DE19539634A1

DE19539634A1 - Einrichtung zum Einblasen von staubartigen und/oder körnigen reaktionsfähigen Stoffen und Stoffgemischen

Info

Publication number: DE19539634A1
Application number: DE1995139634
Authority: DE
Inventors: Hans Ulrich Feustel; Joachim Mallon; Michael Schaaf; Holger Gruner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-10-25
Filing date: 1995-10-25
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2015-10-26
Also published as: DE19539634C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Einblasen von staubartigen und/oder körnigen reaktionsfähigen Stoffen und Stoffgemischen in einen koksbeheizten Schachtschmelzofen, insbesondere koksbeheizten Heißwind-Kupolofen mit einer Ver brennungswindeinrichtung.

Bekannt ist es, daß beim Schmelzen in koksbeheizten Schacht schmelzöfen zur Verbesserung des Schmelzergebnisses und/oder als Entsorgungsvariante Stäube, Schlackebildner, metallur gisch aktive Stoffe oder Zusatzbrennstoffe in die Schmelz- und Überhitzungszone mittels technisch und technologisch aufwendiger sowie mit Überdruck betriebener externer Ein blassysteme, die allgemein aus einem Druckerzeuger, Mate rialsilo, Fördergerät und einer im Winddüsenbereich angeord neten Injektoreinrichtung bestehen, eingebracht werden. So wird beispielsweise in der Europäischen Patentschrift 0296188 ein Verfahren und ein als Einsaugeinrichtung ausge führtes dreistufiges Injektorsystem zum Einbringen von Zu satzstoffen in einen Schacht- bzw. Kuplofen beschrieben, wo durch zum Beispiel der Ersatz von etwa 30% des Gießereikok ses durch Koksgrus, speziell Petrolkoks, mit venturiähnli chen Einsätzen in herkömmliche Winddüsen möglich sein soll. Das dreistufige Injektorsystem besteht aus einem in der Heißwindleitung liegenden Injektoreinsatz, der ofenseitig in einen venturiähnlichen Injektoreinsatz mündet und am gegen überliegenden Ende eine Materialzuführungsleitung hat, in die ein im Schaulochstutzen der Winddüse angeordneter Preß luftunterstützungsinjektor führt. Dadurch gelangt der Zu satzstoff durch Unterdruck zusammen mit dem aus dem Windring kommenden Heißwind in die Schmelz- und Überhitzungszone des Schacht- bzw. Kupolofens. Nachteilig sind der hohe techni sche Aufwand für das an den Winddüsen des Ofens zu instal lierende dreistufige Injektorsystem und der hohe regelungs technische Aufwand, der zudem eine Zeit- und Mengenbegren zung für den einzubringenden Zusatzstoff zur Folge hat. Hinzu kommt, daß durch das Einblasen von kalten Zusatzstof fen in die Schmelz- und Überhitzungszone des Ofens die la tente Gefahr des Kaltblasens des Kokses vor den Düsen be steht und damit die Zuführung zusätzlicher Energieträger, wie beispielsweise Koksstaub gemeinsam mit Sauerstoff, not wendig sind. Weiterhin sind durch DE-OS 41 02 189 ein Ver fahren und eine Vorrichtung zur Eingabe reagierender Sub stanzen in einen Schmelzofen bekannt, bei dem zum Vermischen eines pulvrigen Feststoffes und eines Reaktionsgases zu einer Suspension das Reaktionsgas durch wenigsten eine Zu führungsöffnung und der Feststoff aus einem Bereich zwischen zwei Teilströmen des Reaktionsgases in den Reaktionsraum eingeführt wird. Nachteilig ist hier, daß zur Überwindung des Gegendruckes im Reaktionsraum das Verfahren nur bei Überdruckbeaufschlagung des Reaktionsgases praktikabel ist. Außerdem ist die Vorrichtung technologisch schwer zu beherr schen. Bei dem Verfahren und der Vorrichtung zum Entsorgen von Stäuben durch Verbrennen/Verschlacken in einem Kupolofen nach DE-OS 43 10 931 werden die Stäube einem im Bereich der Schmelzzone (Winddüse) des Ofens angeordneten und mit Erd gas, Heizöl oder Kohlenstaub betriebenen Sauerstoffbrenner zugeführt. Der Sauerstoffbrenner ist hierzu mit sicherheits technisch aufwendigen, getrennt voneinander einzubindenden Brennstoff- und Verbrennungsmittel-Regelstrecken auszufüh ren. Die Funktionssicherheit des Brenners wird durch die be reits teilweise im Brennerraum beginnende Verschlackung und/oder durch den über die abrasiven Eigenschaften der Stäube hervorgerufenen Verschleiß am Brenner gemindert. Alle bekannten Einrichtungen und Einblassysteme zum Einbringen von Stäuben, Schlackebildnern, metallurgisch aktiven Stoffen oder Zusatzbrennstoffen in die Schmelz- und Überhitzungszone eines Schachtschmelzofens haben allgemein den Nachteil, daß sie entweder druckbeaufschlagte Fördersysteme und/oder sepa rate Fördergase erfordern und/oder die einzublasenden Stoffe vor dem Einbringen gesondert aufbereitet werden müssen, wo durch die Wirtschaftlichkeit der externen Anlagentechnik verringert und/oder die schmelztechnologischen Parameter im Ofen verändert werden und/oder die Verschlackung nur unvoll ständig erfolgt.

