DE3121452A1 - Verfahren zum betreiben von hochoefen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfohren zum Betreiben von Hochöfen, sie betrifft insbesondere ein Verfahren zum Betreiben von Hochöfen durch vorhergehende Bestimmung des Oberflächenprofils und der Schichtdickenverteilung der Beschickungsschicht an der Ofengicht (oberen öffnung des Ofens) aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Beschickungsmaterials vor dem Beschicken, der Ofenbetriebsbedingungen, der Beschickungsbedingungen und dergleichen, um die Schichtdickenverteilung in einem optimalen Zustand zu halten.

Im allgemeinen wird die Beschickungsverteilung an der Gicht (oberen öffnung) des Hochofens durch verschiedene Faktoren beeinflußt, die in komplizierter Weise miteinander verknüpft sind, wobei typische Beispiele dafür die folgenden sind: 1.) Physikalische Eigenschaften des Beschickungsmaterials, wie z.B. die Dichte, die Korngröße, der innere Reibungskoeffi-

ient und dgl.;

2.) die Beschickungsgeschwindigkeit;

3.) die Beschickungsbedingungen, wie z.B. die Koksbasis, das Erz/Koks-Verhältnis (nachstehend als "O/C" bezeichnet), die Höhe der Beschickungsoberfläche (stock line level) und dgl.;

4.) die Fallinie des Beschickungsstromes, die fundamental beeinflußt wird durch eine Kerbenposition einer beweglichen Panzerung (Armierung) in einem Hochofen vom Glocken-Typ oder der Schwenkwinkel einer Verteilungsrutsche in einem Gichthochofen ohne Glocke;

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5.) die Beschickungsfolge; und 6.) die Gasströmungsrate in dem Oferu

Daneben wird eine geometrische Anordnung zwischen der Gicht (oberen öffnung) des Ofens und der öffnung der Beschickungseinrichtung als ein fundamentaler Faktor bei der Bildung der Beschickungsverteilung angesehen, dies ist jedoch kein Opera·= tionsfaktor in dem spezifischen Hochofen« Deshalb wird dann_? wenn die Beschickung durch die Beschickungseinrichtung in den Hochofen eingeführt wird ^ die Beschickungsverteilung festgelegt unter dem Einfluß der ©bangenannten Faktoren* Insbesondere sind die Schichtdickenverteilung und die Teilehengrößenvertei·=· lung der Beschickung in radialer Richtung des Ofens signifikant für die Erzielung einer Herabsetzung der Brennstoffrate und der Stabilisierung des Ofenbetriebs,,

Beim konventionellen Betrieb von Hochöfen beruht der Gedanke der Steuerung der Beschickungsverteilung auf der Steuerung (Kontrolle) der Schichtdickenverteilung und er liegt in einer Optimierung der O/C-Radialverteilung, gemessen an Hand des Dickenverhältnisses zwischen der Erzschicht und der Koksschieht

(L /L ) oder aus einem Produkt dieses Verhältnisses mit einem ο c

Schuttdichteverhältnis ( Q / O ). So ist es beispielsweise aus Erfahrung bekannt, daß dann, wenn die horizontale Querschnittsfläche der Gicht (oberen öffnung) in dem Hochofen gleichmaßig unterteilt wird in einen zentralen Teil (CE), einen Mittelteil (M) und einen Umfangsteil (P)_f wenn die Beziehung des Schicht= dickenverhältnisses (L /L ) in diesen Teilen durch die folgende Gleichung (l) gegeben ist:

