DE1508070C2 - Drehrohrofen zur kontinuierlichen Erzeugung von flüssigem Roheisen, Eisen oder Stahl - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehrohrofen zur kontinuierlichen Erzeugung von flüssigem Roheisen, Eisen oder Stahl aus festen eisenoxydhaltigen Ausgangsstoffen mit angenähert horizontaler Achse des rotationssymmetrischen Ofenmantels, mit einem Brenner an einem Ende des Ofens, mit einer unterhalb des Brenners angeordneten, schräg nach oben und einer oberhalb des Brenners angeordneten, schräg nach unten gerichteten Einblasdüse für Sauerstoff und mit einem Abzug für die Heizgase an dem dem Brenner gegenüberliegenden Ofenende, an dem eine Leitung zur Einführung der Beschickung sowie eine dritte Einblasdüse für Sauerstoff vorgesehen sind.

Ein derartiger Ofen, der bereits vorgeschlagen wurde, kann direkt mit Eisenerz oder mit teilweise im festen Zustand vorreduziertem Erz beschickt werden; im letzteren Fall ist das Ausgangsmaterial (beispielsweise in Schwammform) eine Mischung von Wüstit und von metallischem Eisen (mit kleinen Mengen von Magnetit). Die relativen Anteile an Wüstit und metallischem Eisen können sehr verschieden sein; der gesamte Eisengehalt kann zwischen Spurenbeträgen und 98% metallischen Eisens liegen, wobei der Rest durch Oxyd gebildet wird, das der Formel FeOx entspricht, wobei χ in der Nähe von 1 liegt.

Die Reduktion von FeOx erfolgt mittels Kohlenstoff und beginnt bei niedriger Temperatur (etwa 500° C). Sie erfolgt sehr rasch zwischen 900 und 1150° C und verlangsamt sich, wenn das metallische Eisen zu schmelzen beginnt.

Es ist häufig erwünscht, eine Metallschmelze zu erhalten, die einen Anteil an gelöstem Kohlenstoff von über 2% aufweist. In diesem Fall beginnt die Verflüssigung des Eisens zwischen 1150 und 1160° C, und das Metall trennt sich allmählich und leicht von der Gangart. Bei 1300° C ist die Trennung praktisch beendet, wobei kein freier Kohlenstoff mehr vorhanden ist und die Menge des im Metall aufgelösten Kohlenstoffs etwa 2 bis 4,5% des Metallgewichts beträgt.

Setzt man dann die Aufheizung des metallischen Bades fort, so kocht dies unter Freisetzung von Kohlenstoffmonoxyd, während sich der Kohlenstoffgehalt verringert und die Temperatur beispielsweise bis auf 1650° C erhöht wird, wenn man einen sehr weichen Stahl erzeugen will.

Die Erzeugung von Metall im diskontinuierlichen Betrieb, wobei der Einsatz nacheinander reduziert, verflüssigt und auf einen bestimmten Kohlenstoffgehalt gefrischt wird, erfolgt leicht in einem Ofen mit horizontaler Achse, wobei dieser Ofen um diese Achse rotiert und vom einen Ende her beheizt wird. Die Ofentemperatur steigt allmählich von der Temperatur, mit der die Charge eingebracht wird, an, um schließlich die für das Frischen und die Schmelze des fertigen Metallbades erforderliche Temperatur zu erreichen.

Schwieriger gestaltet sich dagegen ein kontinuierlieher Betrieb, bei dem somit die Chargen ununterbrochen während des Reduktionsvorganges eingeführt werden. Man muß hier einerseits die Chargen am einen Ende des Ofens einführen und an einer anderen Stelle des Ofens eine kontinuierliche oder in kurzen, regelmäßigen Zeitabständen auftretende Schmelze aufrechterhalten.

