DE19802338A1 - Verfahren und Anlage zur Reduktion von Eisenerz im Hochofen - Google Patents
Verfahren und Anlage zur Reduktion von Eisenerz im HochofenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur
Reduktion von Eisenerz im Hochofen zu Roheisen mit Hilfe von
Kohlenstoff, wobei eine Teilmenge des Kohlenstoffs dem
Eisenerz in Form von Koks zugemischt wird, der die
Auflockerung und Stützung der Schüttgutsäule und damit deren
Durchgasung im Hochofen sicherstellt und wobei die restliche
Kohlenstoffteilmenge als Ersatzreduktionsmittel in den
Hochofen eingeblasen wird.
Das Einblasen von Kohlenstoffträgern wie beispielsweise
Erdgas, Schweröl, Feinkohle in den Hochofen als
Ersatzreduktionsmittel zur Einsparung von Koks wird bereits
seit vielen Jahren praktiziert.
Die einfachste und zuverlässigste Einbringung der
Ersatzreduktionsmittel in den Hochofen besteht dabei in der
Zugabe durch die Windformen des Hochofens. Im unmittelbaren
Formenbereich werden die Ersatzreduktionsmittel zunächst mit
Heißwind zu CO2 und H2O verbrannt und dann beim Auftreffen auf
den Koks zu CO und H2 reduziert. Beim Einbringen der
Ersatzreduktionsmittel in den Hochofen wird dabei angestrebt,
daß eine vollständige Verbrennung bzw. Vergasung der
Ersatzreduktionsmittel im oxidierenden Formenbereich der
Gestellzone erfolgt, mit gleichzeitig möglichst weitgehender
Schonung der Blasformen und Windleitungen vor Zerstörung
infolge einer zu frühzeitigen Verbrennung der
Ersatzreduktionsmittel.
Diese Aufgabe ist am einfachsten für gasförmige
Ersatzreduktionsmittel und am schwierigsten für feste
Ersatzreduktionsmittel, wie beispielsweise Feinkohle, zu
lösen. Für das Einblasen des Ersatzreduktionsmittels Feinkohle
wurden im Laufe der Zeit deshalb unterschiedliche
Kohlenstaubeinblassysteme und -einblasverfahren entwickelt,
wie der Veröffentlichung "Stand der Kohleeinblastechnik in den
Hochofen bei Mitgliedswerken des VDEh", Stahl und Eisen 108
(1988) Nr. 9, Seiten 459 bis 467 zu entnehmen ist. Schwerpunkt
und Ziel der Entwicklungen war, die Energiekosten zu senken
und den Koksverbrauch im Hochofen durch den Einsatz von
Ersatzreduktionsmitteln zu reduzieren. Jedoch sind nach
betrieblichen Erfahrungen Einblasmengen von über 200 kg
Kohle/t Roheisen aus verfahrenstechnischen Gründen schwierig
dauerhaft zu erreichen.
Unter dem Gesichtspunkt der bekannten und vielfältig
angewendeten Techniken ist es Aufgabe der Erfindung, im
Hinblick auf die Energiekosten die Einsatzmenge von
Ersatzreduktionsmitteln weiter zu steigern und insbesondere
ein Verfahren zu entwickeln, mit dem auch weitere, schwierig
zu behandelnde Stoffe als Ersatzreduktionsmittel nutzbar
gemacht werden können.
Die gestellte Aufgabe wird verfahrenstechnisch mit den
kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruchs 1 und anlagenmäßig mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 7 dadurch gelöst,
daß die gesamte, das Ersatzreduktionsmittel bildende
Kohlenstoffteilmenge vor ihrer Einblasung in den Hochofen in
einem vom Hochofen räumlich getrennt angeordneten
Vergasungsreaktor durch Vergasung in ein stickstoffarmes
Reduktionsgas umgewandelt wird.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, das aus dem
Ersatzreduktionsmittel zu bildende Reduktionsgas außerhalb der
Blasformen des Hochofens in einem separaten Vergasungsreaktor
zu erzeugen, wird es möglich, ein stickstoffarmes
Reduktionsgas herzustellen, das mit möglichst hoher Temperatur
als Reduktionsgas über die Blasformen in den Hochofen
eingedüst wird. Das Reduktionsgas wird deshalb in seiner
Temperatur so eingestellt, daß es in Rohrleitungen mit oder
ohne feuerfeste Auskleidungen zu den Blasformen transportiert
werden kann. Eine aufwendige Gasreinigung und Entschwefelung
des erzeugten Reduktionsgases kann entfallen, da auch bei den
direkt eingeblasenen Ersatzreduktionsmitteln derartige
Nachreinigungen nicht durchgeführt werden, und der im
Reduktionsgas mitgeführte Staub unschädlich vor den Blasformen
nachverbrennt.
