DE2016205A1 - Verfahren und Einrichtung zum Aus gleichen der Gasdrucke von Schleusen kammern und Ofenraum von Schachtofen, insbesondere von Hochofen - Google Patents

Description

DEMAG Aktiengesellschaft onißonc: 24. 3. 1970 41 Duisburg ZU.lb/ÜO _ 5618/HH -

Wolfgang-Reuter-Platz Fl/il

Verfahren und Einrichtung zum Ausgleichen der Gasdrücke von Schleusenkammern und Ofenraum von Schachtöfen, insbesondere von Hochöfen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zu dessen Ausübung besonders zweckmäßige Einrichtung zum Ausgleichen der Gasdrücke von Schleusenkammern und Ofenraum von Schachtöfen, insbesondere von Hochöfen, bei dem das rohe Gichtgas aus dem Ofenraum zunächst gereinigt und dann in die Schleusenkammer gegeben wird.

Bekannte Schachtöfen, wie z.B. Hochöfen, besitzen eine aus zwei oder mehr Glocken und zwei oder mehr Gichtschüsseln gebildete Abdichtung am Ofenkopf. Zwei Glocken liegen übereinander i-nd die obere ist kleiner und dip- * zur Verteilung des Beschickungsgutes auf der großen unteren Glocke. Die große Glocke 1st auf den oberen Ofendurchmesser abgestimmt, wobei auf der kreisförmigen Beschickungsfläche das Gut verteilt wird. Die Verteil-

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funktion ist daher maßgebend für die Wahl der unterschiedlichen Glockendurchmesser. Es ist wegen der Wärmebeanspruchung ungünstig, gerade die untere Glocke größer zu wählen. Die Verteilung des Gutes jedoch bestimmt den Ofengang und somit das Arbeltsergebnis. Der Punktion des Verteilens kommt ein höherer Grad als der Funktion des Dichtens zu. Trotzdem hat eine gute Abdichtung an der Gicht von Hochöfen wegen des in neuerer Zeit gesteigerten Druckes an Bedeutung gewonnen. Der höhere Gasdruck im Ofenraum von Hochöfen und anderen öfen, die sogar mit Unterdrücken arbeiten (Steinbrennöfen) bewirkt eine Unterstützung der chemischphysikalischen Vorgänge. So beeinflußt ein höherer Druck an Hochöfen den Vorgang des Eisenerzreduzierens positiv. An die Dichtwirkung der Glchtversclilüsse werden jedoch erhöhte Anforderungen gestellt.

Beim Zweiglocken-Gichtverschluß können die beiden Gichtglocken nur betätigt werden, wenn der Druck ober- und unterhalb in der durch eine Gichtschüssel gebildeten Schleusenkammer gleichgroß ist. Wenn daher die obere Glocke geöffnet wird, muß in der darunter liegenden Gichtschüssel Atmosphären-Druck herrschen, d.h. der dort vorher vorhandene Druck wird durch Ablassen des Gases gesenkt.

Andererseits muß der Druck in der Schleusenkammer ziemlich gleich groß sein wie der Ofenraumdruck, wenn die untere Gichtglocke mit wirtschaftlich vertretbarem Energieaufwand zu öffnen sein soll. Für Jede Ofenraumbeschickung sowie für das Beschicken der großen Glocke ist Druckausgleich in der zwischen zwei Glocken liegenden Schleusenkammer erforderlich. Das hierzu verwendete Gas kann grundsatzlieh das aus dem Ofen stammende Gas oder Fremdgas sein. Das Ofengas von Hochöfen let stark etaubbelaetet, jedoch entsprechend billig und erfordert einen

