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Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung von
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Eisen aus Eisenerz Beim Betrieb herkömmlicher Hochöfen werden Eisenerz,
Koks und Kalkstein kontinuierlich an der Ofenspitze eingebracht, so daß innerhalb
des Hochofens eine kontinuierlich nach unten wandernde Säule entsteht. Vorerhitzter
ochofenwind, der normalerweise aus Luft besteht, die auf eine Temperatur im Bereich
zwischen 482 und 10970C in Regenerationserhitzern erhitzt wird, wird in der Nähe
des unteren Schadtendes eingeblasen, so daß im Ofeninneren eine reduzierende Atmosphäre
entsteht. Als Ergebnis <ier Reaktion des Eisen erzes mit dem Kohlenmonoxyd in
dem reduzierenden Gas und der Kohle im Ofenschacht wird das Eisenerz zu Eisenschmelze
reduziert, die sich in der Rast ansammelt und periodisch abgestochen wird. Die Gangart
des Erzes und die Koksu asche werden durch Heaktion mit dem Kalkstein, der im Schacht
ausgebrannt wird, zu einer flüssigen Schlackeschmelze aufgeschmolzen, die sich als
unmischbare Schicht auf der Oberseite der Eisenschmelze ansammelt und ebenfalls
periodisch abgestochen wird. Das Hochofengas, das an der Oberseite der Zustellungssäule
austritt, enthält
Kohlenmonoxyd und Wasserstoff und wird deshalb
als Brenngas zur Beheizung der Regenerationserhitzer, von Kesseln, Schmelzöfen usw.
im Hochofenbereich eingesetzt.
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Der erhitzte reduzierende Hochofenwindist bisher gewöhnlich durch
Hindurchleiten eines Luftstromes durch einen oder mehrere Regenerationserhitzer
erzeugt worden, wobei die Luft erhitzt wurde. Normalerweise bestehen die Regenerationserhitzer
aus einem oder mehreren großen, mit hitzebeständigem Material ausgekleideten Türmen,
die in der Weise betrieben werden, daß zuerst die hitzebeständige Auskleidung durch
Verbrennung von Brennstoff und Luft aufgeheizt und dann ein Luftstrom durch den
Turm gepreßt wird, wobei er sich erhitzt. Derartige Regenerationserhitzer oder -türme
sind im allgemeinen teuer in der Erstellung, problematisch im Betrieb und erfordern
im Hinblick auf die darin vorgesehenen hitzebeständigen Materialien eine aufwendige
periodische Wartung.
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Ausgehend von einem Verfahren zur Erzeugung von Eisenschmelze aus
Eisenerz, bei dem Eisenerz, Koks und Kalkstein in einen Schachtofen eingebracht
werden, der Koks durch Einblasen von sauerstoffhaltigem Wind verbrannt und das Eisenerz
zu Eisen reduziert wird, wobei ein Kohlenmonoxyd enthaltender Restgasstrom entsteht,
der aus dem Schachtofen abgezogen wird, schlägt die Erfindung ein Verfahren vor,
gemäß dem ein Teil des Restgases mit einem Luftstrom zusammengeführt und durch Verbrennung
das enthaltene Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd umgewandelt und ein allein durch diese
Verbrennung erhitzter Heißgasstrom erzeugt wird, bei dem weiter mit dem Heißgasstrom
ein Sauerstoffstrom zusammengeführt und dadurch ein erhitzter, mit Sauerstoff angereicherter
Gasstrom erzeugt
wird, der wieder als Wind inden Schachtofen eingeblasen
wird.
