DE2712899C3 - Vorrichtung zur Regelung der Teilverbrennung von Reaktionsgasen aus Stahlkonvertern und Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung - Google Patents
Vorrichtung zur Regelung der Teilverbrennung von Reaktionsgasen aus Stahlkonvertern und Verfahren unter Verwendung der VorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung
der Teilverbrennung der einem Stahlkonverter entweichenden Reaktionsgase, entsprechend dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung.
Dem beweglichen, chargenweise betriebenen Konverter zum Frischen von Roheisen zu Stahl wird eine
Anlage zur Erfassung, Konditionierung und Reinigung der aus diesem Stahlkonverter austretenden heißen,
staubbeladenen Reaktionsgasc zugeordnet. Die Bauweise
des für eine Folge von metallurgischen Prozeßstufen konzipierten Reaktionsgefäßes bewirkt, daß die 6»
nachgeschaltete Anlage mit einem gewissen räumlichen Abstand zu ihm angeordnet ist und somit insgesamt
kein geschlossenes System vorliegt. Dieses System wiederum steht unter Unterdruck, der durch ein Gebläse
erzeugt und mittels Drosseleinrichtungen geregelt wird. Da die Anlage saugseitig offen ist. erfaßt sie außer den
Ri-aktionsgusen auch Luft aus der Umgebung des Spaltes,
der /wischen Tiegel und unterem I.eitungstcil des
Gasfanges wegen der Drehbewegungen des Tiegels frei bleiben muß.
Soll wie im vorliegenden Fall die Konditionierung der Reaktionsgase durch Ansaugen einer kleinstmöglichen
Menge an Luft vorgenommen werden, wird der Spalt durch einen muffenartigen, heb- und senkbaren Ring
zum gegebenen Zeitpunkt im Prozeßverlauf weitgehend geschlossen.
Die in diesem Leitungssystem auftretenden strömungs-,
wärme- und verbrennungstechnischen Vorgänge sind von einer Vielzahl von Faktoren abhängig
und geben wegen ihrer Komplexheit Anlaß zu einer Reihe von Störungsmöglichkeiten.
Nach den bekannten Verfahren bei Aufblaskonvertorn oder bodenblasenden Konvertern wird Roheisen in
einem Tiegel mit Sauerstoff von oben oder unten beaufschlagt.
Die daraufhin einsetzenden Reaktionen zwischen dem Sauerstoff und den Eisenbegleitstoffen (C, Si, Mn,
P, S, . . .) werden als Primärreaktionen bezeichnet. Noch innerhalb des Tiegels findet bereits als Sekundärreaktion
die Verbrennung eines Teils des primär entstandenen CO statt, da der Sauerstoff nicht restlos für
die Primärreaktion verbraucht wird. Bereits diese Primär- und die sich daran anschließende Sekundärreaktion
verläuft ungleichmäßig in bezug iuf die Gasentwicklung.
Eine Folge davon ist ein ungleichmäßiger Volumenstrom der den Tiegel verlassenden Gase.
Nach Verlassen des Tiegels geraten die Gase für kurze Zeit in Kontakt mit atmosphärischer Luft. Diese
wird sowohl durch Unterdruck im System, als auch durch Injektorwirkung des Gasstrahls angesaugt und
mit diesem in das Leitungssystem gefördert. Hier findet nun als Tertiärreaktion die Verbrennung des CO-Gases
mit dem Luftsauerstoff zu CO2 statt. Die Verbrennung laß! sich im Hinblick auf eine Speicherung und spätere
Nutzung des CO in gewissen Grenzen regeln. Eine entsprechende Vorrichtung dazu ist der bekannte
höhenverstellbare Schließring.
Die Menge der durch die verbleibenden Undichtheiten am Schließring eingesaugten Luft ist außer vom
freien Querschnitt dieser Spalten vom Unterdruck im System abhängig. Der Unterdruck wird vom Gebläse
erzeugt und über Regelglieder eingestellt, ist jedoch aufgrund der vorstehend beschriebenen unstetigen Primär-
und nachfolgenden Sekundärreaktion nicht auf einem konstanten Wert haltbar, sondern zeitweilig von
einer niederfrequenten Pulsation überlagert. Dadurch erfolgt auch der Lufteintritt in das System und die sich
anschließende Tertiärreaktion pulsierend.
