenden, atmosphärischen Luft auf etwa Null gehalten und anderseits eine zusätzliche Abkühlung der aufgefangenen Abgase herbeigeführt wird.
Mit Hilfe von drei Testleitungen 11, deren Mündungen auf gleichem Niveau an der Haube 3 liegen, wird die Messung der Druckdifferenz in bezug auf die Messwerte einer ausserhalb der Haube 3 angebrachten Testleitung 12 ermöglicht. Die Mündungen der Testleitungen 11 sind bei einer praktischen Ausbildung der Vorrichtung nicht im unteren Teil der Haube angeordnet, sondern auf einer horizontalen Messebene, deren Höhe von den jeweiligen Verhältnissen der Anlage abhängig ist und in jedem Fall besonders festgelegt wird. Damit ein einwandfreies Funktionieren der Regelung gewährleistet wird, müssen die Mündungen der Testleitungen vollständig und fortwährend von dem Strom der aus dem Konverter austretenden Abgase umgeben sein.
Aus diesem Grunde dürfen sie nicht zu tief angeordnet sein, da sonst die Gefahr besteht, dass sie zeitweise nicht in dem Strom der heissen Abgase liegen und dem atmosphärischen Druck ausgesetzt sind. Sie dürfen jedoch auch nicht zu hoch in die Haube hineinragen, damit die Messung der im unteren Teil der Haube herrschenden Druckverhältnisse nicht dadurch verfälscht wird, dass die in der Haube aufgefangenen Abgase sich hinsichtlich ihrer Menge oder Dichte verändern.
Mit einer elektrischen Schaltvorrichtung 13, die in Verbindung mit einem Druckmesser 14 steht, wird der Druck an den Mündungen der Testleitungen 11 periodisch gemessen und dadurch die Möglichkeit gegeben Störungen des Druckgleichgewichts in der Messebene durch entsprechende Regelung auszuschalten sowie gegebenenfalls durch herausgeschleuderte Schlackenteilchen verursachten Verstopfungen einer der Leitungen 11 zu begegnen. Der Druckmesser 14 wirkt auf einen Regler 15 ein, dessen Einstellung mit einem Gerät 16 vorgenommen wird. Die Einstellung des Reglers 15 wird dabei so gewählt, dass an der Basis der
<Desc/Clms Page number 3>
Haube nahezu Druckgleichheit zwischen den Abgasen und der atmosphärischen Luft herrscht. Der Regler15 wirkt auf die Steuerung 17 ein, die das pneumatische Einstellorgan 10 beeinflusst.
Durch dessen Wirkung auf die bewegliche Einblasdüse 9 wird einerseits ein Öffnen und Schliessen der Abzugleitung und anderseits durch Veränderung ihrer Stellung eine Kompensation der nur langsam sich ändernden Druckschwankungen ermöglicht, die beispielsweise durch stetige Zunahme der abzuführenden Abgasmenge entstehen. Die Ver- zögerung, mit der dieser Teil der Regelung anspricht, beträgt etwa 2 sec. Gleichzeitig wirkt der Regler 15 auch über eine Steuerung 18 auf ein Regelventil ein, das in der Leitung des nichtoxydierenden Gases angeordnet ist. Dieser Teil der Regeleinrichtung hat nur eine kurze Verzögerung von etwa i sec und gleicht die schnellen, mit nur kleiner Amplitude auftretenden Druckschwankungen in der Haube aus.
Wenn die beiden, durch den Regler 15 gesteuerten Regelvorgänge entsprechend genau aufeinander abgestimmt sind, ist es möglich, in der Abzugleitung 20 ein Gasgemisch zu erhalten, dessen Temperatur und Wärmewert nur geringen Schwankungen unterliegt.
Der ganze, die Organe 13 bis 19 umfassende Regelteil der im vorhergehenden beschriebenen Vorrichtung arbeitet auf elektro-pneumatischer Grundlage und ist an sich bekannt. Das druckempfindliche Organ 14 weist den üblichen Aufbau mit einer thermostatischen Faltmembran auf und ist mit einem elektrischen Verschiebeorgan mit veränderlicher gegenseitiger Induktanz gekoppelt. Die Spulen dieses elektrischen Verschiebeorgans liegen in den Zweigen einer Wheatstoneschen Brücke, deren Gleichgewichtspunkt den Bezugspunkt für die Regelung festlegt und die das Organ 16 bildet. Das Regelorgan 15 ist ein elektronisches Potentiometer mit kurzer Ansprechzeit, das mit einer pneumatischen Regelvorrichtung versehen ist, durch die zwei pneumatische Relais 17 und 18 gesteuert werden. Das pneumatische Steuerventil und das Verschiebeorgan 10 sind bekannter Art.