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geringen Aufwand an Zusatz-Einrichtungen. Der im Hochofen-Gichtgas mitgeführte Staub verursacht großen Verschleiß an den üichtsitzen von Glocken und Gichtschüsseln. Sofern es nicht gelingt, einen weitestgehenden Druckausgleich zwischen Schleusenkanuner und Ofenraum bzw. Atmosphäre durchzuführen, so daß der Druck in der Schleusenkammer um einen I3etrag geringer ist als der im benachbarten Raum, wird staubbehaftetes Gichtgas durch Spalte zwischen Glocke und Schüssel geblasen. Es ist möglich, daß bei entsprechender Spaltbildung die Gasgeschwindigkeiten bis zur Schallgeschwindigkeit steigen.. Dieser Zustand besteht dann jeweils über die Zeit- spanne des Dichtens in einem Zyklus, der jeweils die Takte "Eingeben", "Speichern auf der Verteilerglocke" und "Chargieren des Ofens" vorsieht. Die Zwischenzeitspannen können beträchtliche Längen ergeben. Schnei!strömendes Gas erhöht wegen des mitgeführten Staubes die Verschleißwirkung. Meist kann eine solche Strömung schon deswegen nicht verhindert werden, weil die Gichtglocken sich unter der Wärmebeanspruchung verziehen. Der genaue Druckausgleich ist daher eine wichtige Maßnahme zur Aufrechterhaltung der Dichtwirkung an Gichtverschlüssen. Es ist sehr schwierig, einen genügend schnellen und auch noch genauen Druckausgleich in einem Zwei- oder Mehrglocken-Gichtverschluß zu erhalten. Das aus dem Ofen stammende Gas muß zumindest einer Vorentstaubung unterzogen werden, um die den Druck in der Leitung bestimmenden Ventile nicht zu beschädigen. Es tritt daher in der Regel ein nicht zu vermeidender Druckverlust in der Entstaubungsvorrichtung ein. Dies würde die Verwendung von staubfreiem Fremdgas rechtfertigen.

Staubfreies und mit hohem Druck im Werksnetz vorhandenes Fremdgas, z.B. Stickstoff, bietet Vorteile

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fUr einen störungsunempfindlichen Betrieb, soweit davon der Verschleiß der Absperrorgane betroffen ist. Der Regelungs- und Erzeugungsaufwand sind jedoch sehr hoch, weil Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden müssen, um die Schleusenkammern vor der Beaufschlagung mit weit Über den Auslegungswerten liegenden Drücken zu bewahren. Eine Unsicherheit bleibt selbst bei aufwendigen Sicherheitsmaßnahmen durch den rauhen Hochofenbetrieb bestehen.

Bei der Verwendung des vom Ofen produzierten Gicht-

gases zur Drucksteigerung in der Schleusenkammer wurde bislang aus Gründen des sonst zu hohen Verschleißes das Gichtgas gereinigt. Je nach Art der Reinigung in unterschiedlichen zur Verfügung stehenden Entstaubungevorrichtungen tritt ein Druckabfall gegenüber dem Ofengasdruck ein. In einem Teil der gebauten öfen begnügt man sich" mit dem zur Verfügung stehenden Druck. In einem anderen Teil wurde eine zusätzliche Verdichtung vorgesehen, wozu jedoch aue verschiedenen Gründen wiederum nur gereinigtes Gichtgas statthaft ist.

Beide Verfahren zum Druckausgleichen in der Schleusenkammer besitzen bestimmte Mangel. Im ersten Fall treten an den Dichtsitzen der Glocken und Schüsseln die erwähnten hohen Gasgeschwindigkeiten auf. Auch bei Verwendung von Dichtklappen, deren Dichtsitze außerhalb des Weges des Beschickungsgutes liegen, ist der Staub unangenehm. Es ist daher stets ein Verschleiß in größerem oder kleinerem Umfang vorhanden. Im zweiten Fall führt die zusätzlich notwendig werdende Verdichtung zu laufend hohen Betriebskosten und zur Gefährdung der Einrichtungsteile, da aus Gründen der Verdichterdimensionierung und der relativ kurzen Druckausgleichszelten mit Drücken über dem Auslegungsdruck des Gichtvereohlusses gearbeitet werden muß.

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Besonders schwerwiegend ist der Verschleiß dann, wenn zur Verteilung des Gutes im Ofenraum'immer noch solche Gichtverschlüsse verwendet werden, die sich . der Glocken bedienen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Mittel vorzuschlagen, aufgrund deren ein genauer Druckausgleich vorgenommen werden kann.

Bekannt ist es, den Druckunterschied mit allen Nachteilen einfach in Kauf zu nehmen. Es ist auch bekannt, einen Verdichter in das Reingasnetz einzuschalten, der den Druck so hoch bringt, daß gleichzeitig beim öffnen der Absperrorgane die hotwendige Gas^Beschleunigung erzielt wird. Nach der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß die Schleusenkammer in einer ersten Druckstufe mit gereinigtem Gichtgas unmittelbar aus dem Reiniger gefüllt wird, und in einer zweiten Druckstufe eine Gichtgasmenge relativ geringen Volumens, jedoch von Ofenraumdruck zum völligen Druckausgleich zwischen Schleusenkammer und Ofenraum zugeschaltet wird. Selbst wenn für das kleinere Gasvolumen der zweiten Stufe ein Kompressor eingesetzt wird, ist dieser sehr klein und es kann bereits vorhandenes Reingas ver- |

arbeitet werden. Sofern Rohgas des Ofenraumes benutzt wird, liegen wegen der geringen Menge" weitaus günstigere Verhältnisse vor. Diese gestatten, eine Reihe von Verbesserungen. Es ist ein besonderer Vorteil, eine Restgasmenge höheren Druckes beschleunigen zu können.

