DE102014112629A1

DE102014112629A1 - Verfahren zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen sowie Hochofen zur Erzeugung von Roheisen durch Aufschmelzen und durch Reduktion von aufzuschmelzendem und zu reduzierendem Material

Info

Publication number: DE102014112629A1
Application number: DE102014112629.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2016-03-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen, wobei unter Zuführung von Brennstoffen, wie Koks, Kohlenstaub oder dergleichen, das aufzuschmelzende und zu reduzierende Material, wie Eisenerz, Eisenoxide, Eisenpellets, Sinter oder dergleichen, aufgeschmolzen und reduziert wird. Um ein Verfahren anzugeben, mit dem die Menge an Koks pro erzeugter Tonne an Roheisen reduziert werden kann, soll in den Hochofen, insbesondere in dessen unteren Bereich, ein Gemisch zugeführt werden, das entweder einerseits Luft und/oder Sauerstoff und andererseits Wasser in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) umfasst oder aber ausschließlich einerseits aus Luft und/oder aus Sauerstoff und andererseits aus Wasser in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) besteht. Die Erfindung betrifft auch einen Hochofen zur Erzeugung von Roheisen durch Aufschmelzen und durch Reduktion von aufzuschmelzendem und zu reduzierendem Material, wie Eisenerz, Eisenoxid, Eisenpellets, Sinter oder dergleichen, unter Zuführung von Brennstoffen, wie Koks, Kohlenstaub oder dergleichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen, wobei unter Zuführung von Brennstoffen, wie Koks, Kohlenstaub oder dergleichen, das aufzuschmelzende und zu reduzierende Material, wie Eisenerz, Eisenoxide, Eisenpellets, Sinter oder dergleichen, aufgeschmolzen und reduziert wird.
In einem Hochofen wird aus einem aufzuschmelzenden und zu reduzierenden Material, wie beispielsweise Eisenerz, Roheisen gewonnen. Hierzu werden im Hochofen abwechselnd Schichten aus Eisenerz und Koks eingebracht. Die Preise für die Herstellung von Koks aus Kohle nehmen aufgrund steigender Rohstoffpreise und Energiekosten zu, so dass damit auch die Roheisenerzeugung teurer wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren anzugeben, mit dem die Menge an Koks pro erzeugter Tonne an Roheisen reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in den Hochofen, insbesondere in dessen unteren Bereich, ein Gemisch zugeführt wird, das entweder einerseits Luft und/oder Sauerstoff und andererseits Wasser in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) umfasst oder aber ausschließlich einerseits aus Luft und/oder aus Sauerstoff und andererseits aus Wasser in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) besteht.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise überhitzter Wasserdampf bzw. überhitztes zerstäubtes Wasser (Nebel) in den Hochofen eingeblasen. Das Gemisch wird üblicherweise über eine Einlassdüse, die den endseitigen Bestandteil einer Zuführung bildet, in den Hochofen eingeleitet. Das in den Hochofen in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) zugeführte Wasser trifft in dem Hochofen auf den heißen Koks. Beim Auftreffen des Wassers auf den erhitzten Koks entsteht aus dem Koks und dem in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) zugeführten Wasser H₂-Gas und Kohlenmonoxidgas. Beide Gase stellen Reduktionsmittel dar, die zur Reduktion beispielsweise des Eisenerzes eingesetzt werden.
H₂-Gas kommt eine sehr hohe Verbrennungstemperatur zu. Die bei der Verbrennung von H₂-Gas entstehende Wärme kann bis zu 3.200 Kilokalorien pro m³ betragen, so dass hierdurch für das Aufschmelzen eine hohe Temperatur zur Verfügung steht. Hierdurch wird die Aufschmelz- und Reduktionszeit verkürzt, die Qualität des erzeugten Roheisens verbessert und auch der Verbrauch an Koks und anderen festen Brennstoffen reduziert. Ferner kann durch das H₂-Gas der Verbrauch an Sauerstoff um bis zu 70 % reduziert werden.