Der Erfindung liegt deshalb das Problem zugrunde, eine Ein richtung zum Einblasen von staubartigen und/oder körnigen reaktionsfähigen Stoffen und Stoffgemischen in einen koksbe heizten Schachtschmelzofen, insbesondere Heißwind-Kupolofen mit einer Verbrennungswindeinrichtung zu schaffen, die mit einem geringen technischen und regelungstechnischen Aufwand, ohne Druckbeaufschlagung des Fördergases in kurzer Zeit ver schiedene staubartige und/oder körnige reaktionsfähige Stoffe und Stoffgemische direkt in die Schmelz und Über hitzungszone des Ofens einbringt. Zur Lösung dieses Problems ist die eingangs genannte Einrichtung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Anspruchs (1) weiter gebildet. Damit ist der Vorteil erzielbar, daß durch die Wirksamkeit des Düsensystems (Unterdruck in der Kreislauf gasleitung), beispielsweise eines mit Sauerstoff oder Preß luft als treibgasbetriebenen Treibdüsenbrenners, und durch den gasförmigen Brennstoff CO, welcher vom Kreislaufgas ge meinsam mit den Stoffen und Stoffgemischen in die Schmelz- und Überhitzungszone eingebracht wird, sich lokal die Tempe raturen erhöhen und sich das Verschlackungsverhalten im Ofen verbessert. Dies ist so, weil im Treibdüsenbrenner das abge saugte Ofengas (ca. 18% CO), die Stoffe und Stoffgemische und der als Treibgas dienende Sauerstoff innig gemischt werden. Das austretende zündfähige Sauerstoff-Ofengas-Stoff gemisch verbrennt unmittelbar vor dem Brenner mit Temperatu ren größer 2000°C, wodurch die mineralischen und metal lischen Stoffkomponenten mit sehr hoher Geschwindigkeit ver brennen und verschlacken.