Die Erzeugung von Roheisen im kontinuierlichen Betrieb bereitet hierbei noch keine unüberwindlichen Schwierigkeiten, da man die Einführung der Charge während einiger Minuten unterbrechen oder verlangsamen kann, während deren die Ofentemperatur 1260° C erreicht oder diese Temperatur 1300° C übersteigt. Das gewonnene Roheisen wird dann geschmolzen und das zu reduzierende Oxyd in den Ofen so eingebracht, daß letzterer bis auf 1200° C abgekühlt wird. Anschließend wird der Vorgang fortgesetzt. Zur kontinuierlichen Erzeugung von Roheisen im Drehofen mit zylindrischer Ofenkammer ist es aus der US-PS 3169 055 auch bekannt, über die gesamte Ofenlänge ein Roheisenbad aufrechtzuerhalten, das mit einer flüssigen Schlacke und festem, kohlenstoffhaltigen Material überschichtet gehalten wird, von beiden Ofenenden ein im Vergleich mit Luft sauerstoffreicheres Gas einzublasen und fortlaufend zerkleinertes Eisenerzmaterial und zerkleinertes, festes kohlenstoffhaltiges Material zuzuführen, während der Ofen mit mehr als 10 U/min gedreht wird und die Temperatur vorzugsweise zwischen 1200 und 1400° C liegt. Dieses Verfahren weist keine großen Nachteile auf, da die Temperaturdifferenz zwischen dem normalen Betrieb des Ofens und der Metallschmelze gering ist. Größere Schwierigkeiten ergeben sich dagegen, wenn man ein kohlenstoffarmes Metall erzeugen will, dessen Schmelztemperatur 1600° C erreichen muß. Dann ist eine wesentlich größere Temperaturdifferenz zwischen dem Normalbetrieb des Ofens und dem Schmelzvorgang vorhanden. Die Charge muß unterhalb von 1150° C während der für die Reduktion erforderlichen Zeit bleiben und dann progressiv auf 1600° C (Schmelz-

temperatur) gebracht werden.

Abgesehen von den üblichen zylindrischen Drehrohrofen sind seit langem aus »Steel« (1939), S. 49, und aus der USA.-Patentschrift 22 38 815 zur Erzeugung von Eisenschwamm bzw. Nichteisenmetallen auch Drehrohröfen mit kegelstumpfförmiger Gestalt bekannt, wobei die große Basis des Kegelstumpfes dem Brenner zugewandt ist.

Im Gegensatz dazu gibt die in jüngster Zeit veröffentlichte französische Patentschrift 13 90 521 zur Erzeugung flüssigen Eisens oder Stahls die Lehre, einen Drehrohrofen so auszubilden, daß er sich zum Brennerende hin verjüngt.

Nach dem eingangs genannten älteren Vorschlag erreicht man den erwünschten starken Temperaturanstieg von unterhalb 1150 auf 1600° C (Schmelztemperatur) im wesentlichen durch die Vorschaltung eines Erdgaszerlegungskonverters vor dem Brennerende des Drehrohrofens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Drehrohrofen der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er im kontinuierlichen Betrieb die Erzeugung von flüssigem Roheisen, Eisen oder Stahl ermöglicht, ohne daß besondere Schwierigkeiten wegen der erforderlichen Temperaturdifferenzen auftreten und ohne daß die Vorschaltung eines Erdgaszerlegungskonverters vordem Brennerende erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ofenfutter eine Ofenkammer von angenähert kegelstumpfförmiger, koaxial zur Ofenlängsachse liegender Gestalt umschließt, deren kleine Basis dem Schurrenende des Ofens und deren große Basis dem Brenner zugewandt ist.

