DD152809A5

DD152809A5 - Einleitung feinkoerniger,kohlenstoffhaltiger brennstoffe in eine eisenschmelze

Info

Publication number: DD152809A5
Application number: DD80223462A
Authority: DD
Inventors: Karl Brotzmann; Hans-Georg Fassbinder
Original assignee: Maximilianshuette Eisenwerk
Priority date: 1979-08-24
Filing date: 1980-08-22
Publication date: 1981-12-09
Also published as: RO81346A; RO81346B; EP0024637B2; CS219289B2; DE3063501D1; PL226364A1; US4330326A; EP0024637B1; US4407490A; EP0024637A1; PL126621B1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einleiten feinteiliger, kohlenstoffhaltiger Brennstoffe, die in einem Traegergas suspendiert sind, und Sauerstoff in eine Eisenschmelze beschrieben. Bei dem Verfahren koennen Brennstoff und Sauerstoff im Wechsel durch den gleichen Einleitungskanal einer Duese in eine Eisenschmelze unterhalb der Eisenbadoberflaeche eingeleitet werden. Die Vorrichtung gestattet die wechselweise Zufuehrung von Brennstoff oder Sauerstoff und wird durch den Sauerstoffleitungsdruck gesteuert.

Description

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Einleitimg feinkörniger^ kohlenstoffhaltiges Brennstoffe in eine Eisenschmelze

Die Erfindung besieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einleiten feinkörniger _s kohlenstoffhaltiger Brennstoffe» wie Kohle- und Kokspulver_s die in eine Eisenschmelze unterhalb der Eisenbadoberfläche durch im feuerfesten Mauerwerk des Behandlungsgefäßes angeordneten Düsen©

Verfahrens um pulverisierte oder gekörnte Peststoffe mit einem Trägergas in eine üJisenschmelze einzuführen, sind bekannt«, Beispielsweise werden zum Einblasen Lanzen verwendet? deren Austrittsöffnungen bis nahe. an die Badober· fläche geführt werden, so daß die Peststoffe mit dem Austrittsimpuls in die Schmelze gelangen^ oder die Lanzen tauchen in das Eisenbad ein«,

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Weiterhin sind Diisenanor du äugen bekannt, die sich unterhalb der Badoberfläche im feuerfesten Mauerwerk befinden, durch die der Schmelze in Trägergasen, suspendierte Feststoffe zugeführt werden»

Die DE-AS 2 316 768 beschreibt beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Frischen von Roheisen, bei dem durch unterhalb der Badoberfläche angeordnete Düsen Sauerstoff und Feinkalk und durch weitere Düsen feste Koh-= lenstoffträgero der Schmelze zugesetzt v/erden© Es kann auch eine Düse mit mehreren Öffnungen versehen seIn₅, wobei jeweils eine Öffnung mit Trägergas und Kohlenstoff oder Feinerz und eine andere Öffnung mit Frischgas und Feinkalk beschickt wird«,

Die DE-ES 2 401 540 befaßt sich mit einem Verfahren zum Einschmelzen von Eisenschwamm· Auch bei diesem Verfahren werden die Reaktionspartnei', nämlich Sauerstoff, staubförmiger Kohlenstoff und feinkörniger Eisenschwamm, unter» halb der Badoberfläche, beispielsweise durch eine Mantel™ gasdüse, der Schmelze zugeführt© Die Düse hat mehrere Zuführungskanäle, ZeBe strömen im inneren Sauerstoff, im mittleren Kohlenstoff und im äußeren Eisenschwamm«» Kohlenstoff und Eisenschwamm sind dabei in einem geeigneten Tr ä~ gergas, wie Kohlenmonoxid, suspendiert«

Die DE-AS 2 520 883 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Vergasung von Kohle» Die Reaktionspartner, vorzugsweise feinkörnige Kohle und Sauerstoff, werden durch Düsen unterhalb der Badoberfläche, die in der feuerfesten Ausmauerung angeordnet sind und damit gleichlaufend verschleißen, dem Eisenbad zugeführt« Als Fördergas für den Kohlenstoff kommen Inertgas, Stickstoff, CO₂ und Wasserdampf in Frage₀ Die Reaktionspartner können durch eine mehrkanalige Düse ^ vorzugsweise aus konzentrischen Rohren, geleitet'werden·. Erstmals wird die Möglichkeit genannt, daß ein Mischen der Reaktionspartner

Sauerstoff und Kohle bereits kurz vor der Düsenmündung innerhalb der Düse erfolgen kann.» .

Die DE-OS 2 7^3 857 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stahlherstellung_e Dabei wird festes, kohlenstoffhaltiges Material in die Schmelze unter die Oberfläche geleitet und ein oxidierendes Gas in das Gefäß eingeführte Das kohlenstoffhaltige Material wird durch Blasrohre mittels eines Trägergases eingeblasen» Das Trä~» gergas kann ein reduzierendes, oxidierendes oder intertes Gas sein© Bei diesem Verfahren wird der Sauerstoff normalerweise dem metallurgischen Gefäß über eine wassergekühlte Lanze zugeführt» Es ist jedoch auch möglich, den Sauerstoff durch Blasrohrinjektion oder durch Injektion mittels einer eingetauchten Lanze zuzuführen© In des AnmeldungsbeSchreibung heißt es dazu wörtlich?