Es ist aber auch möglich, falls die eingesetzten
Ersatzreduktionsmittel aufgrund ihrer chemischen
Zusammensetzung, beispielsweise bei Abfallstoffen, dies
erfordern, eine solche Nachreinigung der heißen Gase
durchzuführen, um den Hochofen nicht unnötig durch
Verunreinigungen zu belasten.
Die für die externe Vergasung der Ersatzreduktionsmittel
notwendige Energie kann durch die Verbrennung von Gichtgas
und/oder durch einen zugeführten Brennstoff und/oder durch die
Auskoppelung von Wärme aus der Heißwinderzeugung, die bei der
Erzeugung des Reduktionsgases außerhalb des Hochofens bei
einer vorhandenen Hochofenanlage nach der Umstellung
überdimensioniert ist, zugeführt werden.
Durch das Einblasen von Reduktionsgas, ist die Anreicherung
des Heißwindes mit Sauerstoff, die bei Einblasen von festen
Ersatzreduktionsmitteln zur Vergasung des
Ersatzreduktionsmittels und zur Einstellung der
Flammtemperatur vor den Blasformen dient, nicht mehr nötig.
Dieser nicht mehr benötigte Sauerstoff kann für die
Vergasungsreaktionen eingesetzt werden.
Der Windbedarf wird durch die Maßnahme der Erfindung deutlich
reduziert. So werden beispielsweise bei den bisher üblichen
Kohleeinblasraten von etwa 100 kg/t Roheisen etwa 350 Nm3/t
Roheisen Wind mit einer Stickstoffmenge von etwa 240 Nm3/t
Roheisen benötigt. Bei der Erzeugung des Reduktionsgases in
einem externen Vergasungsreaktor entfällt diese
Stickstoffmenge ganz oder teilweise, d. h. die
Reduktionsgasmenge kann um diesen Betrag im Hochofen erhöht
werden, ohne die Strömungsgeschwindigkeiten des
Reduktionsgases im Hochofen nachteilig zu erhöhen. Als Folge
ist eine deutliche Leistungserhöhung des Hochofens möglich,
weiterhin wird auch der Heizwert des Gichtgases durch das
Fehlen des Stickstoffs erhöht.
Weiterhin ist es nicht mehr erforderlich, die Asche der
eingeblasenen Ersatzreduktionsmittel im Unterofen des
Hochofens aufzuschmelzen, da diese Asche in fester oder
flüssiger Form im Vergasungsreaktor verbleibt. Neben der
hierfür aufzubringenden thermischen Energie werden auch die
sonst für das Einschmelzen erforderlichen Zuschlagstoffe im
Möller eingespart.
Auch die bessere und leichtere Verteilung des Reduktionsgases
auf die einzelne Blasformen, die gemäß der Erfindung ohne
größeren apparativen Aufwand durchgeführt werden kann, ist
gegenüber den bekannten Verfahren mit pneumatisch geförderten
und direkt eingeblasenen Ersatzreduktionsmitteln mit den
hierfür notwendigen Vorrichtungen von Vorteil.
Schließlich ist auch die separate Steuerung des
Vergasungsprozesses außerhalb des Hochofens ein entscheidender
Vorteil, da dieser Vergasungsprozeß individuell an die zu
vergasenden Einsatzstoffe durch eine entsprechende Mess- und
Regeltechnik angepaßt und somit auch schwierige Abfallstoffe
als Ersatzreduktionsmittel zur Vergasung eingesetzt werden
können, was bei der Vergasung im Hochofen nicht möglich wäre.
