DE102005032561A1 - Schachtofen und Verfahren zum Entsorgen von Stäuben mittels eines Schachtofens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schachtofen mit einer Mehrzahl von radialen Winddüsen (14, 16, 18, 20, 22), die im wesentlichen in der Schmelzzone des Schachtofens münden und denen von einem gemeinsamen Windzufuhrsystem Verbrennungsluft zuführbar ist. Eine Feststoffeinblas-Einrichtung (30) ist von den Winddüsen (14, 16, 18, 20, 22) unabhängig und gegenüber den Winddüsen (14, 16, 18, 20, 22) versetzt angeordnet. Dabei weist die Feststoffeinblas-Einrichtung (30) wenigstens eine sich durch die Wandung des Schachtofens zu der Schmelzzone des Schachtofens erstreckende zusätzliche Düse (40) auf, welche mit Druckgas unabhängig vom Windzufuhrsystem beaufschlagbar ist, sowie eine sich in diese Düse (40) erstreckende Lanze (36) zum Einblasen des Feststoffes.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Schachtofen mit einer Mehrzahl von radialen Winddüsen, die im wesentlichen in der Schmelzzone des Schachtofens münden und denen von einem gemeinsamen Windzufuhrsystem Verbrennungsluft zuführbar ist, und mit einer Einrichtung zum zusätzlichen Einblasen von körnigen Feststoffen in die Schmelzzone des Schachtofens.
• Ein Schachtofen ist ein metallurgischer Ofen und weist einen schachtförmigen Ofenraum auf, der mit einer feuerfesten Schicht ausgekleidet ist. In den Schachtofen wird von oben Koks und z.B. Erz oder Schrott, laufend eingefüllt. In einer Schmelzzone wird das Metall bei hoher Temperatur reduziert. Es tropft dann flüssiges Metall nach unten, wobei sich oberhalb dieses Metalls Schlacke bildet. Das Metall wird abgestochen und von der Schlacke getrennt. Die Schlacke kann nach dem Erkalten z.B. für den Straßenbau verwendet werden. Schachtöfen sind z.B. Hochöfen für die Stahlherstellung oder Cupolöfen, wie sie in Gießereien Verwendung finden. Im Bereich der Schmelzzone sind in der Ofenwand Düsen angeordnet, über welche Luft („Wind") in den Schachtofen eingeblasen wird. Diese Düsen sind mit einem gemeinsamen Windzufuhrsystem verbunden.
• Die GB 109 452 beschreibt das Zuführen von Kohlenstaub mittels einer Schnecke zu dem Wind, der in einen Hochofen eingeblasen wird.
• Es ist bekannt, in solche Schachtöfen, die von oben mit Koks und Eisenerz beschickt werden, im Bereich der Schmelzzone Kohle und Sauerstoff einzublasen. Dadurch wird Kohlenmonoxid und Wasserstoff erzeugt, die als Teil des Reduktionsmittels für das Eisenerz in dem Schachtofen wirken (WO 86/05520). Bei dieser bekannten Anordnung ist eine Lanze mit einem Innenrohr und einem Mantelrohr vorgesehen, das mit dem Innenrohr einen Ringraum bildet. Durch das Innenrohr wird Kohle und durch den Ringraum wird Sauerstoff eingeblasen. Die Lanze ragt in die üblichen, in dem Hochofen hineingeführten Winddüsen hinein.
• Die EP 0 195 250 B1 beschreibt eine Fördervorrichtung zum gleichmäßigen Fördern von Kohlenstaub, der über regelmäßig um die Achse eines Schachtofens herum angeordnete Lanzen in den Schachtofen eingeblasen wird, wobei die Lanzen durch die üblicherweise vorhandenen Winddüsen des Schachtofens hindurchgeführt sind.
• Die EP 0 336 121 beschreibt einen Kupolofen, in welchen kohlenstoffhaltiges Material in staubförmiger Form und in einer vom Kohlenstoffgehalt der zu erzeugenden Gusseisensorte abhängigen Menge eingeführt wird. Ein ähnliches Verfahren beschreibt schon die DE 55 049
• Eine Firmendruckschrift „Das Reststoff-Recycling-System von Air Products" der Air Products GmbH in Hattingen beschreibt ein Verfahren zum Entsorgen von Flugstäuben etc., bei welchem die Stäube durch Einblasen in die Schmelzzone von Schachtöfen verschlackt werden. Zu diesem Zweck erstreckt sich eine Lanze durch eine sowieso vorhandene Winddüse des Schachtbrenners. Negative Folgen des Einblasens der kalten Stäube, wie z.B. das Verstopfen der Winddüse durch Kaltblasen, werden vermieden durch Integration eines Sauerstoffbrenners in die Winddüse.
