DE2404288A1

DE2404288A1 - Verfahren zur wiedergewinnung von reaktionsgassen aus mittels reinem sauerstoff bodengeblasenen und mit kohlenwasserstoffen gekuehlten stahlkonvertern sowie vorrichtung

Info

Publication number: DE2404288A1
Application number: DE2404288A
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr Ing Baum
Original assignee: Verfahrenstechnik Dr Ing Kurt Baum
Current assignee: Verfahrenstechnik Dr Ing Kurt Baum
Priority date: 1974-01-30
Filing date: 1974-01-30
Publication date: 1975-07-31
Also published as: ES434209A1; IT1031198B; FR2259152A1; JPS5024106A; FR2259152B1; US4002467A

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der mit Sauerstoff bodengeblasenen Stahlkonverter, in deren Kühlmantel Kohlenwasserstoffe eingeführt werden, die sich während der Blaszeit unter Bildung von Wasserstoff spalten.

Während die Kohlenwasserstoffe bei dieser Arbeitsweise, die als OBM-Verfahren bekannt ist, über die Dauer der Blasezeit gleichförmig verteilt zugeführt werden, hat sich gezeigt, daß die Bildung von CO-Gas erst nach einer deutlichen Reaktionszeit beginnt und gegen das Ende der Blasperiode hin abnimmt.

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Der Anteil an Wasserstoff erweist sich insbesondere am Anfang und am Ende jeder eigentlichen Blasperiode als verhältnismäßig hoch. In Figur 1 ist der Gang dieser Gasanteile über die Blasezeit verteilt beispielsweise dargestellt.

Hier setzt die Erfindung ein. Sie löst die Aufgabe, ein Verfahren und eine zu seiner Ausübung besonders geeignete, selbsttätige Vorrichtung zu schaffen, um die Reaktionsgase bei Konvertern dieser Art wiederzugewinnen, zumal diese eine steigende wirtschaftliche Bedeutung erlangen. Unter Wiedergewinnung wird dabei im weiten Sinn die Erfassung dieser Gase verstanden, einschließlich ihrer Feinreinigung und Verwertung.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist daher das neue Verfahren zur Wiedergewinnung von Reaktionsgasen aus mittels reinem Sauerstoff bodengeblasenen und mit Kohlenwasserstoffen gekühlten Konvertern ein solches, bei dem diese vor der Blasperiode, gesteuert von der Schwenkbewegung der Konverter, mit Stickstoff durchspült werden, bis sie auf das Einblasen von Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen umgeschaltet werden, dann mit einem Unterdruck von - 5 bis - 15 mm (entsprechend der Zufuhr einer Verbrennungsluftmenge von η = o,l) unter Einhaltung des Wassergas-Gleichgewichtes geblasen werden, und gegen Ende des Blasens allmählich zur Vollverbrennung bei η = ο,2 bis ο,3 (entsprechend einer Austrittwärme von looo C beim Austritt des Gases aus dem Kühler) übergegangen wird. _₃_

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Eine Verbesserung dieses Verfahrens besteht darin, daß durch eine Steuerung bei einem plötzlichen Anstieg des H₂-Gehaltes im Reaktionsgas während der Hauptphase der Blaszeit ein den Konverter mit der Absaugleitung verbindender Stellring sofort angehoben und das Frischgefäß automatisch gekoppt wird, sowie Stickstoff als Spülmittel durch die Bodendüsen einströmt.

Ferner ist eine Steuervorrichtung vorteilhaft, bei der in den vor-, zwischen- und nachgeschalteten kurzen Vollverbrennungsperioden zur Erfassung der Reaktionsgase nach Verbrennung der H₂~Anteile und Verschwinden des (^-Überschusses im Rauchgas ein durch Gasanalysator höhengesteuerter Stellring automatisch die Verbindung zwischen Konverter und Absaugeleitung schließt.

Bewährt hat sich für die Ausübung des Verfahrens ein Stellring, der eine Labyrinth-Dichtung hat, die an .der Verbindungsstelle einen geringen Luftzutritt zuläßt, aber während der Hauptphase der Blaszeit einen unterdruck von - 5 bis - 15 mm sichert.