Eine Anlage, in der das Verfahren der Erfindung durchgeführt
werden kann, läßt sich ohne größeren Aufwand auch bei bereits
vorhandenen Hochofenanlagen installieren. Sie besteht aus
einem Vergasungsreaktor, der über Rohrleitungen mit dem
Hochofen so verbunden ist, daß die im Vergasungsreaktor
erzeugten Reduktionsgase in die einzelnen Blasformen
eingeleitet werden können. Die Temperatur des Reduktionsgases
wird so eingestellt, daß sie einen für den Transport und die
Verteilung günstigen Wert hat.
Dem Vergasungsreaktor ist im Bedarfsfall eine
Aufbereitungsanlage vorgeschaltet, um die
Ersatzreduktionsmittel auf die für ihre Vergasung notwendigen
Eigenschaften wie Körnung, Trocknungsgrad sowie
Kohlenstoffgehalt aufzubereiten.
Nachfolgend wird eine beispielhafte Anlage zur Erzeugung von
Reduktionsgas aus einem Ersatzreduktionsmittel in einer
Zeichnungsfigur schematisch dargestellt und erläutert.
Das Ersatzreduktionsmittel (11) aus einem Kohlenstoffträger
wird zunächst einer Aufbereitungsanlage (10) zugeführt, in der
es je nach Bedarf zerkleinert, getrocknet und auch, falls
erforderlich, zum Beispiel bei Abfallstoffen, auf einen für
die Vergasung erforderlichen Kohlenstoffgehalt aufkonzentriert
wird.
Das auf diese Weise aufbereitete Ersatzreduktionsmittel wird
über ein geeignetes Transportaggregat (12) dem
Vergasungsreaktor (16), beispielsweise einem Wirbelbettreaktor
zugeführt. Falls eine Aufbereitung des Ersatzreduktionsmittels
(11) nicht erforderlich ist, wird dieses über ein geeignetes
Transportaggregat (11') an der Aufbereitungsanlage (10) vorbei
in das Transportaggregat (12) eingespeist.
Im Vergasungsreaktor (16) erfolgt die Vergasung des
Ersatzreduktionsmittels (11) zu einem für den Hochofen (22)
geeigneten Reduktionsgas (19), das falls erforderlich in einer
dem Vergasungsreaktor (16) nachgeordneten Kühlvorrichtung (20)
gekühlt werden kann und dann über die Rohrleitung (21) dem
Hochofen (22) bzw. dessen Blasformen zugeführt wird.
Die bei der Vergasung anfallenden Vergasungsrückstände (24)
verlassen den Vergasungsreaktor (16) über eine
Austragsvorrichtung (18).
Falls erforderlich, kann vor oder nach der Kühlvorrichtung
(20) eine Gasreinigungsanlage (in der Zeichnung nicht
dargestellt) zur Reinigung des Reduktionsgases von den den
Hochofenbetrieb störenden Bestandteilen angeordnet werden.
Die Beheizung des Vergasungsreaktors (16) erfolgt
- a) mittels eines zugeführten Brennstoffs (13) oder einer Mischung verschiedener Brennstoffe in einer Brennkammer des Vergasungsreaktors (16) und/oder
- b) durch aus der Heißwinderzeugung abgekoppelte Wärme (14) und/oder
- c) durch Gichtgas (23), das in einer Verbrennungsvorrichtung (17) verbrannt und als Verbrennungswärme (15) anfällt.
Durch entsprechende Mess- und Regeleinrichtungen (in der
Zeichnung nicht dargestellt), läßt sich die Vergasung im
Vergasungsreaktor (16) individuell auf den aufgegebenen
Einsatzstoff einstellen, wodurch im Zusammenwirken mit der
Aufbereitungsanlage und gegebenenfalls mit einer
Gasreinigungsanlage auch aus schwierig aufzubereitenden
Stoffen, wie beispielsweise Abfallstoffgemischen
(Kunststoffmüll, getrocknete Klärschlämme, etc.) ein
brauchbares Reduktionsgas (19) erzeugt werden kann. Hierbei
ist es auch möglich, gleichzeitig mehrere unterschiedliche
Stoffe zu vergasen, wenn die vorhandene Mess- und Regeltechnik
für diese Aufgabenstellung entsprechend ausgelegt ist.
