DE2031560A1

DE2031560A1 - Verfahren zum Betneb von Hochofen mit Koks und Zusatzbrennstoffen

Info

Publication number: DE2031560A1
Application number: DE19702031560
Authority: DE
Inventors: Paul Dr Ing Schumacher Heinz Dr Ing 3340 Wolfen buttel Rhemlunder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-06-26
Filing date: 1970-06-26
Publication date: 1971-12-30
Also published as: IT983137B; FR2096499A2; BE767261R; NL7106749A; FR2096499B2

Description

Braunschweig, 25· 6. 1970

Verfahren zum Betrieb von Hochöfen mit Koks und Zusatzbrennstof f en

In der Anmeldung "Verfahren zum Betrieb von Schachtöfen, insbesondere Hochöfen, unter Verwendung von Koks und zusätzlichem Brennstoff" ist ein Verfahren beschrieben, bei dem Öl und andere Brennstoffe außerhalb des Hochofens gespalten, das entstehende Gas in das Gestell eingeführt und der Ausgleich des Wärmehaushalts im Gestell durch Anreicherung des Hochofenwindes mit Sauerstoff oder durch Temperaturerhöhung des Hochofenwindes oder durch Erhöhung des Kokssatzes erfolgen soll. In technischer Weiterentwicklung dieses Verfahrens wird im folgenden der Vorschlag ent- ^ wickelt, die Mittel zum Ausgleich des Wärmehaushalts im Gestell bei der Einführung von Brennstoffen oder deren Spaltprodukten in das Gestell zu benutzen, um den Hochofen aus einer Gleichgewichtslage (ohne Zuführung von Zusatzbrennstoff) in eine zweite Gleichgewichtslage (Zuführung von Zusatzbrennstoff) zu bringen, die dann ohne oder mit begrenzter Anwendung der obengenannten Mittel aufrechterhalten werden kann.

Bei dem "Verfahren zum Betrieb von Schachtöfen, insbesondere Hochöfen, unter Verwendung von Koks und zusätzlichem Brennstoff", bei dem Kohlenoxyd-und Wasserstoffgas, das aus dem Zusatzbrennstoff durch Zersetzung und Teilverbrennung außerhalb des Hochofens er- g zeugt wird, in das Gestell eingeblasen und die dabei eintretende Abkühlung des Gestells durch Sauerstoffanreicherung und/oder Temperatursteigerung des Windes ausgeglichen wird, soll erfindungsgemäß durch die obengenannten Mittel der Hochofen aus der einen Gleichgewichtslage in eine zweite, durch stärkere indirekte ßeduktion gekennzeichnete Gleichgewichtslage gebracht werden, in der die durch gesteigerte indirekte Reduktion eingesparte Wärme zur Temperaturerhöhung des zugesetzten Spaltgases benutzt wird, so daß der Sauerstoffzusatz und/oder die Temperaturerhöhung des Hochofenwindes nach Erreichung der zweiten Gleichgewichtslage ganz oder teilweise zurückgenommen werden können.

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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dem normal, ohne Zusatzbrennstoff arbeitenden Hochofen zunächst Sauerstoff und Spaltgas in dem Maße zugesetzt, daß der Wärmehaushalt im Gestell ausgeglichen bleibt. Im Oberofen zeigt sich dann eine vergrößerte indirekte Reduktion. Infolgedessen kann Reduktionskoks und der ^rJ?eil Heizkoks abgezogen werden, dessen Verbrennung früher die Wärme für die endotherm verlaufende direkte Reduktion lieferte. In diesem Zustand ist der Ofen also wiederum im Gleichgewicht; er könnte im Dauerbetrieb so gefahren werden. Wenn aber der Sauerstoff zu teuer ist oder aus Kapazitätsgründen nur kurzzeitig zur Verfügung steht, so kann gemäß der Erfindung auch eine zweite Gleichgewichtslage im Wärmehaushalt eingestellt werden. Um diese zu erreichen, wird zunächst, nachdem sich die höhere indirekte Reduktion eingestellt hat, nur der eingesparte Reduktionskoks abgezogen, nicht aber die ganze Menge des bei der direkten Reduktion verbrauchten Heizkokses. Vielmehr soll dessen Menge nur in dem Maße vermindert werden, daß bei der Verbrennung der Restmenge im Gestell genügend Wärme zur Verfügung steht, um die Abkühlung des Gestells durch das eingeführte Spaltgas zu verhindern. Die dem Hochofenwind zugesetzte Sauerstoffmenge kann dann vermindert oder ganz weggelassen werden. Es liegt also in der Hand des Hochöfners, je nach dem Preis für Sauerstoff und Koks, entweder die volle durch das Spaltgas ermöglichte Verminderung des Kokssatzes in Anspruch zu nehmen und dabei den Wind weiter mit Sauerstoff anzureichern, oder nur einen Teil dieser möglichen Koksersparnis zu realisieren und die Sauerstoffanreicherung zurückzunehmen.

