DE2121241C3 - Verfahren zur Reduktion von Erzen zu Roheisen im Hochofen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reduktion von Erzen zu Roheisen im Hochofen, bei dem Koks und Öl als Reduktionsmittel benutzt werden, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei den klassischen Verfahren der Roheisenherstellung im Hochofen erfolgt die Reduktion der Eisenoxyde mittels hochwertiger kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel, wie Koks oder Holzkohle. Die jahrelangen Bemühungen um eine Leistungssteigerung und gleich· zeitige Kostensenkung der Roheisenherstellung im Hochofen haben dazu geführt, einen Teil des teueren und voluminösen Hüttenkokses durch öl oder Erdgas zu ersetzen.

Im Rahmen der Verfahren, welche mit ölzusatz arbeiten, ist galtungsgemäß bekanntgeworden, das öl unter Verwendung rohrförmiger Lanzen durch die Blasform des Hochofens einzubringen. Ein derartiges Verfahren ist in »Stahl und Eisen«, 1962, S₁ 1476/85 beschrieben. Die dort beschriebenen Versuche erstrek* ken sich auf Ölmengen von 20 bis 115 kg/t Roheisen. Diese Untersuchungen führten zu dem Ergebnis, daß bis zu £0 kg Öl/t Roheisen zu vertreten sind, daß aber bei höheren Ölmengen von z. B. 92 kg Öl/t oder 115 kg öl/t sich schaumiger Öl ruß abschied, daß dieser ölruß die Gasreinigung beeinträchtigte, und daß der Ofen bei den höheren ölmengen unregelmäßig und steif ging (s. S. 1482 [rechte Spalte] und S, 1484).

über ähnliche Untersuchungen bei der VOEST berichten G. Haus wir th und H. Mayer in »Berg- w und hüttenmännische Monatshefte« (1963, Nr. 11, S. 380—91, insbes. 390 linke Spalte). Es wurde Schweröl in Mengen von 30 bis 117 kg/t Roheisen zugesetzt, wobei bis zu 70 kg/t Roheisen Spuren von ölruß beobachtet wurden, während bei einer ölrate von 95 kg sichtbare hi Mengen auftraten und es bei 117 kg zu Schwierigkeiten bei der Elektro-Gichtgasreinigung kam. Die gleichen Schwierigkeiten zeigten sich bei Versuchern der STEEL COMP, of WALES, über die in »Journal of the Iron and Steel Inst« (Sept 1961, S. 69/75, insbes. S. 71, rechte Spalte) berichtet wird.

Die Zus&rnmenschau dieser Berichte ergibt, daß beim gattungsgeraäßen Verfahren, bei dem das öl unter Verwendung einer rohrförmigen Lanze in die Blasdüsen des Hochofens eingebracht wird, je nach Betriebsbedingungen 60 bis 80 kg öl je Tonne Roheisen in den Hochofen eingebracht werden können. Hierbei wird das öl zu Tröpfchen in einer Größe von etwa 50 bis 100 Mikron zerstäubt Die Begrenzung der Menge ergibt sich daraus, daß unter den angegebenen Betriebsbedingungen (Windgeschwindigkeit, Windtemperatur) größere ölmengen nicht ausreichend fein zerstäubt werden können. Mit steigender ölmenge wächst die Tröpfchengröße, so daß die Zeit zur Vergasung im Reaktionsraum (Raum von der Lanzenmündung bis zur Koksfront) nicht ausreicht Die Folge davon ist daß die nicht vergasten Öltröpfchen beim Auftreten auf den heißen Koks Ruß bilden, so daß es zu Störungen im Hochofengang kommt Die Rußbiidung bei Einsatz größerer Ölmengen kann vermieden werden durch Verwendung kommerzieller Brennerkonstruktionen, wie Druckzerstäuberbrenner, Dampfzerstäuberbrenner oder Preßluftzerstäuberbrenner, die unter bestimmten Umständen eine ausreichend feine Zerstäubung des Öls ermöglichen. Versuche mit diesen Brennertypen haben jedoch gezeigt daß für die Installation dieser Anlagen erhebliche Aufwendungen notwendig sind. Außerdem treten Schwierigkeiten bei ihrer Bedienung auf, und die Anlagen zeigen Mängel in der Betriebssicherheit Diese Schwierigkeiten treten bei den seit Jahren im Einsatz bewährten Rohrlanzen nicht auf.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Vorteile bei Verwendung der einfachen Rohrlanze auszunutzen und gleichzeitig den ölanteil im Hochofen weiter zu erhöhen, ohne daß die lästige Rußbildung auftritt. Es sollen Lösungsmerkmale für das gattungsgemäße Verfahren angegeben werden, die es ermöglichen, bei Verwendung einfacher und betriebssicherer Mittel den teueren und voluminösen Koksanteil im Hochofen weiter herabzusetzen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Merkmalskombination.