Es wird damit deutlich, daß die Zone im Bereich der Luftzumischung für einen geregelten Ablauf der Folgereaktion
von größter Wichtigkeit ist.
Zur weiteren Erläuterung des Problems ist es notwendig, auf den zeitlichen Ablauf der quantitativen Entwicklung
des CO-Gases einzugehen. Davon abhängig wird die Koordinierung der Rcuktionsgasc in zwei Prozeßabschnitten
in unterschiedlicher Weise vorgenommen.
Zu Beginn des Sauerstoffblasens setzt die Reaktion
zwischen dem Sauerstoff und dem im Roheisen enthaltenen Kohlenstoff zu CO erst allmählich ein und steigert
sich stetig. Aufgrund der anfänglich geringen Menge findet eine vollständige Verbrennung mit der angesaugten
Luft aus der Umgebung statt. Die Vollverbrennung in dieser Phase ist erwünscht und wird daher bei angehobenem
Schließring vorgenommen.
stoffgehalt im Leitungssystem, was durch ein entsprechendes
Analysengerät angezeigt wird. Zu einem bestimmten Zeitpunkt stehen die Mengen an CO und
Luft in einem solchen Verhältnis zueinander, daß ein Verbrennungsluftfaktor von &eegr; = ! vorliegt. In dieser
Phase entsteht als Verbrennungsprodukt ein inertes Gasgemisch aus CO2 und N2. Bei weiter steigendem
CO-Gehalt fällt der Verbrennungsluftfaktor und es setzt die Phase ein, bei der das Gas nach der Kühlung
und Reinigung außerhalb des Leitungssystems verbrannt (abgefackelt) oder in einem Gasometer gesammelt
werden kann; d. h. die Verbrennung innerhalb des Leitungssystems muß nun weitestgehend unterdrückt
werden.
Zum besagten Zeitpunkt der Inertisierungsphase
erfolgt automatisch eine Trennung des O2-haltigen von
der CO-haltigen Gasschicht, so daß eine ungewollte Reaktion verhindert wird. Dann wird zur Konditionierung
der Reaktionsgase in der zweiten Stufe der Spalt durch einen muffenartigen, heb- und senkbaren Ring
weitgehend geschlossen.
Diese Phase ist deshalb so bedeutend, weil sie etwa 75% der gesamten Blaszeit ausmacht.
Das Ende wird angezeigt durch fallende CO-Entwicklung,
und bei Erreichen eines Min.-Wertes erfolgt umgekehrt der Übergang zur Konditionierung im Sinne
einer Vollverbrennung mit Einschaltung der Inertisierungsschicht.
Verfahren und Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe
sind trotz vieler Bemühungen noch nicht frei von Mängeln. Insbesondere macht die Einhaltung eines
Soll-Unterdrucks innerhalb eines Toleranzbereichs Schwierigkeiten. Im Zusammenwirken von unregelmäßiger
Gasbildung im Konverter, Steuerung des Unterdrucks über Stellring und weiteren Stellgliedern innerhalb
der Gasleitung und Gebläseleistung kann die in das Leitungssystem eingesaugte Luftmenge nicht so geregelt
werden, daß sie je nach erreichter Phase innerhalb der Blasperiode auf einem Optimum gehalten wird.
Eine weit verbreitete Methode, den Unterdruck im Hinblick auf die Teilverbrennung zu beeinflussen, ist
die Verstellung der Spaltbreite zwischen Tiegelmund und Gasfang-Unterteil mittels des Stellringes. Hierbei
muß jedoch stets ein erhebliches Gewicht bewegt werden, und die Regelung ist wegen der großen Querschnitte
nur -sehr grob.