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(L_o/L_c)_p > (L₀/L_c)_CE (D ,

ein stabiler Betrieb mit einem niedrigen Brennstoffverhältnis erzielt werden kann. Die optimale Schichtdickenverteilung ist jedoch in jedem Ofen verschieden in Abhängigkeit von dem Profil des Hochofens und sie ändert sich ferner auch durch die Änderung der Betriebsbedingungen, die Auswahl der Ausgangsmaterialien und dgl. Um dieser Änderung zu folgen, ist es erforderlich, die Schichtdickenverteilung stets in einem optimalen Zustand zu halten durch eine Kombination von Operationsfaktoren unter den obengenannten Faktoren. Die physikalischen Eigenschaften des Beschickungsmaterials und die Gasströmungsrate in dem Ofen werden beschränkt durch die geplante Zusammensetzung des Ausgangsmaterials und die geplante Produktion vor der Kontrolle der Beschickungsverteilung, so daß die obigenFaktoren(2), (3), (4) und (5) die Hauptoperationsfaktoren sind, die durch die Operatoren veränderbar sind. Unter diesen Faktoren sind insbesondere die Faktoren(4) und (5) in einem Beschickungsmuster bzw. -programm enthalten, von dem ein Detail nachstehend näher beschrieben wird.

In einem Hochofen vom Glocken-Typ, der mit einer beweglichen Panzerung (Armierung) ausgestattet ist, wird ein Beispiel fur die Beschickungsfolge für die Chargen dargestellt durch C^ Cp-φ O^ ψ 0„ wie in Zeile Il auf Seite 4 angegeben, was bedeutet, daß eine erste Kokscharge bei einer Kerbenposition 3 der Panzerung eingeführt wird, eine zweite Kokscharge bei einer Kerbenposition 5 der Panzerung eingeführt wird, eine erste Erzcharge bei einer Kerbenposition 1 der Panzerung eingeführt wird und eine zweite Erzcharge bei einer Kerbenposition 3 der

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Panzerung eingeführt wirdo Andererseits wird in einem Gichthochofen ohne Glocke ein Beispiel fUr die Beschickungsfolge für die Chargen dargestellt durch C-Il12223344679, 0-111222334455, was bedeutet, daß eine Kokscharge durch 13 Umdrehungen der Vertei= lungsrutsche eingeführt wird und eine Erzeharge durch 12 Umdrehungen der Rutsche eingeführt wird und auch die Schwenkposition der Rutsche pro Charge entsprechend der durch die obengenannten Reihen von Ziffern angegebenen Reihenfolge verschoben wirdo Kurz zusammengefaßt bedeutet dies, daß das Beschickungsmuster bzw» -programm die Menge des Beschickungsmaterials, die Beschickungsposition und die Beschickungsreihenfolge festlegt.

Beim praktischen Ofenbetrieb wurden bisher die Gastemperatur in dem Ofen und die radiale Verteilung der Gaszusammensetzung, gemessen unter Verwendung einer Sonde oberhalb der Beschickung oder einer Sonde in der Beschickung, als ein Index oder ein direktes Objekt für die Steuerung (Kontrolle) der Beschickungs= verteilung verwendet. Letztlich dient die Schichtdickenvsrtei= lung auch als ein Kontrollobjekt (Steuerungsobjekt) mit der Entwicklung der Schichtdickenmessung und der Apparatur dafUr< > In diesem Zusammenhang gibt es ein indirektes Verfahren und ein direktes Verfahren zur Messung der Schichtdicke, Bei dem ©rsteren handelt es sich um ein Verfahren^ bei dem das Profil der Beschickungsoberfläche vor und nach der Beschickung mittels einer transversal beweglichen Sondiereinrichtung oder einer Einrichtung, in der Mikrowellen oder ein Laser zur Bestimmung der Schichtdickendifferenz verwendet wird, gemessen wird, während in dem letzteren eine Elektrode oder ein magnetischer Sensor verwendet wird. Im Falle der Anwendung des indirekten Verfahrens

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kann die Messung des Beschickungsoberflächenprofils mit einer verhältnismäßig hohen Genauigkeit durchgeführt werden. Wenn insbesondere Erz auf eine Koksschicht aufgeschichtet (aufgestapelt) wird, fließt diese Koksschicht jedoch in den Zentralteil des Ofens, so daß die Höhendifferenz der Beschickungsoberfläche vor und nach der Beschickung als eine Schichtdicke an dem Umfangsteil des Ofens geringer und an dem Zentralteil desselben höher gemessen wird als die tatsächliche Schichtdicke. Es ist daher erforderlich, eine Korrektur vorzunehmen, bisher wurde jedoch noch keine geeignete Korrekturmöglichkeit gefunden.

