DE1508256A1 - Verfahren zum Einfuehren von Kohlenwasserstoffen in OEfen mit direkter elektrischer Beheizung - Google Patents

Description

• "Verfahren zum Einführen von Kohlenwasserstoffen in Öfen mit direkter elektrischer Beheizung" Die vorliegende Erfindung betrifft solche elektrisch beheizten Öfen, bei denen der elektrische Strom mittels Elektroden einem zu beheizenden stromleitenden Medium zugeführt wird. In solchen Öfen werden metallurgische Prozesse durchgeführt, die durch die Anwesenheit der Crackprodukte von Kohlenwasserstoffen günstig beeinflußt werden. Als solche Crackprodukte gelten vornehmlich der Kohlenstoff'und des wei- teren der Wasserstoff. Die Zuführung von Kohlenwasserstoffen in den Reaktionsraum derartiger elektrischer Erhitzungsöfen und die Crackung dieser Kohlenwasserstoffe zum Zwecke der Reaktion mit den im Ofenraum befindlichen zur Umsetzung bestimmten Rohstoffen ist deshalb eine wichtige Aufgabe der Metallurgie der Elektroöfen.
• Es wurde gefunden, daß eine besonders wirksame und einfache Methode der Einbringung und Crackung der Kohlenwasserstoffe darin besteht, daß man durch eine oder mehrere Stromzuführungselektroden eine Kohlenwasserstoffzuführungsleitung - bzw. mehrere Kohlenwasserstoffzuführungsleitungen - verlegt, die an beiden Enden aus der Elektrode bzw. aus den Elektroden austritt. Am äußeren Ende dieser Kohlenwasserstoffzuführungsleitung werden die Kohlenwasserstoffe unter entsprechendem Druck eingebracht und treten am unteren Ende, d. h. an der Blektrodenapitze aus der Elektrode aus.
• Im Falle eines mit Lichtbögen arbeitenden elektrischen Ofens gera- ten die durch die Elektrode bzw. Elektroden eingeführten Kohlenwasserstoffe unmittelbar in den Bereich des Lichtbogens, werden hier schnellstens gecrackt und bieten die Crackprodukte dem Reaktions- gut mit höchster Temperatur und höchster Reaktionsfähigkeit dar. Der eingeblasene Strahl von Kohlenwasseretoffen und die daraus ent- stehenden Crackprodukte haben eine auf den Lichtbogenbetrieb sich sehr günstig auswirkende stabilisierende Wirkung, wobei die Temperaturminderung der Elektrodenspitze und des Lichtbogens die Möglichkeit zu einer höheren Belastung nach Spannung, Strom und Leistung ergibt und den ungünstigen Strahlungseinfluß auf Ofenwände und -deckel herabsetzt.
• Auch bei solchen elektrometallurgischen Öfen, bei denen ein eigentlicher Lichtbogen nicht auftritt, wie z. B. bei Betriebszuständen der elektrischen Reduktionsöfen, hat das Einblasen der Kohlenwasserstoffs durch die Elektroden hindurch eine für den Prozeß sehr gÜnstige Wirkung. Bei elektrischen Niederschachtöfen, die z. B. der Gewinnung von Roheisen dienen, ist das Einblasen von Kohlenwasserstoffen in die Beschickung eine wichtige Maßnahme, um die Reduktions-wirkung zu steigern, und um festen Reduktionskoks einzusparen. Hierbei besteht aber die-Schwierigkeit, die Kohlenwasserstoffs gleichmäßig an die Stellen höchster Temperatur zu bringen, um eine größtmögliche Wirkung zu erzielen. Beim Einblasen der Kohlenwasserstoffs nach der Erfindung durch die Elektrode hindurch geraten diese zwangsläufig in den Bereich der höchsten Ofentemperatur. Es findet ein außerordentlich schneller Umsatz und eine gleichmäßige Verteilung auf die den Ofen durchströmenden Gase statt. Des weiteren bringt die Einblasung der Kohlenwasserstoffs an der Stelle der höchsten Temperaturentwicklung den erheblichen Vorteil für den Ofenbetrieb, daß die Höchsttemperaturen herabgemindert werden und so die Schwierig- keit der Verdampfung von Reaktionsgut im Höchsttemperaturbereich der Elektroden weitgehend behoben wird.