• Bei allen bekannten Schachtöfen, bei denen körnige oder staubförmige Feststoffe eingeblasen werden, geschieht dieses Einblasen durch die Winddüsen hindurch. Dieses Einblasen beeinträchtigt die Windführung. Es bringt die Gefahr mit sich, dass die Winddüse verstopft, wodurch die gesamte Windführung ins Ungleichgewicht kommt und das Arbeiten des Schachtofens gestört wird. Die Winddüse muß dann manuell freigestoßen werden. Man kann versuchen, dem z.B. durch Integration eines Sauerstoffbrenners entgegenzuwirken. Das ist aber ein „Kurieren an den Symptomen", welches das Problem insbesondere bei hohem Staubeintrag nicht grundsätzlich löst.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, körnige oder staubförmige Feststoffe störungsfrei in die Schmelzzone eines Schachtofens einzutragen.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Feststoffeinblas-Einrichtung von den Winddüsen unabhängig und gegenüber den Winddüsen versetzt angeordnet ist.
• Auf diese Weise erfolgt das Einblasen von Stäuben oder körnigen Feststoffen unabhängig von den Winddüsen und an gegenüber diesen versetzten Stellen. Es hat sich gezeigt, daß durch diese Maßnahmen ein einwandfreies Arbeiten des Schachtofens auch bei Zufuhr von relativ großen Mengen von mineralischen, nicht verbrennenden und schwer schmelzenden Stäuben gewährleistet ist. Die eingebrachten Feststoffe können die Funktion der Winddüsen nicht stören. Die Feststoffe werden nicht durch den Wind zum oberen Ende des Schachtofens transportiert, wo sie wieder in einem Staubfilter landen. Vielmehr werden die Stäube o. dgl. In der Schmelzzone gehalten, wo sie Schmelzen und von der Schlacke aufgenommen werden können. Dadurch kann der Durchsatz an solchen Stäuben erhöht und die Ausbeute des tatsächlich von der Schlacke aufgenommenen Staubes vergrößert werden. Wenn ein Stau beim Einblasen der Stäube o. dgl. Auftritt, so braucht nur die Staubzufuhr vorübergehend unterbrochen zu werden. Auf das Windsystem des Schachtofens hat das keinen Einfluß.
• Vorzugsweise weist die Feststoffeinblas-Einrichtung eine sich durch die Wandung des Schachtofens zu der Schmelzzone des Schachtofens erstreckende zusätzliche Düse auf, welche mit Druckgas unabhängig von Windzufuhrsystem beaufschlagbar ist, sowie eine sich in diese Düse erstreckende Lanze zum Einblasen des Feststoffes.
• Tritt an dieser Düse ein Stau durch Zusetzen der Düse auf, so kann das Einblasen von staubförmigen oder körnigem Feststoff vorübergehend unterbrochen werden. Die Düse wird dann von dem Druckgas freigeblasen.
• Vorzugsweise ist die Lanze in Längsrichtung verstellbar gehaltert.
• Der Schachtofen weist eine Auskleidung auf, die im Verlauf des Schmelzprozesses nach und nach abbrennt. Die Lanze, über welche der staubförmige oder körnige Feststoff eingeblasen wird, kann dann in dem Maße zurückgezogen werden, in dem die Dicke der Auskleidung abnimmt, so daß die Spitze der Lanze im wesentlichen in einem definierten Abstand von der Schmelzzone des Schachtofens gehalten wird. Das fördert das Schmelzen des eingeblasenen staubförmigen oder körnigen Materials.
• Auch bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist es zweckmäßig, wenn die Lanze einen zentralen Kanal aufweist, durch welche der einzublasende körnige Feststoff gefördert wird, und einen diesen zentralen Kanal umgebenden Ringkanal, über welchen Sauerstoff zuführbar ist, wobei der Ringkanal am ofenseitigen Ende der Lanze in einen Kranz von Austrittsdüsen um den zentralen Kanal herum ausläuft.
• Der Sauerstoff erhöht die Temperatur in dem Teil der Schmelzzone, welcher der Feststoffeinblas-Einrichtung gegenüberliegt und fördert damit das Schmelzen des eingeblasenen Feststoffs.
• Vorteilhafterweise ist der körnige Feststoff mittels Druckgas, das von einer gesonderten Druckgasquelle geliefert wird, durch die Lanze förderbar. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Lanze einen Drucksensor aufweist, der auf den Druck in dem den körnigen Feststoff führenden Kanal anspricht und durch welchen bei verstopfungsbedingtem Anstieg dieses Druckes eine Absperrund der Zufuhr von körnigem Feststoff auslösbar ist, bis der Kanal von der Druckluft freigeblasen ist.