Andererseits wird das direkte Verfahren nur zur lokalen Messung der Schichtdicke in der Nähe der Ofenwand oder dgl. angewendet im Hinblick auf die Gebrauchsdauer (Lebensdauer) oder Zuverlässigkeit der Meßeinrichtung, weil es sehr schwierig ist, die Meßeinrichtung praktisch anzuwenden zur Bestimmung der Schichtdicke über eine gesamte Fläche in der radialen Richtung des Ofens. Außerdem ist die Meßgenauigkeit gering wegen der Anwesenheit einer Mischungsschicht, die zwischen der Erzschicht und der Koksschicht entsteht*

Bei Betrachtung der praktischen Kontrolle (Steuerung) der Beschickungsverteilung in dem Gichthochofen ohne Glocke hat eine signifikante Veränderung der Beschickungsbedingungen einschließlich des Beschickungsmusters bzw. -programme einen großen Einfluß auf das Gesamtergebnis beim Hochofenbetrieb, so daß es selbstverständlich ist, die Beschickungsverteilung stufenweise dem optimalen Zustand zu nähern durch die Wiederholung von eng abgestuften Änderungen der Beschickungsbedingungen. So wird

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beispielsweise in der Regel das Beschickungsmuster bzw. ~programm so gewählt, daß nur die Schwenkposition der Verteilungsrutsche in den angegebenen Umdrehungszahlen pro Charge an irgendeinem Schwenkpunkt nur um 1 geändert wird. Ein konkretes Beispiel für eine solche Auswahl ist die folgende:

vor der Änderung C - 1 1©2 2233467 9,0-11-1222334455 nach der Änderung c - 1 102 22334679,0-111222334455

In diesem Falle ist jedoch die Änderung der Schichtdickenverteilung sehr gering, wenn die verschiedenen anderen Bedingungen außer dem Beschickungsmuster bzw. -programm die gleichen sind, so daß die Änderung der Schichtdickenverteilung für das in der Praxis angewendete Meßverfahren kaum unterscheidbar ist«, Wenn die Differenz der Sehichtdickenverteilung durch das jewei·» lige Meßverfahren beobachtet wird,, muß eine solche Differenz als auf dem Meßfehler oder einer nicht nachweisbaren Bedingungsschwankung basierend angesehen v?erden_o Natürlich bestätigt das jeweilige Meßverfahren den Effekt durch die große Änderung der Beschickungsbedingungan und ist noch v/irksamer in Bezug auf den Nachweis des Störungsfaktors als in Bezug auf die Messung der Schichtdicke selbst.

Wenn es beabsichtigt ist, die Beschickungsbedingungen zu andern zur Verbesserung der Beschickungsverteilung, ist es erforder-» lieh, eine Kombination von Operationsbedingungen festzulegen, eine solche Festlegung hängt jedoch in der Regel von den frühe*= ren Erfahrungen und Ergebnissen ab. Häufig müssen jedoch in der Praxis Bereiche der Beschickungsbedingungen angewendet wer-

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den, für die keine Erfahrungen vorliegen, um die optimale Beschickungsverteilung anzustreben. Da der Effekt durch die Änderung der Beschickungsbedingungen erst nach der Änderung bestätigt wird, ist deshalb der Ofenbetrieb, der nur auf dem jeweiligen Meßverfahren basiert, riskant.

