DE2732862A1 - Verfahren und vorrichtung zum einbringen fluessiger brennstoffe in einen hochofen - Google Patents

Description

_ DR. SOLF & ZAPF PATENTANWÄLTE

DR.-ING. DIPL.-ING. A. SOLF 3 DIPL.-ING. CHR

Wall 27/29

5OOO Wuppertal 1

Postfach 13O219

Il/p/803

Acieries Reunies de Burbach-Eich-Dudelange S.A. ARBED, Avenue de la Liberte, Luxembourg

Verfahren und Vorrichtung i:ura Einbringen flüssiger Brennstoffe in einen Hochofen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einführen flüssiger Brennstoffe in den in einen Hochofen eingeblasenen Wind und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Das bekannte Hochofen-Schmelzverfahren besteht im wesentlichen aus einer Reduktion der Eisenoxide des Schmelzgutes mit Hilfe eines aus Koks bestehenden Reduktionsmittels. Aufgrund der Tatsachen, daß Koks teuer ist und viel Raum beansprucht, wird seit mehreren Jahren schon versucht, die zunehmenden Mengen dieses festen Brennstoffes durch flüssige oder gasförmige Brennstoffe zu ersetzen, insbesondere durch Kohlenwasserstoffe, und zwar mit dem doppelten Ziel, die Kosten der Primärmaterialien zu reduzieren und die Produktionsleistung des Hochofens zu erhöhen.

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Bis heute erfolgte das Zugeben der flüssigen Brennstoffe, um einen Teil des Koks zu ersetzen, durch Injektion oder durch Zerstäubung im heißen Windstrom am Eingang oder im Inneren der Blasformen. Indessen war hierbei die Größe der Tröpfchen im allgemeinen zu bedeutend oder ihre Vermischung im Wind zu ungenügend, so daß der Verbrennungsgrad in dein Maße abnahm, wie die Menge des eingeleiteten Brennstoffes zunahm.

Um schließlich für die Injektion der maßgeblichen Mengen des HiIfsbrennstoffes ein gutes Ersatzverhältnis zum Koks zu erhalten, daß sich danach bestimmt, wie das Verhältnis zwischen dem Hilfsbrennstoff, der dem Wind beigefügt wird, und der Koksmenge ist, die tatsächlich durch den Brennstoff ersetzt wird, sind schon eine Reihe von Maßnahmen vorgeschlagen worden. Einige der Maßnahmen bestehen darin, die Zerstäubung zu verbessern, beispielweise indem die flüssigen Brennstoffe emulsioniert werden oder indem die Zerstäubungsvorrichtungen verbessert werden. Auch sind mehrere Vorschläge bekannt, die zum Gegenstand haben, die Charakteristiken der Heißwindströmung durch speziell gestaltete Blasformen zu modifizieren, um eine bessere Vermischung des Brennstoffes in der Windströmung sicherzustellen und die Verbrennung der maßgeblichen, flüssigen Brennst of fm en gen ohne die Bildung von Kohlenstoffruß zu gewährleisten.

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Gewisse Vorschläge sehen an Düsen angepaßte Blasformen vor, deren konvergierender Abschnitt, Kragen und divergier' ml' r Abschnitt speziell ausgebildet sind, um die Verteilung dos Brennstoffes, der allgemein im Bereich des konvergierenden Abschnittes oder des Kragens eingeführt wird, im mit Unterschallgeschwindigkeit strömenden Wind zu verbessern. Bs ist auch bereits bekannt, Strömungen durch Rezirkulation zu vermeiden, und die Entzündung der Verbrennungsmitte L (Sauerstoff fträger) -Brennstoffmischung zu verhindern, bevor sie an der Blasformnase angelangt ist, indem dem divergierenden Abschnitt ein kurvilineares Profi L gegeben wurde.

Ein anderer Vorschlag hat zum Gegenstand, eine {5 las form mit einem konvergierenden Abschnitt, einem Schallkragen und einem divergierenden Abschnitt zu bilden, um den Wind kurzzeitig mit Überschallgeschwindigkeit zu bewegen una so die BiLdung einer Schallwelle im divergierenden Abschnitt zu erreichen. Unter der Einwirkung der Druckveränderung und der durch die Schill welle hervorgerufenen Turbulenz wird der flüssige Brennstoff, der in Strömunnsrichtung vor der Schallwelle eingeführt wird, zerstäubt und im Wind vermischt.