Für das bodenblasende Frisch verfahren, bei dem es in
besonderem Maße auf eine an die einzelnen Prozeßstufen angepaßte Steuerung und Regelung ankommt, sind
die entsprechenden Maßnahmen in der deutschen Offenlegungsschrift 24 04 288 beschrieben. In Abhängigkeit
von der jeweiligen Gaszusammensetzung, die vor allem in der Anfangs- und Endphase einem raschen
Wechsel unterworfen ist, erfolgt die Betätigung des Stellringes. Die darin beschriebene labyrinthartige
Dichtung bewirkt einen relativ eng beschriebenen Luftzutritt entsprechend einem Unterdruck im Bereich - 5
bis - 15 mm WS.
Obwohl diese Version an sich weitgehend ihre Aufgaben erfüllt, ist noch keine Möglichkeit gegeben, die
Menge der zugeführten Verbrennungsluft in Abhängigkeit von kurzzeitig auftretenden Druckschwankungen
direkt zu regeln. Es bleibt eine unbeeinflußbare Abhängigkeit von der festen Spaltbreite und dem mittleren,
durch Regelglieder im Leitungssystem eingestellten Unterdruck.
Eine andere Einrichtung zur Beeinflussung des Zutritts an atmosphärischer Luft ist in der AT-PS
3 23 216 beschrieben. Aufgabe dieser Erfindung ist es, die Abhängigkeit der Bauabmessungen des Gasfang-Unterteils
von denen des Konverters zu verringern, indem die den Spalt verschließende Blende eine ausglei
chendc Funktion übernimmt. Ferner soll durch die
Anordnung und Dimensionierung der Luftdurchtrittsöffnungen sowie durch Verstellen einer Drosseleinrichtung
die Verbrennung geregelt werden.
Es wird jedoch nichts darüber offenbart, in welchem
lü Bereich die Verbrennung geregelt werden soll, noch
aufgrund welcher Meßkriterien die Regelung erfolgen soll. Außerdem ist die Einrichtung nicht geeignet, kurzzeitige
Schwankungen in der Gasentwicklung auszugleichen.
Ein Vorschlag, pulsierende Gasdruckschwankungen auszugleichen, ist in der vorveröffentlichten DE-OS
15 08 303 gemacht worden. In die feststehende Gasfanghaube münden mehrere Luftabführrohre, deren
andere Enden in die Luft münden und entsprechend in
einer Haube untergebracht sind, die über dem Konverter
angeordnet ist. So ist dem bei abgesenkter beweglicher Haube geschlossenen Gasfangsysteni eine an die
Betriebsverhältnisse angepaßte offene Verbindung zur Atmosphäre geschaffen, die ein selbsttätiges Ausglei
chen der kurzfristig auftretenden Druckstöße ermög
licht. Mii Hilfe von zusätzlich in die Luftabführrohre eingesetzten Hilfsrohren zum Einblasen von inertem
Gas, kann eventuell in den Luftabführrohren verbleibendes Abgas zündunfähig gemacht werden. Außerdem
wird der Eintritt von Luft in die Gasfanghaube weitgehend verhindert.
Nachteilig an dieser an sich selbsttätig arbeitenden Vorrichtung ist jedoch, daß der über eine Klappe im
rückwärtigen Teil des Abgasleitungssystems geregelte
von den Luftabfuhrrohren beeinflußt wird; d. h.. daß
außer den unerwünschten Gasdruckschwankungen auch
der normale Gasfluß betroffen ist.
rung der bekannten Maßnahmen eine Vorrichtung zu
schaffen, mit der Ausschwallungen vermieden werden.
ansonsten der Druck im Leitungssystem innerhalb des
gewünschten Bereiches aufrecht erhalten werden kann.
und Speicherung des Reaktionsgases einjn möglichst
niedrigen Abbrand des CO-Gases zu bewirken. Es wird
ein Verbrennungsluftfaktor /i zwischen 0.05 und max.
0,15 angestrebt.
zeichen des Patentanspruchs 1 bzw. 2 angegebenen Merkmalen.
Im Verfahren unter Verwendung dieser Vorrichtung wird in erster Linie die Messung und Regelung des
Druckes vorgenommen, unser dem das Gas im Ein
gangsbereich des Leitungssystems steht. Dieser Druck
dient als Impuls für die Einstellung der zuzuführenden Luftmenge.