Die erfindungsgemäße Methode des Druckausgleichens macht sich die Erkenntnis zunutze, daß.nach dem Auffüllen der Schleusenkammer mit; gereinigtem Gichtgas aus dem Leitungsnetz hinter der Druckreinigung, Jedoch vor d«n Ofendruckaiteuerungeorgan, die Druckdifferenz zum Ofendruck maximal 2000 mrnWS beträgt, meist nur

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500 bis 1000 mmWS. Das Gas-Volumenanteil, welches notwendig ist, um in der Schleusenkammer gleichen Druck wie in Ofenraum zu erzielen, beträgt dann nur wenige Kubikmeter, wie die nachfolgende Rechnung ausweist:

Schleusenkammer-Volumen abzüglich Volumen der Einsatzstoffe V » 20 m⁵

Gastemperatur t « 50° C

Betriebsdruck P * 3,0 ata

Druckdifferenz Δ P - 1000 mmWS Atmosphärendruck ρ « 1,0 ata

Differenzvolumen,

um Ofenkopf druck - -,-,

zu erreichen ±V_Q 'NmrJ

a) Gasmenge bis zum Erreichen des Druckes ρ * 2,9 atai

^Vol - ^£0 · % ■ ftf - ⁴⁹·^{05 Hln} .

b) Gasmenge bis zum Erreichen des Druckes ρ ■ 3*0 ata:

- 50,70 Nm^

^Vo * ^VO2 - ^Vol

Die Rechnung geht dabei von einem Ofenraumdruck von 2 atü aus. Es ist also nur erforderlich, in der zweiten Druckstufe 1,65 Nnr* nachzufüllen mit einem Druck von 2 atü. Praktisch stellt die Nachftlllung nur einen zeitlich auszulösenden Impuls dar, wobei die Gasmenge automatisch begrenzt wird.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn als Gichtgas der zweiten Druckstufe Rohgas aus dem Ofenraum entnommen wird, das vor den Zuschalten gespeichert und dabei

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beruhigt wird. Es wird der Nachteil der verschleißenden Wirkung der Staubteilchen durch deren* einfache Ausscheidung vermieden. Die Ausscheidung erfolgt in ruhendem Zustand des Gases. Dieser Schritt der Erfindung ist besonders wertvoll. Wenn nämlich die Staubteilchen an der hohen Beschleunigung teilnehmen, bilden sie bei anfänglich hohen Strömungsgeschwindigkeiten (weit über 100 m/sec) gefährliche Schleifkörper. Die große kinetische Energie der Staubteilchen, deren Korndurchmesser bis zu 10 mm betragen kann, verursacht insbesondere große Abrasionswirkungen an Rohrumlenkungen und Einzelwiderständen wie sie z.B. Ventile darstellen. Bestimmte I

Stäube, wie z.B. Koksgrus, zeichnen sich darüber hinaus durch große Härte aus.

Eine einfache Ausscheidung durch Beruhigen der Strömung wird ferner dadurch unterstützt, daß eine um das Mehrfache größere Menge Rohgas gespeichert wird als für einen Druckausgleichvorgang erforderlich ist.

Das Ausscheiden der Staubteilchen aus Rohgas kann zusätzlich unterstützt werden, indem in der zweiten Druckstufe eine geringere Strömungsgeschwindigkeit im Speicherraum eingehalten wird. g

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen an den Ofenraum angeschlossenen Speicherraum für Rohgichtgas, von dem eine absperrbare Rohrleitung zur Schleusenkammer des Gichtverschlusses verläuft,"die außerdem mittels eines Gichtgasreinigers mit Reingas versorgbar ist. Der Speicherraum dient neben seiner Funktion, Rohgas zu bevorraten, als Kraftspeicher. Der letzte Rest der vorgesehenen Schleusengasmenge kann beschleunigt in die Schleusenkammer geschoben werden. Mit Hilfe einer Druckwelle . wird das Füllen der Schleusenkammer erleichtert.

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Zur Erhöhung der Betriebssicherheit dienen auch parallel geschaltete Versorgungsleitungen von Reiniger und Rohgasspeicher, die jeweils mit Absperrorganen vor dem Eingang in die Schleusenkammer versehen sind. Bei Defekten kann vom einen Einströmventil auf das andere umgeschaltet werden. Die Parallelschaltung gestattet jedoch auch das Aufeinanderfolgen der Druckwellen von Reingas und grobentstaubtem Rohgas fein zu steuern.