In Fig. 2 ist der Verlauf des Druckes in der Haube dargestellt, so wie er während eines Frischprozesses mittels der Druckentnahmen aufgezeichnet wurde. In diesem Diagramm wurde die Zeit t in min auf der Abszisse und der Druck p in der Haube in mmWS. auf der Ordinate aufgetragen. Beginn und Ende des Prozesses liegen bei t = 0 bzw. t = 8, 5 min, wobei der Prozess in einem Konverter mit einem Fassungsvermögen von 6 t und mit einer Sauerstoffeinblasung von etwa 21 m3 pro min mittels der Lanze durchgeführt wurde. Aus diesem Diagramm sind die während des Betriebes der Vorrichtung auftretenden geringen Druckschwankungen ersichtlich.
Der Mittelwert des Druckes liegt bei etwa + 1, 5 mm WS., was auf die Dichteunterschiede zwischen den heissen Abgasen und der äusseren atmosphärischen Luft sowie auf das Entweichen der Abgase aus der Haube zurückzuführen ist, wobei die Druckentnahmeleitungen 11 nicht im untersten Bereich der Haube angeordnet waren. Der tatsächlich an der Basis der Haube herrschende Druck hat im Mittel den Wert Null.
In dem Diagramm nach Fig. 3 ist der CO- und N-Gehalt der Abgase dargestellt, die während desselben Verfahrens am Ausgang der Haube 3 in der Leitung 8 aufgefangen wurden. Auf der Abszisse wurden die pro Tonne Roheisen vom Beginn des Verfahrens an eingeblasenen Sauerstoffmengen in Nm3 (n), und auf der Ordinate die entsprechenden Anteile an N2 und CO in Prozenten aufgetragen. Die dem Konverter entweichenden Abgase enthalten fast ausschliesslich CO und CO2. Der Stickstoffgehalt der aufgefangenen Abgase rührt nur von der zwischen dem oberen Rand des Konverters und der Haube 3 eingedrungenen Luft her. Der geringe Gehalt dieser Gase an N2 zeigt, dass der Luftzutritt trotz des Fehlens einer abdichtenden Verbindung zwischen der Haube und dem Konverter gering bleibt.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung, die eine Variante zu der in Fig. 1 dargestellten bildet, werden die von der Haube 3 aufgefangenen Abgase durch die Sogwirkung von zwei Einblasdüsen 21 und 22 abgesaugt, die in der Abzugleitung 7 untergebracht sind. Durch die Einblasdüse 21 wird das zur Kühlung benötigte Gas in Strömungsrichtung der aufgefangenen Abgase in die Abzugleitung 7 eingeblasen, während die Einblasdüse 22 in entgegengesetzter Richtung angeordnet ist.
Die Saugwirkung wird mit dem Regler 15 gesteuert, der über die Organe 17 und 18 und die pneumatischen Ventile 19 und 23 auf das Mengenverhältnis der durch die Einblasdüsen 21 und 22 eingeblasenen Gase einwirkt, wobei die Saugwirkung durch die aus der Einblasdüse 21 austretende Gasmenge vergrössert und durch die aus der Einblasdüse 22 austretende Gasmenge verringert wird, bis die Saugleistung den jeweils erforderlichen Wert hat. Damit die gekühlten Abgase auch über grosse Entfernungen abgeleitet werden können, wird ein bekannter Ventilator 24 in die Absaugleitung 20 eingebaut. Dieser Ventilator kann auch durch andere bekannte Geräte zur Weiterleitung der Gase ersetzt werden.
Die Reinigung der Abgase von dem in ihnen enthaltenen rötlich-gelben Eisenoxydstaub kann durch Einwirkung bekannter Mittel entsprechend der Anordnung der erfindungsgemässen Vorrichtung unmittelbar nach der Mischung der Gase und vor ihrer Verbrennung oder aber auch auf die bei ihrer Verbrennung entstehenden Rauchgase vorgenommen werden. In jedem Falle ist es ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung, dass auf Grund der Tatsache, dass das relativ kalte Gas leicht über eine bestimmte Entfernung abgeleitet werden kann, die Reinigungsanlage und die Anlagen zur Weiterverwertung der Abgase an eine Stelle verlegt werden können, wo die Stahlerzeugung nicht behindert wird.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.