Durch den Einsatz von Wasser in Form von zerstäubtem Wasser (Nebel) und/oder von Wasserdampf kann die benötigte Menge an Koks um bis zu 80 kg Koks pro Tonne Roheisen reduziert werden. Gleichzeitig kann der Aufschmelz- und Reduktionsprozess verkürzt und die Leistung des Hochofens um bis zum 25 % gesteigert werden. Damit hat der Hochofen eine höhere Roheisenerzeugungsrate. Gleichzeitig kann die Qualität des Roheisens verbessert werden, da der Kohlenstoffgehalt des Roheisens niedriger ist und auch der Anteil an unerwünschten Elementen verringert werden kann.
Gleichzeitig können die Schadstoffemissionen um bis zu 30 % und auch der Anteil an CO₂ im Abgas um bis zu 50 % gesenkt werden. So bindet das in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) zugeführte Wasser beim Aufsteigen im Hochofen unerwünschte Elemente ab, so dass diese nicht in das Abgas übergehen.
Beim Anfahren des Hochofens wird der Anteil an Wasser schrittweise, vorzugsweise um 0,1 bis 0,5 Vol.-% bezogen auf das zugeführte gesamte Gemisch, erhöht. Schon bei einem Anteil von etwa 1 Vol.-% bezogen auf das gesamte Gemisch kann die Reduktions- und Aufschmelzzeit um bis zu 10 % verringert werden. Bei einem Anteil von etwa 5 Vol.-% bezogen auf das gesamte Gemisch können die Energiekosten um bis auf 50 % reduziert werden.
Im Falle einer gewünschten Temperaturverringerung in dem Hochofen muss lediglich der Anteil an in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) zugeführten Wasser verringert werden, so dass damit der Anteil an Sauerstoff und/oder Luft in dem Gemisch erhöht wird.
Das Gemisch kann mit einer Temperatur von 700°C bis 1.100°C, vorzugsweise mit einer Temperatur von 800°C bis 1.000°C, zugeführt werden.
Dabei kann der Anteil an Wasser in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) bezogen auf das Gemisch zwischen 0,5 Vol.-% und 10 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 2 Vol.-% und 5 Vol.-%, betragen.
Zusätzlich kann noch wenigstens ein Ersatzreduktionsmittel, wie Heizöl, Erdgas, Kokereigas, Klärschlamm oder dergleichen, zugeführt werden.
Zumindest ein Ersatzreduktionsmittel kann Bestandteil des Gemischs sein.
Zur Erzeugung des zerstäubten Wassers (Nebel) kann das Wasser bei einem Druck zwischen 10 und 15 bar, vorzugsweise bei 12 bar, zerstäubt werden.
Die Erfindung betrifft einen Hochofen zur Erzeugung von Roheisen durch Aufschmelzen und durch Reduktion von aufzuschmelzendem und zu reduzierendem Material, wie Eisenerz, Eisenoxid, Eisenpellets, Sinter oder dergleichen, unter Zuführung von Brennstoffen, wie Koks, Kohlenstaub oder dergleichen.
In einem Hochofen wird aus einem aufzuschmelzenden und zu reduzierenden Material, wie beispielsweise Eisenerz, Roheisen gewonnen. Hierzu werden im Hochofen abwechselnd Schichten aus Eisenerz und Koks eingebracht. Die Preise für die Herstellung von Koks aus Kohle nehmen aufgrund steigender Rohstoffpreise und Energiekosten zu, so dass damit auch die Roheisenerzeugung teurer wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und einen Hochofen anzugeben, mit dem die Menge an Koks pro erzeugter Tonne an Roheisen reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zumindest eine in den Hochofen, insbesondere in dessen unteren Bereich, mündende Zuführung zum gemeinsamen Zuführen eines Gemisches, das entweder einerseits Luft und/oder Sauerstoff und andererseits Wasser in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) umfasst oder aber ausschließlich einerseits aus Luft und/oder aus Sauerstoff und andererseits aus Wasser in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) besteht. Selbstverständlich können auch mehrere Zuführungen, wobei vorzugsweise über alle Zuführungen das erfindungsgemäße Gemisch zugeführt wird, vorgesehen sein. Vorzugsweise münden die Zuführungen verteilt über den Umfang des Hochofens in den Hochofen ein.
