DE19729624A1

DE19729624A1 - Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines Rohmaterials

Info

Publication number: DE19729624A1
Application number: DE19729624A
Authority: DE
Inventors: Gerd Koenig; Wolfram Koenig; Hubert Dreike
Original assignee: WESTFALEN AG 48155 MUENSTER DE
Current assignee: DREIKE, HUBERT, DE; HUBERT DREIKE, DE; ThyssenKrupp AT PRO Tec GmbH
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1997-07-10
Publication date: 1999-01-07
Anticipated expiration: 2017-07-11
Also published as: DE19729624B4; DE29711593U1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Be handlung eines Rohmaterials, bei dem ein Behandlungsraum einer Ofenanlage mit dem Rohmaterial beschickt und ein Behandlungs gas in den Behandlungsraum eingeleitet wird, sowie eine zur Ausführung eines derartigen Verfahrens betreibbare Ofenanlage.

Derartige Verfahren werden beispielsweise zum Erschmelzen und/oder Aufkohlen von Gußeisen/Schrotte aus einem im allge meinen Roheisen, Koks und ggf. weitere Zuschläge enthaltenden Rohmaterial in Schachtöfen, insbesondere Kupolöfen eingesetzt.

Dazu wird der Behandlungsraum des Kupolofens durch eine in dessen oberem Bereich angeordnete Beschickungsöffnung mit dem Rohmaterial beschickt und unter Einleitung des Behandlungsga ses in den so erhaltenen Behandlungsraumbesatz behandelt. Als Behandlungsgas wird dabei im allgemeinen vorgewärmte Luft ein gesetzt, die über sogenannte Winddüsen in den unteren Teil des Behandlungsraums eingeleitet wird.

Zur Verbesserung der Verbrennungsbedingungen im Behand lungsraum kann die Verbrennungsluft auch noch mit Sauerstoff angereichert werden. Beim Einsatz der beschriebenen Verfahren hat es sich gezeigt, daß der Rohmaterialbesatz des Behand lungsraums im allgemeinen eine ungleichmäßige Behandlung er fährt, wobei die Behandlung von Randzonen des Besatzes bereits nach kurzer Zeit abgeschlossen ist, während für die Behandlung des Besatzzentrums eine wesentlich längere Zeit benötigt wird. Ferner ist zu beobachten, daß die Verbrennung des im Rohmate rial enthaltenen Kokses bei der Ausführung der bekannten Ver fahren im allgemeinen unvollständig erfolgt. Das führt bei den bekannten Verfahren einerseits zu einem hohen Brennstoffver brauch und hat andererseits einen unerwünscht hohen Kohlenmon oxidanteil in den bei der Behandlung entstehenden Abgasen zur Folge.

Zur Behebung dieser Mängel der bekannten Verfahren wurde bereits vorgeschlagen, den zur Anreicherung der Verbrennungs luft verwendeten Sauerstoff mit einer hohen Strömungsgeschwin digkeit in den Behandlungsraum einzuleiten, um so im Besatz zentrum bessere Verbrennungsbedingungen zu erhalten. Bei der Ausführung des so verbesserten Behandlungsverfahrens hat es sich jedoch gezeigt, daß die Strömungsgeschwindigkeit des ein geleiteten Sauerstoffs bereits in einer geringen Entfernung von der Stelle, an der eine entsprechende Sauerstoffleitung in den Behandlungsraum mündet, fast auf Null abfällt, so daß auch mit dem durch Erhöhung der Sauerstoffeinleitungsgeschwin digkeit weitergebildeten Behandlungsverfahren keine wesentli che Verbesserung der Behandlungsbedingungen im Besatzzentrum erreicht werden kann.

Angesichts der vorstehend erläuterten Probleme im Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren zur thermischen Behandlung eines Rohmaterials der ein gangs erläuterten Art bereitzustellen, mit dem bei gleichzei tiger Reduzierung der durch die Behandlung entstehenden Abgas menge eine Verringerung der zur Behandlung benötigten Brenn stoffmenge erreichbar ist, sowie eine zur Ausführung eines derartigen Verfahrens einsetzbare Ofenanlage bereitzustellen.