Als öl seien insbesondere Schweröl, Rückstandsöl, Heiz- oder Brennöl genannt Die einzubringende Wasser-in-öl-Emulsion kann in Homogenisatoren hergestellt werden. Besonders vorteilhaft ist es, eine Emulsion in den Hochofen einzubringen, die in einem Hochdruck-Homogenisator hergestellt wurde. Es kann unter bestimmten Umständen — wie im Falle einer Zwischenlagerung — zweckmäßig sein, den Emulsionen Emulgatoren zuzusetzen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man eine ausgezeichnete Ölzerstäubung infolge von Mikroexplosionen, die von der Verdampfung kleiner Wassertröpfchen in der geschlossenen Ölphase herrühren. Gegenüber den vorbekannten Verfahren ist es dadurch möglich, mehr als die doppelte Menge öl in den Hochofen einzubringen, ohne daß es zu der unerwünschten Rußbiidung kommt.

Hält man sich die in der Fachwelt über viele Jahre bekannten Schwierigkeiten beim Einbringen großer ölmengen vor Augen, so ist es als verblüffend anzusehen, unter welch einfachen verfahrensmäßigen Voraussetzungen trotz erheblicher ölmenge die Verwendung der einfachen Rohrlanze möglich ist. Diesen Weg hat die Fachwelt offenbar nicht gesehen, denn sie

hat zur Lösung der Schwierigkeiten beim Einbringen erhöhter ölmengen als Reduktionsmittel allenfalls den Einsatz komplizierter Zerstäuber vorgeschlagen.

Sieht man vom gattungsgemäßen Verfahren ab, so ist es grundsätzlich nicht neu. Wasser und öl gleichzeitig in "■ den Hochofen einzubringen. Aus der US-PS 21 75 517 ist der Vorschlag bekannt, dem Hochofen Wasser zuzuführen, mit der Absicht, die im Hochofen eintretende Spaltung des Wassers in Sauerstoff und Wasserstoff für Reaktionen im Hochofen auszunutzen. Da das Einbringen größerer Wassermengen Nachteile hat, soll nach dieser Patentschrift dem Wasser öl zugesetzt werden, dessen Verbrennung die notwendige Spaltwärme für das Wasser liefert. Zur Erläuterung dieser Maßnahme wird die Verwendung einer Wasserin-ÖI-Emulsion mit 50% Wasser und 50% öl herausgestellt und als Normalfall bis in alle Einzelheiten durchgerechnet Als Grenzen für den Wassergehalt werden 70 bzw. 15% angegeben. Die genannten hohen Wassermengen sollen nach der Patentschrift in den Hochofen eingebracht werden können, weil die Verbrennung des in der Emulsion enthaltenden Öles für die Wasserabspaltung die notwendige Wärme liefert. Die Patentschrift gibt damit die Anweisung, soviel Wasser wie möglich zur Bildung von Wassergas in den Hochofen einzubringen und diesem Wasser Öl beizugeben, damit der Wärmebedarf für die Wasserspaltung durch die Ölverbrennung gedeckt wird. Da eine rasche Verbrennung des Öls gefordert ist, muß die Emulsion durch Zerstäubungsdüsen in den Hochofen eingesprüht JO werden.

Zur Beheizung des Hochofens mit flüssigen Brennstoffen ist es aus der GB-PS 11 51 τ64 bekanntgeworden, zunächst Wasser in den flüssigen Brennstoff einzuleiten und dann den flüssigen Bi innstoff in einer sogenannten Entspannungskammer zu entspannen, wobei in dieser Entspannungskammer gleichzeitig mit der Entspannung Druckgasstrahlen gegen den flussigen Brennstoffstrom gepreßt werden. Der Wasseranteil kann 5 Vol.% der Brennstoffmenge ausmachen. Das *o Aufeinanderauftreffen von Brennstoffstrahl und Druckgasstrahl in der Entspannungskammer soll in Kombination mit der Brennstoffentspannung und Wasserverdampfung eine innige Vermischung von Brennstoff und Druckgas bewirken. -15