Zum leichteren Verständnis der Erfindung dient die anliegende Zeichnung. In dieser stellt dar:

Fig. 1 (wie bereits die Abgasmenge pro Tonne Roheisen erwähnt)

und die Abgaszusammensetzung an der

Konvertermündung in Prozenten während der Blaszeit, an welche das neue

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Fxg.	3
Fig.	4
Fig.	5

Verfahren anknüpft;

Fig. 2 veranschaulicht die andersartige Zusammen

setzung der Betriebsgase beim Sauerstoff-Bodenblasen unter Stickstoffzufuhr nach der Erfindung unter besonderer Hervorhebung des Wassergas-Gleichgewichtes bei einer Verbrennungsluftmenge von η = o_rl;

entspricht der Fig. 2 für eine Verbrennungs luftmenge von η = ο, 2 und

entsprechend für η = ο,3;

veranschaulicht die abzuführende Wärmemenge bezogen auf eine Tonne Roheisen und eine Gasaustrittstemperatur von looo° C, wiederum im Zusammenhang mit der Darstellung des Wassergas-Gleichgewichtes;

Fig. 6 zeigt einen durch Gasanalysator höhenge

steuerten Stellring nach der Erfindung.

Im einzelnen verläuft das Verfahren nach der Erfindung in der folgenden Weise:

1. Erster Schritt: "Inertisierungszone"

Schon vor Beginn der e ijentlichen Bad-Reaktionen ist bei allen bodenblasenden Konvertern eine Spüllufteinströmung durch die

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Bodendüsen während der Beschickung des Tiegels bis zum Einschwenken desselben in die vertikale Blasstellung erforderlich und üblich. Hierzu wird nach der Erfindung zweckmäßig ein Inertgasstrom aus N₂ angewandt, wodurch die gesamte Apparatur für die anschließende Kühlung und Reinigung der Reaktionsgase kurzfristig vorteilhaft ausgespült wird. Hierdurch wird zugleich ein Zusetzen der Düsen verhindert. Diese N₂-Einströmung wird erfindungsgemäß automatisch mit der mechanischen Schwenkbewegung des Tiegels gekuppelt.

Hierzu kann z.B. ein Sammelraum unterhalb des Bodens des Frischgefäßes über Düsen in diesem Boden mit dem Innenraum des Frischgefäßes in Verbindung stehen und an eine Zuleitung für Brenngase angeschlossen sein, in welcher GaszuJeitung ein Steuerventil angeordnet ist, das - abhängig von der Neigung des Frischgefäßes - die Zufuhr des Sauerstoffes selbsttätig öffnet und schließt; in gleicher Weise sind Steuerventile in jeder einzelnen Gaszuleitung für Kohlenwasserstoffe und Stickstoff angeordnet, wie dies in der deutschen Patentanmeldung P 23 46o 87.9 dargelegt und zum Schutz beansprucht worden ist.

Während des eigentlichen Stahlfrischens tritt zum Unterschied gegenüber dem bekannten Aufblasverfahren der Sauerstoff durch die Bodendüsen gemeinsam mit den durch den Kühlgasmantel eingeführten Kohlenwasserstoffen fast zeitlos in Reaktion mit dem heißen Metallbad, nämlich im Augenblick der Umstellung des Gas-

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flusses von N„ auf O₂ + Spaltgas.

Bei angehobenem Stellring muß zunächst eine VoI!verbrennung dieser primären Reaktionsgase innerhalb der ersten Phase bei entsprechend hoher Ansaugung an Verbrennungsluft erfolgen. Mittels des relativ rasch abnehmenden O^-Gehaltes (s. Fig. 2) erfolgt zunächst die Verbrennung der H₂-Anteile, die infolge der höheren Entzündungsgeschwindigkeit gegenüber dem CO sozusagen momentan erfolgt, aufgrund der O₂-Analyse bzw. dem Verschwinden des O₂-tiberschusses wird der Stellring selbsttätig abgesenkt.