In verfahrensmäßiger Hinsicht wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs erläuterten Art gelöst, bei dem das Behandlungsgas zumindest teilweise in Form von gegenüber dem Umgebungsdruck einen hohen Druck aufweisenden Gasimpulsen in den Behandlungsraum eingeleitet wird.

Diese Lösung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß durch eine impulsförmige Gaseinleitung, durch die die Ein stellung eines Strömungsgleichgewichts im Behandlungsraum ver hindert wird, Strömungsbedingungen erhalten werden, unter de nen die durch die mit den Gasimpulsen erzeugten kurzen Druck stöße erhaltenen hohen Strömungsgeschwindigkeiten in dem Be handlungsraum über große Strecken aufrechterhalten werden. Auf diese Weise kann eine der Belüftung der Randzonen des Behand lungsraumbesatzes entsprechende Belüftung des Besatzzentrums erreicht werden, die eine gleichmäßigere und effektivere Be handlung bzw. Verbrennung des Rohmaterials bei gleichzeitiger Reduzierung der dabei entstehenden Schadstoffmengen und der dazu benötigten Brennstoffmengen ermöglicht. Gleichzeitig kann auf diese Weise eine höhere Flexibilität des aus Behandlungs gas und Rohmaterial bestehenden Schmelzaggregates und somit eine bessere Einstellung der Reaktionsbedingungen während der thermischen Behandlung erreicht werden, wodurch schließlich eine Erhöhung der Schmelzleistung, eine Verbesserung der Auf kohlung des Eisens und verringerte Abbrände erhalten werden können.

Eine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ge eignete Ofenanlage ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Gaseinleitungseinrichtung aufweist, mit der zu mindest ein Teil des Behandlungsgases in Form von gegenüber dem Umgebungsdruck einen hohen Druck aufweisenden Gasimpulsen in den Behandlungsraum einleitbar ist.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der zur Behandlung des Rohmaterials benötigte Sauerstoff in Form der Gasimpulse eingeleitet wird. Die Gaseinleitungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dazu zweckmäßigerweise mit mindestens einem zur Aufnahme des in Form der Gasimpulse in den Behandlungsraum einzuleitenden Sauerstoffs ausgelegten Druckbehälter versehen, an den eine in den Behandlungsraum mündende Gasleitung angeschlossen ist. Zur Erzeugung der Gas impulse kann ein zum Absperren der an den Druckbehälter ange schlossenen Gasleitung ansteuerbares Schnellschlußventil ver wendet werden.

Zur Einstellung gewünschter Reaktionsbedingungen kann ein Teil des Behandlungsgases mit einem konstanten Volumenstrom in den Behandlungsraum eingeleitet werden. Dieser Teil des Be handlungsgases kann beispielsweise aus mit Sauerstoff angerei cherter Luft bestehen. Dabei kann der zur Anreicherung der Luft verwendete Sauerstoff durch dieselbe Gaseinleitungsöff nung in den Behandlungsraum eingeleitet werden, wie der in Form von Gasimpulsen eingeleitete Sauerstoff. Dazu weist die Gaseinleitungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zweckmäßigerweise eine in die an den Druckbehälter angeschlos sene Gasleitung mündende weitere Gasleitung auf, über die der zur Anreicherung der Luft dienende Sauerstoff mit einem kon stanten Volumenstrom in den Behandlungsraum eingeleitet wird.

Zur Einleitung der einen Teil des Behandlungsgases bil denden Luft kann die Gaseinleitungseinrichtung der erfindungs gemäßen Ofenanlage mit einer dritten in den Behandlungsraum mündenden Gasleitung versehen sein. Zum Erhalt einer möglichst homogenen Zusammensetzung des in den Behandlungsraum eingelei teten Gasgemischs ist es dabei besonders zweckmäßig, wenn die Mündung der an den Druckbehälter angeschlossenen Gasleitung etwa im Zentrum der dem Behandlungsraum zugewandten Mündung der dritten Gasleitung angeordnet ist. Eine weitere Verbesse rung hinsichtlich der Homogenität der Zusammensetzung des Be handlungsgases kann erreicht werden, wenn die dem Behandlungs raum zugewandten Mündungsbereiche der an den Druckbehälter an geschlossenen Gasleitung und der dritten Gasleitung etwa ko axial zueinander verlaufen.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, auf die hinsichtlich aller erfindungswesentlichen und in der Beschreibung nicht weiter herausgestellten Einzel heiten ausdrücklich verwiesen wird erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines zur Ausführung des er findungsgemäßen Verfahrens geeigneten Kupolofens und

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Gaseinleitungs einrichtung des in Fig. 1 dargestellten Kupol ofens.