Losgelöst von der vorliegenden Gattung und Problemstellung ist es schließlich bekannt, Brennern von Heizanlagen den Brennstoff öl als Wasser-in-öl-Emulsion zuzuführen, um durch eine Nachzerstäubung des in den Feuerraum gesprühten Brennstoffs eine vollständige Verbrennung zu erzielen. Je nach der Viskosität des Öls wird gemäß der GB-PS 9 69 051 ein Wassergehalt von 26—40% vorgeschlagen. In der GB-PS 1096 597 macht die AUTO-COMBUSTIONS-LTD den Vorschlag, beim Beheizen von Brennöfen, in denen z. B. Steine gebrannt werden, den Brennern eine Wasser-in-öl-Emulsion mit 10—50% Wasser zuzuführen, um die Ausbildung der Brennernamme zu beeinflußen und eine Vergleichmäßigung der Temperatur im Feuerraum zu erzielen. Zur Bildung und Aufrechterhaltung der Emulsion werden das öl und das Wasser zwischen Pumpe und Brenner kontinuierlich im Kreislauf umgewälzt und aus dem Kreislauf heraus dem Brenner zugegeben. Der Wasseranteil verbessert die Zerstäubung und bewirkt eine breitere und längere Flamme mit niedrigerer Temperatur. Hierdurch wird vermieden, daß durch eine zu heiße enge Flamme das in Flammennähe liegende Brenngut überbrannt und das weiter weg liegende Brenngut zu wenig gebrannt wird. Auch Hansen berichtet in seinem Buch »ölfeuerungen« (Springer-Verlag 1970), Seiten 134/135, in dem Kapitel Verbrennungshilfe, über diese Art Erzeugung weicher Flammen (Entleuchtung), wobei er Wassergehalte von 5—30% anführt und das Emulgierverfahren der AUTO-COMBUSTIONS LTD. erwähnt

Diese Lösungevorschläge, die sich auf eine Verbrennungshilfe bei von Brennern versprühten Brennstoffen beziehen, berühren nicht die Problemstellung, eine möglichst große Menge Öl als Reduktionsmittel in den Hochofen einzubringen. Daß die Fachleute keinen Zusammenhang sehen, zeigt nicht zuletzt das Buch von Hansen, welches sich an anderer Stelle (S. 427—434) ausführlich mit dem Problemkreis »öl als Reduktionsmittel im Hochofen« befaßt, ohne über den Stand der Technik hinauszugehen, der eingangs in Verbindung mit dem gattungsgemäßen Verfahren gewürdigt wurde.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet erstmalig die Möglichkeit, bei Einsatz einfacher und betriebssicherer Mittel zu einer erheblich wirtschaftlicheren Roheisenherstellung zu kommen. Da die Verwendung der einfachen rohrförmigen Lanze möglich ist, werden die beim Einsatz der eingangs beschriebenen Brennerkonstruktionen auftretenden Schwierigkeiten vermieden. Wenn man die Emulsion mit einer Geschwindigkeit von 100 bis 300m/sec und bei einer Windtemperatur von 1000 bis 1400° C in den Bereich der Blasdüse einbringt, erreicht man eine Ölteilchengröße im Reaktionsraum von praktisch 0 bis 30 Mikron.

Normalerweise wird die Emulsion mit einem Druck, der 1 —2 Atm. höher liegt als der Druck des Blaswindes, in die Blasdüse eingebracht. Vorzugsweise bringt man die Emulsion unter einem zusätzlichen Druck von mind. 10 Atm. ein. Besonders vorteilhaft hat sich ein zusätzlicher Druck von 40—50 Atm. erwiesen.

Bei praktischen Versuchen konnten auf eine Koksmenge von 350 kg/t Roheisen 150 kg Öl eingebracht werden, ohne daß die unerwünschte Rußbildung auftrat.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reduktion von Erzen zu Roheisen im Hochofen, bei dem Koks und öl als Reduktionsmittel benutzt werden, und das öl unter Ver- ϊ Wendung rohrförmiger Lanzen durch die Blasformen des Hochofens eingebracht wird, gekennzeichnetdurchdie Kombination, daß eine erhöhte Menge öl zwischen 90 und 200 kg je Tonne Roheisen eingebracht wird, indem man das öl als Wasser-in-öl-Emulsion einbringt, deren ölanteil 97 bis 85 Vol.-% beträgt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine in einem Hochdruckhomogenisator hergestellte Wasser-in-ÖI-Emulsion ein- is bringt.

3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Emulsion bei einer Windgeschwindigkeit von 100 bis 300 m/s und einer Windtemperatur von 1000 bis 1400⁰C einbringt

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Emulsion unter zusätzlichem Druck von mindestens 10 atm einbringt

5. Verfahren nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Druck 40 bis 50 atm beträgt