Da die zum Zwecke der Kühlung der Bodendüsen eingesetzte Kohlenwasserstoffmenge während sämtlicher Phasen des Frischvorganges konstant bieiben muß, erscheint der H₂-Anteil bei Beginn und abflauendem C-Abbau am Ende höher als in der sogenannten Blasspitze.

2. Hauptschritt des Frischvorganges

Mit dem Absenken des Stellringes erfolgt gleichzeitig die Umschaltung auf eine sogenannte "gesteuerte Absaugung", wobei nur eine äußerst geringe Verbrennungsluftmenge entsprechend η = o,l (maximal η = ο,3) zugelassen wird.

Hierfür hat sich die Weiterentwicklung eines höhenverstellbaren wassergekühlten Hauben- oder Stellringes bewährt, der

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zwischen Tiegeloberkante und Gasfang von Sauerstoffkonvertern angebracht ist. Er hat die Besonderheit, daß eine Haube vom freien Austrittsquerschnitt des Konverters mit einem Stellring zum gasdichten Aufsetzen auf den Konvertermund ausgebildet und zwischen Stellring und Haube ein umlaufender Luftschlitz angeordnet ist. Dieser Luftschlitz ist ein Labyrinth. Diese Ausbildung wird anläßlich der Figur 6 im folgenden genauer erläutert.

Ein solcher Stellring gewährleistet einerseits einen nach außen vollständigen Abschluß, d.h. ein direktes Aufsetzen des Stellrings auf den Konvertermund, ermöglicht jedoch mittels einer labyrinthartigen Verbindung das Eindringen grösserer Luftmengen und gleichzeitig die Aufrechterhaltung eines Unterdruckes von - 5 bis - 15 mm WS innerhalb der Absaugehaube, wodurch andererseits ein Austreten der giftigen Reaktionsgase in die Atmosphäre noch bei stärkeren Druckschwankungen verhindert wird.

Bei dieser Arbeitsweise während der eigentlichen Blasphase setzen sich die Reaktionsgasbestandteile nach Teilverbrennung in Abwesenheit von O₂ in das Wassergas-Gleichgewicht:

CO + H₂O = CO₂ - H₂
(siehe hierzu die Figuren 2 bis 4).

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H₂-haltige Gase sind besonders gefährlich infolge ihrer leichten Explosionsneigung.

Der H₂-Gehalt liegt dabei etwa zwischen 2 und 4%. Er muß laufend registriert und aufgezeichnet werden, da bei einem Ansteigen über den entsprechenden H₂-r Anteil selbsttätig Alarm gegeben wird und ein Ausschwenken des Tiegels (unter dem bereits eingangs erwähnten automatischen N₂~Einsatz an Spülgas) erfolgt. Beim Wiedereinschwenken in die Blasposition gilt das gleiche.

3. Verfahrensschritt

Nach Ablauf von ca. 8o% der Blasperiode und Absinken der CO-Gasmenge und wieder ansteigendem H₂ im gereinigten Reaktionsvolumen erfolgt, wie zu 1., wiederum ein Anheben des Stellrings und der Übergang zur Vollverbrennung. Die in den drei Varianten η = o,l, o,2 und o,3 verlaufenden Reaktionen während der Hauptblasphase sind in den entsprechenden Figuren 2 bis 4 dargestellt.

Die aufgezeichneten Kurven gelten für eine Gasaustrittstemperatur aus dem Gaskühler von im Mittel looo°C, wobei derselbe so auszulegen ist (s. Figur 5), daß die normale Wärmebelastung bei einer Teilverbrennung von η = ο,3 beträgt. Auch in den Inertisierungszonen, in denen VoI!verbrennung erfolgt, wird diese somit nur kurzfriädg und nicht allzu hoch überschritten. -9-

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Während aller drei Phasen werden die entstehenden Gase nach Kühlung mittels Naßreinigung feinstgereinigt, und zwar die Rauchgase in der Vor- und Endphase in die Atmosphäre abgeleitet, die Reaktionsgase der Hauptblasperiode dagegen abgefackelt oder nutzbar gewonnen.