• Bei anderen elektrischen Reduktionsöfen, den sogenannten Elektro-Pließbettöfen, die mit einem aufgekirbelten Reaktionsbett arbeiten, besteht der große Vorteil der Einblasung von Kohlenwasseratoffen durch die Elektroden hindurch dadurch, daß eine zusätzliche Aufwirbelung des Bettes erreicht wird und zwar in nächster Nähe der Elektrodenp wo diese Äufwirbelung sich besondere vorteilhaft hinsichtlich der Erzielung großer Ofenspannungen auswirkt. Eine überraschend vorteilhafte Wirkung wird beim Einblasen von Kohlenwasserstoffen durch die Elektroden hindurch auch bei solchen elektrischen Lichtbugenöfen erzielt, bei denen der Lichtbogen zwischen der Elektrodenspitze und einem Schlacken- oder Metallbad gezogen wird. Die im Lichtbogen entstehenden Crackprodukte der Kohlenwasserstoffe vermögen nämlich infolge ihrer hohen Temperatur und der Tatsache des in statu nascendi mit dem Bad in höchst wirksamer Weise zu reagieren. Z. B. wird der aus den Kohlenwasserstoffen entstehende Crackkohlenstoff schnellstens und nahezu quantitativ von dem Vetallbad aufgenommen Des weite- ren wird eine stärkste Reduktionswirkung durch den Kohlenstoff und den Wasserstoff auf Schlackenbäder ausgeübt. Schließlich gehört es zum Rahmen dieser Erfindung, daß den Kohlenwasserstoffen weitere Stoffe beigefügt werden, die entweder in diesem gelöst oder emulgiert sind, die mit den Schlacken- bzw. Metallbädern reagieren sollen, bzw. von diesen aufgenommen werden sollen. Als solche Stoffe kommen infrage: feinkörniger Kohlenstoff, der in Ö1 beispielsweise emulgiert ist, Legierungsbestandteile für Metalle wie Chrom, Zirkon, Wolfram usw. die möglichst quantitativ von dem Metallbad aufgenommen werden sollen. Diese LegierunGsbestandteile bzw. reduzierbare jierbindungen solc.er Legierungsbestandteile wie Chromoxid, Zirkonoxid, Wolframoxid werden beispielsweise in dem einzublasenden Ö1 emulgiert. Eine Abart des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß in ein flüssiges Metallbad, das in einem anderweitig erhitzten Ofen erschmolzen wurde, Legierungsbestandteile eingebracht werden, dadurch, daß zwischen der Badoberflüche und einer oder mehreren Elektroden ein Lichtbogen gezogen wird und daß durch die Elektroden hindurch Kohlenwasseratoffe geblasen werden, die die Legierungsbestandteile enthalten. Beispielsweise kann in dieser Form die Aufkohlung von flüssigem Eisen durchgeführt werden. Schließlieh kann das Verfahren nach der Erfindung auch dazu benutzt wer- den, um bei der Stahlerzeugung Raffinationsmittel wie Kalk unter reduzierenden Bedingungen auf ein flüssiges Eisenbad aufzubringen. Eine besondere Verfeinerung dieses Verfahrens besteht darin, daß man durch eine oder mehrere Elektroden ständig eine Emulsion aus Ö1 oder Reduktionsgas und dem feinkörnigen Entschwefelungsmittel auf die Eisenoberfläche aufbläst und die gebildete Schlacke ständig in dünner Schicht abfließen läßt. (Transidtorisches Schmelzen Die im Rahmen der Erfindung anzuwendenden Kohlenwasserstoffe können flüssig oder gasfi)rmig sein. Bei den flüssigen Kohlenwasserstoffen handelt es sich vornehmlich um leichte bis schwere Heizöle, bei den gasförnigen Kohlenwasserstoffen um Methan oder die sogenannten Flüssiggase. Auch Benzinkohlenwasserstoffe können für diesen Zweck herangezogen werden. Eine besondere Schwierigkeit bei der Durchführung dieses Verfahrens besteht darin, daß alle Kohlenwasserstoffe schon bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, d. h. im Bereich zwischen etwa 