Abweichungen von dem Toleranzbereich eines gewünschten Sollwertes sind dabei als Kriterium für
&kgr;&igr; Unregelmäßigkeiten in der Gasbildung zu werten. Es
soll dabei ein Unterdruck zwischen - 2 bis - 20 mm WS eingehalten werden. Eine Mehr- oder Milderbildung
sind kurzfristige Erscheinungen, die bei einem starren System als niederfrequente Pulsation feststellbar sind.
as Im Extremfall kommt v.s bei Eintritt in den Überdruckbereich
zu den sog. Ausschwallungen von Reaktionsgasen. Zum Ausgleich der Druckabweichungen wird Luft
oder ein anderes Gas in höherem oder niedrieerem
Maße dem System zugeführt.
Drei Verfahrensmerkmale sind hier zu unterscheiden:
- im Unterdruckbereich innerhalb des Toleranzbereichs wird durch Verändern des freien Querschnitts
die Menge der angesaugten atmosphärischen Luft geregelt,
- fällt der Druck (steig! der Unterdruck) auf einen Wert außerhalb des Toleranzbereichs, ist die zuzumischende
Menge an Luft so groß, daß sie nicht mehr frei angesaugt werden kann und muß um eine entsprechende Menge an Druckluft oder
einem anderen unter Druck stehenden Gas, z. B. Inertgas (N2, CO, ...) ergänzt werden,
- steigt der Druck in den positiven Bereich, muß damit kein Abgas außerhalb des Leitungssystems
gelangt - im Bereich der verbleibenden Spalten ein Gegendruck autgebaut werden, der höher ist
als der Druck des Reaktionsgases; dies wird durch Eindüsen von Druckluft oder einem anderen
unter Druck stehenden Gas, z. B. Inertgas (N2,
CO2, ...) in entsprechender Menge erreicht.
Von Vorteil ist dabei die Druckmessung im Ringraum zwischen Gasfang-Unterteil und Kühlring, weil in diesem
Bereich kurzzeitige Schwankungen besonders schnell erfaßt werden und durch die erfindungsgemäßen
Maßnahmen mit minimaler Verzögerung ausgeglichen werden können. Abweichend von der Druckmessung
im Gasfang-Unterteil wird im genannten Ringraum der Zustand erfaßt, in dem sich die eingesaugte Luft befindet,
d. h. im Normalfall bei Unterdruck im Sollwertbereich oder in einem Zustand, der eine Korrektur erforderlich
macht.
Ein häufig wiederkehrender Sonderfall besteht dann.
&eegr;-,„&igr;.*:.-.—- cxo -i:~ «...f -i~—-. DnkA«A«kn-i &igr;:»-.
rvccnvuutiagcidiJ &ugr; ic am ucm i\uiiviacnuau nc
: &pgr;
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gende Schlacke stark aufschäumt, und - da der Schließring
auf dem Tiegelmund aufsitzt - bis in den Bereich des Spaltes zwischen Gasfang-Unterteil und Schließring
gelangt und denselben verschließt. Hierbei wird dann durch rasches Schließen der Absperrorgane und Eindüsen
von Druckgas ein Überdruck im Ringraum hergestellt, der das weitere Eindringen von Schaumschlacke
verhindert. Die Zuführung des Druckgases erfolgt zum entsprechenden Zeitpunkt, wobei die Freigabe des Leitungsweges
über ein Schnellschlußventil erfolgt, das über einen Impuls von einem Geber betätigt wird. Bei
Betrieb dieser Druckgasanlage wird der Druck im Ringraum unmittelbar beeinflußt und damit die Funktion
der Druckmessung irrelevant. Das Abschalten der Druckgasanlage erfolgt daher über die Druckmessung
im Gasfang-Unterteil.
Ein weiteres wichtiges Merkmal ist die Abdichtung der oberen Kante des beweglichen Schließringes gegen
die untere Seite des Kühlringes. Hierbei wird sichergestellt, daß die Luftmenge für die Teilverbrennung sowie
der Druckausgleich bei Schwankungen nahezu ausschließlich über den einstellbaren Querschnitt der auf
dem Kühlring angebrachten Stutzen erfolgt.