Das Auswerfen des Staubes wird durch ein zusätzliches Merkmal der Erfindung durch einen Rohgasspeicher bewirkt, der mit Fangbehältem für den im Gas enthaltenen Staub versehen ist. Es ist dem Fachmann empfohlen, entweder den Staub.mit den Behältern festzuhalten oder ihn nur zurückzuleiten in -ein Steigrohr, das das Rohgas führt. Es besteht auch die Möglichkeit, den Staub an anderer Stelle mit einem getrennten Staubrohr in den Ofenkopf zurückzuführen.

Die Erfindung sieht ferner stark unterschiedliche Durchmesser der Reingasleitung und des Rohgasspeichers vor, wobei die Rohgasleitung den größeren Querschnitt aufweist. Das Rohgas strömt daher mit stark herabgesetzter Geschwindigkeit. Dadurch fallen die Staubteilchen leichter aus dem Rohgas.

In der Zeichnung sind AusfUhrungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutert:

Fig. 1 zeigt im Aufriß die Einrichtung an einem Hochofengichtverschluß, dessen Schleusenkammer mit Klappen versehen ist;

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Pig. 2 zeigt im Aufriß die Einrichtung an einem Glocken-Gichtverschluß

Fig. 3 ist ein Diagramm für das Gasvolumen iV_Q : Nnr bei konstantem Schleusenkammenfüllvolumen in Abhängigkeit von verschiedenen Druckdifferenzen gegenüber dem Ofengichtdruck.

Fig. 4 ist ein Diagramm für das Gasvolumen

Λ V Nnr ] bei konstanter Druck- -

differenz ρ mmWS in Abhängigkeit ' vom Füllvolumen der Schleusenkammer

Gemäß Figur 1 liegen die SchleusenkammerΊ und der Ofenraum 2 eines Hochofens übereinander zwecks gasdruckverlustfreien Zuführens des Beschickungsgutes aus der freien Atmosphäre in den Ofenraüm 2. Das Gut gelangt durch eine mit der Dichtklappe 3 verschlossen gezeichnete öffnung in die Schleusenkammer 1. Dort wird es auf den Klappen und 5 gestaut bis zum Ablassen durch eine Öffnung, die mit der Dichtklappe 6 verschlossen gezeichnet ist. Die |

Verteilung des Gutes findet auf der Verteilerglocke 7 statt, die im Ofenkopf angeordnet ist. Es können auch andere Verteilvorrichturigen vorgesehen sein. Das im Ofenraum 2 entstehende Gichtgas wird durch Gasabzugsrohre 8, 9, 10 und 11 abgeführt. Die Über den Umfang des Ofenkopf es angeordneten Gasabzugsrohre 8, 9, 10 und 11 führen zu Exploslonsventilen 14. Ein weiteres Abzugsrohr 12, ebenfalls mit einem Sicherheitsventil 13 abgeschlossen, dient zum Abblasen bei Stillsetzung bzw. Inbetriebnahme. Das Rohgas gelangt durch das Gasabzugsrohr 15 in die Reiniger l6. Das gereinigte Gichtgas strömt durch die" Droeselwand 17 den Reingas-Verbrauohern zu. Aus der Schleusenkammer 1 kann das Schleusengas durch die

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Ableitung 19 und das Ventil 20 abgelassen werden, wenn die Dichtklappe 3 geöffnet werden soll, um das Beschickungsgut einzulassen. Das noch nicht entspannte Reingas ist vor der Drosselwand 17 in der Leitung l8 durch das Absperrorgan 21 regulierbar. Ein Steuerimpuls erfolgt erst, wenn zwecks Druckausgleiches zwischen der Schleusenkammer 1 und dem Ofenraum 2 der Druckunterschied ausgeglichen werden soll. Das Rohgas, das über die Gasabzugsrohre 8, 9# 10, 11 und 15 in den Reiniger l6 strömt, erleidet je nach dessen Eigenart einen Druckabfall. Es steht daher am Absperrorgan 21 mit niedrigerem Druck zur Verfügung. Hierzu sieht die Erfindung den Speicherraum 22 vor, der über die Rohrleitung 23 mit Rohgas versorgt wird. Das Rohgas kann den Speicherraum 22 nicht durchströmen, sondern wird durch das Absperrorgan 2k gestaut. In der Stauzelt fallen die Staubteile über die Labyrinthbleche 25 oder ähnliche Fangbehälter mit Vorsprüngen 26 aus der bewegten Masse des Rohgases. Sofern die Rohrleitung 23 steil verläuft, fällt der Staub in die Gasabzugsrohre 9 und in den Ofenraum 2 zurück. Tritt nun das Erfordernis des Druckausgleichs ein, wird das Absperrorgan 21 für das Reingas geöffnet, das bei geöffneter Rückschlagsklappe 27 die Schleusenkammer 1 füllt. Sowie die Reingasdruckwelle abzuebben beginnt, erfolgt das öffnen des Absperrorgans 24 und das entstaubte Rohgas drückt in die Rohrleitung 28 nach. Bevor ungereinigtes Rohgas nachströmt, wird das Absperrorgan verfahrensbedingt wieder geschlossen, so daß stets ein Zyklus nach dem Kommando des Impulses des Druckunterschiede messenden Steuergerätes 29 abläuft. Das Ventil 30 auf der Zweigleitung 3I dient der Entlüftung des Rohrnetzes bei Stillständen.