Der in Fig. 1 dargestellte Kupolofen weist einen schacht förmigen Behandlungsraum 10 auf, der über eine im oberen Be reich des Ofens angeordnete Beschickungsöffnung 12 mit einem beispielsweise aus Roheisen, Koks und ggf. weiteren Zuschlägen bestehenden Rohmaterial beschickt werden kann. Das so in den Behandlungsraum 10 gelangte Rohmaterial kann mit einer im un teren Bereich des Kupolofens angeordneten Gaseinleitungsein richtung 20 von unten belüftet werden. Zum Abziehen der wäh rend der Behandlung des Rohmaterials im Behandlungsraum 10 entstehenden Abgase ist im oberen Bereich des Kupolofens eine Abgasleitung 14 angeordnet.

Die Gaseinleitungseinrichtung 20 umfaßt eine den Behand lungsraum umlaufende Ringleitung 22 und eine Anzahl von daran angeschlossenen und in den Behandlungsraum mündenden Gaslei tungen in Form von sogenannten Winddüsen. Die Ringleitung 22 dient zur gleichmäßigen Verteilung der ggf. mit über die Ab gasleitung 14 aus dem Behandlungsraum 10 abgezogenen Abgasen vorgewärmten Verbrennungsluft. Wenngleich der in Fig. 1 darge stellte Kupolofen nur zwei Winddüsen 24 zum Einleiten der Ver brennungsluft in den Behandlungsraum 10 aufweist, kann die Gaseinleitungseinrichtung 20 je nach Größe des Behandlungs raums auch bis zu zwölf gleichmäßig über den Umfang der Ringleitung 22 verteilte Winddüsen umfassen. Die Winddüsen 24 sind in ihrem unteren Bereich jeweils mit einer zur Einleitung von Sauerstoffin den Behandlungsraum 10 ausgelegten Gasein leitungslanze 26 versehen.

Wie der schematischen Darstellung in Fig. 2 zu entnehmen ist, sind die Gaseinleitungslanzen 26 in die Winddüsen einge setzt und erstrecken sich koaxial zu einem in eine Wand 11 des Behandlungsraums 10 eingesetzten Mündungsbereich 24a der je weiligen Winddüse 24, wobei die Mündungen 26a der Gaseinlei tungslanzen 26 etwa im Zentrum der jeweiligen Winddüsenmündung angeordnet sind.

Die in Fig. 2 dargestellte Gaseinleitungslanze 26 ist über eine Druckleitung 28 an einen Druckbehälter 30 ange schlossen, in dem unter hohem Druck stehender Sauerstoff ent halten ist. Die Druckleitung 28 ist mit einem Schnellschluß ventil 32 versehen, das zum Absperren der Druckleitung 28 aus gelegt ist. Durch entsprechende Betätigung des Schnellschluß ventils 32 kann der im Druckbehälter 30 enthaltene Sauerstoff in Form von einen hohen Druck aufweisenden Gasimpulsen in den Behandlungsraum 10 eingeleitet werden.

Wie Fig. 2 weiter zu entnehmen ist, kann an die Gasein leitungsleitungslanze 26 auch noch eine weitere Gasleitung 34 angeschlossen sein, um die durch die Winddüse 24 in den Be handlungsraum 10 eingeleitete Luft mit Sauerstoff anzurei chern. Dazu wird der Sauerstoff über die Leitung 34 und die Gaseinleitungslanze 26 mit einem konstanten Volumenstrom in den Behandlungsraum 10 eingeleitet, wobei dem konstanten Volumen strom die durch entsprechende Betätigung des Schnellschlußven tils 32 erhaltenen Gasimpulse überlagert werden können.

Bei der erfindungsgemäßen Ofenanlage kann jeder Gasein leitungslanze 26 ein Druckbehälter 30 mit einem entsprechenden Schnellschlußventil 32 zugeordnet sein. Daneben ist es jedoch auch möglich, für alle Gaseinleitungslanzen 26 einen gemeinsa men Druckbehälter 30 mit nur einem diesem zugeordneten Schnellschlußventil 32 zu verwenden.