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Bei Anwendung dieses Verfahrens werden Regenerationserhitzer nicht
benötigt und der vorerhitzte reduzierende Hochofenwind wird in relativ billigen
und leicht zu betreibenden Brenneinrichtungen erzeugt.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Einrichtung zur Erzeugung von
Eisenschmelze aus Eisenerz mit einem Schachtofen, einer Absticheinrichtung zum Abstechen
von Schlacke und Eisen aus dem Schachtofen und mit Mitteln zum Einblasen von Heißwind
in den Schachtofen und zum Abziehen von GicItgas an der Schachtofenspitze. Erfindungsgemäß
umfaßt dabei die Einrichtung zur Winderzeugwig eine Verbindungsleitung zwischen
dem Gichtgasabzug und einem ersten Gebläse sowie eine an das erste Gebläse angeschlossene
Brennkammer und ist ein zweites Gebläse für die Zuführung von Druckluft an die Brennkammer
angeschlossen, die über eine Leitung mit der Windform des Schachtofens verbunden
ist, Hierdurch wird das Gichtgas von der Ofenspitze über die Verbindungsleitung
zum ersten Gebläse abgezogen, welches das Gas der Brennkammer zuleitet, in die durch
das zweite Gebläse Druckluft eingeblasen wird.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden
Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen. In den Zeichnungen zeigt: Fig. i
eine Ausführungsform einer Einrichtung zur DurchfLti1rung des erfindungsgemäßen
Verfthrens;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teiles der Einrichtung
nach Fig. 1 im Schnitt, und Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie III-III in
Fig. 2.
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Die Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Schachtofen 12 mit einer Rast
1/, einer Windform 16, einem Kohlensack 18 und einem Schacht 20. Eisenerz, Koks
und Kalkstein werden kontinuierlich an der Ofenspitze bei 21 zugeführt, so daß eine
sich nach unten bewegende Säule aus Eisenerz, Koks und Kalkstein in dein Schacht
20 entsteht Das im Schachtofen 12 erzeugte Gicht- oder restgas wird über eine Gichtgasleitung
>2 <ibgezogen tind durchströmt einen Staubsammler 24, in dem Festkörperverunreinigungen
alls dem Gas entfernt werden. Uus weiterströmende gesäuberte Giciltgas gelangt über
eine Leitung 23 zu einem Auslaß 25, von dem aus es einer weiteren Verbrauchs-oder
Verarbeitungsstelle zugeführt wird. Eine Verbindungsleitung 26 führt von der Leitung
23 zur Saugseite eines Gebläses 28, dessen Druckseite über eine Leitung 30 mit dem
Brennstoffanschluß 38 einer Brennkammer 32 verbunden ist0 Eine besondere Ausführungsform
der Brennkammer 32 ergibt sich aus den Fig. 2 und 3. Sie umfaßt einen Außenmantel
34 in Form eines umgekehrten Kegelstumpfes, dessen unteres Ende durch einen Flansch
36 verschlossen ist. Der Brenngasanschluß 38 der Brennkammer 32 durchsetzt den Flansch
36 konzentrisch i Bezug auf die Achse des Außenmantels 34. Nicht gezeigte Ziind-
und Flammschutzeinrichtungen, die in der Brennkammer 32 eingesetzt werden, sind
mittels des Flansches 36 festgelegt Das obere Ende des Außenmantels 34 läuft zu
einem Flansch 40
us, der mit einer Führung 42 verbunden ist. Diese
weist an ihrem oberen Ende einen mit Flansch 44 versehenen Anschluß auf 0 konzentrisch
zu dem Außenniantel 34 ist darin ein Innenmantel 46 angeordnet, der ebenfalls die
Form eines umgekehrten Kegelstumpfes besitzt und dessen unteres Ende 48 offen ist
und kurz über dem Flansch 36 endigt. Das obere Ende 50 des Innenmantels 46 ist abgedichtet
an einer ring-förmigen Prallplatte 52 befestigt, die ebenfalls abgedi<htet mit
dem Aubenanteil 34 verbunden ist.
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Am oberen Ende des Außenmantels 34 wird dieser von einem tangentialen
Lufteinlaß 54 durchsetzt. Daraus ergibt sich, daß der Lufteinlaß 54 sich tangential
in den geschlossenen Ringraum öffnet, der durch den Innenmantel 46, die Prallplatte
52 und den Außenmantel 34 in der Brennkammer 32 gebildet wird.
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Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ist ein zweites Gebläse 56 mit seiner
Druckseite durch eine Leitung 58 an den Lufteinlaß 54 der Brennkammer 32 angeschlossen.