Eine dritte Möglichkeit besteht noch darin, eine zusätzliche Menge Spaltgas dem Ofen zuzuführen, dadurch erneut die indirekte Reduktion zu erhöhen und den Kokssatz weiter zu senken. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Hochöfner zwischen diesen drei Möglichkeiten den wirtschaftlichsten Fall aussuchen und einstellen.

Die wirtschaftlichen Auswirkungen des Erfindungsgedankens liegen darin, daß nun beim Zusatz von Spaltgas in das Gestell des Hoch-

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ofens niclit dauernd Sauerstoff zugegeben werden muß. Der Sauerstoff dient der Umstellung von einem Gleichgewichtszustand auf den anderen. Eine solche Umstellung wird 4- bis 8 Stunden dauern. Man könnte hierfür eine Zeit benutzen, in der andere Sauer stoff verbraucher des Hüttenwerkes, z. B. die Konverter im Stahlwerk oder die Flämm-Maschinen im Walzwerk, stillstehen, so daß für die Einführung des neuen Verfahrens am Hochofen keine zusätzliche Sauerstofferzeugungskapazität im Hüttenwerk geschaffen werden muß.

Analog läßt sich der Erfindungsgedanke auch so durchführen, daß anstelle des vorübergehenden SauerstoffZusatzes der Ofen zeitweise mit Wärmeüberschuß durch erhöhten Kokssatz gefahren wird.· Beispielsweise könnte die Umstellung von einem Gleichgewichtszustand auf den anderen dann wie folgt durchgeführt werden:

Der Ofen wird zunächst mit höchster Leistung und etwa 600 kg Koks je Tonne Roheisen bei einer Windtemperatur von 1250 gefahren (Gleichgewichtszustand 1). Jetzt wird bei der Begichtung der Möllersatz so erleichtert, daß bei gleichem Koksdurchsatz ge Stunde die Roheisenerzeugung zurückgeht, und der Ofen im Gestell mit Wärmeüberschuß arbeitet. Dieser Wärmeüberschuß wird ,, jetzt benutzt, um Spaltgas einzuführen und dieses soweit zu erhitzen, daß das Gestell nicht zu kalt wird. Durch dieses zugeführte Gas wird nun die indirekte Reduktion gesteigert; zur entsprechenden Zeit und in entsprechendem Ausmaß wird Reduktionskoks und Heizkoks abgezogen und der Satz allmählich wieder erhöht, bis die frühere Roheisenerzeugung wieder erreicht ist. Die Abkühlung des Gestells durch das eingeleitete Spaltgas wird dadurch verhindert, daß ein Teil der Wärme, die im Gleichgewichtszustand 1 zur direkten Reduktion benötigt wurde, im Gleichgewichtszustand 2 der Erwärmung des Zusatzgases dient. In dem Ausmaß, wie durch das zugesetzte Gas die indirekte Reduktion gesteigert wird, kann nunmehr Koks eingespart werden. Nach diesem zweiten Vorschlag wird also der zusätzliche Wärmebedarf im Gestell fur das zu erwärmende Spaltgas, der nach Vorschlag 1 durch zeitlich begrenzten Sauerstoffzusatz zum Hoch-

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ofenwind geschaffen wurde, durch eine vorübergehende Zurücknahme der Produktion bei gleichem Koksdurchsatz je Zeiteinheit aufgebracht.

