DE2246615C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Entschwefelung von Roheisen - Google Patents

Description

Die Entschwefelung des Roheisens außerhalb des Hochofens, die bei der Verhüttung kieselsäurereichen Erzes infolge der sauren Schlacke (Schlackenziffer gleich oder kleiner als 0,8) notwendig ist, erweist sich auch beim Betrieb des Hochofens mit basischer Schlacke (Schlackenziffer größer oder gleich 1,0) als nützlich, insbesondere wenn ein sehr niedriger Schwefelgehalt erreicht werden muß. Die Entfernung des Schwefels durch Zusatz von Soda und anderen Ent-Schwefelungsmitteln nach dem Abstich ist wirkungsvoller und meist auch billiger als die Erreichung eines gleichen Schwefelgehaltes durch Steigerung der Basizität der Hochofenschlacke. Daher sind in letzter Zeit viele Vorschläge zur Verbesserung der Entschwefelungsverfahren gemacht worden.

Häufig werden die Entschwefelungsmittel, z. B. staubförmige Soda, vor und während des Abstichs in die Roheisenpfanne gegeben. Der dabei entstehende Verstaubungsverlust ist groß und die Trennung der entstehenden Schlacke vom Roheisen schwierig. Um eine intensive Mischung zu bekommen, werden Rührwerke und Schüttelpfannen benutzt. Wegen der Schwierigkeiten, die bei der Ablagerung der Sodaschlacke entstehen, bemüht man sich, andere Entschwefelungsmittel, z. B. Kalk und Calcium-Karbid, zu benutzen. Dieses wird bei einem häufig angewandten Verfahren mit Gas in das Roheisen eingeblasen. Die Wirkung ist örtlich begrenzt und eine Trennung der Schlacke von Roheisen schwierig. Deshalb sind vielerorts U-rohrförmige Durchlaufgefäße für das Roheisen im Betrieb. Das Eisen durchströmt dabei eine im Einlaufschenkel befindliche Schlackenschicht. Diese wird z. T. mitgerissen, steigt aber im Einlautschenkel wieder nach oben, so daß im Auslaufschenkel das Roheisen verhältnismäßig schlackenfrei abfließen kann. Dabei ist für eine weitgehende Entschwefelung die Berührungszeit mit der Schlacke zu kurz. So ist bisher noch kein Verfahren entwickelt worden, das den steigenden Qualitätsansprüchen genügt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem apparativ einfach durchzuführenden Verfahren eine große Reaktionsfläche und eine hohe

Relativgeschwindigkeit zwischen den Entschwefelungsmitteln und dem Rcheisen miteinander zu kombinieren und dadurch gegenüber den bekannten Verfahreneine bessere und wirtschaftlichere Entschwefelung zu erreichen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Entschwefelung von Roheisen, bei dem das Roheisen unter Zusatz feinverteilter, fester, flüssiger oder gasförmiger Entschwefelungsmittel durch ein U-förmiges Reaktionsgefäß geleitet wird, erfindungsgemäß die Geschwindigkeit des Roheisens beim Durchströmen des Reaktionsgefäßes durch Verkleinerung des Strömungsquerschnittes unter Verminderung des Druckes gesteigert und dann durch Erweiterung des Strömungsquerschnittes unter Steigerung des Druckes wieder vermindert. Der Querschnitt des vom Roheisen durchströmten Reaktionsgefäßes wird also an einer oder an mehreren Stellen nach Art eines Venturi-Rohres eingeschnürt und wieder aufgeweitet. Bei einer Beschleunigung werden die Schlackentröpfchen in die Länge gezogen. Ihre Oberfläche, d. h. die Reaktionsfläche zwischen Roheisen und Schlacke, wird dabei vergrößert. Außerdem entsteht ein Geschwindigkeitsunterschied zwischen Schlacke und Roheisen, weil bei der Beschleunigung des Gemisches von Schlacke und Roheisen das leichtere Medium dem schwereren vorauseilt. Das verbessert die Durchmischung und begünstigt die Reaktion zwischen Roheisen und Schlacke.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird wenigstens ein Teil der Entschwefelungsmittel dem Roheisen an einer Stelle zugeführt, an der der Querschnitt verengt und die Geschwindigkeit gesteigert ist. Dabei wird der Druck so weit gesenkt, daß der statische Druck im Roheisenstrom an dieser Stelle kleiner wird als der der z. B. in Form von flüssiger Schlacke zugeführten Entschwefelungsmittel, so daß diese angesaugt wird. Sie wird vornehmlich dem Trichter des Auslaufschenkels entnommen. Dadurch läuft sie mehrere Male im Kreislauf durch das Reaktionsgefäß, hat also eine lange Berührungszeit mit dem Roheisen und wird restlos ausgenutzt. Die verbrauchte Schlacke wird aus dem Trichter des Ablaufschenkels abgeleitet. Als Ersatz dafür werden neue Entschwefelungsmittel im Trichter des Einlaufrohres oder an der engsten Stelle des Reaktionsgefäßes zugeführt. Bei Verwendung von staubhaltigem Gas kann der Druck an dieser Stelle unter 1 ata gesenkt werden, so daß ein Gas, welches z. B. Atmosphärendruck hat, angesaugt wird.