Aus diesem Grunde ist es beim Hochofenbetrieb wichtig, daß selbst dann, wenn die Änderung der jeweiligen Beschickungsbedingung zu gering ist, der Effekt dieser Änderung auf die Beschickungsverteilung oder die Schichtdickenverteilung vorher abgeschätzt werden kann. Beim praktischen Betrieb von Hochöfen ist es deshalb bevorzugt, daß die Beschickungsverteilung innerhalb eines kurzen Zeitraumes in einen optimalen Zustand gelangt und in diesem Zustand gehalten wird durch Abschätzung des Effekts der Änderung der Beschickungsbedingungen und durch praktische Bestätigung der Wirkung der Störungen im praktischen Betrieb.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem obigen Faktum und ergibt Verfahren zum Betreiben von Hochöfen entsprechend den Ergebnissen, die erhalten werden durch vorherige Abschätzung der Effekte auf der Basis der Änderung der Beschickungsbedingungen.

Das heißt, Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben von Hochöfen, das darin besteht, daß man eine Vielzahl von Bezugsräumen (seference spaces) annimmt, von denen jeder als Stapelraum für Beschickungsmaterial dient und durch eine Vielzahl von Linienabschnitten mit Neigungswinkeln θ, und θ«, bezogen auf eine horizontale Linie auf einer Oberfläche einer vor-

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her aufgeschichteten (gestapelten) Beschickung definiert (begrenzt) ist, bevor ein vorgegebenes Volumen eines Beschikkungsmaterials aus einer Beschickungseinrichtung eingeführt wird; und eine neu aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche der Beschickung in einem dieser Bezugsräume in der Weise ablagert, daß die neu aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche aus zwei Linienabschnitten mit Neigungswinkeln Θ. und©^? bezogen auf die horizontale Linie, besteht, die eine Fallinie der Beschik« kung so schneiden, daß ein durch diese neu aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche und die vorher aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche definierter (begrenzter) Raum dem vorgegebenen Volumen der Beschickung entspricht, wodurch eine Beschickungsverteilung in radialer Richtung des Ofens für den Ofenbetrieb erzielt wird«,

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert» Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung, die einen aufgeschichteten (gestapelten) Zustand einer in eine Gieht (ober® Öffnung) eines Hochofens eingeführten Beschickung erläutert;

Fig. 2 eine schematische Darstellung, die ein Oberflächeηprofil einer Beschickungsschicht entsprechend einer Einzelring-Beschickung eines Gichthochofens ohne Glocke erläutert;

Fig. 3 eine schematisehe Darstellung, die ein Oberflächenprofil einer Beschickungsschicht entsprechend einer Doppelring-Beschickung des gleichen Ofens wie in Beispiel 2 erläutert;

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Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Modells, bei dem man den jeweils aufgeschichteten (gestapelten) Zustand der unter konstanten Beschickungsbedingungen eingeführten Beschickung als individuelle Bezugsräume annimmt;

Fig. 5 eine schematische Darstellung, welche die Gestalt des aufgeschichteten (gestapelten) Musters, das durch den Bezugsraum der Fig. 4 dargestellt ist, und die Reihenfolge seines Auftretens erläutert;

Fig. 6 eine schematische Darstellung, welche die Koordinaten an jedem Endpunkt, die Schichtdicke und das Volumen in dem fundamentalen aufgeschichteten (gestapelten) Muster unter den Mustern gemäß Fig*. 5 erläutert;

Fig. 7 ein Diagramm, das ein Oberflächenprofil einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Beschickungsschicht und eine Grenze zwischen dem Erz und dem Koks in der Beschickung zeigt;

Fig. 8 ein Diagramm, das eine Ausfuhrungsform einer mehrfach aufgeschichteten (gestapelten) Struktur in der Beschickungsschicht zeigt;

Fig. 9 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen /Λ (O/C)

als einem Index der Beschickungsverteilung, errechnet nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, und dem gefundenen Wert der CO-Gas-Ausnutzung'Vl im Ofengichtgas zeigt; und Fig. 10 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den gefundenen Werten der Schachtgaszusammensetzung und der Gichtgastemperaturverteilung bei Änderung des Beschickungsmusters bzw. -Programms entsprechend der Beschickungsverteilung, gemessen unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, zeigt.