"Wenn Blasrohr© zum Einspritzen von Sauerstoff und/oder festen, kohlenstofförmigen Materialien benutzt werden, dann können die Blasrohre aus zwei oder mehreren konzentrischen Rohren bestehen und eine kreisförmige-Flüssigkeitsabschirmung besitzen, welche das Primäreinspritzrohr umgibt« Dieses Abschirmungsströmlingsmittel kann ein inertes Gas oder eine Flüssigkeit, z«B_e Kohlenwasserstoffgas oder eine Flüssigkeit, oder ein oxidierendes Gas oder eine Flüssigkeit sein, und das Strömungsmittel kann so gewählt v/erden, daß eine Abnutzung der Auskleidung und der Blasrohre so gering als möglich gehalten wird, um eine Blokkierung der Blasrohre zu verhindern«. Die Blasrohre können. so ausgebildet sein, daß sie sowohl oxidierendes Gas als auch festes, kohlenstoffhaltiges Material zuführen können«" Es heißt dann weiter in dem spezifischen Ausführungsbeispiol 1, daß U] Minuten lang teilchenförmigen Graphit mit einer Rate von 3»5 kg/min eingeblasen wurde₀ Die zum Bin-™ blasen von Kohlenstoff benutzten Blasrohre hatten einen kreisförmigen Querschnitt und wurden wie folgt beschickts Abschirmgas j Luft mit einer Rate von' 7 H-Vh-s Trägergas ί

«, 4 —

Argon mit einer Rate von 30 m^/h· Der Blasrohrkerndurchmesser "betrug 7 JMS· mit einem Ringspalt von 1 mm,

Den "bekannten Verfahren zum Einleiten kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in eine Eisenschmelze ist gemeinsam, daß die feinteiligen Feststoffe suspendiert in einem Trägergas durch eigene Zuführungskanale getrennt vom Sauerstoff der Schmelze zugeführt« werden_e Diese Zuführungskanäle sind im Querschnitt der Fördermenge angepaßt und demgemäß entsprechend klein, z«Bo beträgt der Durchmesser des genannten Blasrohrs 7 mm. Mit dem sich verringernden Förderquerschnitt wächst jedoch die Gefahr von Verstopfungen«, Haupt= sächlich wenn "bei hohen Beladungsraten von Feststoffen zu 'T-räge-rgas aus wirtschatlichen Gründen fesmteilige Brennstoffe mit unterschiedlichen Korngrößen und Schwankungen in der Korngrößenverteilung zum Einsatz kommen_f besteht die Gefahr von Pfsopfbil&ungen, die zu Verstopfungen in engen Förderleitungen führen»

Eine weitere Schwierigkeit bei den bekannten Einleitungs™ verfahren besteht darin, die Zuführungskanäle in Perioden ohne Brennstofförderung freizuhalten, z_oB» beim Fertigfrischen einer Stahlschmelze, wenn man den gev/ünschten niedrigen Endkohlenstoffgehalt einstellt« Während dieser Frisclizeit strömt üblicherweise das Trägergas "ohne Feststoff beladung durch die Zuführungskanäle, um das Eindringen von Schmelze in die Düsen zu verhindern» Das Trägergas entsieht jedoch der Schmelze Wärme und kann sich weiterhin, je nach Gasart_f ungünstig auf die Stahl zusammen-· Setzung auswirken, z_eB* durch erhöhte Stickstoffgehalte im Fertigstahle

In der Betriebspraxis 'erweist es sich als besonders bedeutungsvoll, die Einleitungsdüsen für kohlenstoffhaltige Brennstoffe über lange Zeiträume, Z₀B₀ beim Betreiben eines Eisenbadreaktors zur Gaserzeugung über mehrere Monate und bei der Stahlerzeugung über eine Konverterreise

von etwa 1000 Chargen, betriebssicher und störungsfrei au betreiben, da sich jede Reparatur, Z₀B*. beim Verstopfen einer Diise_? als Verlust von Produktionszeit und damit wirtschaftlich sehr nachteilig auswirkt·

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einleiten feinkörniger, kohlenstoffhaltiger Brennstoffe, wie Kohle- und Kokspulver _s in eine Eisenschmelze zu schaffen_s bei dem über lange Zeiträume die betriebssichere_? störungsfreie Zugabe von Brennstoffen unterhalb der Badoberfläche gewährleistet ist_? Verstopfungen der Düsen vermieden werden und die Düsen während brennstofförderfreien Betriebsperioden freigehalten v/erden«

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst_s indem Brennstoff und Sauerstoff im Wechsel durch den gleichen Einleitungskanal der Düse zugeführt v/erden©

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Einleiten feinkörniger_f kohlenstoffhaltiger Brennstoffe_s die in einem Trägergas suspendiert sind, und Sauerstoff in eine Eisenschmelzο unterhalb der Eisenbadoberfläche durch im feuerfesten Mauerwerk des Behandlungsgefäßes angeordnete Düsen- welches dadurch gekennzeichnet ist, daß Brennstoff und Sauerstoff im Wechsel durch den gleichen Einleitungskanal der Düse geführt werden^

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zum Einleiten feinkörniger, kohlenstoffhaltiger Brennstoffe, d-ie in einem Trägergas suspendiert, sind_? und Sauerstoff in eine Eisenschmelze, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß in einem Gehäuse mit einer Brennstoffzuführungsleitungj,

