DE2413580C3

DE2413580C3 - Verfahren zum Vermindern des Koksverbrauchs beim Reduzieren von Eisenoxyd in einem Schachtofen

Info

Publication number: DE2413580C3
Application number: DE2413580A
Authority: DE
Inventors: Carl Erik Dr.-Ing. Lulea Grip; Sven Hofors Santen
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1973-03-26
Filing date: 1974-03-21
Publication date: 1978-12-21
Also published as: FR2223647B1; GB1473942A; US3970290A; JPS5026701A; JPS55142543U; JPS5746543Y2; DE2413580B2; CA1043563A; DE2413580A1; IT1055556B; SE371455B; SU955866A3; BE812244A; FR2223647A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermindern des K.oksverbrauchs beim Reduzieren von Eisenoxyd in einem Schachtofen, vorzugsweise in einem Hochofen.

Es ist seit langen bekannt, daß man durch Erhöhung der Windtemperatur den Koksve.-brauch in einem Hochofen senken und die Produktion erhöhen kann. Bei Windtemperaturen über 850⁰C läßt sich außerdem öl in die Düsen einspritzen und dadurch eine weitere Kokseinsparung erzielen. Die Ausbringzahl für öl ist für die erste ölzugabe etwa 2 kg Koks pro kg öl. Diese Ausbringzahl sinkt jedoch bei verstärkter ölzugabe und konstanter Windtemperatur auf einen 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 hätte.

Von diesen Umständen ausgehend erstrebt man eine größtmögliche Erhöhung der Windtemperatur. In den bisher für diesen Zweck bekannten Einrichtungen, z. B. im sogenannten Cowper-Apparat, ist die Temperatur jedoch auf etwa 1100⁰C begrenzt, und selbst wenn dieser Apparat als solcher eine höhere Temperatur erzielen könnte, wäre eine solche Temperatursteuerung 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 verhältnismäßig teuer ist, kann man auch die Sauerstoffanreicherung nur bis zu einer bestimmten Grenze treiben, nämlich nur so weil, 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 etwa 400 kg/t, öl 100—150 kg/t, Sauerstoff 60- 100 Nm³Zt Roheisen.

ί Theoretisch läßt sich aller Koks durch öl ersetzen, indem man die Windtemperatur mit der zunehmenden ölmenge erhöht Bei einer Koksmenge von unter 150—200 kg pro Tonne Roheisen reicht der Koks jedoch nicht für die Reaktion CO₂+C-* 2 CO in der

ίο Schachtmitte, wodurch sich die ganze 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) S. 1189-1196, und Bogdandy, Engell: »The reduction of iron ore«, Düsseldorf 1971. 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:

2s a) die Koksmenge ist so gering, daß sie nicht für die Reaktion CO₂ + C-* 2CO ausreicht Dieser Fall tritt bei einer Koksmenge von 200-250 kß/i Roheisen ein.

b) die Koksmenge ist so gering, daß sich die Permeabilität im Hochofenrumpf ernstlich verschlech-

JO tert Versuche deuten darauf hin, daß dies bei einer Koksmenge von 200—300 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 verfügba-

« rem Raum, d. h. im Hohlraum vor den Düsen.

Man kann diesen drei Fällen zufolge annehmen, daß die Proportionalität zwischen Windtemperatur, möglicher eingespritzter ölmenge und Produktionserhöhung bis zu einer Windtemperatur von 1600— 180O⁰C im

·"' wesentlichen unverändert b-'eibt. P«i 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.

*^r> 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,

w ölschlamm aus Kohle oder Koks, Naturgas, Kokereigas usw. Andere interessante Zusätze im Düsenniveau, im Zusammenhang mit hohen Windtemperaturen, sind S'offe wie Wasser, Eisenerz, Rauchgas und vorreduzierte Eisenoxyde sowie Schlackenbildner.

■>■> Es ist weiterhin durch das britische Patent 10 68 174 bekannt, die gesamte Energie für das Schmelzen eines

Metalls in einem Ofen durch Plasmabrenner zuzuführen. Elektrische Energie ist jedoch verhältnismäßig teuer. In der DE-OS 21 31 045 wird ferner ein Verfahren

·>·> zum Führen von Schachtöfen beschrieben, bei dem statt des Windes ein Reduktionsgas in einem Plasmabrenner erwärmt oder erzeugt und erwärmt wird. Bei diesem bekannten Verfahren erfolgt kein Ersatz von Koks durch billige Zusatzstoffe, z. B. öl oder Steinkohle.

^h> Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Vermindern des Koksverbrauchs beim Reduzieren von Eisenoxyd in einem Schachtofen, vorzugsweise einem Hochofen, zu schaffen, das auf eine

einfache und wirtschaftliche Weise erzielt wird,

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein kleiner Teil der Gebläseluft beim Hindurchführen durch einen Plasmabrenner erhitzt wird, daß Zusatzstoffe, z,B, Kohlenstoff und/oder Wasserstoff, in die so erhitzte Gebläseluft eingeführt werden, und daß der verbleibende Teil der Gebläseluft mit dem erhitzten Teil der Gebläseluft gemischt wird, wobei die Düse des Schachtofens als Mischkammer dient.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der erhitzte Teil der Gebläseluft durch eine zentral angeordnete öffnung in eine Düse eingeführt, der Zusatzbrennstoff zu der erhitzten Gebläseluft durch eine ringförmige öffnung zugeführt, die die zentral angeordnete öffnung umgibt und der verbleibende Teil der Gebläseluft außerhalb und rund um die ringförmige öffnung in die Düse geblasen, wobei die beiden Teile der Gebläseluft und die Zusatzbrennstoffe wenigstens teilweise in der Düse gemischt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

F i g.} und 2 zwei Ausführungsformen der Erfindung,

Fig.3 eine zweckmäßige Ausführungsfrvrm einer Düse für das Einblasen von Windluft und z. B. öl in den Ofen.