Mit dieser Ausgestaltung des Drehrohrofens ist es möglich, zwei voneinander stark abweichende Temperaturbereiche innerhalb des Ofens einzustellen, und zwar eine erste Zone in der eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Aufgabe erfolgt und in der eine Temperatur von 900 bis 1300° C herrscht, und in eine zweite Zone, in welcher eine Temperatur von ungefähr 1600° C erreicht werden kann. Dabei erfolgt in der ersten Zone die Reduktion mittels Kohlenstoff, die bei einer Temperatur von etwa 500° C beginnt und bei 900 bis 1150° C sehr aktiv ist, sich mit zunehmender Temperatur verlangsamt und bei etwa 1300° C abgeschlossen ist. Bei dieser Temperatur beginnt das Metall zu schmelzen, und die Schmelze weist aufgelösten Kohlenstoff von 2 bis 4,5% auf. In der zweiten Zone kann dann, ohne daß in einen anderen Ofen umgefüllt zu werden braucht, die Herstellung von Stahl mit beliebigem Kohlenstoffgehalt durchgeführt werden, wobei die Entkohlung so weit getrieben werden kann, daß man reines Eisen bei etwa 1650° C erhält. Da sich die abziehenden Heizgase durch zerkleinertes, an die Ofenauskleidung abkühlen, ist sichergestellt, daß im ersten Bereich, d. h. in dem engeren Bereich des kegelstumpfförmigen Drehofens, eine wesentlich niedrigere Temperatur als in dem zweiten erweiterten Bereich vorherrscht, in welchem sich die Metallschmelze auf Grund der kegelstumpfförmigen Ausgestaltung ansammelt und von dort aus durch eine öffnung abgeführt werden kann. Da die zur Verfügung stehende Wärme vor allem von der Menge der Verbrennungswärme des vom Brenner kommenden Brennstoffs abhängt, läßt sich das Wärmeangebot so durch Steigerung der je Ofenlängeneinheit verbrannten Brennstoffmenge erhöhen, die sich ergibt, wenn das vom verbrennenden Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch erfüllte Volumen je Ofenlängeneinheit mittels Ofendurchmessererhöhung vergrößert wird. Außerdem spielt dabei noch eine Rolle, daß die brennenden Gase diesen Volumenbereich erst verlassen, wenn sie genügend Verbrennungswärme abgegeben haben, was sich dadurch ergibt, daß von der dritten Einblasedüse am Gasabzugsende des Ofens Sauerstoff in das Ofeninnere eingeblasen wird, wodurch sich vermutlich eine Wirbelbildung und damit ein längeres Verweilen der brennenden Gase im erweiterten Teil des Ofens ergeben.

Die Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung zweier in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele hervor; darin zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Drehrohrofen,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drehrohrofens, der insbesondere für die Erzeugung von Stahl oder reinem Eisen geeignet ist, und

Fig.3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig.2.

Der in Fig.l dargestellte Drehrohrofen ist mit seiner Achse horizontal angeordnet und enthält Laufringe 1 und 2, die auf Rollen 3 und 4 laufen. Der Ofen weist an einem Ende eine Öffnung 5 für die Flamme auf. Der Brennstoff wird der Flamme durch einen Kanal 6 zugeführt; weiterhin sind Sauerstoffzuführkanäle 7 und 8 vorgesehen, von denen der eine schräg nach oben und der andere schräg nach unten gerichtet ist. Während des Heizvorganges wird der Kanal 7 mit Sauerstoff gespeist, so daß die Flamme zum oberen Bereich des Drehrohrofens hin gerichtet ist und in Kontakt mit dem Bad 9 eine Reduktionszone aufrechterhalten wird. Während des Frischvorganges" wird der Kanal 8 mit Sauerstoff gespeist, der demgemäß auf die Oberfläche des Bades hin gerichtet ist.

Am anderen Ende 10 des Drehrohrofens werden die Gase abgezogen. Durch eine Düse 11 kann ferner noch Sauerstoff eingeblasen werden. An diesem Ende 10 wird ferner das Gut durch eine Schurre 12 eingeführt, die periodisch in die Lage 12' zurückgezogen wird, so daß sie die Öffnung im Ofenende 10 freigibt. Der Drehrohrofen enthält ferner eine Abflußöffnung 13.

Das Ofenfutter 14 des Ofens besitzt im wesentlichen Kegelstumpfform, wobei die kleine Basis der Öffnung dem Drehrohrofenende 10 zugewandt ist.