Im Rahmen der oben gegebenen Schilderung des neuen Verfahrens wird die Gasmenge, die zugesetzt werden kann, wesentlich bedingt durch den Wärmehaushalt des Gestells. Sie ist aber auch dadurch begrenzt, daß die gesamte, das Gestell verlassende Gasmenge je Tonne Roheisen nicht erhöht werden darf, da anderenfalls der gleichmäßige Niedergang der Beschickung infolge des höheren St-römungs wider Standes in der Be schickungs säule nicht mehr gewährleistet ist. Deshalb soll nach der Erfindung die zugesetzte Spaltgasmenge möglichst so groß sein wie z. B. die beim Sauerstoffzusatz eingesparte Stickstoffmenge. Dann wird praktisch eine gewisse Stickstoffmenge im Gestell durch Spaltgas ersetzt. Wenn das Spaltgas mit reinem Sauerstoff erzeugt wird, besteht es im wesentlichen aus Kohlenoxyd und Wasserstoff. Diese haben fast die gleiche spezifische Wärme wie der Stickstoff, so daß beim Mengenausgleich auch der Wärmehaushalt ausgeglichen ist.

Auch wenn bei höherer indirekter Reduktion außer dem Reduktionskoks ein Teil des Heizkokses eingespart wird, vermindert sich die im Gestell entstehende Gasmenge je Tonne Roheisen. Denn entsprechend der Minderung der Heizkoksmenge wird weniger Wind eingeblasen. Diese Gasmengenminderung kann nun wiederum durch zugesetztes Spaltgas ausgeglichen werden, so daß die Gesamtgasmenge, die das Gestell verläßt, nicht größer ist als im Gleichgewichtszustand 1, bei dem der öfen ohne Spaltgas betrieben wurde.

Das neue Verfahren ermöglicht eine Festlegung der Gasmenge und Gasanalyse in weiten Grenzen. Diese Möglichkeit soll erfindungsgemäß so ausgenutzt werden, daß die Gaszusammensetzunp; beim Verlassen des Hochofens, insbesondere das Verhältnis von Kohlensäure zu Kohlenoxyd, dem Gleichgewicht zwischen Eisen, Wi'ntit, Kohlenstoff, Kohlenmonoxid,' Kohlendioxyd (z. B. bei 7'-³C)⁰ rund J8 °/> Kohlensäure im Kohlensäure-Kohlendiöxydgemisoh) entsprich b. Das Gleiche gilt für den Wasserdampf

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bzw. Wasserstoffgehalt. Wenn der gesamte Erzsauerstoff durch indirekte Reduktion beseitigt werden soll, müssen rund 600Ifcbm Kohlensäure und Wasserdampf je Tonne Roheisen aus indirekter Reduktion entstehen." Da gemäß praktischer Erfahrungen entsprechend der Gleichgewichtslage der Anteil Kohlensäure zwischen 35 und 4-0 % liegt, müßte die gesamte, im Oberofen zur Wirkung kommende Summe von Kohlenoxyd und Wasserstoff 600 : 0,35 1715 Ncbm je Tonne Roheisen betragen. Bei höherem Wasserstoffgehalt liegt diese Zahl etwas niedriger, weil der Reduktionswirkungsgrad des Wasserstoffs besser ist.

Wenn der gesamte Reduktionskoks und der auf direkte Reduktion entfallende Heizkoks eingespart werden soll, müßte die obengenannte Zahl erreicht werden. Weil viele im Hochofen verbrauchte Erzsorten der indirekten Reduktion nur schwer zugänglich sind, wird sich dieses Ziel meist nur zum Teil erreichen lassen. Es sollte aber durch entsprechende Einstellung der Gasmenge und der Gaszusammensetzung versucht werden, sich diesem Ziel möglichst weit zu nähern.

Um den Wärmehaushalt des Gestells mit dem eingeblasenen Spaltgas möglichst wenig zu belasten, soll der Spaltprozeß bei möglichst hoher Temperatur durchgeführt werden. Zu diesem Zweck ist es sinnvoll, die Spaltung mit hoch vorgewärmtem Wind oder mit reinem Sauerstoff durchzuführen. Andererseits ist- aber dann die Einführung des heißen Spaltgases in das Gestell apparativ nicht einfach durchzuführen. Aus diesem Grund soll nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bei der Spaltung Wasserdampf zugesetzt werden, so daß das Spaltgas vor der Einführung in das Gestell z. B. auf eine der Windtemperatur entsprechende Temperatur (125O⁰) abgekühlt wird. Die bei der Spaltung des üles verfügbare Wärme wird dann zum Teil in Form des Heizwertes des bei der Wasserdampfspaltung entstehenden Wasserstoffs und Kohlenoxyds in den Ofen eingebracht.

