DE2712899C3

DE2712899C3 - Vorrichtung zur Regelung der Teilverbrennung von Reaktionsgasen aus Stahlkonvertern und Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung

Info

Publication number: DE2712899C3
Application number: DE19772712899
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter 4300 Essen Weigelt
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1977-03-24
Filing date: 1977-03-24
Publication date: 1988-02-11
Also published as: DE2712899A1; DE2712899B2

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.

Mit fortschreitender CO-Entwicklung fällt der Sauer-

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

Druck in der Gasfanghaube in unkontrollierter Weise

von den Luftabfuhrrohren beeinflußt wird; d. h.. daß außer den unerwünschten Gasdruckschwankungen auch der normale Gasfluß betroffen ist.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es. in Fortfüh-

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.

Ein weiteres Ziel ist es. bei beabsichtigter Gewinnung

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.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit der im Kenn-

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.

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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.

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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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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

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.