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einer Sauerstoffzuleitung und einem Düsenrohr ein verschiebbare! Ventilkörper angeordnet ist, der den Brennstoff Öffnungsquerschnitt oder den SauerstoffÖffnungsquerschnitt freigibt, und der durch den S'a uer st off-Zufuhr le it ungsdruck gesteuert wird·

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch hohe Betriebssicherheit aus und die Einleitungsdüsen'fin? feinteiligö$ kohlenstoffhaltige Brennstoffe unterhalb der Badoberfläche verstopfen nicht« Sobald sich Unregelmäßigkeiten bei der Durchflußmenge der kohlenstoffhaltigen Brennstoffe zeigen, beispielsweise sich die !Fördermenge verringert, wird kurzzeitig von der Brennstofförderung auf Sauerstoff umgeschaltet und damit der Düsenkanal freige-"blasen* Ansatzbildungen an der Düsenmündung, die häufig den Ausgangspunkt für Verstopfungen bilden, werden durch den Säuerstoffstrom abgebrannt_o Um dieses Freiblasen der Düse zu erreichen, genügen kürzeste Sauerstoffblaszeiten, beispielsweise von 0,1 bis etwa 2 min* Die Sauerstoff~ blaszeiten können beliebig variiert und insbesondere länger ausgedehnt werden, bevor die Zufuhr von Brennstoff und Trägermedium erneut aufgenommen wird·

Erfindungsgemäß kann der Wechsel von Brennstoff auf Sauerstoff mehrfach kurzzeitig hintereinander erfolgen« Diese Verfahrensweise ist dann besonders sinnvoll, wenn die Sauer st off blaszeiten kurz sein sollen^ Sobald nämlich nach nem kurzzeitgen Sauerstoffstoß von beispielsweise 10 s die Brennstofförderung wieder störungsfrei läuft, erübrigt sich eine weitere Sauerstoffzugabe« Anderenfalls kann die kurzzeitige Sauerstoffzugabe entsprechend oft wiederholt werden«. Die Umschaltung von Sauerstoffblasen auf die Sus~ Pensionsförderung, von beispielsweise Stickstoff und staubföxmiger Kohle, erfolgt nahezu trägheitslos durch entsprechende Umschaltvorrichtungen, die in unmittelbarer Nähe der Düsenmontagef!ansehe angeordnet sind_s in jedem

2ft o / c 9 £, Ö ^* U <£>

Fall direkt am Boden der Behandlungsgefäßö_s beispielsweise einem Eisenbadreaktor oder einem Konverter für die Stahlerzeugung»

Eine einfache Porm der Einleitungsdüse für die Suspension aus feinteiligemj kohlenstoffhaltigem Brennstoff und einem Trägermedium einerseits sowie Sauerstoff andererseits,

besteht aus zwei konzentrischen Rohren, wobei der Brennstoff und im Wechsel der Sauerstoff, durch das zentrale Rohr strömen· Der Ringspalt_s gebildet aus dem Zentralrohr und dem zweiten konzentrischen Rohr, wird zum Schutz der Düse gegen vorzeitiges Zurückbrennen mit beispielsweise 0,5 bis 5 GeWe-% gasförmigen und/oder flüssigen Kohlenwasserstoffen, bezogen auf den Sauerstoff, beschickt« Diese Düse ist üblicherweise im feuerfesten Mauerwerk unterhalb der Badoberfläche eingebaut und brennt im wesentlichen gleichmäßig mit der Ausmauerung zurück»

Gemäß der Erfindung ist die Gefahr von Düsenverstopfungen beim Einleiten kohlenstoffhaltiger, pulverisierter Brenn«- stoffe in eine Eissnschmelze praktisch ausgeschlossen, und aus diesem Grund reicht die Installation des tatsächlich benötigten Blasquerschnitts zum Einleiten der Suspension aus, dotu es erübrigt sich der zusätzliche Einbau weiterer Brennstoffeinleitungsdüsen aus Sicherheitsgründen« Baispielsweise hat es sich bei einem Konverter, der nach dem Sauerstoff-Durchblasverfahren arbeitet, als völlig ausreichend erwiesen, von den ζelin vorhandenen Sauerstoffeinleitungsdüsen im Konverterboden lediglich zwei Düsen für die Zugabe von feinteiliger Kohle bzw. Koks umzurüsten«, Durch diese beiden Düsen können einer Eisenschmelze von etwa 63 t innerhalb von IO min etwa 2000 kg Kohlestaub zugeführt werden« Als Trägermedium kommt dabei beispielsweise Stickstoff zur -Anwendung^ und die Beladungsrate be-.trägt etwa 12 kg Kohlestaub/Kur Stickstoffs Die Brennstoffsugaba dient zivr Erhöhung der Wärraebiianz, um die SchrottschmelKkapazit&t bei der Stahlerzeugung heraufzusetzen₉