Zumindest eine Zuführung kann aus wenigstens zwei Teilzuführungen zusammengeführt sein, wobei über zumindest eine Teilzuführung Luft und/oder über zumindest eine Teilzuführung Wasser in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) und/oder über zumindest eine Teilzuführung Sauerstoff zugeführt wird. Sofern drei Teilzuführungen vorgesehen sind, wird über die eine Teilzuführung Luft, über die weitere Teilzuführung Wasser in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) und über die letzte Teilzuführung Sauerstoff zugeführt.
Dabei kann zur Erzeugung des Wasserdampfes, insbesondere in der den Wasserdampf zuführenden Teilzuführung, ein Dampferzeuger vorgesehen sein. Wesentlicher Bestandteil eines Dampferzeugers ist ein Dampfkessel, in dem Wasser erhitzt und in Dampf umgewandelt wird.
Zur Erzeugung des zerstäubten Wassers (Nebels) kann, insbesondere in der das zerstäubte Wasser (Nebel) zuführenden Teilzuführung, ein Zerstäuber vorgesehen sein.
Zur Erhitzung des Gemischs kann im Bereich zumindest einer Zuführung ein Erhitzer vorgesehen sein. Im Bereich der Zuführung ist das Gemisch, das entweder einerseits Luft und/oder Sauerstoff und andererseits Wasser in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) umfasst oder aber ausschließlich einerseits aus Luft und/oder aus Sauerstoff und andererseits aus Wasser in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) besteht, bereits zusammengeführt. In dem Erhitzer wird das Gemisch auf eine Temperatur von 700°C bis 1.100°C, vorzugsweise auf eine Temperatur von 800°C bis 1.000°C, erhitzt und anschließend über die Zuführung in den Hochofen geleitet.
Die einzige Figur zeigt einen Hochofen 1 zur Erzeugung von Roheisen durch Aufschmelzen und durch Reduktion von aufschmelzendem und zu reduzierendem Material. Das Material wird von oben schichtenweise in den Hochofen 1 eingebracht und sackt in dem Hochofen 1 nach unten ab. Im unteren Bereich des Hochofens 1 befindet sich das aufgeschmolzene Roheisen, das dann in Zeitabständen regelmäßig abgestochen wird. Bei dem Material kann es sich beispielsweise um Eisenerz, Eisenoxid, Eisenpellets, Sinter oder dergleichen handeln.
Für das Aufschmelzen und für die Reduktion münden in den unteren Bereich des Hochofens 1 Zuführungen 2 ein. In der Figur sind nur zwei Zuführungen 2 dargestellt. Vorzugsweise sind jedoch mehrere Zuführungen 2 vorgesehen, die verteilt über den Umfang des Hochofens 1 in den Hochofen 1 einmünden.
Über jede Zuführung 2 wird ein Gemisch zugeführt, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel Luft, Sauerstoff und Wasser in Form von zerstäubtem Wasser (Nebel) umfasst.
Jeder Zuführung 2 ist ein Erhitzer 3 zugeordnet, der das über die jeweilige Zuführung 2 zugeführte Gemisch auf etwa 800° bis 1.000°C erhitzt. Jede Zuführung 2 ist wiederum aus insgesamt drei Teilzuführungen 4, 4' und 4'' zusammengeführt. Über die erste Teilzuführung 4 wird Luft, über die zweite Teilzuführung 4' Wasser in Form von zerstäubtem Wasser (Nebel) und über die dritte Teilzuführung 4'' Sauerstoff zugeführt.
Wie der Figur zur entnehmen ist, befindet sich in der ersten Teilzuführung 4, über die Luft zugeführt wird, ein Verdichter 5. Der Verdichter 5 verdichtet die über die erste Teilzuführung 4 zugeführte Luft. Die erste Teilzuführung 4, über die Luft zugeführt wird, mündet mit der zweiten Teilzuführung 4' zusammen, über die Wasser in Form von zerstäubtem Wasser (Nebel) zugeführt wird.
Hierzu sind in der zweiten Teilzuführung 4'' eine Pumpe 6 sowie ein Zerstäuber 7 vorgesehen, so dass bei etwa 12 bar das Wasser sehr fein zerstäubt und als Nebel mit der über die erste Teilzuführung 4 zugeführten Luft vermischt wird. Anschließend mündet die dritte Teilzuführung 4'' ein, über die Sauerstoff zugeführt wird.