Der beschriebene Drehrohrofen wird kontinuierlich oder nur von Zeit zu Zeit durch die Schurre 12 beschickt. Die Reduktion des festen Gutes 15 beginnt in einer von der Flamme entfernten Zone, in der durch das neu hinzukommende Gut eine Temperatur von etwa 1150° C aufrechterhalten wird. Nach Maßgabe der Reduktion wandert das Gut in den Teil des Drehrohrofens, in dem sich die Flamme befindet. Das metallische Eisen sammelt sich im untersten Teil des Drehrohrofens, der zugleich der heißeste Teil ist; die Temperatur kann hier Werte zwischen 1600 und 1650° C erreichen. Das Einblasen von Sauerstoff durch den Kanal 8 bewirkt gewünschtenfalls ein Frischen der Schmelze, indem das Kohlenstoffmonoxyd über dem Bad 9 zu Kohlenstoffdioxyd verbrannt wird. Die hierbei frei werdende Wärme wird auf das Ofenfutter 14 und durch die Drehung des Ofens auf das Bad 9 übertragen. Nach hinreichender Frischung wird die Schmelze abgezogen.

Die Fig.2 und 3 zeigen eine Variante, wonach der Drehrohrofen zwei Kammern 16 und 17 enthält. Diese

beiden Kammern werden durch die innere Auskleidung des Drehrohrofens gebildet und ermöglichen ein leichtes Vergüten der Stahlbadschmelze, so daß die genaue Zusammensetzung des Stahles im geschmolzenen Zustand leichter erreicht werden kann. Die Temperatureinstellung im Ofen erfolgt durch den Brenner 18 sowie durch Sauerstoffzuführkanäle 19 und 20, die wie beim zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel vorgesehen sind.

Bei einer derartigen zweiteiligen Ausbildung des Ofens können die im Gegenstrom zum Gut durch den Ofen geführten Heizgase besser ausgenutzt werden. Der Brennstoff kann gasförmig, flüssig oder fest (pulverförmig) sein. In der Kammer 16 herrscht auf der Eintrittsseite des über die Schurre 21 zugeführten Gutes eine Temperatur von 1000 bis 1100° C und am anderen Ende eine Temperatur von 1250 bis 1350° C. Wie beim zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel kann die Schurre 21 in die Lage 21' zurückgezogen werden.

Die Kammer 16 besitzt die Form eines Kegelstumpfes, deren kleine Basis der Zuführseite des Gutes zugewandt ist. Durch die Öffnung 22 tritt ein Sauerstoffstrahl ein, der von einer Düse 23 zugeführt wird.

In der Kammer 16 wandert das zunächst im festen Zustand befindliche Gut 24 nach links in Richtung auf den Brenner; die flüssige Schmelze sammelt sich im untersten Teil 25 der Kammer. Durch die Einschnürung 26 zwischen den beiden Kammern 16 und 17 wird die flüssige Schmelze zunächst aufgehalten. Die Schmelze fließt erst dann über diese Einschnürung, wenn eine hinreichende Höhe des Schmelzbades erzielt ist. Die dann in die Kammer 17 eintretende Schmelze wird durch die Nähe des Brenners auf eine noch höhere Temperatur gebracht.

Der durch den Kanal 20 eintretende Sauerstoffstrom ermöglicht in einer Zeitspanne, die in der Größenordnung von 10 Minuten liegen kann, die Umwandlung der Schmelze in Stahl, während der aus dem Kanal 19 austretende Sauerstoffstrom das von der Umwandlung herrührende Kohlenstoffmonoxyd zur Verbrennung bringt. In der Kammer 17 werden daher die Wärmemengen ausgenützt, die einerseits vom Brenner und andererseits von der Verbrennung des Kohlenstoffmonoxyds herrühren, das bei der Umwandlung der Schmelze in Stahl entsteht.

Die Verbrennung der Gase wird in der Kammer 16 beendet; bei der weiteren Strömung in Richtung auf die Öffnung 22 kühlen sich die gasförmigen Verbrennungsrückstände dann ab.