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Bei den bekannten Verfahren zum Einleiten von feinteiligen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen in eine Eisenschniel- · ze sind in den genannten zehn Sauerstoffeinleitungsdüsen in jeder Düse im Zentrum Zuführungsrohre von 10 mm lichter Weite als Förderkanal für die Brennstoff-Trägergas~Suspen~ sion angebracht. Die Sauerstoffeinleitungsdüsen selbst sindj wie üblich_s aas zwei konzentrischen Rohren aufgebaut, bei denen das innere Rohr mit einem lichten Durchmesser von 24- mm der Zufuhr von Sauerstoff bzw« von Sauerstoff und Kalkstaub dient«, Die Anordnung der Brennstoffzuführungska-Haie in dem Sauerstoffrohr erwies sich aus mehreren Gründen als nachteilige Der Einbau und die Versorgung der zehn Brennstoffe inleitungsr öhre ist verfahrenstechnisch aufwendig, jedoch bei dieser Brennstoffeinleitungsmethode erforderlich_s um bei Störungen an, einzelnen Zuführungskanälen, z_eB» Verstopfungen, einen ausreichenden Förderquerschnitt für die kohlenstoffhaltigen Brennstoffe betriebsfähig zu. halten» Verstopfungen an einzelnen Brennstoffeinleitungskanälen traten fast bei jeder Charge auf«, Weiterhin zeigte es sich als besonders ungünstig, diese Kanäle mit Trägergas freihalten zu müssen^ wenn die Brannstofförderung gegen Frischende eingestellt wird* Der zur Brennstofförderung benutze Stickstoff führte nämlich zu unerwünscht hohen Stickstoffgehalten in der Stahlschmelze. Andere Trägergase, beispielsweise Argon oder Methan, sind im Vergleich zum Stickstoff teuer und erfordern außerdem kostenintensive Installationen für ein weiteres Medium an der Konverteranlage_β Stickstoff steht üblicherweise an einem Sauerstoff-Durchblaskonverter zur Verfügungc Darüber hinaus führt das Trägergasblasen ohne Brennstoffbeladung zu einer Verschlechterung der Wärmebilanz bei der Stahlerzeugungο Die Wärme zum Aufheizen des Trägergases geht als Energie für das Schrottaufschmelzen verlorene

Das Verfahren gemäß der Erfindung erlaubt es zum Beispiel, die Betriebssicherheit eines Eisenbadreaktors zur kontinuierlichen Vergasung von Kohle, wie er in der DB-AS

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2 520 883 beschrieben ist, weiter zu steigern« In einem solchen Eisenbadreaktor werden große Kohlemengen zu Gas, im wesentlichen bestehend aus CO und ll^t umgesetzt· Die Zugabe der Ee aktionspartner Kohle staub und Sauerstoff er~ folgt normalerweise durch Düsen aus mehreren konezntrischen Rohren^ die unterhalb der Eisenbadoberfläche angeordnet sindρ üblicherweise strömt durch das zentrale Rohr die Buspension aus feinteiliger Kohle und einem PördergaS beispielsweise CBL, durch'den Ringspalt um das Zentral~ röhr Sauerstoff und durch einen v/eiteren Ringspalt das Düsenschutzmedium, beispielsweise Erdgas«. Normal er v/ei se arbeiten diese Düsen störungsfrei, jedoch treten gelegent lich Ansätze an der Düsenmündung des Zentralrohrs auf, die eine Verringerung der Kohlestaubfördermenge nach sich ziehen. Da der Eisenbadreaktor aber möglichst gleichmäßige Gaserzeugungsraten aufweisen soll, ist eine schnel le Beseitigung derartiger Störungen in der Kohleförderung besonders sichtig«. Der erfindungsgemäße Wechsel von Kohlestaub zu Sauerstoff im Brennstoffeinleitungskanal der Düse erlaubt es bereits nach relativ kurzer Zeit, ζ,Β* im Regelfall von weniger als 1 min, die übliche Kohleförderung wieder aufzunehmen«

Eins besonders vorteilhafte Anwendung der Erfindung be-. steht dariny es mit dem Verfahren zur Wärmezufuhr bei der Stahlerzeugung im Konverter, beschrieben in der DE-PA 2 838 983o5i zu kombinieren* Bei diesem Verfahren wird bei der Stahlerzeugung im Konverter der Schmelze durch kohlenstoffhaltige Brennstoffe Wärme zugeführt und insbesondere diese Brennstoffe mit einem zuvor nicht erreichbaren, hohen v/ärmeteohnischen Wirkungsgrad in der Schmelze genutzt und somit das wirtschaftliche Aufschmieden fester Eisenträger_s beispielsweise Schrott _?· erheblich gesteigert bis hin zur Stahlerzeugung ohne flüssiges Roheisen«» Bei diesem Verfahren wird der Sauerstoff zum Frischen der Schmelze und zum Verbrennen der Brennstoffe gleichzeitig als auf die Badoberfläche gerichtete

Gasstrahlen und unterhalb der Badoberfläche in den Konverter eingeleitet© Als kohlenstoffhaltige Brennstoffe kommen insbesondere KokSj Braunkohlenkoks, Graphit, Kohle verschiedenem Qualitäten und Mischungen davon zum Einsatz.

Diese Kohlenstoff enthaltenden Brennstoffe werden bevorzugt in pulverisierter Form unterhalb der Badoberfläche in die Eisenschmelze des Konverters zusammen mit einem Txägergas eingeleitet· Als Trägergase haben sich Stickstoff, COy CH^ bzw* Erdgas und Inertgas, beispielsweise Argon, bewährt« Die Zufuhr der Suspension aus kohlenstoffhaltigen Brennstoffen und.einem Trägergas kann gemäß der genannten deutschen Patentanmeldung auch über eine oder mehrere Düsen in einem. Sauerstoff-Durchblaskonverter erfolgen, wobei das Einleitungsrohr einzelner Jtüsen mit der Suspension aus Brennstoff und Trägergas anstelle von Sauerstoff beschickt wird«*

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung überwindet nunmehr die bislang noch bestehenden Nachteile bei der bekannten Zufuhr von feinteiligen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen in eine Eisen- oder Stahlschmelze ₉ wie sie auch dem sonst sehr vorteilhaften Prozeß der Wärmezufuhr nach der DE-PA 2 838 983 o5 anhaften.