400 - 700°C gecrackt werden und daß sich hierbei verschiedenartige feste und zum Teil pastenartige Crackprodukte abscheiden. Erfindungsgemäße Maßnahmen bestehen darin, die Bildung solcher fester und sich im Strömungsweg der Kohlenwasserstoffe abscheidender Crackprodukte zu vermeiden, wobei die erschwerenden Bedingungen dadurch gegeben sind, daß die Temperatur der von den Kohlenwasserstoffen durchströmten Elektrode bis zur Elektrodenspitze sehr hoch ansteigt. Solche Maßnahmen bestehen darin, daß einmal die Strömungsgeschwindigkeit durch die Elektrode möglichst hoch gew<<hit wird. Gute ßrgebnisoe wurden beispielsweise bei Strömungsgeschwindigkeiten des einzublasenden Mediums zwischen 1 m/sec. und 20 erzielt. Zum anderen wird die Kohlenwasserstoffzuführungsleitung im Bereich der Elektrode mit einem möglichst wirksamen wärmedämmenden Material umgeben. Als solche wärmedämmenden Materialien kommen alle hochfeuerfesten Stoffe in Frage, insbesondere solche mit möglichst geringer Wärmeleitfähigkeit. Besonders vorteilhaft ist es auch, solche Stoffe zu verwenden, deren Aüschmelzprodukte als Schlackenbestandteile und/oder als Legierungsbestandteile bei dem betreffenden Schmelzprozeß erwünscht sind. Bei etwa 10 mm Wandstärke der wärmedämmenden Schicht konnte z. B. mit einer Korundstampfmasse gut gearbeitet werden. Vine erfindungsgemäße Ausführungsform der Wärmedämmung für das Kohlenwasserstoffzuführungsrohr besteht auch darin, daß man dieses metallische Zuführungsrohr in die Mitte einer Bohrung durch die Elektrode verlegt, deren Durchmesser beträchtlich größer ist als.der Außendurchmesser des Zuführungsrohres. Der Zwischenraum zwischen dem Zuführungsrohr und dem Elektrodenmaterial wird mit einem pulverförmigen Wärmedämmungsstoff, beispielsweise Kalkpulver ausgefüllt. Damit das Kalkpulver nicht nach unten aus der Bohrung bin der Elektrode her- ausfällt, sind auf das metallische Zuführungsrohr in Abständen von beispielsweise 10 cm keramische Ringe rufgesetzt, die die Bohrung in der Elektrode bzw. den Durchmesser dieser Bohrung nahezu ausfüllen. Die konstruktive Durchbildung dieser Erfindung geht davon aus, daß die Elektroden an ihrem unteren Ende ständig verbraucht werden und deshalb auch kontinuierlich oder diskontinuierlich an ihrem oberen Ende ergänzt werden müssen. Im ersteren Falle handelt es sich um sogenannte selbstbackende Söderbergelektroden, im zweiten Falle um vorgebrannte Kohle-oder Graphitelektroden. Diesen technologischen Bedingungen entsprechend wird auoh das durch die Elektrode führende Kohlenwasserstoffzuführungsrohr und die wärmedämmende Ummantelung, die beide an ihrem unteren Ende laufend abschmelzen, am oberen finde absatzweise ergänzt. Abb. 1 zeigt eine Elektrode nach der Erfindung (1) mit dem Kohlewasserstoffzuführungsrohr (2), der wärmedämmenden Ummantelung (3), den keramisehen.Ringen (4), der Elektrodennippelung (5) und der Metallrohrverbindung (6).
• Die vorliegende Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels weiter erläutert: In einen Zweiphasen-Lichtbogenofen mit zwei Graphitelektroden von 70 mm 0 wurde Stahlschrott eingeschmolzen. Die Spannung betrug bei Beendigung des Schmelzvorganges 5 Volt, die Leistung war Q D kW.
• Die Graphitelektroden hatten zentrische Bohrungen von 20 mm ¢. In diesen Bohrungen befünd sich zentral ein Stahlrohr mit 0,8 mm Innendurchmesser und 0,2 mm Wandstärke. Der Raum um das Stahlrohr war mit einer Korundstampfmasse mit einem Schmelzpunkt von 1700°C ausgefüllt.