F i g. 1 zeigt die Erfindung in Anwendung an einem Hochofen I, 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 und dann durch einen Schornstein abgelassen. Die eingehende, vorzugsweise vorerwärmte Windluft wird über die Leitung 5 zu einer rund um den Hochofenschacht angeordneten Ringleitung 6 geleitet, von c er sie über eine Anzahl Zweigleitungen 7, 8 und Düser 9,10 in den Hochofen eingeführt wird. i>

Um eine Erhöhung der Windtemperatur über einen mit t isher bekannten Methoden wirtschaftlich oder technisch möglichen Wert hinaus zu ermöglichen, wird ein Teil des Windes durch einen Plasmabrenner 11 geleitet, der in dem gezeigten Beispiel an die Leitung 5 nebengesch'ossen ist. Der Anteil des durch den Plasmabrenner hindurchgehenden Gases kann mit einem Ventil 12 geregelt werden. Eventuell kann direkt an den Plasmabrenner eine Frischluftleitung 13 angeschlossen werden, in der ein Regelventil angeord- ti net ist, so daß Temperatur und Menge der Windluft zum Hochofen genau regelbar ist. An de;n unteren Teil des Hochofens ist eine Leitung 13a zur Einführung von Kohlenwasserstoffen, Koksofengas, Wasser od. dgl. in die Düsen angeschlossen. v>

Die in F i g. 1 gezeigte Ausführungsform eignet sich für einen Anwendungsfall, bei dem die Windluft nicht über etwa 1500" C erhitzt werden soll. Bei Windtemperaturen von über etwa 1500⁰C wird der Plasmabrenner vorzugsweise in unmittelbarem Anschluß an die Düse v, angeordnet, z. B. wie in der Ausführungsform in F i g. 2 gezeigt, einerseits, um die Wärmebeanspruchungen im Windleitungssystem zu vermindern und andererseits, um die Wärmeverluste zu reduzieren. F i g. 2 zeigt einen Teil der Bodenpartie eines Hochofens im Anschluß an m> eine Düse 14, zu der ein Zweigrohr 15 von einer Ringleitung 16 derselben Art, wie in F i g, 1 gezeigt, fahrt Ein Teil der von der Ringleitung 16 kommenden Windluft wird über ein Rohr 17 durch einen Plasmabrenner 18 geleitet, dessen Auslaß in der Leitung 15 angeordnet und zur Düse 14 gerichtet ist. Eventuell kann eine Frischluftleitung 17a in die Leitung 17 vor dem Plasmabrenner münden. Ein Rohr 19 für die Zuführung von z. B. Kohlenwasserstoffen in die erhitzte Windluft ist vor der Mündung des Plasmabrenners in die Leitung 15 eingeführt, wobei der Kohlenwasserstoffstrahl zur Düse 14 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 od. dgl. sowie Heißluft von einem Plasmabrenner in einen Hochofen ist in F i g. 3 gezeigt Rund um die Mündung des 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 wl.-J. Dabei werden in der Düse 23 öl. Heißluft vom Plasmabrenner und solche Windluft, die nicht durch den Brenner gegangen ist (Pfeile 24), gemischt

Der Wirkungsgrad des Plasmabrenners beträgt 75—85% und ist verhältnismäßig unabhängig von der Temperatur. Ein von einem Plasmabrenner abgehendes Gas besitzt gewähnlich eine Temperatur von 3000— 4000° 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 einem 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.

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 um 500⁰C auf 1400° C mit Hilfe eines Plasmabrenners können weitere 150 kg öl 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 Produktionssteigerung des Hochofens beträgt im Zusammenhang hiermit 33%, d. h. etwa !7 Ί onnen pro Stunde.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Verfahren zum Vermindern des Koksverbrauchs beim Reduzieren von Eisenoxyd in einem Schachtofen, vorzugsweise einem Hochofen, dadurch gekennzeichnet, daß ein kleiner Teil der Gebläseluft beim Hindurchführen durch einen Plasmabrenner (11, 18) erhitzt wird, daß Zusatzbrennstoffe, z. B. Kohlenstoff und/oder Wasserstoff, in die so erhitzte Gebläseluft eingeführt werden, und daß der verbleibende Teil der Gebläseluft mit dem erhitzten Teil der Gebläseluft gemischt wird, wobei die Düse (14, 23) des Schaftofens als Mischkammer dient
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erhitzte Teil der Gebläseluft durch eine zentral angeordnete öffnung (20) in eine Düse (23) eingeführt wird, daß der Zusatzbrennstoff zu der erhitzten Gebläseluft durch eine ringförmige öffnung (21) zugeführt wird, die die zentral angeordnete öffnung (20) umgibt, und daß der verbleibende TcU der Gebläseluft (24) außerhalb und rund um die ringförmige öffnung (21) in die Düse (23) geblasen wird, wobei die beiden Teile der Gebläseluft und die Zusatzbrennstoffe wenigstens teilweise in der Düse (23) gemischt werden.