Neben den bereits dargelegten Vorzügen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ergänzend noch auf einen v/eiteren Vorteil gerade bei der Stahlerzeugung hinzuweisen« Durch den Einsatz der Sauerstoffeinleitungsrohre einer oder mehrerer Düsen beim Sauerstoff-Durchblasverfahren zur Zufuhr von feinteiligen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen während der Brennstoffeinleitungsperiode und dem anschliessenden Wechsel auf Sauerstoff steht für die Fertigfrischphase, d_eh« der Periode ohne Brennstoffeinleitung, ein entsprechend höherer Blasquerschnitt für den Sauerstoff z\xs Verfügung· Dadurch verkürzt sich diese Prischphase, und daraus wiederum resultiert eine verringerte Gesamtfrisch·»

zeit, die einen Gewinn für die Stahlproduktion bedeutete

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäJße Vorrichtung eignen sich zur Einleitung der verschiedensten feinkörnigen. Brennstoffe, "beispielsweise Kohle verschiedener Qualität, Koks, Braunkohlenkoks ₉ Graphit₅ Raf finerierückstände und Mischungen dieser Brennstoffe» Die Brennstoffe werden in pulverisierter oder gekörnter Form zugeführt, wobei-Korngrößen und Korngrößenverteilung in weiten Grenzen variiert werden können«»

Als Trägergas eigenen sich insbesondere Inertgase, wie Argon, Stickstoffj Kohlenmonoxid_? Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe, wie Methan₉ Erdgas und Wasserdampf·.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung sind nicht auf die Einleitung von Sauerstoff beschränkt₉ sondern eignen sich auch für die Einleitung anderer Sauerstoff enthaltender Gase» insbesondere Luft, und Mischungen von Sauerstoff und anderen Gasen, insbesondere Sauerstoff mit Argono

Gemäß g&ner bevorzugten Ausführungsform wird nur ein Teil der Gesamtzahl der Düsen, die unterhalb der Eisenbadoberflache in einem Behandlungsgefäß, beispielsweise einem Eisenbadreaktor für die Gaserzeugung oder einem Sauerstoff-Durchblaskonverter für die Stahlerzeugung, angeordnet sind j als Einleitungsdüsen für die kohlenstoffhaltigen Brennstoffe herangezogen*

Ausf ühriingsbe !spiel s

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand eines nicht einschränkenden Beispiels einer Stahlproduktion mit erhöhtem Sciirottsats näher erläuterte

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In einen 60 t Sauerstoff~Durchblaskonverter, der mit zehn Düsen im Konvertexboden und einer Düse in der oberen Konverterwand zum Sauej?stoffaufblasen ausgerüstet ist, werden 30 t Schrott hard eisüblicher. Qualität und 44 t Roheisen mit einer Zusammensetzung von 4,2 % Kohlenstoff, 0,6 % Silicium, 0,8 % Mangan, 0,3 % Phosphor, 0,03 % Schwefel und einer Temperatur von 1250⁰C chargiert»

Zwei der Bodendüsen sind zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgerüstet, d.h₀ Brennstoff und Sauerstoff können im Wechsel durch den gleichen Einleitungskanal der Düse geführt werden·

Mit Frischbeginn werden etwa 10 000 Nnr/h. Sauerstoff durch acht Bodendüsen und etwa die gleiche Menge Sauerstoff durch die Aufblasdüse im Konverterhut der Schmelze zugeführt ο Gleichzeitig γ/erden über zwei Bodendüsen 200 kg/ min Kokspulver zusammen mit 16 Nm /min Stickstoff in die Schmelze geleitet«

Nach etwa 10 min sind der Schmelze auf diese Weise etwa, 2000 kg Koks zugegeben, und die beiden Brennstoffeinleitungsdüsen werden auf Sauerstoff umgeschaltete

Nach etwa 15 niin Blaszeit ist der Frischvorgang beendet, und nach einem anschließenden Korrekturblasen von etw_a 2 min wird die Stahlschmelze mit einer Zusammensetzung von etwa 0,02 % Kohlenstoff, 0,1 % Mangan, 0,025 % Phosphor, 0,02 % Schwefel und einer Temperatur von 1670⁰C abgestochen©

Die Gesamtchargenfolgezeit beträgt etwa 40 min. Insgesamt hat man der Schmelze 4600 ®P Sauerstoff, 100 nM? Propan zum Düsenschutz, 150 1 Öl zum'zweiminütigen Schrottvorwärmen und 2000 kg Koks zugeführte Das Abstichgewicht der fertigen Charge beträgt 64 t<>

Es versteht sich£ daß die beispielsweise erläuterte Arbeitsweise in vielfältiger Weise modifiziert werden kann, insbesondere was die Zufuhr der feinteiiigen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffe betrifft. Beispielsweise kann man bei einer Charge im Sauerstoff-Durchblaskonverter die Brennst off zufuhr kurzzeitig unterbrechen und Sauerstoff durch den Brennstoffeinleitungskanal blasen< >