• Eine vorteilhafte konstruktive Lösung besteht darin, daß die Düse im Bereich des Endes der Lanze ein kegelstumpfförmiges, in der Wandung des Schachtofens sitzendes Düsengehäuse aufweist, das an seinem schmalen Ende mit dem Inneren des Schachtofens in Verbindung steht, in welchem die Lanze verschiebbar geführt ist und in welches Druckluft einleitbar ist. Dabei kann sich an das schmale Ende des kegelstumpfförmigen Düsengehäuses ein rohrförmiger Ansatz fluchtend mit der Lanze anschließen, der durch das Futter des Schachtofens hindurchgeführt ist. In der Basis des Düsengehäuses kann seitlich von der Lanze ein Schauglas sowie eine verschließbare Öffnung zum Hindurchführen eines Werkzeugs zum Beseitigen von Verstopfungen vorgesehen sein.
• Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Entsorgen von Stäuben durch Einblasen der Stäuben in die Schmelzzone von Schachtöfen, in welche Wind über Winddüsen eingeblasen wird. Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Stäube an gegenüber den Winddüsen versetzten Stellen durch ein von dem Windzufuhrsystem unabhängiges Druckgas eingeblasen werden. Die Vorteile dieses Verfahrens wurden schon oben anhand des erfindungsgemäßen Schachtofens erläutert. Eine Vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich, wenn zusätzlich zu den Stäuben an deren Einblasstelle Sauerstoff in die Schmelzzone eingeblasen wird. Auch die Vorteile dieses Verfahrensschrittes wurden oben schon im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Schachtofen beschrieben.
• Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schachtofens ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
• 1 ist eine schematische Seitenansicht eines Schachtofens mit einer Einrichtung zum Einblasen von Stäuben oder körnigen Feststoffen in die Schmelzzone.
• 2 zeigt einen Querschnitt des Schachtofens im Bereich der Schmelzzone.
• 3 zeigt eine Einrichtung zum Einblasen von Stäuben oder körnigen Feststoffen in den Schachtofen.
• 4 zeigt als Einzelheit in vergrößertem Maßstab die Spitze der Lanze bei der Einrichtung von 3.
• In 1 ist mit 10 ein Schachtofen für eine Gießerei bezeichnet. Der Schachtofen bildet eine Schacht, in dessen oberes Ende Koks und ein zu schmelzendes Gut in Brockenform laufend eingefüllt wird. In einer Schmelzzone, etwa in der Ebene 12, wird über Winddüsen 14, 16, 18, 20 und 22 vorgeheizte Luft (Wind) aus einem Windsystem 24 in den Schachtofen eingeleitet. Die fünf Winddüsen sind in regelmäßiger Anordnung um die Achse des Schachtofens herum angeordnet. Die Winddüsen erstrecken sich radial durch die Wandung des Schachtofens. In der Schmelzzone erfolgt eine Reduktion des Erzes o. dgl., und es bildet sich flüssiges Metall, das heruntertropft, und Schlacke. Das flüssige Metall und die Schlacke werden in Behältern 26 und 28 getrennt und abgeleitet.
• Das ist der übliche Aufbau eines Schachtofens, z.B. eines Kupolofens.
• In der Ebene 12 der Schmelzzone sitzt eine Einrichtung zum Einblasen von Stäuben oder körnigen Feststoffen, die generell mit 30 bezeichnet ist. Die Feststoffeinblas-Einrichtung 30 ist symmetrisch zwischen den beiden benachbarten Winddüsen 20 und 22, also gegenüber diesen Winddüsen versetzt, angeordnet. Wie aus 1 ersichtlich ist, weist die Einrichtung einen Anschluß 32 für Sauerstoff und einen Anschluß 34 für Druckluft auf.
• Die Feststoffeinblas-Einrichtung 30 enthält eine Lanze 36. Die Lanze 36 ist verschiebbar in einem Düsengehäuse 38 einer generell mit 40 bezeichneten Düse geführt. Das Düsengehäuse 38 st kegelstumpfförmig, wobei die kleinere Fläche des kegelstumpfförmigen Düsengehäuses 38 offen und dem Inneren des Schachtofens 10 zugewandt ist. An die so gebildete Öffnung schließt sich ein mit dem Kegelstumpf gleichachsiges, rohrförmiges Endstück 42 an. Die größere Grundfläche des kegelstumpfförmigen Düsengehäuses 38 ist geschlossen und trägt eine zentrale Führungshülse 44. In dieser Führungshülse 44 ist die Lanze 36 verschiebbar geführt. Das Düsengehäuse 38 sitzt in einem Durchbruch 46 in der Wandung des Schachtofens.