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In der Fig. 1 ist ein aufgeschichteter (gestapelter) Zustand einer aus der Beschickungseinrichtung eingeführten Beschikkungsschicht dargestellt, in der das Symbol A die Ofenwand und das Symbol B das Zentrum des Ofens repräsentiert» Die Fig, I zeigt insbesondere den aufgeschichteten (gestapelten) Zustand der Beschickung unter solchen spezifischen Beschickungsbedingungen, daß jeweils die Koksbasis (Koksunterlage), das Erz/-Koks-Verhältnis, die Höhe der Beschickungsoberfläche (stock line level) und die Kerbenposition der Panzerung (Glocken-Typ) oder die Schwenkposition der Verteilungsrutsche (glockenloser Typ) einen vorgegebenen Wert hat„ Wie in der Fig* I dargestellt, fällt der aus der Beschickungseinrichtung 1 ausgetragene Beschickungsstrom in einen durch die obere Seite 2 und die untere Seite der Fallinie begrenzten Raum und kommt mit der Oberfläche 5 der vorher eingeführten Beschickung oder einer vorher aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche 5 in Kollision» In diesem Falle entsteht dann, wenn das Profil der Beschickungsverteilung M-= fö'rmig ist, wie in Fig„ 1 dargestellt, ein Peak 6 der Beschikkungsverteilung entlang eines Hauptstromes A der nach unten fallenden Beschickung, wobei der Beschickungsstrom 4 in einen auf das Ofenzentrum B gerichteten Strom und in einen auf die Ofenwand A gerichteten Strom unterteilt wird zur Erzeugung einer neuaufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche 7« Da das Profil der Beschickungsverteilung im allgemeinen M-förmig ist, wird eine V-förmige Verteilung als einerder spezifischen Typen der M-förmigen Verteilung angesehen, in der die Position des Peaks 6 in die Nähe der Ofenwand A verschoben ist» Es genügt daher, den aufgeschichteten (gestapelten) Zustand der Besehik= kung durch das M-fb"rmige Profil, wie in Fig«, I dargestellt, zu beobachten.

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Darüber hinaus hängt das Profil der neu aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche 7 nicht nur von den obengenannten Beschickungsbedingungen, sondern auch von der vorher aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche 5 ab. Wenn jedoch das eingeführte Volumen pro Charge genügend groß ist, nimmt das Profil der neu aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche 7 eine bestimmte Gestalt an, ohne durch das Profil der vorher aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche 5 beeinflußt zu werden. Wenn andererseits das eingeführte Volumen pro Ringcharge klein ist, variieren das Profil und die Höhe der neu aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche 7 mit dem eingeführten Volumen und werden in Richtung der gestrichtelten Linien 8, 9 und 10 verschoben, wie in Fig. 1 dargestellt, mit Zunahme des eingeführten Volumens. Im allgemeinen werden die Beschickungsbedingungen geändert durch die Kerbenposition der beweglichen Panzerung im Falle des Hochofens vom Glocken-Typ oder durch die Schwenkposi- <tion der Verteilungsrutsche im Falle des Gichthochofens ohne Glocke. Die Änderungen der Beschickungsbedingungen werden beispielsweise 4 mal in der Beschickungsfolge C₃ \ C~i/ O₁ ·!· 0_Λ, für den Hochofen vom Glocken-Typ oder 12 mal in der Beschikkungsfolge C-Il12223344679, 0-Π1222334455 für den Gichthochofen ohne Glocke durchgeführt. Das heißt, das in der gleichen Kerbenposition oder Schwenkpositibn eingeführte Volumen ist in der Regel klein.

Zur Verbesserung der Ofenleistung und zur Optimierung des Ofenbetriebs erfolgt die Änderung des Beschickungsmusters häufig beim üblichen Betrieb der Hochöfen. Deshalb müssen zur Beurteilung der Eigenschaften des Beschickungsmusters das Oberflächenprofil und die Schichtdickenverteilung der Beschickung, die durch

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die Summierung der aufgeschichteten (gestapelten) Oberflächen entsprechend diesem Beschickungsmuster erhalten werden, genau bestimmt (abgeschätzt) werden.