Das erfindungsgemäße Verfahrens bei dem ein Wechsel von Brennstoff zu Sauerstoff und umgekehrt im gleichen Düsenkanal erfolgt, kann auch auf andere Prozesse ₉ bei denen in eine Eisenschmelze kohlenstoffhaltige Brennstoffe eingeleitet v/erden j angewandt werden_e

Nachstehend wird die erfindungsgeinäße Vorrichtung zum wechselweisen Einleiten von feinteiligen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen und Sauerstoff näher erläuterte

Der vorhandene Druck im SauerstoffVersorgungssystem, d.h· der Sauerstoffvordruck, der normalerweise in der Größenordnung von 20 bar liegt_s dient zur Umschaltung des Ventils. Der Sauerstoffvordruck wird im Ventil selbst auf den Sauerstoffblasdruck der Düse reduziert© Der bewegliche Ventilkörper öffnet bei anstehendem Sauerstoffvordruck nur den Sauerstoff Öffnungsquerschnitt für die Düse«, Bei Verringerung des anstehenden Sauer st off vor drucks um ei-» n.en bestimmten, über eine Feder einstellbaren Betrag von Oj5 bis 10 bar, vorzugsweise 2 bar, über dem Sauerstoff·» blasdruck der Düse, ist nur der Brennstoffoffnungsquerscnnitt zur Düse freigegebene»

Um die betriebssichere Umschaltung von Brennstoff auf Sauerstoff zu .gewährleisten und insbesondere um Leitungen zu vermeiden, die von Brennstoff und Sauerstoff nacheinander durchströmt werden, wird das erfindungsgemäße Umschaltventil in unmittelbarer Nälie der Düse am Konverter, νοϊ-zu.gswelso zwischen Konverterdrehachse und Düse, insbe-

sondere in Baueinheit mit der Düse selbst, montierte Das Umschaltventil ist vorzugsweise direkt am Montageflansch der Düse angebrachte

Als Düsen werden normalerweise die bewährten Doppelrohrdüsen mit Schutzmedium-Ummantelung eingesetzt. Bei dieser Düsenausführungsform strömt üblicherweise durch das Zentralrohr der Sauerstoff« Das erfindungsgemäße Umschaltventil erlaubt es, im Wechsel Sauerstoff oder Brennstoff durch diesen Düsenkanal, d_eh_e in diesem Fall dem zentralen Düsenrohr, zu leiten und beliebig oft von Brennstoff auf Sauerstoff umzuschalten» Zum Düsenschutz gegen vorzeitiges Zurückbrennen der Düse in der feuerfesten Ausmauerung, in der sie normalerweise eingebaut istj strömt durch den Ringspalt zwischen dem inneren und einem zweiten äußeren Düsenrohr ein Schutzmedium© Als Schutzmedium können Gase und/oder flüssigkeiten eingesetzt werden« Bevorzugt kommen Kohlenwasserstoffe, wie Methan., Erdgas, Propan_s Butan, leichtes Heizöl und andere öltypen in Frage«, Der Anteil an Kohlenwasserstoffen, bezogen auf den Sauerstoffdurchsatz, ist gering und liegt zwischen 1 und 5 Gew_e~%_e

Die Anwendung des Umschaltventils nach der Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Düsentyp beschränkt_s sondern kann vielmehr für ^ede Einleitungsdüse im Konverterbereich zum Umschalten von sauerstoffhaltigen' Medien auf Brennstoffe und/oder pneumatisch förderbare Güter herangezogen werden« Das Umschaltventil kann z«B₀ in Verbindung mit der sogenannten Ringschlitzdüse nach dem deutschen Patent 2 4-38 142 eingesetzt werden*

Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Umschalt» Ventils besteht darin, bestimmte Doppelrohrdüsen, ζ_βΒ_β zwei von insgesamt zehn_s die im Konverterboden eines Sauerstoff-Durchblaskonverters eingebaut sind, kurzzsi tig mit Sauerstoffs dann über einen längeren Zeitraum von

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"beispielsv/eise 8 min mit einer Suspension aus pulverförmigen, Kohlenstoff enthaltenden Brennstoffen und einem Trägergas zu "betreiben und danch gegen Frischende, beispielsweise 5 min_g wieder mit Sauerstoff zu versorgen«, Als kohlenstoffhaltige Brennstoffe haben sich KokSj Braunkohlenkoks, Graphit, Kohle verschiedener Qualitäten und Mischungen davon im feinteiligen Zustand von bis etwa 1 mm Korngröße bewährt* Die Umschaltventile haben sich als überaus betriebssicher herausgestellt , so ließen sich beispielsweise die Ventile über 1000 Chargen in der beschriebenen Betriebsweise ohne Störungen einsetzen»

Pneumatisch oder elektrisch ansteuerbare Ventile zur Mediumumschaltung sind handelsüblich und werden vielfach eingesetzt«, Jedoch erfordern die bekannten Ventile zur Umsteuerung eine zusätzliche Leitung für das Steuernie- diUBio Beim Einbau der bekannten Ventile direkt an einem Stahlerzeugungskonverter entstehen Schwierigkeiten wegen der relativ hohen Umgebungstemperatur von bis zu 300⁰C und darüber hinaus durch die erforderliche Zuführung einer weiteren Steuerleitungo Diese Leitungen müssen über eine Drehdurchführung im Konverterdrehzapfen an den Konverter herangeführt werden«,