• Durch die Elektroden hindurch wurde Heizöl mit einem C-Gehalt von 86 % und einem H-Gehalt von 13 % auf die Oberfläcke des flüssigen Eisens geblasen. Der Kohlenstoffgehalt des flüssigen Eisens stieg von 0918 % auf 2,1 @ö an bei einer Kohlenstoffausnutzung des Öles von 52 @.

Claims (2)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren zum Einführen von C1 bzw. Kohlenwasserstoffen in elektrisch beheizte Öfen. 1. Verfahren zum Einführen von Öl bzw. Kohlenwasserstoffen in elektrisch beheizte Ufen, bei denen man den elektrischen Strom dem Ofenraum mittels Elektroden zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß das U1 bzw. die Kohlenwasserstoffs durch eine oder mehrere Elektroden hindurch in den Ofenraum eingeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsgeschwindigkeit des Öles bzw. der Kohlenwasserstoffs durch die Elektrode so groß gehalten wird, daß die Kracktemperatur derselben bis zum Verlassen der Elektrode nicht erreicht wird. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwandung, durch die das Öl bzw. die Kohlenwasserstoffs durch die Elektrode hindurchgeführt werden, aus wärmedämmendem Material wie Korund, Quarz, Porzellan und dergleichen besteht. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, daß das Ö1 bzw. die Kohlenwasserstoffs mittels eines metallischen Rohres aus beispielsweise Eisen oder Kupfer durch die Achse der Elektrode hindurchgeführt wird, und daß die Wärmedämmung uurch ein keramisches Material wie Korundstampfmasse, Kalksteub und dergleichen erfolgt, das zwischen das Einblaserohr und die Elektrode, die hohlzylinderartig gestaltet ist, gelegt ist. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Herausrieseln von staubfUrmigen oder körnigem Isolisationsmaterial wie z. B. Kalkstaub aus dem Raum zwischen dem Einblaserohr und dem Elektrodenhohlzylinder durch scheibenartige Distanzringe zum Beispiel aus keramischen iäaterial, wie Porzellan, verhindert wird. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis j.gekennzeichnet durch die An. Wendung eines derartigen Ö1- bzw. Kohlewasserstoff®inblaseverfahrens auf den elektrischen Lichtbogenofen. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis @ gekennzeichnet durch die Anwendung des Verfahrens zur Einführung von U1- und Kohlenwasserstoffen auf elektrische Reduktionsöfen, die beispielsweise ngch dem Prinzip des Elektro-Niederschachtofens, des Elektro-F1ieBbettofens des Lubattiofens und dergleichen arbeiten. B. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7,dadurch gekennzeichnet, daß den einzublasenden Kohlenwasserstoffen feinkörnige Legierungsbestandteile wie Kohlenstoff, Chrcii, Zirkon, Wolfram u. a. beiGefügt werden. 9. Verfahren nach der. Ansprüchen 1 bis S@dadurch gekennzeichnet, dar den einzublasenden Kohlenwasserstoffen feinkörnige zu reduzierende Stoffe wie Eisenoxid, Chromoxid und dergleichen beigefügt werden. 10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9,dadurch gekennzeichnet, düß den einzublasenden Kohlenw_sserstoffen feinkörnige Schlackenbestandteile, wie GaO und Gemenge von Ca0, A12039 Si02, zum Zwecke der Raffination des flüssigen Eisens, wie z. B. zu seiner Entschwefelung, beigefügt werden. 11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der transitorischen Stahlraffination. die durch v die Elektrode eingeblasenen $chlacken-bildenden Raffinationsmittel fortlaufend in dünner Schicht über die Oberfläche des Eisenbades hinweg abfließen. 12. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 11.gekennzeichnet durch die Verwendung einer Hohlelektrode aus Graphit, Kohlenstoff, Söderbergmasse uswg,in deren Achse ein von Cl bzw. anderen Kohlenwasserstoff'en durchflossenes Rohr angeordnet ist, das aus metallischem Material wie Eisen oder Kupfer besteht und bei der zwischen dem Einblaserohr und der Innenwand des Blektrodenhohlzylinders sich eine wärmedämmende keramische Masse befindet.