Infolge der U-rohrförmigen Ausbildung des vom Roheisen durchströmten Gefäßes fließt dann das Roheisen zunächst durch eine Schlackenschicht im Einlaufschenkel, reißt dabei einen Teil der Schlacke mit in den Einlaufschenkel und strömt weiter nach unten. Bei großer Geschwindigkeit wird die Schlacke mitgerissen, bei kleiner steigt sie wieder nach oben. Das Roheisen fließt dann durch einen waagerechten Steg zum Auslaufschenkel und steigt in diesem nach oben. Dort wird das Roheisen durch einen Syphon abgeleitet, während die mitgerissene Schlacke sich über dem Roheisen im Auslaufschenkel ansammelt. Beim Durchfließen des U-rohrförmigen Gefäßes wird die Relativ-Geschwindigkeit zwischen Roheisen und Schlacke geändert: Im Einlaufschenkel bleibt die Schlacke wegen ihres geringeren spezifischen Gewichtes zurück, im Auslaufschenkel eilt sie vor.

Die sich auf dem Roheisenspiegel im Ablaufschenkel sammelnde Schlacke wird nun in weiterer Entwicklung der Erfindung durch eine Leitung zu der venturiartig verengten Stelle des Einlauf schenkeis geleitet und dort angesaugt. Sie beschreibt dann einen stetigen Kreislauf in inniger Durchmischung mit dem durchlaufenden Roheisen. Dabei werden eine lange Beruh; ungszeii, eine große Reaktionsfläche und eine hohe Relativgeschwindigkeit in idealer Weise kombiniert.

Bei einer anderen Durchführungsari des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die im Einlaufschenkel über dem Roheisenspiegel sich sammelnde Schlacke an der verengten Stelle des Einlaufschenkels angesaugt.

Die Durchflußgeschwindigkeit des Roheisens soll unterhalb der Ansaugestelle so groß gehalten werden,

*5 daß die im Einlaufschenkel angesaugte Schlacke mitgerissen wird. Sie sammelt sich dann über dem Roheisen im Ablaufschenkel. Die Höhe der sich dort bildenden Schlackenschicht wird bestimmt durch die Lage der Schlackenablaufrinne. Diese kann so hoch gelegt werden, daß die Schlacke vermöge eigener Schwerkraft durch eine Verbindungsleitung in den Einlauftrichter zurückfließt. Von dort wird sie dann - wie oben ausgeführt — zur venturiartig verjüngten Stelle des Einlaufschenkels geleitet und dort ange-

^a5 saugt. Es bestehen also grundsätzlich zwei Möglichkeiten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens:

1. Die unmittelbare Rückführung der entschwefelten Schlacke aus dem Schlackenbad des Ablaufschenkeis zu der venturiartig verjüngten Stelle des Einlaufschenkels zwecks Ansaugung an dieser Stelle.

2. Eine Rückführung der Schlacke durch eigene Schwerkraft aus dem Ablaufschenkel in den Trichter des Einlaufschenkels und eine Weiterleitung von dort zu der engsten Stelle des Einlaufschenkels zwecks Ansaugung an dieser Stelle.
Beide Verfahren können auch gleichzeitig angewandt werden.

Die venturiartigen Verengungen des vom Roheisen durchströmten Gefäßes können in größerer Zahl hintereinander angeordnet werden. An jeder dieser Stellen können Enischwefelungsmittel zugeleitet weiden.

Die Querschnittsänderung hat aber auch ohne Zuleitung der Entschwefelungsmittel einen positiven Einfluß auf die Entschwefelung. Wird nämlich im Sinne der Strömungsrichtung der Querschnitt verkleinert, so eilt in dem Gemisch von Eisen und Schlacke die letztere wegen ihres geringeren spezifischen Gewichtes vor. In dem dann folgenden Teil mit konstantem Querschnitt erfolgt wieder ein Geschwindigkeitsausgleich. Bei der Aufweitung des Querschnitts wird die Schlacke stärker abgebremst als das Eisen; so entstehen an jeder Querschnittsveränderung Unterschiede im Geschwindigkeitsverhältnis zwischen dem Roheisen und der Entschwefelungsschlacke, d. h. die Relativgeschwindigkeit wird vergrößert und damit die Reaktion intensiviert.

