DE2166408B2 - Verwendung eines plasmabrenners, der vorzugsweise im innern der blasform eines schachtofens, insbesondere hochofens, angeordnet ist - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Plasmabrenners, der vorzugsweise im Innern der Blasform eines Schachtofens, insbesondere Hochofens, angeordnet ist und dessen Ausgang die "njektionsöffnung zum Injizieren eines Reduktionsgases in den Schachtofen darstellt — insbesondere nach Hauptpatent 21 31 045, Anspruch 8, zum Führen eines Schachtofens, insbesondere eines Hochofens.

Für die Reduktion von ürz mit reduzierenden Gasen ist es, beispielsweise aus der DL-PS 28 565, an sich bekannt, Plasmabrenner zum Herstellen des Reduktionsgases zu verwenden und diese mit einem zu reformierenden Brennstoffgemisch zu speisen. Ein auf diese Weise erzeugtes Reduktionsgas führt aufgrund der höheren erzielbaren Temperaturen und aufgrund geringeren Anfalles an Verunreinigungen zu ökonomischerer und qualitativ verbesserter Stahlerzeugung.

Eingriffsmöglichkeiten in einen Plasmabrenner als solchen zu dessen Betrieb sich an sich bekannt, so im Rahmen der experimentellen Hochtemperatur — Physik die Verwendung elektromagnetischer Induktion zur Erzeugung bzw. Aufrechterhaltung eines Plasma, vergleiche »Der Hochfrequenz-Plasmabrenner« in Elcktro-Technik Nr. 32/33, 1%0 ab S. 288. oder »High-frequency plasma« in New Scientist, Vol. 17 NJr Vif)

Aus der GB-PS 10 68 174 ist die Verwendung eines Plasmabrenners zur Umwandlung von Luft in ein Plasma bekannt, mit dem Ziel, eine metallische Charge in einem Elektroofen zu behandeln, wobei Kohlenwasserstoffe als Bestandteile des Plasma nicht in Betracht gezogen sind.

Aus der DT-OS 15 08 032 ist die Behandlung einer Mineraliencharge auf elektrometallurgischem Wege mittels eines aus Gasen gewonnenen Plasma bekannt,

^IU welches mit großer Geschwindigkeit gegen das Bad geschleudert wird, das sich auf dem Grunde eines Elektroofens zwischen dessen Elektroden hindurchbewegt. Diese spezielle Verwendung von Plasma zur Beeinflussung der Vorgänge in einem Elektroofen steht ersichtlich in keinem technologischen Zusammenhang mit den Vorgängen und Problemen, die Grundlage einer Plasmabrenner-Verwendung eingangs genannter Art sind, weil die Verwendung von Reduktionsgasen in Schachtofen, insbesondere Hochöfen, auf die abwärts wandernde Charge zu ihrer Reduktion gerichtet ist, also nicht auf eine Charge in einem Schmelztiegel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die an sich bekannte Reduktion von Erz mit reduzierenden Gasen unter Verwendung eines Plasmabrenners zum Herstellen des Reduktionsgases den durch das Hauptpatent geschützten Plasmabrenner optimal im Sinne sparsamen Einsatzes von Koks bei Aufrechterhaltung der an sich bewährten Betriebsbedingungen im Hochofen einzusetzen, wozu der an sich durch die

-!0 höheren erzielbaren Temperaturen zu erwartende größere Verschleiß des angewendeten Plasmabrenners möglichst ausgeschaltet und die bei herkömmlicher Anwendung von Plasmabrennern im vorliegenden Zusammenhang verbleibende Verunreinigung im Re-

-S5 duktionsgas weiter reduziert werden soll.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die eingangs genannte Verwendung eines Plasmabrenners gelöst, indem dabei dem Plasmabrenner ein gasförmiger oder flüssiger Kohlenwasserstoff und ein Verbrennungsgas zugeführt werden und in dem Plasmabrenner die Umsetzung des Kohlenwasserstoffes zu dem Reduktionsgas hoher Temperatur erfolgt und diese Temperatur des Reduktionsgases vor dessen Verlassen des Plasmabrenners auf die Flammentemperatur »klassischen Ofenganges gebracht und durch dieses den Plasmabrenner verlassende Reduktionsgas herkömmlicher Wind wenigstens teilweise ersetzt wird.

Die angestrebte Verschleißminderung tritt also dadurch ein, daß lediglich die Flammentemperatur des sogenannten klassischen Ofenganges zum Eingriff in den Ablauf der Schachtofen-Vorgänge herangezogen und dabei der herkömmlicherweise angewandte Wind wenigstens teilweise durch das Reduktionsgas gedämpfter Temperatur ersetzt wird. Dieses Reduktionsgas weist besonders hohen Reinheitsgrad auf, weil zu seinet Gewinnung die aus der Hochtemperatur-Physik bekannten Plasmabrenner anwendbar sind, deren Betriebsweise auf der Anwendung elektromagnetischer Induktion beruht. Dadurch nämlich tritt keinerle

ho Rauchentwicklung in der Reaktionszone mehr auf, unc die erfindungsgemäße Verwendung des Plasmabrenner; nach dem Hauptpatent führt somit außer zu apparativer Vorteilen auch zu einem qualitativ verbesserter Reduktionsgas.