Der Auslaß 44 der Brennkammer 32 steht über eine Leitung 60 mit Winddüsen in Verbindung,
die über die Windform 16 des Schachtofens 12 verteilt sind. Mengenregelventile 62
und 68 in Leitungen 30 und 58 werden durch einen Regler 64 für das Durchsntzverhältniu
gesteuert, der in Abhängigkeit von einem Durchsatzfiihlcr 66 in der Leitung 60 arbeitet.
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Eine Leitulig 61 ist an die Leitung 6o und an eine S.auerstoffquelle
angeschlossen, so daß der über die Leitung 60 in den
Schacht ofen
12 eingeblasene Heißwind mit Sauerstoff angereichert werden kann. Außerdem steht
eine Leitung 63 mit einer Sauerstoffquelle und einer Sammelleitung 65 in Verbindung,
die eine Anzahl von Sauerstoffeinlässen im Boden der Rast 14 des Schachtofens 12
beaufschlagt.
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Im Betrieb wird der Hochofen 12 mit Eisenerz, Koks und Kalkstein bei
21 beschickt und vorerhitzter, mit Sauerstoff angereicheiter Wind mit einer Temperatur
im Bereich von etwa GZ bis 6760C durch die Windform 16 aus der Leitung 60 eingeblasen.
Nach dem Eintritt in den Hochofen 12 reagiert der erhitzte Sauerstoff mit dem Koks
im Hochofen, so daß eine Hochtemperatur-Verbrennung eintritt und die daraus resultiererlden
aufsteigenden Gase, die Kohlenmonoxyd enthalten, mit dem herunter wandernden Eisenerz
zur Reaktion omen und es zu Eisenschmelze reduzieren Die Kohle in dem Ofenschacht
reagiert ebenfalls im Sinne einer Reduktion des Eisenerzes, so daß sich in der Rast
14 ein Bad von Eisen schmelze ansammelt, von der Teile über einen Abstich 15 entnommen
werden.
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Die Gangart des Eisenerzes und die Koksasche werden durch den gebrannten
Kalkstein im hochofen aufgeschmolzen und bilden eine Schlackeschmelze, die sich
ebenfalls in der Rast 14 ansammelt und periodisch über einen Abstich 17 abgestochen
wird. Der reduzierende Gichtgasstrom, der sich im Kohlensack 18 bildet, strömt nach
oben und die Gichtgase, die in der hauptsache aus Wasserdampf, Kohlendioxyd, Stichstoff,
Wasserstoff und Kohlenmonoxyd bestehen, werden über die Gichtgasleitung 22 aus dem
Hochofen abgezogen. Festkörper werden aus dem Gichtgasstrom durch den Staubsammler
24
entfernt und der resultierende gereinigte Gichtgasstrom gelangt
über die Leitung 22 zum Auslaß 25.
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Ein Teil des Gichtgasstromes fließt über die Verbiiidungsleitung 26
zum Gebläse 28 und von dort durch die Leitung 30 und das Regelventil 62 in die Brennkammer
3'. In diese gelangt außerdem von dem Gebläse 56 her durch die Leitung 58 und das
Mengenregelventil 68 ein Luftstrom, der am Luft einlaß 54 eintritt.
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Wie sich aus den Fig. 2 und 3 ergibt, tritt der vom Gebläse 56 erzeugte
Luftstrom tangential zwischen dem Außenmantel 34, dem Innenmantel 46 und der Prallplatte
52 ein und folgt einem schraubenförmigen Weg nach unten. Am unteren Ende 48 des
Innenmantels 34 mischt sich der Luftstrom intensiv mit dem am Anschluß 38 eintretenden
Gichtgas. Das Gemisch gelangt in den Irnjenraum des Imlenmantels 46, wo es gezündet
und verbrannt wird. Das in dem Gichtgas enthaltene Kohlenmonoxyd wird auf diese
Weise zu Kohlendioxyd oxydiert und es wird ein Heißgasstrom erzeugt, der Kohlendioxyd,
Wasserdampf, Sauerstoff und Stickstoff enthält und durch den Auslaß 44 austritt.
