DE2512178A1

DE2512178A1 - Vorrichtung und verfahren zum einbringen heisser reduktionsgase in einen schachtofen

Info

Publication number: DE2512178A1
Application number: DE19752512178
Authority: DE
Inventors: Vincent Leroy; Nicolas Ponghis; Arthur Poos; Roland Vidal
Original assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Current assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Priority date: 1974-03-29
Filing date: 1975-03-20
Publication date: 1975-10-09
Also published as: CA1050265A; BE813118A; LU72058A1; FR2265863B1; NL7502814A; FR2265863A1; DE2512178B2; DE2512178C3; JPS50130617A; GB1488976A

Description

CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE Association sans but lucratif
Vereniging zonder winstoogmerk
47, rue Montoyer, Brüssel / BELGIEN

Vorrichtung und Verfahren zum Einbringen heißer Reduktionsgase in einen Schachtofen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen heißer Reduktionsgase in einen Schachtofen und insbesondere in das Gestell eines Hochofens, vorzugsweise in der Ebene der Hauptblasformen, sowie ein mit dieser Vorrichtung auszuführendes Verfahren.

Es ist bekannt, einen Teil des in der Beschickung eines Hochofens enthaltenen Kokses sowie einen Teil des über die Hauptblasformen eingeblasenen Heisswindes durch eine bestimmte Menge heißer Reduktionsgase

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zu ersetzen, die mit hoher Temperatur in das Gestell des Hochofens eingeblasen werden und im wesentlichen'-CO und Hp enthalten.

Ein solcher Ersatz wird vor allem deswegen vorge« schlagen, um den Verbrauch an Koks, bei dem es sich um einen teuren und zuweilen schwierig zu beschaffenden Brennstoff handelt, zu reduzieren. Es kann sogar angenommen werden, dass auf diesem Wege der Gesamtbedarf an Wärme und Reduktionsgas gedeckt wer« den könnte. Ausser seiner Punktion, das Metall zu entkohlen, würde Koks in diesem Falle nur noch als feuerfestes mechanisches Traggerüst zur Abfangung der festen Charge dienen und die Klärung von Schlacke und Roheisen ermöglichen.

Es ist bekannt, dass es zur Zeit bereits mehrere Verfah« ren zur Erzeugung von Reduktionsgasen gibt, beispiels« weise das Verfahren der katalytischen Oxydation unter Einwirkung von Wasserdampf oder das Verfahren der Teil« oxydation unter der Einwirkung von Sauerstoff, wie es bei gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen Anwendung findet.

Zur weiteren Nutzung der in einem Stahlwerksbetrieb gegebenen Energiequellen wurde von der Anmelderin auch bereits vorgeschlagen, Reduktionsgase aus flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen bzw. aus einem kohlenstoffhaltigen Feststoff, z.B. Kohle, unter Heranziehung von Gichtgas als Oxydationsmittel herzustellen.

In allen Fällen werden die anfallenden Reduktionsgase zum Einblasen in das Gestell des Hochofens auf Temperaturen zwischen 1700⁰C und 2500⁰C erhitzt. Diese

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hohen Temperaturen lassen sich auf verschiedene Art und Weise erreichen, doch wurden hervorragende Ergebnisse mit einem von der Anmelderin ebenfalls vorgeschlagenen Verfahren, das die Erhitzung dieser Gase in einer Plasmaumgebung vorsieht, erzielt. Besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren unter dem Aspekt einer entsprechenden künftigen Senkung der Kosten für elektrische Energie durch Versorgung mit nuklearem elektrischen Strom,

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die speziell für die Erhitzung bzw. die Erzeugung und Erhitzung in einer Plasmaumgebune von in einen Schaehtofen, insbesondere in das Gestell eines Hochofens, über etwa in der Ebene der Hauptblasformen angeordnete Formen oder sogar über diese Hauptblasformen selbst einzublasenden Reduktionsgasen, konzipiert ist.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die der Blasform benach~ barte Düse mit mindestens einem, vorzugsweise zylindrischen, Plasmaofen in konzentrischer Anordnung zu der der Düse und der anschliessenden Hauptblasform gemeinsamen Längsachse ausgestattet ist.

Erfindungsgemäss kann die Düse ganz oder teilweise von dem Plasmaofen gebildet sein, der im konventionellen Betrieb der Versorgung der Blasform mit Heisswind dient.

Nach einer zweckmässigen Abwandlung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist die Düse mit zwei Plasmaöfen zur Anordnung in Reihe zu versehen.

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Nach einer weiteren konstruktiven Abwandlung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist die den Ofen bzw. die Öfen umfassende Düse mit einer Kappe versehen, die zum Schütze der Düse vor herabrieselndem Wasser sowie als Schalldämpfer dient.

