DE2413580A1

DE2413580A1 - Verfahren und vorrichtung zur erhoehung der windtemperatur fuer einen schachtofen

Info

Publication number: DE2413580A1
Application number: DE2413580A
Authority: DE
Inventors: Carl Erik Dr Ing Grip; Sven Santen
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1973-03-26
Filing date: 1974-03-21
Publication date: 1974-10-17
Also published as: CA1043563A; GB1473942A; SU955866A3; JPS55142543U; DE2413580C3; IT1055556B; JPS5746543Y2; FR2223647A1; SE371455B; US3970290A; FR2223647B1; DE2413580B2; BE812244A; JPS5026701A

Description

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SKP KUGELLAGERFABRIKEN GMBH Schweinfurt, 1^.3.

TP/Bla/He

Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Windtemperatur für einen Schachtofen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermöglichung einer weitgehenden Erhöhung der Windtemperatur für einen Schachtofen, vorzugsweise einen Hochofen.

Es ist seit langem bekannt, daß man durch Erhöhung der Windtemperatur den Koksverbrauch in einem Hochofen senken und die Produktion erhöhen kann. Bei Windtemperaturen über 85O C läßt sich außerdem Öl in die Düsen einspritzen und dadurch eine weitere Kokseinsparung erzielen. Die Ausbringzahl für Öl ist für die erste Ölzugabe ca. 2 kg Koks pro kg Öl. Diese Ausbringzahl sinkt jedoch bei verstärkter Ölzugabe und konstanter Windtemperatur auf änen Wert von ungefähr 1 kg Koks pro kg Öl. Eine weitere Erhöhung der Ölmenge über eine gewisse Zugabemenge hinaus ist nicht möglich, da man dann eine zu niedrige Verbrennungstemperatur vor den Düsen erhalten würde,was außerdem eine Senkung der Produktion zur Folge hatte.

Von diesen Umständen ausgehend erstrebt man eine größtmögliche Erhöhung der Windtemperatur, In den bisher für diesen Zweck bekannten Einrichtungen, z. B. im sog» Cowper-Apparat, ist die Temperatur jedoch auf ca. 1100 C begrenzt, und selbst wenn dieser Apparat als solcher eine höhere Temperatur erzielen könnte, wäre eine solche Temperatursteigerung dadurch teuer, weil man einen Brennstoff verwenden muß, der teuerer ist als Gichtgas und weil der Wirkungsgrad einer Verbrennung bei dieser Temperatur verhältnismäßig niedrig ist.

Eine andere bekannte Methode zur Erhöhung der Verbrennungstemperatur ist die' Anreicherung des Windes mit Sauerstoff. Abgesehen davon, daß Sauerstoff ver

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hältnismäßig teuer ist, kann man auch die Sauerstoffanreicherung nur bis zu einer bestimmten Grenze treiben, nämlich nur so weit, bis die spezifische Gasmenge zu gering ist, um die notwendige Wärme durch den Schacht hochbefördern zu können. Ein Beispiel einer weitgetriebenen Sauerstoffanreicherung ist eine Beschickung, in der man folgende Werte erhielt: Koksverbrauch oa. 400 kg/t, Öl IOO-I5O kg/t, Sauerstoff 6O-IOO Nm^. Roheisen.

Theoretisch läßt sich aller Koks durch Öl ersetzen, indem man die Windtemperatur mit der zunehmenden Ölmenge erhöht. Bei einer Koksmenge von unter I50-2CO kg pro Tonne Roheisen reicht der Koks jedoch nicht für die Reaktion

COp + C t2 CO in der Schachtmitte, wodurch sich die ganzTe Arbeitsweise

des Hochofens ändern und mehr der des Eisenschwammofens gleichen wird.

Die Wirkung der Erhöhung der Windtemperatur bis zu 1400-1500 C ist durch Versuche und aus der Literatur bekannt, siehe z. B. W.A. Knepper, P.L. Wolf, H.R. Sanders: "Operation of Bureau of Mines'experimental blast furnace with fuel oil injection", Blast furnace, Steel Plant 49 (1961) Seiten 1189-1196, und Bogdandy, Engell: "The reduction of iron ore", Düsseldorf I97I. Die mögliche Menge eingespritzten Öles und die Produktionssteigerung sind bis zu diesem Temperaturbereich proportional zur Temperatur. Man kann erwarten, daß diese Proportionalität bestehen bleibt, bis einer der folgenden Fälle eintritt:

a) die Koksmenge ist so gering, daß sie nicht für die Reaktion C0_p + C *-2 CO

ausreicht. Dieser Fall tritt bei einer Koksmenge von 200-250 kg/t Roheisen ein.

b) die Koksmenge ist so gering, daß sich die Permeabilität im Hochofenrumpf ernstlich verschlechtert. Versuche deuten darauf hin, daß dies bei einer Koksmenge von 2OO-J5OO kg/t Roheisen eintritt.

c) die eingespritzte Ölmenge ist so groß, daß eine völlige Vergasung nicht erfolgen kann. Es erfolgt eine teilweise Verbrennung auf dem begrenzten verfügbarem Raum, d. h. im Hohlraum vor den Düsen.