Durch den Umstand der speziellen Ausbildung der inneren Wandung ist die Herstellung dieser Blasformen relativ schwierig und aufwendiger als die der einfachen klassischien Blasformen. Darüber hinaus durchquert das Injektionssystem

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des Brennstoffes die Wandung der Blasformen oder ist in diese eingebaut, wodurch die Herstellung offensichtlich auch nicht erleichtert wird. Daraus folgt, daß die meisten SpezialbLasformen 50 bis 100 % teurer sind als die normalen klassischen Blasformen. Dabei sind auch die zusätzlich durch den Einbau oder den Ersatz der gebrauchten oder beschädigten Blasformen verursachten Kosten, denn gewisse Spezialb1 abformen werden insbesondere durch den Rücklauf der Schmelze Beschädigungen ausgesetzt, nicht vernachlässigbar.

Der vorliegenden Erfindung Liegt nun die Auf nabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, wodurch es möglich ist, die Strömungseigenschaften des Windes am Eingang des Hochofens zu modifizieren, um die maßgeblichen Mengen des flüssigen Hilfsbrennstoffes einführen zu können, ohne Spezialb Lasformen benutzen zu müssen.

Erfindungsgemäß wird dies mit einem Injektionsverfahreri eines flüssigen Hilfsbrennstoffes in einen Hochofen zum Ersetzen eines Teils des als ReduktionsmitteL verwendeten Koks dadurch erreicht, daß die Strömungsbedingungen des Windes durch die Düsenspitze derart beeinflußt werden, daß in Strömungsrichtung vor der Blasform eine Ausdehnungszone geschaffen und daß der flüssige Brennstoff in diese Ausdehnungszone eingeführt wird.

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Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Düsenspitze zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei besitzt die Düsenspitze erfindungsgemäß ein Profil mit mindestens einer Verengung der inneren Wandung, um dem Wind auf einer gegebenen Strecke eine erhöhte Geschwindigkeit zu verleihen, und Mittel, um den flüssigen Brennstoff in die Entspannungszone in Strömungsrichtung hinter dem engsten Durchtrittsquerschnitt in den Wind einzuführen.

Es hat sich erwiesen, daß durch die erfindungsgemäße Lehre die sich vollständig von den bekannten Spezialblasformen unterscheidet, eine gute Mischung des Brennstoffes mit dem Verbrennungsmittel (Sauerstoffträger) sicherstellt, sowie eine vollständige Verbrennung der maßgeblichen Brennstoffmengen erreicht wird, was sich durch eine erhöhte Ersatz rate des Koks durch den Hilfsbrennstoff ausdrückt. Auch sind die Ergebnisse vollständig gleichwertig mit denen der besten bekannten Verfahren und können mit einfacheren Mitteln und niedrigeren Kosten erzielt werden.

Die Erfindung erlaubt andererseits ebensogut, die Einführungsbedingungen zu verändern, ohne die Geometrie der Düsen in der Düsenspitze zu ändern, um eine gute Verbrennung bei veränderbaren Windgeschwindigkeiten zu garantieren. Diesist insbesondere wichtig, weil der Durchsatz des Windes eine iler Reglungsparameter für

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den Hochofenbetrieb ist und geeignet und imstande ist, ziemlich häufig geändert zu werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung zu entnehmen sowie den Unteransprüchen 3 bis 7 , und zwar in bezug auf die verschiedenen Ausführungsbeispiele der anliegenden Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Düsenspitze gemäß der Erfindung, die an eine bekannte Blasform angeschlossen ist, und

Fig. 2 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Düsenspitze nach der Erfindung.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, handelt es sich bei der Blasform 1 um eine bekannte Ausführungsart. Diese besteht im wesentlichen aus einer ringförmigen Kammer 11, die durch zirkulierendes Wasser gekühlt wird. Der innere Mantel 12 begrenzt einen normalerweise leicht kegelstumpfförmigen Durchgang, der im Hochofen auf der Höhe der Nase der Blasform 1 mündet. Eine Düsenspitze 2 besitzt ein inneres Profil, dessen Durchgangsquerschnitt 21, 22 an die gewünschte Windgeschwindigkeit angepaßt ist. Diese Geschwindigkeit kann unter oder über der Schallgeschwindigkeit liegen, aber sie sollte wenigstens 0,35 Mach betragen.