Zur Erläuterung der Erfindung werden die Vorrichtung und das Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung
beispielhaft auf den Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
Fig. I zeigt einen senkrechten Schnitt durch den
oberen Teil eines Tiegels. Schließring sowie Gasfang-Untcrtcil
mil Kühlring und einer beispiclswciscn Anordnung der Vorrichtung zur Regelung der Luftzufuhr
und des Druckgases;
Fig. 2 zeigt einen waagerechten Schitt A-A durch die Anordnung gemäß Fig. I (ergänzt durch den nicht vom
Schnitt A-A erfaßten Druckgas-Ringsammlcr);
Fig. 3 zeigt in Abänderung von Fig. 1 eine weitere
Ausgestaltungsmöglichkeit der urfindungsgcmäLWn
Vorrichtung.
Im einzelnen zeigen in den Figuren die Oberkante des
aufgerichteten Tiegels (1) und den Ga.sfang-Untcrtcil
in (2). Der zwischen Oberkante des Tiegels (1) und Unterkannte
des Gasfangs (2) verbleibende Spalt ist offen, wenn der Schließring (3) angehoben ist. wie in der
linken Bildhälfte dargestellt. Nach Erreichen der entsprechenden Abgaskennwerte wird der Schließring
abgesenkt, wie in der rechten Bildhälfte dargestellt. Dabei erfolgt die Abdichtung zur Tiegel-Oberkante
durch unmittelbares Aufsetzen der unteren Umlenkbögen (25) auf den Tiegelmund. Verbleibende Undichtigkeiten
durch ungleichmäßige Aust'ormung der einander
2Ii berührenden Ebenen sind geringfügig und üben keinen
entscheidenden Einfluß auf den Ablauf des Verfahrens aus. Die Abdichtung zum Gasfang-Unterteil erfolgt
durch Anpressen der oberen Umlenkbögen (24) des Schließringes (3) an ein am unteren Ende des Kühlrin-
:s ges (19) angebrachtes feuerfestes elastisch wirkendes
Dichtungsmaterial (22).
Der Gasfang-Unterteil (2) wird von der Unterkante bis etwa zum Kühlwassersammler (12) vom Kühlring
(19) umschlossen, der aus von Kühlwasser durchströmten Rohren gewickelt wird. Zwischen Gasfang-Unterteil
(2) und Kühlung (19) bleibt ein Ringraum (20) frei, in dem sich der Schließring (3) bei angehobenem
Zustand befindet. In abgesenktem Zustand bleibt als Verbindung zwischen Ringraum (20) und dem Inneren
des Gasfang-Unterteils (2) ein Ringspalt (21) frei, durch den die Luft strömen kann.
■&Pgr; ucii ixingraüin yAvy mUnuCn ütrCr viCn v^nijang
verteilt Luftansaugstutzen (18), deren freie Querschnitte über Absperrorgane einstellbar sind. Diese
M) Absperrorgane können beispielsweise wie in Fig. 1 als
Regelklappe (15) oder wie in Fig. 3 als eine in einem Gehäuse (17) befindliche Schieberplatte (16) ausgeführt
werden.
Die Betätigung dieser Absperrorgane erfolgt mechanisch, z. B. elektromotorisch oder hydraulisch, wobei
der Impuls zum Regeln des freien Querschnitts von einem Geber (8) über eine Druckmeßeinrichtung (10)
im Gasfang-Unterteil (2) oder über (11) im Ringraum
(20) erhalten wird. Vom gleichen Geber (8) wird der so Impuls zur Betätigung eines Ventils (6) zur Freigebe des
Druckgases benutzt. Das Druckgas kann, wie beispielhaft in Fig. I dargestellt, aus der Zuleitung (5) über
einen Ringsammler (4), Ausblaseleitung (13) in die einzelnen Düsen (14) geleitet werden. Es sind aber auch
hier mehrere Möglichkeiten gegeben. So wird gemäß Anordnung in Fig. 1 bei Unterschreilen eines Max-Unterdrucks
zusätzlich zum vollen Öffnen der Klappe eine Menge des Druckgases eingedüst. um den Unterdruck
wieder in den Toleranzbereich einzuregeln. Ein
M) weiterer Weg ist gemäß Anordnung in Fig. 3 aufgezeigt,
in der die Schieberbetätigung mit der Freigabe des Druckgases gekoppelt ist. Hier befinden sich die
Düsen in der Schieberplatte, so daß sie im angehobenen Zustand derselben vom Schiebergehäuse (17) verdeckt
(iS sind und erst im abgesenkten Zustand freigegeben werden.