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Man kann diesen drei Fällen zufolge annehmen, daß die Proportionalität zwischen Windtemperatur, möglicher eingespritzter Ölmenge und Produktionserhöhung bis zu einer Windtemperatur von I6OO-I8OO C im wesentlichen unverändert bleibt. Bei einer weiteren Erhöhung der Windtemperatur und Ölmenge wird die Arbeitsweise des Ofens mehr der eines Eisenschwammofens gleichen, und in der Schmelzzone werden bedeutende Schwierigkeiten auftreten.

In der gegenwärtigen Situation ist erhöhte Öleinspritzung im Zusammenhang mit erhöhter Windtemperatur am interessantesten. Die erhöhte Windtemperatur bietet jedoch auch die Möglichkeit für Einspritzung anderer Brennstoffe, wie Kohle oder Koksstaub, Ölschlamm aus Kohle oder Koks, Naturgas, Kokereigas usw. Andere interessante Zusätze im Düsenniveau, im Zusammenhang mit hohen Windtemperaturen, sind Stoffe, wie Wasser, Eisenerz, Rauchgas und vorreduzierte Eisenoxyde sowie Schlackenbildner.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch das bzw. durch die eine Erhöhung der Windlufttemperatur für einen Schachtofen, vorzugsweise einen Hochofen, auf einen gewünschten Wert auf eine einfache, wirtschaftliche und wirksame Weise erzielt wird.

Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß das Windgas ganz oder teilweise durch ein Plasma geleitet wird.

Beim Durchgang durch das Plasma wird die Temperatur des Gases erhöht, wodurch die Menge gewünschter Zusätze, z. B. Öl, Kohlenstaub oder Wasserdampf im Düsenniveau wesentlich erhöht und dadurch eine bedeutende Einsparung an metallurgischem Koks sowie eine Produktionssteigerung erreicht werden kann. Das Plasma kann vorzugsweise in einem sog. Plasmabrenner erzeugt werden, wie er an und für sich für die Anwendung in anderen Zusammenhängen bekannt ist. In einem Plasmabrenner wird das Plasma in dem Gas selbst erzeugt, das durch den Brenner strömt. Der Wirkungsgrad des Plasmabrenners ist 75-85$ und verhältnismäßig unabhängig von der Temperatur. Ein von einem Plasmabrenner abgehendes Gas besitzt gewöhnlich

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eine Temperatur von J5OOO- 4OOO°C.

Da sich die Temperatur der den Düsen zugeführten Windluft mit dem Plasmabrenner einfach und wirksam regeln läßt, erhält man im Hüttenbetrieb außerdem eine neue Steuervariable. Bei Kaltbetrieb.in einen Hochofen kann die durch die Düsen zugeführte Energiemenge erhöht werden, wodurch man eine bedeutend schnellere Änderung in der Energiebilanz des Hochofens erhält, als sie durch Erhöhung der Koksbeschickung -des Hochofens bewirkt werden kann.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele und in den Patentansprüchen festgehalten, auf die hier verwiesen werden soll.

Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben werden.

Es zeigen:

Figur 1 und 2 zwei Ausführungsformen der Erfindung,

Figur 3 eine zweckmäßige Ausführungsform einer Düse für das Einblasen von Windluft und z. B. Öl in den Ofen.

Figur 1 zeigt die Erfindung in Anwendung an einem Hochofen 1, der auf die übliche Weise durch eine Öffnung 2 beschickt wird. Das abgehende Hochofengas wird durch die Leitung 3 zu einem Gasreiniger(nicht gezeigt) geleitet, beispielsweise einem Cowper-Apparat, und dann durch einen Schornstein abgelassen. Die eingehende, vorzugsweise vorerwärmte Windluft wird über die Leitung 5 zu einer rund um den Hochofensohacht angeordneten Ringtrommel 6 geleitet, von der sie über eine Anzahl Zweigleitungen 7, 8 und Düsen 9, 10 in den Hochofen eingeführt wird.

Um eine Erhöhung der Windtemperatur über einen mit bisher bekannten Methoden

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wirtschaftlich oder technisch möglichen Wert hinaus zu ermöglichen, wird zumindest ein Teil des Windes durch einen sog. Plasmabrenner 11 geleitet, der in dem gezeigten Beispiel an die Leitung 5 nebengeschlossen ist. Der Anteil des durch den Plasmabrenner hindurchgehenden Gases kann mit einem Ventil 12 geregelt werden. Eventuell kann direkt an den Plasmabrenner eine Frischluftleitung I^ angeschlossen werden, in der ein Regelventil angeordnet ist, so daß Temperatur und Menge der Windluft zum Hochofen genau regelbar ist. An dem unteren Teil des Hochofens ist eine Leitung Ij5a zur Einführung von Kohlenwasserstoffen, Koksofengas, Wasser oder dgl. in die Düsen angeschlossen.