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Die Zuteilung der Gasmengen braucht nicht durch eine gemeinsame Rohrleitung 28 zu erfolgen. Es ist jedoch vorteilhaft, die Reingasleitung 18 und die Rohgasleitung 32 parallel zu schalten.

Die Leitungen 18 und 32 können unterschiedlich im Durchmesser sein. Die Rohgasleitung 32 kann einen wesentlich größeren Durchmesser bzw. Querschnitt 33 besitzen. Die Festlegung erfolgt nach der Strömungsgeschwindigkeit und nach den gewünschten Drücken.

Gemäß Fig. 2 besteht der Gichtver Schluß aus den drei Gichtglocken ~}k, 35 und 36. Zusammen mit den Gicht- schusseln 37 und 38 wird Je eine Schleusenkammer 1 gebildet. Die Reingasleitung l8 und die Rohgasleitung 32 führen das Gas getrennt in die Schleusenkammer. Der Druckausgleichsvorgang ist ansonsten derselbe wie bereits beschrieben.

Aus den Figuren 3 und 4 können Werte für die Restgasvolumen der zweiten Druckstufe für unterschiedliche Drücke des Reingases abgelesen werden. Druckunterschiede ergeben sich je nach Anwendung bestimmter Rei niger. Die bei unterschiedlichen Drücken sich ergeben den Restgasvolumen je nach Gichtverschlußgröße' sind aus Fig. 4 zu entnehmen.

In Betracht gezogene Druckschrift! USA-Patentschrift Nr. 3/302,805

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Claims (8)

DEMAG Aktiengesellschaft 24. "J. 1070 Wolf gang-Reuter-Platz · ν *- w - 12 - Patentansprüche

1. Verfahren zum Ausgleichen der Gasdrücke von Schleusenkammern und Ofenraum von Schachtöfen, insbesondere von Hochöfen, bei dem das rohe Gichtgas aus dem Ofenraum zunächst gereinigt und dann in die Schleusenkammer gegeben wird, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schleusenkammer in einer ersten Druckstufe mit gereinigtem Gichtgas unmittelbar aus dem Reiniger gefüllt wird, und in einer zweiten Druckstufe eine Gichtgasmenge relativ geringen Volumens, Jedoch von Ofenraumdruck zum völligen Druckausgleich zwischen Schleusenkammer und Ofenraum zugeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß als Gichtgas der zweiten Druckstufe Rohgas aus dem Ofenraum entnommen wird, das vor dem Zuschalten gespeichert und dabei beruhigt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß eine um das Mehrfache größere Menge gespeichert wird als für einen Druckausgleichvorgang erforderlich ist.

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4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß in der zweiten Druckstufe eine geringere Strömungsgeschwindigkeit im Speicherraum eingehalten wird.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen an den Ofenraum (2) angeschlossenen Speicherraum (22) für Rohgichtgas, von dem eine absperrbare Rohrleitung (28) % zur Schleusenkammer (l) des GichtverSchlusses verläuft, die außerdem mittels eines Gichtgasreinigers (16) mit Reingas versorgbar ist,

6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch parallel geschaltete Versorgungsleitungen (l8, 32) von Reiniger (l6) und Rohgasspeicher (22), die jeweils mit Absperrorganen (21, 24) vor der Rückschlagklappe (27) in die Schleusenkammer (l) versehen sind.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, g gekennzeichnet durch einen Rohgas-Speicher (22),

der mit Fängern (25, 26) für den im Gas ent-

haltenen Staub versehen ist.

8. Einrichtung nach den.Ansprüchen 5 bis 7, gekennzeichnet durch stark unterschiedliche Durchmesser der Reingäs- und der Rohgas-Leitungen (18, 32), wobei die Rohgasleitung (32) den größeren Querschnitt (33) aufweist.

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