• Die Lanze 36 weist ein Innenrohr mit einem zentralen Kanal 48 auf. Das Innenrohr ist koaxial im Abstand von einem Außenrohr umgeben, das mit dem Innenrohr einen Ringkanal 50 bildet. Der Ringkanal 50 umgibt den zentralen Kanal 48 mantelförmig. In den zentralen Kanal 48 wird von Druckluft ein zu entsorgender Staub, Kohlepulver o. dgl. gedrückt. Der Ringkanal 50 ist über ein Ventil 54 und eine Muffe 52 mit einer Sauerstoffquelle verbunden, die durch einen Pfeil 56 angedeutet ist. Am ofenseitigen Ende der Lanze 36 ist der Ringkanal 50 durch eine Ringscheibe 58 abgeschlossen, welche einen Kranz von Austrittsdüsen 60 bildet. Am ofenseitigen Ende der Lanze 36 tritt somit zentral ein Strahl 62 von Staub oder eines körnigen Feststoffs wie Kohle aus. Dieser Strahl 62 ist von einem Ringstrahl von Sauerstoff umgeben. Die Lanze 36 kann axial in dem Düsengehäuse 38 so justiert werden, daß das ofenseitige Ende der Lanze 38 eine definierte radiale Lage zu der Schmelzzone hat. Diese Lage kann sich ändern, wenn die Auskleidung des Schachtofens nach und nach abbrennt.

Claims (11)

1. Schachtofen mit einer Mehrzahl von radialen Winddüsen, die im wesentlichen in der Schmelzzone des Schachtofens münden und denen von einem gemeinsamen Windzufuhrsystem Verbrennungsluft zuführbar ist, und mit einer Einrichtung zum zusätzlichen Einblasen von körnigen Feststoffen in die Schmelzzone des Schachtofens, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffeinblas-Einrichtung von den Winddüsen unabhängig und gegenüber den Winddüsen versetzt angeordnet ist.
2. Schachtofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffeinblas-Einrichtung eine sich durch die Wandung des Schachtofens zu der Schmelzzone des Schachtofens erstreckende zusätzliche Düse aufweist, welche mit Druckgas unabhängig von Windzufuhrsystem beaufschlagbar ist, sowie eine sich in diese Düse erstreckende Lanze zum Einblasen des Feststoffes.
3. Schachtofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze in Längsrichtung verstellbar gehaltert ist.
4. Schachtofen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze einen zentralen Kanal aufweist, durch welche der einzublasende körnige Feststoff gefördert wird, und einen diesen zentralen Kanal umgebenden Ringkanal, über welchen Sauerstoff zuführbar ist, wobei der Ringkanal am ofenseitigen Ende der Lanze in einen Kranz von Austrittsdüsen um den zentralen Kanal herum ausläuft.
5. Schachtofen nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der körnige Feststoff mittels Druckgas, das von einer gesonderten Druckgasquelle geliefert wird, durch die Lanze förderbar ist.
6. Schachtofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze einen Drucksensor aufweist, der auf den Druck in dem den körnigen Feststoff führenden Kanal anspricht und durch welchen bei verstopfungsbedingtem Anstieg dieses Druckes eine Absperrung der Zufuhr von körnigem Feststoff auslösbar ist, bis der Kanal von der Druckluft freigeblasen ist.
7. Schachtofen nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse im Bereich des Endes der Lanze ein kegelstumpfförmiges, in der Wandung des Schachtofens sitzendes Düsengehäuse aufweist, das an seinem schmalen Ende mit dem Inneren des Schachtofens in Verbindung steht, in welchem die Lanze verschiebbar geführt ist und in welches Druckluft einleitbar ist.
8. Schachtofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich an das schmale Ende des kegelstumpfförmigen Düsengehäuses ein rohrförmiger Ansatz fluchtend mit der Lanze anschließt, der durch das Futter des Schachtofens hindurchgeführt ist.
9. Schachtofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Basis des Düsengehäuses seitlich von der Lanze ein Schauglas sowie eine verschließbare Öffnung zum Hindurchführen eines Werkzeugs zum Beseitigen von Verstopfungen vorgesehen sind.
10. Verfahren zum Entsorgen von Stäuben durch Einblasen der Stäuben in die Schmelzzone von Schachtöfen, in welche Wind über Winddüsen eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäube an gegenüber den Winddüsen versetzten Stellen durch ein von dem Windzufuhrsystem unabhängiges Druckgas eingeblasen werden
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Stäuben an deren Einblasstelle Sauerstoff in die Schmelzzone eingeblasen wird.