Beim erfindungsgemäßen Umschaltventil werden diese Nachteile vermieden, da das Anwendungsmedium im Konverter, nämlich Sauerstoff, direkt zur Ventilsteuerung benutzt wird* Sin zusätzliches Steuermedium bzw_e eine elektrische Leitung entfällt damit_e Der Sauerstoff wird mit dem Netzdruck, d_eh. dem Vordruck ,· bis an das Umschaltventil herangeführt© Der volle Sauerstoffvordrucke normalerweise liegt dieser in der Größenordnung von 20 bar, wird im Ventil zur Steuerung-dos bewaglichen Ventilkörpers ge»' nutzte Selbstverständlich sind auch andere Druckwerte, abhängig vom Sauerstoffvorsorgirngssystemj geeignete

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Sauerstoffdruck wirkt im Ventil auf einen "beweglichen Ventilkörper, der den Brennstoff öffnungsauerschnitt zum Umschaltventil gasdicht verschließt. In dieser Stellung des beweglichen Ventilkörpers kann nur Sauerstoff durch den SauerstoffÖffnungsquerschnitt zum Düsenkanal gelangen* Der Sauerstoffoffnungsquerschnitt ist so bemossen_s daß er als Drosselorgan wirkt und den Sauerstoffvordruck auf den Sauerstoffdüsendruck reduziert,, Durch diese Druckreduzierung j beispielsweise von 20 bar Vordruck auf 4- bar Diisendruckj bestimmt der Sauerstofföffnungsquerschnitt auch die Sauerstoffströmungsmenge« Der SauerstoffÖffnungsquerschnitt wird am Umschaltventil fest eingestellt. Diese Einstellung kann jedoch entsprechend den gewünschten Druckverhältnissen relativ einfach geändert werden_e

Sobald sich der Sauerstoffvordruck verringert, d«h_e wenn die Sauerstoffzufuhr abgestellt und die Leitung entspannt wirdj schaltet das ex'findungsgemäße Umschaltventil mit Hilfe des beweglichen Ventilkörpers Um₀, Der Sauerstofföffnungsquerschnitt wird gasdicht verschlossen und der Brennstoff Öffnungsquerschnitt freigegeben«, Die Druckdifferenz zwischen dem Sauerstoffvordruck, ζ_βΒ_β 20 bar, und der Sauerstoffνordruckverminderung, bei der sich der Schaltvorgang auslöst» wird über eine JFeder im Ventil um einen Wert zwischen 0₈5 bis 10 bar, vorzugsweise 2 bar_s über dem Sauerstoffblasdruck der Düse_$ beispielsweise 4 bar, im Umschaltventil fest eingestellt und beträgt folg-=· lieh beispielsweise 6 bar« Diese Auslösung des Umschaltvorgangs durch eine in den angegebenen Grenzen von 0,5 bis 10 bar wählbare Druckdifferenz über dem Sauerstoffblasdruck der Düse hat den Vorteil, daß bei langsamem Druckabbau in der Sauerstoffvordruckleitung keine Zwischenstellung oder Flatterstellung des beweglichen Ventilkörpers 8.uf tritt j bei der sowohl Sauerstoff als auch Brennstoff gleichseitig in den Düsenkanal gelangen können«

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Vorzugsweise steht die SauerstoffzuJTuhrleitung mit einer Ventilkammer in Verbindung ₉ die eine Begrenzungswand aufweist, die unter Sauerstoffgasdruck eine Längenänderung . der Ventilkammer zuläßt, das verschiebbare Ende der'Ventilkamniea? mit einem doppelt wirkenden Ventilkörper verbunden ist j der einerseits den BrennstoffÖffnungsquerschnitt und andererseits den Sauerstofföffnungsquerschnitt überwacht^ und der Ventilkörper so vorbelastet ist, daß der Sauerstofföffnungsquerschnitt verschlossen ist„

Die Vorbelastung des Ventilkörpers kann durch eine Feder bewirkt werden oder durch gleichwirkende Mittel, wie einen pneumatischen Vordruck₀

Der Ventilkörper ist vorzugsweise koaxial in der Brennstoff zufülirungsle itung angeordnet *

Die Begrenzungswand ist vorzugsweise von einem Faltenbalg gebildete

Die sauerstoffdurchströmten Teile der Vorrichtung sind vorzugsv/eise gasdicht gegen die brennst off durchströmten Teile abgedichtet_e

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nunmehr anhand einer beispielsweisen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläuterte

Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umschaltventils_o

Das Umschaltventil umfaßt ein ortsfestes Gehäuse 1 (sohrägschraffiert dargestellt)_s mit einer Sauerstoffzu-

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leitung 3s in der bei Sauerstoffzufuhr zum Düsenrohr 4 der Sauerstoffvordruck herrscht» In der dargestellten Lage .des beweglichen Ventilkörpers 5 (längsschraffiert dargestellt) sfjeht kein Sauer st off druck .an, und der Brennstofföffnungsquerschnitt 6 ist freigegeben, so daß der Brennstoff, beispielsweise eine Kohle^Stickstoff-Suspension aus der Brennstoffleitung 7 zur Düsenleitung 4 gelangen kann*