Die Erfindung betrifft desweiteren ein mit Hilfe der vorbeschriebenen Vorrichtung durchzuführendes Verfahren.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist im wesentlichen gekennzeichnet durch Erzeugen einer Plasmaumgebung in einem entsprechenden Ofen, der in der Düse neben einer Blasform, beispielsweise einer Hauptblasform, angeordnet ist, und durch Einführen der in den Schachtofen, insbesondere in das Gestell eines Hochofens, einzublasenden Gase in diesen Plasmaofen.

Erfindungsgemäss besteht das Plasmagas für die Brenner der in den Düsen angeordneten Plasmaofen aus Inertgas wie z.B. Argon oder vorzugsweise Stickstoff, da Stickstoff ein in einem Stahlwerksbetrieb in grossen Mengen und billig anfallendes Nebenprodukt darstellt.

In weiterer Abwandlung des vorstehenden erfindungsge« mässen Verfahrens bestehen die Plasmagase für die Brenner der in den Düsen angeordneten Plasmaofen aus industriemässig reinem Wasserstoff.

Eine weitergehende Abwandlung des erfindungsgemässen Verfahrens sieht vor, dass die Plasmagase für die Brenner der in den Düsen angeordneten Plasmaofen aus sogenannten unreinen Reduktionsgasen bestehen, und zwar unrein deswegen, weil sie neben Wasserstoff noch relativ grosse Mengen von CO und Stickstoff und geringe Mengen HpO und CO₂ enthalten können.

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Die zum Einblasen in den Schachtofen vorgesehenen Gase, welche in die Plasmaofen in den Düsen eingesetzt werden, sind erfindungsgemäss in vorteilhafter W_eise mit herkömmlichen Mitteln, d.h. nicht nach dem Plasmaprinzip, auf Temperaturen zwischen 900⁰C und l400°c vorzuerhitzen.

In Fällen, wo die Düsen mit zwei in Reihe angeordneten Plasmaofen ausgerüstet sind, kann die Beschickung dieser Öfen mit Reduktionsgasen erfolgen, deren Erhitzung in zwei Phasen bewirkt wird, wobei der naehgeschaltete Ofen sie auf die Einblastemperatur im Bereich zwischen 1700⁰C und 2500⁰C erhitzt.

Bei Düsen mit zwei in Reihe geschalteten Plasmaofen können die letzteren auch mit zu reformierendem &as und oxydierendem Gas beschickt werden, wobei der eine der Öfen beispielsweise den Reformierprozess und der andere Ofen die Erhitzung übernimmt.

Muss während des Betriebs die Einblasung von heissen Reduktionsgasen in das Gestell des Hochofens unterbrochen werden, so werden erfindungsgemäss die Plasmabrenner zweckmässigerweise mit Hilfe eines Inertgases, beispielsweise mit Hilfe von Stickstoff, unter Druck gehalten, um so durch Unterbindung jeglicher Rückströmung von korrosiven Gasen diese Brenner zu schützen.

Um den Plasmazustand in den Düsen lagemässig zu stabilisieren, wird erfindungsgemäss ausserdem der im Hochofen herrschende Druck gemessen und in Abhängigkeit von den jeweils festgestellten Schwankungen die Stärke des den Plasmabrennern zugeführten elektrischen Stroms reguliert in der Weise, dass der Verbrauch an elektrischer Energie konst^ntgehalten wird.

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Aufgrund der hohen Geschwindigkeiten der die Plasmaöfen durchströmend3n Gase lässt sich die Stabilisierung der elektrischen Lichtbögen dadurch vereinfachen, indem leichtionisierbare Verbindungen, beispielsweise alkalische oder erdalkalische Verbindungen wie Halogenide und vorzugsweise CaCl₂, in feiner Vertei« lung in die Brennergase eingestreut werden.

Die beigefügten Figuren 1 und 2, die als Anschauungsbeispiel und nicht als Einschränkung zu verstehen sind, sollen das Verständnis der erfindungsgemässen Vorrichtung vereinfachen.

Figur 1 zeigt die Anordnung einer Hauptblasform eines Hochofens mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung.

Figur 2 stellt einen Querschnitt durch eine mit einem Plasmabrenner ausgestattete Düse dar.

In Figur 1 ist der Hochofen mit seinem metallischen Aussenmantel (l) und seiner feuerfesten Zustellung (2) angedeutet.

Der herkömmliche Kreis für den in das Gestell eines Hochofens gewöhnlich einzublasenden Heisswind besteht aus der Ringleitung (3), einer Verbindungsleitung (4) zwischen der Hingleitung (J>) und der Düse (5), und der eigentlichen Blasform (6), in welche die Düse

(5) einmündet. Ebenfalls dargestellt ist die Halterung (7) mit zugehörigem Kühlkreis und Formkasten (8).