Die Schurre 21 kann durch eine Wasserumlaufströmung gekühlt werden und das Gut entweder kontinuierlich oder in Abständen einführen. Die letztgenannte Lösung hat den Vorzug, daß der aus der Düse 23 austretende Sauerstoffstrom nicht dauernd gestört wird.

In der Kammer 16 steigt die Temperatur allmählich

von der Guttemperatur bis auf etwa 1300° C an. Das eingeführte Gut erreicht rasch eine Temperatur von 1000° C; die Reduktion beginnt und setzt sich während der Bewegung des Gutes in Richtung auf den Brenner fort. Sobald das feste Gut etwa die Hälfte der Länge der Kammer 16 durchwandert hat, wo die Temperatur über 1150° C liegt, beginnt die Verflüssigung des Kohlenstoffhaltigen Metalls, das sich im unteren Teil der Kammer 16 sammelt.

Der Ofen enthält zwei verschließbare Öffnungen 27, 28, die zur Reinigung, zur Entnahme von Metallproben, zum Schlackenabstich sowie (Öffnung 28) zum Abzug des Metalls in regelmäßigen Abständen dienen.

Die Wand der Einschnürung 26 kann durch ein in der Ringzone 29 strömendes Wasser gekühlt werden, das über eine Leitung 30 zugeführt und über eine Auffangrinne 31 abgeleitet wird.

Der beschriebene Ofen kann für die Kammern 16 und 17 feuerfeste Ausmauerungen unterschiedlicher Eigenschaften enthalten. Hierbei kann man insbesondere auch der Tatsache Rechnung tragen, daß die Kammer 17 im Betrieb wesentlich heißer als die Kammer 16 ist und ihre Auskleidung daher einem höheren Verschleiß unterliegt.

Für den Antrieb des Ofens bestehen zahlreiche Möglichkeiten. Beispielsweise kann — wie in Fig.2 veranschaulicht — der Antrieb durch ein mit einem Zahnkranz 32 im Eingriff stehendes Ritzel erfolgen.

Der den Brenner 18 und die Sauerstoffzuführkanäle 19 und 20 enthaltende Ofenteil kann ferner mit einer Abdichtung der Kammer 17 verbunden werden, die durch ein Umlaufwassersystem (33) gekühlt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Drehrohrofen zur kontinuierlichen Erzeugung von flüssigem Roheisen, Eisen oder Stahl aus festen eisenoxydhaltigen Ausgangsstoffen mit angenähert horizontaler Achse des rotationssymmetrischen Ofenmantels, mit einem Brenner an einem Ende des Ofens, mit einer unterhalb des Brenners angeordneten, schräg nach oben und einer oberhalb des Brenners angeordneten, schräg nach unten gerichteten Einblasdüse für Sauerstoff und mit einem Abzug für die Heizgase an dem dem Brenner gegenüberliegenden Ofenende, an dem eine Leitung zur Einführung der Beschickung sowie eine dritte Einblasdüse für Sauerstoff vorgesehen sind, d a durch gekennzeichnet, daß das Ofenfutter (z. B. 14) eine Ofenkammer von angenähert kegelstumpfförmiger, koaxial zur Ofenlängsachse liegender Gestalt umschließt, deren kleine Basis dem Schurrenende (10, 22) des Ofens und deren große Basis dem Brenner (z. B.5,6) zugewandt ist.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Leitung zur Einführung des zu reduzierenden Materials dienende Ladeschurre (12, 21) zurückziehbar angeordnet ist.

3. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer der unmittelbar an die Schurre (21) angrenzenden, kegelstumpfförmigen Kammer (16) auf der dem Brenner (18) zugewandten Seite eine weitere Kammer (17) angeordnet ist, die von der erstgenannten Kammer durch eine Querschnittseinschnürung (26) des Ofens getrennt ist.

4. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Querschnittseinschnürung (26) des Ofens bildende Wand eine Kühleinrichtung (29) enthält.