Beispielsweise dient als Pördergas für den pulverisierten Kohlenstoff$ ζ,Β* Koks, Stickstoff oder Inertgas, ζ<,Β. Argon* Das Fördergas hat ohne Beladung einen Druck von etwa 3 bar und bei voller Beladung mit 17 kg Kohlenstoff pro Nnr einen Druck von etwa 12 bar«

Sobald die Sauerstoffzuleitung 3 nut dem Sauerstoffvordruck, ZeBe 20 bar, beaufschlagt wird, wandert der bewegliche Ventilkörper 5 in-Richtung Brennstoffzuführungsleitung 7 wad verschließt durch die Dichtmittel 8 in Zusamme nwirkung mit der Anliegefläche 9 den Br enn st off öffnung squer schnitt 6o Der SauerstoffÖffnungsquerschnitt 10 wird freigegeben und Sauerstoff strömt in das Düsenrohr 4o Um die gewünschte Druckreduzierung vom Sauerstoffvor™ druck (20 bar) auf den Sauerstoffdüsendruck, beispielsweise 3 bar, zu erzielen, kann der SauerstoffÖffnungsquerschnitt 10 durch unterschiedliche Bohrungsdurchmesser 10 in der Lochscheibe des Drosselorgans 11 entsprechend eingestellt werden©

Sobald der Sauerstoffvordruck um eine einstellbare Druckdifferenz zwischen 0,5 "bis 10 bar über dem Blasdruck der Düse 4 (0,5 bis 10 bar + Blasdruck) abgesunken ist, verschiebt sich der bewegliche Ventilkörper 5 wieder in die dargestellte Lage und gibt den Brennstofföffnungsquerschnitt 6 freie Die Druckdifferenz für das Auslösen des Schaltvorgangs wird in der beschreibenen Ausführungsform

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durch die Federkraft der Feder 13 eingestellt»

Zu erwähnen ist noch, daß die sauerstoffdurchströmten Teile bei Brennstofförderung gasdicht verschlossen sind und der Metallfaltenbalg 14 beim Umschalten die erforderliche Bewegung des beweglichen Ventilkörpers 5 zuläßt»

Konstruktive Abweichungen von der beschriebenen Ausführungsforro. des Umschaltventils liegen im Sinne der Erfinciting $ insbesondere solange das wesentliche Merkmal der Erfindung $ nämlich die Ventilsteuerung durch den Sauerstoffvordruck zu bewerkstelligen, verwirklicht ist„

Claims

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Erfindungsanspruch :

Verfahren zum Einleiten feinkörniger, kohlenstoffhaltiger Brennstoffe j die in einem Trägergas suspendiert sind, und Sauerstoff in eine Eisenschmelze unterhalb der Bisenbadoberflache durch im feuerfesten Mauerwerk des Behandlungsgefäßes angeordnete Düsen? gekennzeichnet dadurch, daß Brennstoff und Sauerstoff im Wechsel durch den gleichen Einleitungskanal der Düse geführt werden«

2«, Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß während einer Behandlungsperiode der Eisenschmelze ein- oder mehrmals zwischen Brennstoff und Sauerstoff gewechselt wird«

3ο Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Sauerstoff von gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen ummantelt eingeleitet wird·

4* Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß der Brennstoff und der Sauerstoff bei einer Düse aus konzentrischen Rohren durch das zentrale Rohr geleitet wirdo

5» Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß in einem Gehäuse (1) mit einer Brennstoffzuführungsleitung (7)» einer Säuerst off zuleitung (3.) und einem Düsenrohr (4) ein verschiebbarer Ventilkörper (5) angeordnet ist, der den Brennstoff-Öffnungsquerschnitt (6) oder den SauerstoffÖffnungsquerschnitt (10) freigibt, und der durch den Sauerstoff-Zufuhrleitungsdruck gesteuert wird©

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Vorrichtung nach Punkt 5? gekennzeichnet dadurch, daß die Sauerstoffzuführleitung (3) mit einer Ventilkammer in Verbindung steht, die eine Begrenzungswand (14) auf~ weist, die unter Sauerstoffgasdruck eine Längenänderung der Ventilkammer zuläßtg das verschiebbare Ende der Ventilkammer mit einem doppelt wirkenden Ventilkörper (5) verbunden ist_$ dor einerseits den BrennstoffÖffnungsquerschnitt (6) und andererseits den SauerstoffÖffnungs» querschnitt (10) überwacht, und der Ventilkörper (5) se vorbelastet ist, daß der Sauerstofföffnungsquerschnitt (10) verschlossen ist₀

7«, Vorrichtung nach Punkt 5 oder 6_f gekennzeichnet dadurch_? daß der Ventilkörpes (5) koaxial in der Brennstoffzuführungsleitung (7) angeordnet isto

8<j Verrichtung nach einem der Punkte 5 bis 7s gekennzeichnet dadurchj daß die Begrenzungswand (14) von einem Fal~ tenbelag gebildet ist₀

Vorrichtung nach einem der Punkte 5 bis 8, gekennzeichnet dadurch^ daß die sauerstoffdurchströmten Teile der Vorrichtung gasdicht gegen die brennstoffdurchströmten Teile abgedichtet sindo

Vorrichtung nach einem der Punkte 5 bis 9_$ gekennzeichnet dadurch^ daß ein Drosselorgan (11) vorgesehen das den Sauerstofföffnungsquerschnitt (10) bestimmt

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