Die in Figur 1 gezeigte Ausführungsform eignet sish für einen Anwendungsfall, bei dem die Windluft nicht über ca. lfjOO C erhitzt werden soll. Bei Windtem-

peratüren, von über ca. I5OO C wird der Plasmabrenner vorzugsweise in unmittelbarem Anschluß an die Düse angeordnet, z. B. wie in in der Ausführungsform in Figur 2 gezeigt, einerseits, um die Wärmebeanspruchungen im Windleitungssystem zu vermindern und andererseits, um die Wärmeverluste zu reduzieren. Figur 2 zeigt einen Teil der Bodenpartie eines Hochofens im Anschluß an eine Düse 14, zu der ein Zweigrohr I5 von einer Ringtrommel 16 derselben Art, wie in Figur gezeigt, führt. Ein Teil der von der Ringtrommel 16 kommenden Windluft wird über ein Rohr 17 durch einen Plasmabrenner l8 geleitet, dessen Auslaß in der Leitung I5 angeordnet und zur Düse Ik gerichtet ist. Eventuell kann eine Frischluftleitung 17a in die Leitung 17 vor dem Plasmabrenner münden. Ein Rohr I9 für die Zuführung von z. B. Kohlenwasserstoffen in die erhitzte Windluft ist vor der Mündung des Plasmabrenners in die Leitung I5 eingeführt, wobei der Kohlenwasserstoffstrahl zur Düse l4 gerichtet ist.

Für die Öleinspritzung gilt, daß sie im Prinzip auf dieselbe Weise ausgeführt werden kann, wie es heute bei den meisten Hochöfen geschieht. Eine vorteilhafte Ausführungsform einer Düse zum Einspritzen von Kohlenwasserstoffen, Koksofengas, Wasser oder dgl. sowie Heißluft von einem Plasmabrenner in einen Hochofen ist in Figur 5 gezeigt. Rund um die Mündung das Ausblasrohres 20 vom Plasmabrenner ist eine ringförmige Düse 21 angeordnet, die mit einer Anzahl Löcher zum Einspritzen von z. B. Öl versehen ist, das durch die Leitung 22 zugeführt wird.

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Dabei werden in der Düse 23 Öl, Heißluft vom Plasmabrenner und solche Windluft, die nicht durch den Brenner gegangen ist (Pfeile24), gemischt.

Als Beispiel, welche Betriebsergebnisse sich mit der vorliegenden Erfindung erzielen lassen, kann folgendes genannt werden: Ein gewöhnlicher Typ eines Hochofens hat eine Windtemperatur von 900 C, einen Koksverbrauch von 600 kg pro Tonne Roheisen, einen Ölverbrauch von 30 kg pro Tonne Roheisen und einen Ausstoß von 50 Tonnen pro Stunde. Bei Erhöhung der Temperatur der Windluft

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um 500 C auf 1400 C mit Hilfe eines Plasmabrenners können weitere I50 kg 01

pro Tonne Roheisen eingespritzt werden, wobei 210 kg Koks pro Tonne Roheisen gespart werden können. Der Energieverbrauch im Plasmabrenner ist, bei einem angenommenen Wirkungsgrad von 80 %, 280 kWh pro Tonne Roheisen. Die Produkt, tionssteigerung des Hochofens beträgt im Zusammenhang hiermit 33 %» d. h. ca. 17 Tonnen pro Stunde.

Die Erfindung ist natürlich auch bei anderen Öfen als Hochöfen anwendbar, z. B. bei Schachtöfen zur Herstellung von Gießereiroheisen (Kupolöfen), von Kalk oder hochlegiertem Roheisen, vor allem Eisen mit hohem Chrom- oder Mangangehalt.

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Claims

SKP KÜGELLAGERPABRIKEN GMBH Schweinfurt, 12.^.

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Pate'ntans'prüche

1» Verfahren zur Erhöhung der Windtemperatur in einem Schachtofen, dadurch gekennzeichnet, daß die Windluft ganz oder teilweise durch ein Plasma geleitet wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen sog. Plasmabrenner (11,18) einschließt, in dem das Plasma erzeugt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmabrenner (11) in die Windleitung (5) vor einer rund um den Schachtofen angeordneten Ringtrommel (6) eingesetzt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Plasmabrenner

(18) in unmittelbarem Anschluß an eine Düse (14) eingesetzt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeiclinet, daß der Schachtofen aus einem Hochofen (1) für Herstellung von Roheisen besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5> dadurch gekennzeichnet, daß die vom Plasmabrenner abgehende Heißluft zur Düse (23) durch eine Düsenkombination geleitet wird, die eine zentrale Öffnung (20) für die Heißluft, eine rund um die zentrale Öffnung angeordnete ringförmige Düse (21) für die Einspritzung von Kohlenwasserstoffen, Koksofengas, Wasser oder dgl. in die Windluft sowie eine rund um die ringförmige Öldüse (21) befindliche Öffnung zur Zuführung von solcher Windluft (24) enthält, die nicht durch den Plasmabrenner gegangen ist.

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