Dieses Gemisch, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel Luft, Sauerstoff und Wasser in Form von zerstäubtem
Wasser (Nebel) enthält, wird in einem der beiden Erhitzer 3 auf 800° bis 1.000°C erhitzt und anschließend über die zugehörige Zuführung 2 in den Hochofen 1 eingeführt.
Beim Auftreffen des sehr heißen und überhitzten Gemisches auf den sehr heißen und glühenden Koks im Hochofen 1, der sich im unteren Bereich des Hochofens 1 befindet, wandeln sich die zerstäubten Wassertropfen (Nebel) in Wasserstoff um, der der Reduktion dient.
Das den Hochofen 1 verlassende Abgas wird über eine Abgasleitung 8 in den Erhitzer 3 zurückgeführt und dient zur Vorwärmung bzw. zur Vorerhitzung des zugeführten Gemisches in dem Erhitzer 3. Nach dem Wärmeaustausch in dem Erhitzer 3 wird das Abgas über einen Kamin 9 in die Atmosphäre abgeführt.

Claims

Verfahren zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen (1), wobei unter Zuführung von Brennstoffen, wie Koks, Kohlenstaub oder dergleichen, das aufzuschmelzende und zu reduzierende Material, wie Eisenerz, Eisenoxide, Eisenpellets, Sinter oder dergleichen, aufgeschmolzen und reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hochofen (1), insbesondere in dessen unteren Bereich, ein Gemisch zugeführt wird, das entweder einerseits Luft und/oder Sauerstoff und andererseits Wasser in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) umfasst oder aber ausschließlich einerseits aus Luft und/oder aus Sauerstoff und andererseits aus Wasser in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) besteht.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch mit einer Temperatur von 700°C bis 1.100°C, vorzugsweise mit einer Temperatur von 800°C bis 1.000°C, zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Wasser in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) bezogen auf das Gemisch zwischen 0,5 Vol.-% und 10 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 2 Vol.-% und 5 Vol.-%, beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich noch wenigstens ein Ersatzreduktionsmittel, wie Heizöl, Erdgas, Kokereigas, Klärschlamm oder dergleichen, zugeführt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ersatzreduktionsmittel Bestandteil des Gemisches ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des zerstäubten Wassers (Nebel) das Wasser bei einem Druck zwischen 10 und 15 bar, vorzugsweise bei 12 bar, zerstäubt wird.
Hochofen (1) zur Erzeugung von Roheisen durch Aufschmelzen und durch Reduktion von aufzuschmelzendem und zu reduzierendem Material, wie Eisenerz, Eisenoxid, Eisenpellets, Sinter oder dergleichen, unter Zuführung von Brennstoffen, wie Koks, Kohlenstaub oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine in den Hochofen (1), insbesondere in dessen unteren Bereich, mündende Zuführung (2) zum gemeinsamen Zuführen eines Gemisches, das entweder einerseits Luft und/oder Sauerstoff und andererseits Wasser in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) umfasst oder aber ausschließlich einerseits aus Luft und/oder aus Sauerstoff und andererseits aus Wasser in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) besteht.
Hochofen (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Zuführung (2) aus wenigstens zwei Teilzuführungen (4, 4', 4'') zusammengeführt ist, wobei über zumindest eine Teilzuführung (4 bzw. 4' bzw. 4'') Luft und/oder über zumindest eine Teilzuführung (4 bzw. 4' bzw. 4'') Wasser in Form von Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser (Nebel) und/oder über zumindest eine Teilzuführung (4 bzw. 4' bzw. 4'') Sauerstoff zugeführt wird.
Hochofen (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Wasserdampfes, insbesondere in der den Wasserdampf zuführenden Teilzuführung (4 bzw. 4' bzw. 4''), ein Dampferzeuger vorgesehen ist.
Hochofen (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des zerstäubten Wassers (Nebels), insbesondere in der das zerstäubte Wasser (Nebel) zuführenden Teilzuführung (4 bzw. 4' bzw. 4''), ein Zerstäuber (7) vorgesehen ist.
Hochofen (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhitzung des Gemischs im Bereich zumindest einer Zuführung (2) ein Erhitzer (3) vorgesehen ist.