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Im dargestellten Beispiel der Fig. 1 wird das Profil von einem konvergierenden Abschnitt 22 und einem divergierenden Abschnitt 23, die kegelstumpfförmig verlaufen, gebildet. Der konvergierende Abschnitt 22 beginnt am Verbindungsstück der Blasspitze 2 mit einem Düsenstock, der ein Teil der Windleitelemente zum Heranführen des für den Hochofenbetrieb erforderlichen Windes, der mit Sauerstoff angereichert sein kann oder nicht, von einer Windringleitung zu den verschiedenen Blasformen ist. Der divergierende Abschnitt 2 erstreckt sich von einem Kragen 21 bis zum Mundstück der Düsenspitze.

Die Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des inneren Profils. Dieses Profil umfaßt einen konvergierenden Abschnitt 22', einen zylindrischen Kragen 21' und einen divergierenden Abschnitt 2 3 ·.

Es versteht sich, daß verschiedene Profilformen gewählt werden können, und zwar entsprechend den gewünschten Strömungseigenschaften des Windes und entsprechend den durch den Hochofen vorgegebenen Parametern.

Die Düsenspitzen 2, 2' werden durch Gehäuse 24, 24' aus Metall in bekannter Art gebildet, die im Inneren mit einem feuerfesten bzw. hitzebeständigen Futter 25, 25 · ausgekleidet sind, das entsprechend dem gewünschten Profil geformt

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oder gegossen ist. Eine Leitung ), ') ' dient -'.um Zuführen des Brennstoffes Ln die Windströmung und mündet in den divergierenden Abschnitt 23, 2 S¹ der¹ Düsenspitze ein. Es sind auch abweichende Ausführungen von der dargestellten Art möglich, bei der die Zuführungsleitung die Wand der DüsmspLtzc.· schräg durchlauft. Desgleichen können auch Rohre oder Injektoren verschiedenster Ausführung verwendet werden, vorausgesetzt daß sie den Brennstoff in die Windausdehnungszone einleiten. Darüber hinaus können nach demselben Prinzip und mit demselben günstigen Ergebnis gasförmige oder feste Brennstoffe in den Hochofen eingeleitet werden.

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Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Einführen von flüssigen Brennstoffen in einen Hochofen zum Ersetzen eines Teils des als Reduktionsmittel verwendeten Koks, dadurch gekennzeichne t, daß die Strömungsbedingungen des Windes durch die Düsenspitze derart beeinflußt werden, daß in Strömungsrichtung vor der Blasform eine Ausdehnungszone geschaffen und daß der flüssige Brennstoff in diese Ausdehnungszone eingeführt wird.

2. Blasspitze zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine Verengung der inneren Wandung, um dem Wind auf einer gegebenen Strecke eine erhöhte Geschwindigkeit zu verleihen, und Mittel, um den flüssigen Brennstoff in die Entspannungszone in Strömungsrichtung hinter dem engsten Durchtrittsquerschnitt in den Wind einzuführen.

3. Blasspitze nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen konvergierenden (22) und einen divergie renden (2 3) Abschnitt.

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4. Blasspitze nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen konvergierenden Abschnitt (22¹), einen zylindrischen Kragen (21') und einen divergierenden Abschnitt (23·)·

5. Blasspitze nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis

4, gekennzeichnet durch ein profiliertes inneres, hitzebeständiges Futter (25,25').

6. Blasspitze nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuführungleitung (3,3 ' ) für den Hilfsbrennstoff schräg durch das Gehäuse (24,24 · ) und das Futter (25,25') der Düsenspitze (2) verläuft und in deren divergierenden
Abschnitt (23,23' ) endet.

7. Blasspitze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerung der Mittelachse
der Zuführungsleitung (3, ' ' ) mit der MitteLachse der
Düsenspitze (2,2 · ) einen spitzen Winkel (J^ einschließt.

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