Die erfindungsgemäße Einblaseinrichtung ist mit einfachen technischen Mitteln an konventionellen koksbeheizten Schachtschmelzöfen, wie Heißwind-Kupolöfen realisierbar. Der Ofen kann außer im konventionellen Betrieb (Heißwind betrieb) auch nur mit der Förderung von Kreislaufgas oder Kreislaufgas und reaktionsfähigen Stoffen und Stoffgemischen oder Verbrennungsluft und reaktionsfähigen Stoffen und Stoffgemischen (Einblasbetrieb) betrieben werden, wobei die Stoffe und Stoffgemische in ihrer Zusammensetzung und Menge in beliebigen Verhältnissen jeweils den konkreten schmelz technologischen Bedingungen angepaßt werden können. Die Ein blaseinrichtung hat eine hohe Sicherheit durch das automati sche Umschalten von Heißwindbetrieb auf Einblasbetrieb und umgekehrt.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläu tert werden. In der zugehörigen Zeichnung ist die Einrich tung zum Einblasen von staubartigen und/oder körnigen Stof fen und Stoffgemischen an einem konventionellen koksbeheiz ten Kupolofen dargestellt. Sie zeigt, daß ein im Bereich der Schmelz- und Überhitzungszone 1 angeordnetes Düsensystem 2 einer Kreislaufgaseinrichtung, beispielsweise ein mit Sauer stoff oder Preßluft als Treibgas betriebener, wassergekühl ter Treibdüsenbrenner, über eine Windversorgungsleitung 3 durch eine Zuführungsleitung 4 und durch in die Zuführungs leitung 4 reichende Transportschnecken 8 direkt mit den Vor ratsbehältern 9, die verschiedene staubartige und/oder kör nige reaktionsfähige Stoffe aufnehmen, verbunden ist. Wei terhin hat die Windversorgungsleitung 3 einen Kompensator 5 für die Wärmeausdehnung, eine Drosselklappe 6 zur Verände rung des Gasvolumenstromes und eine Venturidüse 7 zur Be stimmung des Gasvolumenstromes. Durch in die Zuführungslei tung 4 eingebaute regelbare Rohrverschlüsse 10; 11 ist ein automatisches Umschalten von Heißwindbetrieb auf Einblasbe trieb und umgekehrt gesichert. Die erfindungsgemäße Einrich tung zum Einblasen ist an konventionellen koksbeheizten Schachtschmelzöfen mit geringem Aufwand und mit einfachen technischen Mitteln zu realisieren. Es ist eine der vorhan denen wassergekühlten Düsen durch beispielsweise einen sauerstoffbetriebenen Treibdüsenbrenner mit Kreislaufgas rückführung zu ersetzen, in die Windversorgungsleitung sind Meß- und Regelelemente einzubauen sowie diese mit einer Zu führungsleitung für das Dosiersystem, bestehend aus einem Stoffschieber, mehreren Transportschnecken und Vorratsbehäl tern, zu verbinden. Zum Einblasen von Filterstaub in einen konventionellen koksbeheizten Kupolofen, der mit der erfin dungsgemäßen Einblaseinrichtung (mit einem Treibdüsenbren ner) ausgerüstet worden ist, sind nach Schmelzbeginn die gasdichten Klappen 6; 10; 11 zur Kreislaufgasabsaugöffnung und zur Dosierungseinrichtung zu öffnen. Die Klappe 11 zur Heißwindversorgung bleibt geschlossen, so daß nach Inbe triebnahme des Treibdüsenbrenners 2 und der Dosiereinrich tung 8; 9 das Kreislaufgas und der Filterstaub über den Treibdüsenbrenner 2 in die Schmelz- und Überhitzungszone 1 gefördert werden. Bei Einsatz von 360 Nm³ Sauerstoff/h werden durch den gewählten Öffnungsgrad der Klappe 6 in der Kreislaufgasleitung 620 Nm³ Kreislaufgas/h mit 20% CO ge fördert. Dieses Kreislaufgas dient als Trägergas für eine Menge von 23 kg Filterstaub/t Flüssigeisen mit 30% SiO₂, 14% FeO, 25% C und 31% R₂O₃. Der Filterstaub ist über einen Zeitraum von 6 Stunden, der nur durch drei produktionsorga nisatorische Unterbrechungen von insgesamt 1,5 Stunden ge mindert wurde, kontinuierlich eingebracht worden. Die durch schnittliche Schmelzleistung beträgt 2,3 t Flüssigeisen/h und die Rinneneisentemperatur stieg von 1480°C vor dem Staubeinblasen auf 1512°C zum Ende des Staubeinblasens an. Die Analyse des erschmolzenen Eisens zeigte 30 min nach Be ginn des Staubeinblasens einen durchschnittlichen Anstieg des C-Gehaltes um 0,1% und des Si-Gehaltes um 0,06%. Das Schmelzaggregat ist mit einem Kokssatz von 12,5% und einem auf den Satzkoks bezogenen Kalksteinsatz von rd. 80% sowie einer Gattierung für ein Rinneneisen mit 3,5% C, 2,4% Si, 0,5% Mn, 0,02% P und 0,012% S betrieben worden. Das Schmelzverhalten hat sich nach Beginn bis zum Ende des Staubeinblasens nicht verändert, so daß im Vergleich zu kon ventionellen koksbeheizten Kupolöfen von einer technisch si cheren Verschlackung der bis zu dreifachen Staubmenge/t Flüssigeisen ausgegangen werden kann. Visuell konnte eine Zunahme der durchschnittlichen Schlackenmenge festgestellt werden.

Bezugszeichenliste

01 Schmelz- und Überhitzungszone
02 Düsensystem
03 Windversorgungsleitung
04 Zuführungsleitung
05 Kompensator
06 Drosselklappe
07 Venturidüse
08 Transportschnecke
09 Vorratsbehälter
10 gasdichter Stoffschieber
11 Rohrverschluß
12 Kreislaufgasabsaugöffnung

Claims

1. Einrichtung zum Einblasen von staubartigen und/oder kör nigen reaktionsfähigen Stoffen und Stoffgemischen in einen koksbeheizten Schachtschmelzofen, insbesondere koksbeheizten Heißwind-Kupolofen mit einer Verbrennungswindeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Bereich der Schmelz- und Überhitzungszone (1) angeordnetes Düsensystem (2) einer Kreislaufgaseinrichtung über eine Windversorgungsleitung (3) durch eine Zuführungsleitung (4) und durch in die Zufüh rungsleitung (4) reichende Transportschnecken (8) direkt mit den Vorratsbehältern (9) verbunden ist.

2. Einrichtung zum Einblasen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsensystem (2) ein mit Sauerstoff als Treibgas betriebener, wassergekühlter Treibdüsenbrenner ist.

3. Einrichtung zum Einblasen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsensystem (2) ein mit Preßluft als Treibgas betriebener, wassergekühlter Treibdüsenbrenner ist.

4. Einrichtung zum Einblasen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Windversorgungsleitung (3) ein Kompensationselement (5), wie beispielsweise ein Kompensator, ein regelbarer Rohrverschluß (6), wie beispielsweise eine Drosselklappe, und eine Meßeinrichtung (7), wie beispielsweise eine Venturidüse, eingebaut sind.

5. Einrichtung zum Einblasen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung (4) durch Rohrverschlüsse (11) ofenseitig zur Kreislaufgasabsaugöffnung (12) der Kreislaufgaseinrichtung und verbrennungswindseitig zur Windversorgungsleitung (3) getrennt ist.

6. Einrichtung zum Einblasen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuführungsleitung (4) ein regelbarer Rohrverschluß (10), wie beispielsweise ein gasdichter Stoffschieber, liegt.