Die Figur 6 zeigt bei a. einen mittleren senkrechten Teilschnitt durch einen für die praktische Ausführung der Erfindung bewährten Haubenring in Betriebsstellung auf dem Konvertermund sowie in einem linken Teil der Figur ( 6b.) einen dazu spiegelbildlichen Teilabschnitt, der den Ring der Haube in Öffnungsstellung zeigt. Dieser Ring nach Figur 6 a. und b. ist im einzelnen wie folgt ausgebildet und hat daher die im Anschluß daran erläuterte Wirkungsweise:

Zwischen der Tiegeloberkante im Ga. sfang eines Sauerstoffkonverters ist eine Haube (1) vom freien Querschnitt (2) des Konverters (3) mit einem Stellring (4) zum gasdichten Aufsetzen auf den Konvertermund (5) ausgebildet, wie dies in Figur 6 a. durch den Pfeil (12) angedeutet ist. Zwischen dem Stellring (4) und der Haube (1) ist ein umlaufender Luftschlitz (6) angeordnet, dessen Verlauf der gepunktete Pfeil (13) in Figur 6 a. erkennen läßt. In Figur 6 wird ferner deutlich, daß diese Luftschlitze (6) Labyrinthwege(6a) sind. Der Stellring (4) ist aus Kühlrohren (7) gebildet. Diese haben an ihren oberen Bögen (8) Zwischenräume. Die Kühlrohre

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-Ιοί?) werden von Kühlwasserleitungen (11,14) bedient. Es möge beispielsweise die Leitung (11) ein Kühlwassereinlaß sein und die Leitung (14) ein Kühlwasserauslaß. Die Hebe- und Senkvorrichtung (15) für den Stellring entspricht dem üblichen und sie bedarf daher keiner Beschreibung.

In den Figuren 6 a. und 6b. wird ferner deutlich, daß die Kühlrohre (7) für den Stellring (4) mit verschiedener Neigung ausgestattet sind. Die Rohrbündel (9) auf der Gasabzugsseite sind mit etwa lo° Neigung zur Senkrechten angeordnet, die Rohrbündel (lo) des Stellrings (4) mit etwa 7° Neigung zur Senkrechten. Diese verschieden starke Neigung ist in der Figur deutlich zu erkennen. Erfahrungsgemäß ist in der geschlossenen Stellung des Haubenringes nach Figur 6 nur ein leicht beherrschbarer Unterdruck von 15 mm Wassersäule durch das Labyrinth (6a) der Luftschlitze (6) zu überwinden.

Die neue Anordnung des Luftschlitzes (6) zwischen den gebündelten Kühlrohren (7 und 9) ist recht vorteilhaft, im besonderen wegen der durch die Labyrinthführung (6a) erhöhten Luftwirbelung und daher des Wärme-Überganges. Der Luftschlitz ist also bei der neuen Erfindung von der horizontalen auf die ver-€ tikale Andichtung verlagert. Nach der Erfindung wird dieser Mindestluftzutritt auf etwa lo% der theoretischen Verbrennungsluft bemessen. Dabei ist dann der Stellring als solcher äußerlich vollständig geschlossen, d.h. er kann auf den Konverter-

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mund aufgesetzt werden, während der für die Steuerung notwendige geringe Anteil an partieller Verbrennungsluft durch eine Art Labyrinth-Verschluß über einen seitlichen, in der Vertikalen angeordneten umlaufenden Schlitz zwischen Stellring und Gasfanghaube eintritt.

Bei dieser Einstellung liegt dann automatisch ein Unterdruck von - 15 mm WS innerhalb der Gashaube vor, was praktisch einen ausstoßfreien Betrieb an dieser wichtigen Verbindungsstelle sichert. Ferner kann bei dem Betrieb nach dieser Erfindung auf eine Abdichtung - beispielsweise durch eine Wassertasse, einen TauchverSchluß oder eine andere Abdichtung - verzichtet werden. Bekanntlich bringen diese an dieser Stelle infolge der vorherrschenden hohen Temperaturen einerseits, der Gefährdung des Betriebes beim Eintreten von Wasser in das Metallbad andererseits und schließlich durch die Gefahr von Staubablagerungen sowie der notwendigen laufenden Säuberung wesentliche betriebliche Nachteile mit sich.