Im folgenden sollen verschiedene Anwendungsformen des neuen Verfahrens an Hand der Abbildung beschrieben werden. Aus de; Rinne 1 strömt der Roheisenstrahl 2 in den Trichter 3 des Einlaufschenkels 4. Unterhalb davon befindet sich eine Querschnittsverjüngung 5, ein zylindrisches Rohrstück 6 und eine Querschnittsaufweitung 7. Diese endet im Rohr 8, das mit dem waagerechten Steg 9 verbunden ist. Der Auslaufschenkel 10 des U-rohrförmigen Kör-

peis trägt den Syphon 11, dür an die Roheisenabflußrinne 12 anschließt. Weiter oben befindet sich die Schlackcnabflußrinne 13. Durch das Rohr 14 werden feste oder flüssige Entschwefelungsmittel zugeführt. Vom Ablaufschenkel 10 führt eine Verbindungsleitung 15 zu der verengten Stelle 5, 6, 7 des Einlaufschenkels. Entweder mündet der Schlackenstrom aus Rohr 15 unmittelbar im Roheisenstrom des Rohres 6 und wird durch die hohe Geschwindigkeit des Roheisens in kleine Tröpfchen zerlegt (siehe Zeichnung), oder die Wand des Rohres 6 trägt an der Einmündungsstelle der Leitung 15 kleine Öffnungen, damit die Schlacke 15 fein verteilt in den Roheisenstrom eingeführt wird. Im Trichter 3 befindet sich die Schlackenschicht 16, die aus den durch Rohr 14 zugeführten Stoffen entstanden ist. Das Roheisen in dem Gefäß ist mit 17 bezeichnet, die Schlackenschicht im Auslaufschenkel mit 18.

Mit dieser Vorrichtung wird das Verfahren wie folgt durchgeführt: Zunächst werden in das U-rohrförmige Gefäß 8, 9, 10 Entschwefelungsmittel in fester oder flüssiger Form eingefüllt, dann wird Roheisen aus der Rinne 1 eingeleitet. Dabei bildet sich auf beiden Spiegeln eine Schlackenschicht 16 und 18. Die erste Wäsche des Roheisens mit der Schlacke erfolgt also im Trichter 3. Das Roheisen fließt nun weiter zu der Querschnittsverengung 5, 6, 7 und saugt dort durch die Leitung 15 die Schlacke aus dem Schlackenbad 18 an. Diese strömt mit dem Roheisen in feiner Verteilung durch die Rohrstücke 8,9,10 und fließt zurück ins Schlackenbad 18, während das Roheisen durch den Syphon 11 und die Rinne 12 abgeleitet wird. So fließt die Schlacke mehrfach durch das das Gefäß durchströmende Roheisen. Wenn nötig, werden aus Leitung 14 laufend Entschwefelungsmittel zugesetzt. Wenn die Schlacke im Ablaufschenkel die Höhe der Rinne 13 erreicht, fließt sie ab. Wird der Anschluß der Leitung 15 an das Rohr 10 tiefer gelegt, etwa in die Höhe des Roheisenspiegels, so fließt ein Teil des Roheisens mit in den Kreislauf durch die Rohre 6, 7, 8, 9, 10, 15.

Ein zweiter Verfahrensweg ergibt sich — wie oben beschrieben -, wenn der Schlackcnraum 18 durch eine Leitung 19 (gestrichelt gezeichnet) mit dem Trichter 3 des Einlaufsehcnkels 4 verbunden wird. Vermöge ihrer Schwerkraft fließt dann die Schlacke aus dem oberen Teil des Auslaufschenkels in den Trichter 3 des Einlaufschenkels zurück. Von hier wird sie durch die Leitung 20 (gestrichelt gezeichnet) zu der verengten Stelle 5. 6. 7 des Einlaufschenkels 4 geleitet und dort vom Roheisenstrom angesaugt. Die Leitung 15 ist dann für die Schlacke nicht mehr erforderlich. Sie kann - wie oben beschrieben - zur Rückleitung eines Roheisen-Teilstromes zum Rohr 6 benutzt oder ganz weggelassen werden. Wenn das Schlackenbad 18 im Ablaufschcnkel 10 hoch genug angestaut ist, läßt sich

¹S die Schlacke 16 in das Roheisen im Rohr 4 einlühien.