''■'> Diese vorteilhaften Resultate der erfindungsgemäßer Verwendung des Plasmabrenners nach dem Hauptpa tent werden noch gesteigert, wenn gemäß einei zweckmäßigen Weiterbildung der vorliegenden Erfin

dung dem Plasmabrenner ein bereits reformiertes und durch bekannte Mittel vorgewärmtes Reduktionsgas zugeführt wird, das beim Durchgang durch den Plasmabogen des Plasmabrenners erhitzt wird, ehe es in die Blasform des Schachtofens injiziert wird.

Diese Weiterbildung führt auf ein besonders wirtschaftlich gewonnenes, extrem reines und überaus hocherhitzbares Reduktionsgas (mit Temperaturen von mindestens 1800⁰C), und sie stellt insbesondere auch eine sehr ökonomische Verbesserung in dem Bemühen der Fachwelt dar, den »klassischen« heißen Wind zum Betrieb eines Schachtofens wenigstens teilweise zu ersetzen. Das in bedeutendem Umfange die herkömmliche Verwendung von Koks ersetzende, aus dem Plasmabrenner gelieferte Reduktionsgas weist im wesentlichen hohe Anteile an CO, H2 und N2 auf, und es stellt in besserer Weise als der Koks — der teilweise nebenher weiterbenutzt werden kann — die Erwärmung der Reduktion der Charge im Schachtofen sicher.

Auch in diesem Zusammenhang ergibt sich eine umso höhere Einsparung an Koks, je stärker die ansonsten zu verwendende Windmenge verringert wird, ohne die anderen Betriebsbedingungen des Schachtofens zu beeinflussen, wenn das durch den Plasmabrenner erzeugte Hochenergie-Reduktionsgas mit der Flammentemperatur des »klassischen« Ofenganges in den Schachtofen injiziert wird; dadurch ist der Einsatz von Winderhitzern geringerer Leistung möglich, sofern Winderhitzer nicht sogar ganz überflüssig werden, falls nämlich die Menge und die Temperatur des heißen, reformierten und zu injizierenden Gases genügend groß ist.

Durch die vorerwähnte zusätzliche Maßnahme, dem Plasmabrenner ein bereits reformiertes und durch herkömmliche Mittel vorgewärmtes Reduktionsgas zuzuführen, wird dabei der ganz erhebliche zusätzliche wirtschaftliche Vorteil erzielt, daß die Kalorien zum Vorerwärmen des in den Plasmabrenner einzuführende Reduktionsgases auf beliebige andere, herkömmliche und insbesondere wirtschaftliche Weise zur Verfügung gestellt werden können, so daß insoweit entsprechende Energie für die elektromagnetische Betriebseinrichtung des Plasmabrenners selbst eingespart werden kann. Denn die Verwendung klassischer Erwärmungsverfahren zur Erhöhung des zunächst niedrigen Energieniveaus des Gases kann billiger sein als der entsprechende Aufwand zum Betrieb des Plasmabrenners. Der Plasmabrenner selbst wird dann nur noch dazu benutzt, die extrem hohe Temperatur bereitzustellen, also das Energieniveau zusätzlich anzuheben. Durch diese Zweiteilung des Aufheizungsvorganges für das in den Schachtofen zu injizierende Reduktionsgas bleiben einerseits die schon dargelegten Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung des Plasmabrenners beibehalten, während andererseits insgesamt gesehen ein besonders wirtschaftlicher Betriebsablauf erzielt wird.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, eine Temperaturregelung des heißen Reduktionsgases über Beeinflussung des Stromes für den Betrieb des Plasmabrenners vorzunehmen, weil wt dadurch eine besonders genaue Temperaturregelung ermöglicht wird, ohne zusätzliche verfahrenstechnische Eineriffe in den Betriebsablauf zu erfordern.