Wenn durch Verwendung von reinem Sauerstoff beim Spalten und durch Anreicherung des Hochofenwindes mit Sauerstoff der Stick-

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stoffgehalt des Gichtgases nicht allzu hoch liegt, ist es
möglich, einen Teil des Gichtgases der Spaltapparatur zuzuführen und dadurch Öl einzusparen. Zweckmäßig ist es in diesem Falle, das umlaufende Gas vor der Einführung in den Spaltapparat von Kohlensäure und Wasserdampf zu befreien. Falls der Hochofen anstatt mit Wind ausschließlich mit reinem Sauerstoff betrieben wird, kann die ganze Gichtgasmenge, nachdem sie durch Abkühlung und Druckwäsche von Wasserdampf und Kohlensäure befreit ist, der Spaltapparatür zugeführt werden. Die benötigte
Heizölmenge geht dann etwa um 66 % zurück.

Im Vorstehenden wurde das neue Verfahren hauptsächlich am Beispiel der ülspaltung beschrieben. Ein wesentlicher Vorteil besteht aber gerade darin, daß in der Spaltvorrichtung gasförmige, flüssige und feste, insbesondere auch staubförmige Brennstoffe beliebiger Art benutzt werden können.

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Claims

- 7 - Ansprüche

Anspruch 1

Verfahren zum Betrieb von Schachtöfen, insbesondere Hochöfen, unter Verwendung von Koks und zusätzlichem Brennstoff, bei dem Kohlenoxyd- und Wasserstoffgas, das aus dem Zusatzbrennstoff durch Zersetzung und Teilverbrennung außerhalb des Hochofens erzeugt wird, in das Gestell eingeblasen und die dabei' eintretende Abkühlung des Gestells durch Sauerstoffanreicherung und/ oder Temperatursteigerung des Windes ausgeglichen wird, dadurch gekennzeichnet , daß durch die obengenannten Mittel der Hochofen aus der einen Gleichgewichtslage in eine zweite, durch stärkere indirekte Reduktion gekennzeichnete Gleichgewichtslage gebracht wird, in der die durch gesteigerte indirekte Reduktion eingesparte Wärme zur Temperaturerhöhung des zugesetzten Spaltgases benutzt wird, so daß der Sauerstoffzusatz und/oder die Temperaturerhöhung des Hochofenwindes nach Erreichung der zweiten Gleichgewichtslage ganz oder teilweise zurückgenommen werden können.

Anspruch 2

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der für die Aufheizung des Spaltgases im Gestell notwendige Wärmebedarf zeitweise durch Erhöhung des Kokssatzes je Tonne Roheisen gewonnen wird, bis nach Erreichung des zweiten Gleichgewichtszustandes die durch verringerte direkte Reduktion gewonnene Wärme zur Erwärmung des Spaltgases benutzt werden kann.

Anspruch 5

Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die im zweiten Gleichgewichtszustand das Gestell je Zeiteinheit verlassende Gasmenge der

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des ersten Gleichgewichtszustandes möglichst angenähert wird .

Anspruch 4- - ■

Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine"solche Zusammensetzung des Spaltgases, daß das Verhältnis von Kohlensäure zu Kohlenoxyd und Wasserdampf zu Wasserstoff des den Ofen verlassenden Gichtgases möglichst dem Gleichgewicht zwischen Eisen, Wüstit und Kohlenstoff entspricht.

Anspruch j?

Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der zugesetzten Gasmenge und -zusammensetzung, daß die das Gestell verlassende Gasmenge je Tonne Roheisen im Höchstfalle rund 1700 Ncbm Kohlenoxyd und/oder Wasserstoff enthält.

Anspruch 6

Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet , daß die Spaltung des Zusatzbrennstoffes außerhalb des Ofens mit Hilfe von heißem Wind oder Sauerstoff durchgeführt und die Temperatur durch Zugabe von Wasserdampf oder anderen Wasserstoffträgern soweit gesenkt wird, daß das Spaltgas ohne apparative Schwierigkeiten in das Gestell eingeblasen werden kann, z. B. auf die Windtemperatur.

Anspruch 7

Verfahren nach den Ansprüchen T bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Gichtgas ganz oder zum Teil nach Befreiung von Kohlensäure und Wasserdampf der Spaltapparatur zusammen mit dem Zusatzbrennstoff zugieitet'und erneut durch den Ofen geführt wird.

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