Der Regler 64 steuert die Regelventile 62 und 68 so, daß ein gewünschtes Verhältnis
von Luft zu Gicht~ gas und außerdem der gewünschte Durchsatz an heißen Verbrennungsgasen
in dem Hochofen 12 erzielt wird. Das Mischungsverhältnis zwischen Luft und Gichtgas
kann so eingesteuert werden, daß man ein weitgehend stöchiometrisches Kohlenmoxloxyd/Sauerstoff-Gemisch
erhält und demzufolge eine vollständige Verbrennung des Kohlenmonoxydes in der Brennkammer
erfolgt. Vorzugsweise wird jedoch die Brennkammer 32 mit Luftüberschuß betrieben,
um eine Sauerstoffanreicherung des so
erzeugten Windes zu erreichen.
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Ein kontinuierlicher Sauerstoffstrom fließt aus einer nicht gezeigten
Quelle über die Leitung 61 in die Leitung 60, lao er sich mit dem Heißwind vor dessen
Eintritt in den Hochofen 12 verbindet. Die Anreicherung des Heißwindes mit Sauerstoff
ist erforderlich, um den benötigten Sauerstoff zur ltufrecilterhaltung der Koksverbrennung
im Hochofen 12 und zur Erzielung der notwendigen Betriebstemperaturen zu stellen.
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Ist es erwünscht, die in Schachtofen 12 erzeugte Eisenschmelze vor
dem Abstich in Stahl umzuwandeln, so kann der Sauerstoff auch über die Leitung 63
zugeführt werden. Hierdurch wird er durch das Schmelzbad in der Rast 14 hindurchgeblasen,
so daß er sich mit dem Heißwind innerhalb des Kohlensackes 18 vereinigt.
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Beispiel Unter Anwendung der Einrichtung gemäß Fig. i werden 1673
to je Tag Eisenerz, 212 to je Tag Kalkstein und 592 to je Tag Koks in den Schachtofen
12 eingebracht. Ein Gichtgasstrom mit einer Temperatur von 1760C wird an der Ofenspitze
des Schacht es 20 in einer Durchsatzmenge von 108 304 x 106 l/h abgezogen. Eine
Teilmenge von 12 876 x 106 l/h des Gichtgases strömt über die Verbindungsleitung
26 zum Gebläse 28.
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Das Gebläse 28 verdichtet das Gichtgas auf einen Druck von 1,41 atü
und drückt es iiber die Leitung 30 in die Brennkammer 32. Das Gichtgas hat die folgende
Zusammensetzung (in Mol %):
Wasserdampf 3,46, Kohlendioxyd 18,14,
Stickstoff 44,79, Wasserstoff 1,54, Kohlenmonoxyd 32,07 (Gesamt 100 Mol 4;0).
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Das Gebläse 56 erzeugt einen Luftstrom mit einer Stundenmenge von
55 553 x 106 Litern und einer Temperatur von 105°C.
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Die Luft gelangt über den Lufteinlaß 54 in die Brennkammer 32 und
vermischt sich mit dem Gichtgas, welches in die Brennkammer über den Anschluß 38
eintritt. Das Gichtgas/Luft-Gemisch wird in der Brennkammer 32 verbrannt und auf
eine Temperatur von 6290C erhitzt. Der resultierende ileißwind, der in die Leitung
60 eintritt, hat folgende Zusammensetzung (in Mol ): Wasserdampf 3,07, Kohlendioxyd
9,75, Stickstoff 73,26, Sauerstoffüberschuß 13,92 (Gesamt-Mol ß 100).
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Ein Strom reinen Sauerstoffes mit einer stündlichen Menge von 5 023
s106 Liter gelangt über die Leitung 61 in die Leitung 60 und vereinigt sich mit
dem darin strömenden EIeiXwind.
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Die Temperatur des voll reduzierten Metalles im Kohlensack 18 des
Schachtofens 12 beträgt 1010 C; die Temperatur des Eisenbades in der Rast 14 1510
0C. Die Temperatur der reduzierenden Heißgase im Kohlensack 18 beträgt 1066 0C.
Über den Abstich 15 werden täglich 1088 to Roheisen gewonnen.
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L e e r s e i t e