So lassen sich noch viele Verfahrensvarianten entwickeln, bei denen durch die Kombination der langen Berührungszeit, der großen Reaktionsfläche und der

«o hohen Relativgeschwindigkeit zwischen Roheisen und Entschwefelungsmitteln eine gute Entschwefelung gewährleistet ist. Notwendigenfalls können auch zwei oder mehr U-rohrförmige Gefäße der beschriebenen Art hintereinandcrgeschaltet werden, so daß der Pro-

»5 zeß mit verschiedenen Schlacken und Entschwefelungsmitteln durchgeführt werden kann. Statt der flüssigen Schlacke, die bei der obigen Beschreibung in den Vordergrund gestellt wurde, läßt sich auch Gas mit staubförmigen Entschwefelungsmitteln an dei verjüngten Stelle 5, 6, 7 des Einlaufschenkels ansaugen. Bei hinreichender Geschwindigkeit des Roheisenstromes 17 im Rohr 8 und im Steg 9 wird dieses Gas mitgerissen und erzeugt im Ablaufrohr 10 einer Auftrieb, der den Roheisen- und Schlackenspiegel ir diesem Rohr anhebt.

In technisch äquivalenter Weise können das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtungen zi seiner Durchführung für die Intensivierung aller Reaktionen angewandt werden, bei denen flüssige Metalle mit festen, flüssigen oder gasförmigen Mittclr behandelt werden, z. B. beim Frischen, Desoxydicrer u. a.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entschwefelung von Roheisen, bei dem das Roheisen unter Zusatz feinverteilter, fester, flüssiger oder gasförmiger Entschwefelungsmittel durch ein U-förmiges Reaktionsgefäß geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Roheisens beim Durchströmen des Reaktionsgefäßes durch Verkleinerung des Strömungsquerschnittes unter Verminderung des Druckes gesteigert und dann durch Erweiterung des Strömungsquerschnittes unter Steigerung des Druckes wieder vermindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Roheisenstrom wenigstens ein Teil der Entschwefelungsmittel an einer Stelle zugeführt wird, an der die Geschwindigkeit des Roheisenstromes durch Querschnittsminderung gesteigert und der Druck erniedrigt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein solches Ausmaß der Drucksenkung an der Zuführungsstelle (6) der Entschwefelungsmittel, daß der statische Druck der darüber befindlichen Roheisen- und Schlackensäule ganz oder teilweise aufgehoben und das Entschwefelungsmittel angesaugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die über dem Roheisenspiegel im Ablaufschenkel (10) sich sammelnde Schlacke (18) mittels einer Verbindungsleitung (15) zu einer Stelle (6) des Einlaufschenkels geführt wird, an welcher der Querschnitt verkleinert ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die über dem Roheisenspiegel im Einlaufschenkel (4) sich sammelnde Schlacke (16) mittels einer Verbindungsleitung (20) zu einer Stelle (6) des Einlaufschenkels geführt wird, an welcher der Querschnitt verkleinert ist.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlackenmenge (18) über dem Roheisenspiegel im Ablaufschenkel (10) in dem Maße gesteigert wird, daß sie vermöge eigener Schwerkraft durch eine Verbindungsleitung (19) in den Trichter (3) des Einlaufschenkels (4) zurückfließt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 6, gekennzeichnet durch Rückführung der Schlacke (18) aus dem Ablaufschenkel (10) in den oberen Teil (3) des Einlaufschenkels und Weiterführung dieser Schlacke zu einer verengten Stelle (6) des Einlaufschenkels.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des vom Roheisen durchflossenen U-förmigen Gefäßes (3, 4, 8, 9, 10) in Richtung der Strömung verengt (5), dann konstantgehalten (6) und dann wieder aufgeweitet ist (7).

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der verengten Stelle (6) des vom Roheisen durchflossenen Gefäßes Zuführungsvorrichtungen (15) für die Entschwefelungsmittel angebracht werden.

K). Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen am Alilaulschenkel (10) de^ U-förmigen Gefäßes angebrachten Syphon (11) zur Ableitung des Roheisens.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Verbindungsleitung (15) vom Schlakkenbad (18) oberhalb des Roheisens im Ablaufschenkel (10) des U-förmigen Gefäßes zu einer verengten Stelle (6) im Einlaufschenkel dieses Gefäßes.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Verbindungsleitung vom Schlackenbad (16) oberhalb des Roheisens im Einlaufschenkel des U-förmigen Gefäßes zu einer verengten Stelle (6) dieses Einlaufschenkels.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7 und nach den Ansprüchen 8 bis 12, gekennzeichnet durch Hintereinanderschaltung mehrerer von Roheisen und Schlacke durchflossener Gefäße.