Mit der erfindungsgemäßen Ofenanlage können neben den eingangs bereits erläuterten Vorteilen auch noch eine Steige rung der Temperatur der Schmelze sowie durch eine Reduzierung der benötigten Windmenge eine Steigerung der Windtemperatur erreicht werden. Unter diesen Bedingungen kann das mit einer derartigen Anlage ausgeführte Behandlungsverfahren so gesteu ert werden, daß Abfallstäube (ggf. unter Beimischung geringer Brennstoffmengen) dem Schmelzaggregat wieder zugeführt und verbraucht bzw. verschlackt werden.

Claims

1. Verfahren zur thermischen Behandlung eines Rohmaterials, bei dem ein Behandlungsraum einer Ofenanlage mit dem Rohmate rial beschickt und ein Behandlungsgas in den Behandlungsraum eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungs gas zumindest teilweise in Form von gegenüber dem Umgebungs druck einen hohen Druck aufweisenden Gasimpulsen in den Be handlungsraum eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in Form der Gasimpulse eingeleitete Gas ein Druckgas, vor zugsweise O₂ ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Behandlungsgases mit einem konstanten Volu menstrom in den Behandlungsraum eingeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einem konstanten Volumenstrom eingeleitete Gas Luft aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft mit vorzugsweise mit einem konstanten Volumenstrom eingeleitetem Sauerstoff angereichert wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der in Form von Gasimpulsen eingeleitete Sauer stoff und der mit einem konstanten Volumenstrom eingeleitete Sauerstoff durch dieselbe Gaseinleitungsöffnung in den Behand lungsraum eingeleitet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß bei einer Änderung der Temperaturführung auch Abfallstäube in den Behandlungsraum zurückgeführt werden.

8. Ofenanlage zur thermischen Behandlung eines Rohmaterials mit einem eine Beschickungsöffnung (12) für das Rohmaterial aufweisenden Behandlungsraum (10) und einer zum Einleiten eines Behandlungsgases in den Behandlungsraum (10) ausgelegten Gaseinleitungseinrichtung (20), dadurch gekennzeichnet, daß mit der Gaseinleitungseinrichtung (20) zumindest ein Teil des Behandlungsgases in Form von gegenüber dem Umgebungsdruck einen hohen Druck aufweisenden Gasimpulsen in dem Behandlungs raum (10) einleitbar ist.

9. Ofenanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinleitungseinrichtung (20) mindestens einen zur Auf nahme des in Form der Gasimpulse in den Behandlungsraum (10) einzuleitenden Gases ausgelegten Druckbehälter (30) aufweist, an den eine in den Behandlungsraum (10) mündende Gasleitung (26, 28) angeschlossen ist.

10. Ofenanlage nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein zum Absperren der an den Druckbehälter (30) angeschlossenen Gas leitung (26, 28) einsetzbares Schnellschlußventil (32).

11. Ofenanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich net, daß die Gaseinleitungseinrichtung (20) eine weitere Gas leitung (34) aufweist, über die ein weiterer Teil des Behand lungsgases mit einem konstanten Volumenstrom in den Behand lungsraum (10) einleitbar ist.

12. Ofenanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Gasleitung (34) in die an den Druckbehälter (30) angeschlossene Gasleitung (26, 28) mündet.

13. Ofenanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, daß die Gaseinleitungseinrichtung (20) eine dritte in den Behandlungsraum (10) mündende Gasleitung (24) aufweist, über die das Behandlungsgas mit einem konstanten Vo lumenstrom in den Behandlungsraum (10) einleitbar ist.

14. Ofenanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (26a) der an den Druckbehälter (30) angeschlosse nen Gasleitung (26, 28) etwa im Zentrum der den Behandlungs raum (10) zugewandten Mündung der dritten Gasleitung (24) an geordnet ist.

15. Ofenanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Behandlungsraum (10) zugewandten Mündungsbereiche (24a, 26) der an den Druckbehälter angeschlossenen Gasleitung (26, 28) und der dritten Gasleitung (24) etwa koaxial zueinan der verlaufen.