Es erfolgt der Druckausgleich bei Melden eines erheblichen Unterdrucks durch Eindüsen von großen
Mengen des Druckgases.
Bei Auftreten eines Überdrucks im Gasfang-Unterteil
(2) kommt es zum Ausströmen von Reaktionsgasen in den Ringraum (20), so daß auch hier Überdruck
angezeigt wird. In diesem Fall werden die Absperrorgane (15) oder (16) vollständig geschlossen und das
Druckgasventil (6) geöffnet, so daß das Druckgas in den Ringraum (20) einströmt, um einen Gegendruck aufzubauen,
der größer ist als der Druck im Gasfang.
Auf diese Weise wird verhindert, daß Reaktionsgase
vom Leitungssystem emittieren. Der Überdruck, der &kgr;&igr; stoßweise auftritt, wird vom großen Volumen des Leitungssystems
kompensiert. Da die Druckmeßeinrichtung (11) durch das Eindttsen von Druckgas unmittelbar
beeinflußt wird, wird der Impuls zum Schließen des Druckgasventils über die Druckmeßeinrichtung (10) im is
Gasfang-Unterteil (2) erfolgen. Erst bei geschlossenem Druckgasventil (6) tritt auch die Regelung über die
Druckmessung (11) im Ringraum (20) wieder in Kraft.
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Claims (2)
1. Vorrichtung zur Regelung der Teilverbrennung der einem Stahlkonverter entweichenden Reaktionsgase
zum Ausgleichen von kurzzeitig auftretenden Schwankungen in der Gasentwicklung und zur Verhinderung
von sich aufschaukelnden Pulsationen in einem aus Gasfang-, Gaskühl- und Entstaubungseinrichtung
sowie Gebläse- und Druckregeleinrichtungen bestehenden Gasleitungssystems mit einem zwischen
dem Tiegel und dem von einem Kühlring umschlossenen Gasfangunterteil angeordneten heb-
und senkbaren Schließring, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Teil des den Gasfangunterteil (2)
umschließenden Kühlringes (19) auf dem Umfang verteilt Luftansaugstutzen (18) angebracht sind,
deren freie Querschnitte mit Absperrorganen (15 und 16) einstellbar sind,
daß Mittet (13, 14) vorgesehen sind, um in den Ringraum (20) zwischen Gasfangunterteil (2) und
Kühlring (19) ein Druckgas einzublasen,
daß im Ringraum (20) ein Druckmeßstutzen (11) zur Regelung der eingesaugten Luftmenge über den
Impulsgeber (8), Stelleinrichtung (9) und Regelklappe (15) bzw. Schieberplatte (16) vorgesehen ist,
daß im Gasfangunterteil (2) ein ebenfalls mit dem Impulsgeber (8) verbundener Druckmeßstutzen (10)
zur Messung des Drucks während des Eindüsens von Druckgas duivh die Düsen (14) in den Ringraum
(20) angeordnet ist.
2. Verfahren zur Regelung der Teilverbrennung der einem Stahlkonverter entweichenden Reaktionsgase
unter Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Schwankungen in der Gasentwicklung, angezeigt durch Abweichungen vom Druck-Toleranzbereich,
ein Unterschreiten des Min.-Drucks durch Öffnen der Regelorgane, die eine erhöhte Menge an atmosphärischer
Luft ansaugen und durch zusätzliches Einblasen von Druckgas durch die Düsen verhindert
wird und bei Überschreiten des Max.-Drucks die freien Querschnitte der Ansaugstutzen geschlossen
und ein Gegendruck durch Eindosen eines Druckgases in den Ringraum aufgebaut wird.
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-
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