Ein besonderer Vorteil des neuen Stellringes bezüglich der Anordnung eines vertikalen Luftschlitzes liegt noch darin, daß dieser infolge der laufenden Betätigung beim Heben bzw. Absenken des Stellringes somit die beste Gewähr für eine laufende mechanische Selbstreinigung von etwaigen Schlackenablagerungen bietet. Etwaige Ansätze können sowohl beim Heben als auch beim Senken automatisch herabfallen.

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Hierbei ist noch von besonderer Bedeutung, daß die Neigung der Rphrbügel zweckmäßig auf der Gasabzugsseite etwa lo°, während die des eigentlichen Stellringes etwa 7° zur Vertikalen beträgt.

Schließlich beruht ein Vorteil des neuen Stellringes nach der Erfindung darin, daß der eigentliche Stellring jederzeit automatisch beliebig gehoben bzw. abgesenkt werden kann, z.B. bei etwaigen Störungen im Blasbetrieb (Auftreten von Schaumschlacke), oder falls aus bestimmten Gründen doch ein höherer partieller Verbrennungsgrad erwünscht sein sollte.

Die Hub- und Senkbewegung des Stellringes kann ebenso wie die Schwenkbewegung des Konvertergefäßes, aber unabhängig von dieser, in an sich bekannter Weise selbsttätig gesteuert werden. Nach der Erfindung dient hierzu die Anzeige von üblichen Gasana Iysatoren.

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Claims

1.) Verfahren zur Wiedergewinnung von Reaktionsgasen bei der Stahlherstellung mittels eines Stahlkonverters mit einer Gassammeihaube über der Konvertermündung, wobei der Stahlkonverter mit reinem Sauerstoff von Bodendüsen her durchblasen und mit Kohlenwasserstoffen gekühlt ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Schwenken des Konvertergefäßes und damit Verschieben der Konvertermündung gegenüber der Haube durch die Bodendüsen anstelle von Sauerstoff selbsttätig Stickstoff in das Konvertergefäß eingeblasen wird, um dieses Gefäß und die daran anschließenden Kühl- und Reinigungsanlagen auszuspülen.

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Patentanwälte

prof. Dr.-ing. Robert Meldau Dipi.-ing. Gustav Meldau g. O. EI be rtz hag en

*β3 GOteialor.1, Vi.-i.i.ctr. 9, Postfach 2540 Telefcr : (Ό5Γ>413 »23454

Datum

Uneer Zeichen

29.1.1974 B 16o9 Prof.M/we

Patentansprüche

aus mittels

reinem Sauerstoff bodengeblasenen und^rttxt Kohlenwasserstoffen gekühlten Stahlkonvertern, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils automatisch Stickstoff J>eim mechanischen umlegen bzw. Aufrichten des Friseiigefäßes anstelle von O₂ durch die Bodendüsen ein^eT-eitet wird, wodurch gleichzeitig ein Ausspülen

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Steuerung, daß bei einem plötzlichen Anstieg des H₂~Gehaltes im Reaktionsgas während der Hauptphase der Blaszeit ein den Konverter mit der Absaugleitung verbindender Stellring sofort angehoben und das Frischgefäß automatisch gekoppt wird, sowie Stickstoff als Spülmittel durch die Bodendüsen einströmt.

3. Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den vor-, zwischen- oder nachgeschalteten kurzen Vollverbrennungsperioden zur Erfassung der Reaktionsgase nach Verbrennung der H^-Anteile und Verschwinden des O₂-überschusses im Rauchgas ein durch Gasanalysator höhengesteuerter Stellring automatisch die Verbindung zwischen Konverter und Absaugeleitung schließt.

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4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Stellring eine Labyrinth-Dichtung hat, die an der Verbindungsstelle einen geringen Luftzutritt zuläßt, aber während der Hauptphase der Blaszeit einen Unterdruck von - 5
bis - 15 mm sichert.

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