Wie aus Figur 2 ersichtlich, besteht die Düse (5) aus zwei Teilen, von denen der eine Teil (9) von einem zylindrischen Plasmaofen im Anschluss an die Blasform

(6) gebildet wird, der koaxial mit der der Düse und der. anschliessenden Hauptblas form (6) gemein«

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samen Längsachse (10-11) ausgerichtet ist. Es handelt sich um einen dreiphasigen Plasmaofen, dessen neutraler Punkt auf dieser Achse (10-11) liegt.

Der zylindrische Plasmaofen (9) umfasst eine feuerfeste Ausmauerung (12) und ist mit einem Mantel (13) für Umlaufwasser (14) versehen. Er ist mit drei radialen, um 120 Grad gegeneinander versetzten Plasmabrennern (15) ausgestattet, deren Achsen sich in einem Punkt auf der Längsachse (10-11) schneiden.

PATENTANSPRÜCHE

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum Einbringen heißer Reduktionsgase in einen Schachtofen, insbesondere in das Gestell eines Hochofens, über etwa in der Ebene der Hauptblasformen angeordnete Formen oder über Hauptblasformen, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Blasform (6) angrenzende Düse (5) mit mindestens einem, vorzugsweise zylindrischen, Plasmaofen (9) in konzentrischer Anordnung zu der der Düse (5) und der anschließenden Blasform (6) gemeinsamen Längsachse (10-11) ausgestattet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (5) ganz oder teilweise von dem Plasmaofen (9) gebildet wird.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (5) mit zwei in Reihe anzuordnenden Plasmaofen (9) versehen ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die den Ofen (9) bzw. die Öfen aufweisende Düse (5) mit einer Kappe versehen ist, die als Schutz der Düse (5) vor herabrieselndem Wasser sowie als Schalldämpfer ausgeführt ist.

5. Verfahren zum Einbringen heißer Reduktionsgase in einen Schachtofen mittels der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Plasmaumgebung in einem Ofen, der in der Düse neben einer Blasform , beispielsweise einer Hauptblasform, angeordnet ist, erzeugt wird und dass die in den Schachtofen , insbesondere in das Gestell eines Hochofens, einzublasenden Gase in diesen Plasmaofen eingeführt wird.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasmagas für die Brenner der in den Düsen angeordneten Plasmaofen aus Inertgas wie z.B. Argon oder vorzugsweise Stickstoff besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmagase für die Brenner der in den Düsen befindlichen Plasmaofen aus industriemässig reinem Wasserstoff bestehen.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmagase für die Brenner der in den Düsen angeordneten Plasmaofen aus in dem Sinne unreinen Reduktionsgasen gebildet werden, daß sie neben Wasserstoff noch relativ große Mengen von CO und Stickstoff und geringe Mengen H₂O und CO₂ enthalten.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die zum Einblasen in den Schachtofen vorgesehenen Gase, welche in die Plasmaofen in den Düsen eingesetzt werden, mit herkömmlichen Mitteln, d.h. nicht nach dem Plasmaprinzip, auf Temperaturen zwischen 900⁰C und 1400⁰C₅ vorerhitzt werden.

10. Verfahren nah den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß in Fällen, wo die Düsen mit zwei hintereinandergeschalteten Plasmaofen ausgerüstet sind, die Beschickung dieser Öfen mit Reduktionsgasen erfolgt, deren Erhitzung in zwei Phasen bewirkt wird, wobei der nachgeschaltete Ofen die Gase auf ihre Einblastemperatur zwischen 1700°C und 2500⁰C erhitzt.

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11. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß bei Düsen mit zwei in Reihe geschalteten Plasmaöfen die letzteren mit einem zu reformierenden Gas und einem oxydierenden Gas beschickt werden, wobei der eine Ofen den Reformierprozess und der andere die Erhitzung übernimmt.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß während des Betriebs bei Unterbrechung der Einblasung von heissen Reduktionsgasen in das Hochofengestell die Plasmabrenner mit Hilfe eines Inertgases, insbesondere mit Hilfe von Stickstoff, unter einem derartigen Druck gehalten werden, dass jegliche Rückströmung von korrosiven Gasen unterbunden wird.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur lagemäßigen Stabilisierung des Plasmazustandes in den Düsen der im Hochofen herrschende Druck gemessen und in Abhängigkeit von den jeweils festgestellten Schwankungen die Stärke des den Plasmabrennern zugeführten elektrischen Stroms reguliert wird in der Weise, daß der Verbrauch an elektrischer Energie konstant bleibt.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf Grund der hohen Geschwindigkeiten der die Plasmaöfen durchströmenden Gase die Stabilisierung der elektrischen Lichtbögen dadurch vereinfacht wird, dass leichtionisierbare Verbindungen, beispielsweise alkalische oder erdalkalische Verbindungen wie Halogenide und vorzugsweise CaCl₇, in feiner Verteilung in die Brennergase eingestreut werden.

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