Das in der Zeichnungsfigur dargestellte Ausführungsbeispiel
läßt sich problemlos bei Neuanlagen ausführen oder in eine
vorhandene Hochofenanlage integrieren, wobei je nach der
Beschaffenheit der zu vergasenden Einsatzstoffe auch noch
zusätzliche Anlagenteile wie Kühlvorrichtung,
Gichtgasverbrennungseinrichtung, Aufbereitungsanlage entfallen
können.
Claims (7)
1. Verfahren zur Reduktion von Eisenerz im Hochofen zu
Roheisen mit Hilfe von Kohlenstoff, wobei eine Teilmenge des
Kohlenstoffs dem Eisenerz in Form von Koks zugemischt wird,
der die Auflockerung und Stützung der Schüttgutsäule und damit
deren Durchgasung im Hochofen sicherstellt und die restliche
Kohlenstoffteilmenge als "Ersatzreduktionsmittel" in den
Hochofen eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die
gesamte, das "Ersatzreduktionsmittel" (11) bildende
Kohlenstoffteilmenge vor ihrer Einblasung in den Hochofen (22)
in einem vom Hochofen (22) räumlich getrennt angeordneten
Vergasungsreaktor (16) durch Vergasung in ein stickstoffarmes
oder stickstofffreies Reduktionsgas (19) umgewandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
im Vergasungsreaktor (16) erzeugte Reduktionsgas (19) in
seiner Temperatur so eingestellt wird, daß es in
Rohrleitungen (21) mit oder ohne feuerfeste Auskleidungen zum
Hochofen (22) transportiert werden kann.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die für die Vergasung der Ersatzreduktionsmittel (11) im
Vergasungsreaktor (16) benötigte Energie durch die Verbrennung
eines Brennstoffs (13) und/oder durch Gichtgasverbrennung (15)
und/oder durch Auskopplung von Wärme aus der Heißwinderzeugung
(14) aufgebracht wird, und die Vergasungsreaktion durch
Sauerstoff, der bisher dem Heißwind zugesetzt wurde, gefördert
wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Reduktionsgasmenge
(19) um die eingesparte Stickstoffmenge erhöht wird, die bei
der sonst üblichen Einblasung von Kohlenstoffträgern in den
Hochofen (22) im Reduktionsgas (19) enthalten ist.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß als Ersatzreduktionsmittel (11)
Feinkohle verwendet wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß als Ersatzreduktionsmittel (11)
kohlenstoffhaltige Abfallprodukte, wie beispielsweise
Klärschlamm, Kunststoffabfälle, Autoreifen etc. verwendet
werden.
7. Anlage zur Reduktion von Eisenerz im Hochofen (22) zu
Roheisen mit Hilfe von Kohlenstoff, wobei eine Teilmenge des
Kohlenstoffs dem Eisenerz in Form von Koks zugemischt wird,
der die Auflockerung und Stützung der Schüttgutsäule und damit
deren Durchgasung im Hochofen (22) sicherstellt und die
restliche Kohlenstoffteilmenge als "Ersatzreduktionsmittel" in
den Hochofen (22) eingeblasen wird, zur Durchführung des
Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
gekennzeichnet durch,
- - einen außerhalb des Hochofens (22) angeordneten Vergasungsreaktor (16), der über Rohrleitungen (21) mit dem Hochofen (22) verbunden ist, zur Einleitung der im Vergasungsreaktor (16) erzeugten Reduktionsgase (19) in den Hochofen (22),
- - falls erforderlich einer Kühlvorrichtung (20), die dem Vergasungsreaktor (16) nachgeordnet ist, zur Kühlung der Reduktionsgase (19) auf eine für ihren Transport zum Hochofen (22) günstige Temperatur,
- - eine dem Vergasungsreaktor (16) vorgeschaltete Aufbereitungsanlage (10), in der die zum Einsatz gelangenden Ersatzreduktionsmittel (11) auf die Kohlenstoffkonzentration aufbereitet werden.
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