Verfahrenstechnisch besonders interessant kann es sein, gemäß einer anderen oder zusätzlichen zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung eine Temperaturvariation des heißen Reduktionsgases über Eingriff in die Zusammensetzung der Mischung der dem Plasmabrenner zugeführten Gase vorzunehmen, womit also von dpr bekannten Gesetzmäßigkeit der chemischen Reaktion des Reformierens der Kohlenwasserstoffe mit Sauerstoff Gebrauch gemacht wird. Gemäß diesen allgemein gültigen Reaktionsgesetzten ergibt sich eine Energibilanz und eine Endtemperatur, die vom Volumen und von der Natur des der Reformierung unterworfenen Gasgemisches direkt abhängig ist. In praktischer Verwertung dieser Erkenntnisse wird daher die Temperatur des im Plasmabrenner erzeugten Reduktionsgase:; dadurch beeinflußt, daß in die Zusammensetzung derjenigen Speisegase eingegriffen wird, die Anlaß sind für den Ablauf der Reaktion im Plasmabrenner; denn die Energiebilanz jedes dieser zugeführten Gase ist voneinander unterschiedlich, und diese Gegebenheit wird zur Erhöhung oder Erniedrigung der Endtemperatur des Verfahrensproduktes am Ausgang des Plasmabrenners vorteilhaft herangezogen, indem die der Reformierung im Plasmabrenner zu unterwerfenden Gase in für die gewünschte Temperatur geeigneter Dosierung zugeführt werden, was ohne apparative Schwierigkeiten durchführbar und meßtechnisch überwachbar ist und noch zusätzlich zur Temperaturregelung über den Betriebsstrom erfolgen kann.

Diese Temperaturregelung weist ganz besondere Vorteile im Hinblick auf den beschriebenen Verwendungszweck des Verfahrensproduktes am Ausgang des Plasmabrenners auf, da eine feine und genaue Temperaturregelung, ohne Zufuhr von Ballaststoffen oder Fremdgasen in die Reaktionszone, erfolgt, also die eingangs geschilderten günstigen Bedingungen hinsichtlich des Betriebes eines Hochofens mit dem erfindungsgemäß gewonnenen besonders reinen Reduktionsgas durch diese Temperaturbeeinflussung nicht beeinträchtigt werden.

Während die beschriebene Temperaturregelung in dem niederenergetischen Stadium des Ablaufes eingreift, ist daneben oder statt dessen auch die vorbeschriebene Temperaturregelung im hochenergetischen Stadium des Verfahrensablaufes, d. h. Beeinflussung des Betriebsstromes möglich, und eine Überlagerung dieser Eingriffe ermöglicht es, allen Betriebserfordernissen hinsichtlich der Verwendung des Reduktionsgases für einen Schachtofen optimal zu genügen.

Die Anwendung des erfindungsgemäß erzeugten hochenergetischen Reduktionsgases erlaubt es zwar, den Aufwand an Koks in einem Schachtofen auf einen sehr geringen Anteil der herkömmlichen Menge herabzusetzen, theoretisch sogar auf den Wert Null abzusenken; in der Praxis wird jedoch eine Restkoksmenge in der Größenordnung von 10—80 kg je Tonne weiterhin benutzt. Die Bedeutung dieses Koksrestes liegt darin, die Kohlung des aufbereiteten Metalles zu Ende zu führen, die durch injiziertes CO erst zum Teil bewirkt wurde, und gegebenenfalls die Boudouard-Reaktion oder die »solution Loos«-Reaktion entsprechend zu beeinflussen.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   ι. Verwendung eines Plasmabrenners, der vorzugsweise im Innern de^r Blasform eines Schachtofens, insbesondere Hochofens, angeordnet ist und dessen Ausgang die Injektionsöffnung zum Injiziern eines Reduktionsgases in den Schachtofen darstellt — insbesondere nach Patent 21 31 045, Anspruch 8, —, zum Führen eines Schachtofens, insbesondere eines Hochofens, wobei dem Plasmabrenner ein gasförmiger oder flüssiger Kohlenwasserstoff und ein Verbrennungsgas zugeführt werden und in dem Plasmabrenner die Umsetzung des Kohlenwasserstoffes zu dem Reduktionsgas hoherTemperatur erfolgt und diese Temperatur des Reduktionsgases vor dessen Verlassen des Plasmabrenners auf die Flammentemperatur »klassischen« Ofenganges gebracht und durch dieses den Plasmabrenner verlassende Reduktionsgas herkömmlicher Wind wenigstens teilweise ersetzt wird.
2. 2. Verwendung eines Plasmabrenners nach Anspruch 1, wobei dem Plasmabrenner ein bereits reformiertes und durch bekannte Mittel vorgewärmtes Reduktionsgas zugeführt wird, das beim Durchgang durch den Plasmabogen des Plasmabrenners erhitzt wird, ehe es in die Blasform des Schachtofens injiziert wird.
3. 3. Verwendung eines Plasmabrenners nach Anspruch 1 oder 2 unter Vornahme einer Temperaturregelung des heißen Reduktionsgases über Beeinflussung des Stromes für den Betrieb des Plasmabrenners.
4. 4. Verwendung eines Plasmabrenners nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3 unter Vornahme einer Temperaturvariation des heißen Reduktionsgases über Eingriff in die Zusammensetzung der Mischung der dem Plasmabrenner zugeführten Gase.