Der aufgeschichtete (gestapelte) Zustand der Beschickung wird wie folgt dargestellt:

Das heißt, das Oberflächenprofil der Beschickungsschicht durch eine Einzelring-Beschickung in dem Gichtgasofen ohne Glocke ist in der Fig. 2 dargestellt. Der hier verwendete Ausdruck "Einzelring-Beschickung" steht fUr ein Verfahren zur kontinuierlichen Einfuhrung der Beschickung aus der Verteilungsrutsche in der gleichen Schwenkposition, so daß ein Beschickungsverfahren, in dem η Schwenkposi tionen angewendet werden, als n-Multiring-Beschickung bezeichnet wird. Um den fertigen aufgeschichteten (gestapelten) Zustand nach einem bestimmten Beschickungsmuster betrachten zu können, muß man den aufgeschichteten (gestapelten) Zustand bei der Einzelring-Beschickung kennen. Als Ergebnis von verschiedenen Untersuchungen in Bezug auf die Einzelring-Beschickung wurde gefunden, daß ein Neigungswinkel©der V-förmigen Beschickungsschicht in dem zentralen Teil des Ofens, bezogen auf eine horizontale Linie, im wesentlichen gleich ist, unabhängig von der Änderung der Schwenkposition, wie in Fig. 2 dargestellt (die Erhöhung der in Fig. 2 angegebenen Schwenkpositionsnummer steht in Beziehung zur Abnahme des Schwenkwinkels der Rutsche). Andererseits nimmt ein Neigungswinkeln« zu mit zunehmender Schwenkpositionsnummer an einem Teil, der zwischen dem Peak der Beschickung und der Ofenwand A oder einem Umfangsteil der Beschickungsschicht liegt. Der zuletzt genannte Fall bedeutet, daß der NeigungswinkelΘλ des Umfangsteils durch einen Wandeffekt beeinflußt wird.

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Wenn man einen solchen Wandeffekt betrachtet, so wird die Beschickung aus der Verteilungsrutsche durch eine Doppelring-Charge ausgetragen, wie in Fig. 3 dargestellt, in der eine erste Ringcharge (a) in der Nähe der Ofenwand A in der Schwenkposition Nr· 3 und eine zweite Ringcharge (b) in der Nähe des Zentrums in der Schwenkposition Nr. 8 durchgeführt werden. Beim Doppelring-Beschicken gemäß Fig. 3 ist der NeigungswinkelO^ in der Schwenkposition Nr. 8 ziemlich klein, verglichen mit dem Fall der Einzelring-Beschickung gemäß Fig. 2 und er entspricht im wesentlichen dem Wert in der Schwenkposition Nr. 1 der Einzelring-Beschickung (gemäß Fig. 2). Daraus ergibt sich, daß im Falle der Doppelring-Beschickung die Oberfläche der durch die erste Ringcharge gebildeten Beschickung die gleiche Rolle spielt wie die Ofenwand für die erste Ringcharge.

Die glockenfreie Gicht (obere öffnung) kann beliebige Beschikkungsverteilungen ergeben, das Profil der Beschickungsverteilung ist Jedoch auf ein bestimmtes Ausmaß begrenzt, um die Betriebsergebnisse eines gewünschten Grades oder mehr zu realisieren. In der Praxis ist eine V-förmige Verteilung, eine V-förmige Verteilung mit einem ebenen Teil des Oberflächenprofils an seinem Umfang oder eine M-förmige Verteilung mit einem engen Umfangsteil für den normalen Betrieb erforderlich» Daher kann ein normaler Betrieb des Hochofens nicht erwartet werden, wenn die M-förmige Verteilung extrem ist, wie für die Schwenkpositionen Nr. 6, 8 und 10 in der Fig. 2 dargestellt.

Im Falle der Multiring-Beschickung unterliegt die Aufschichtung (Stapelung) der Beschickung pro Ringcharge stets dem Wandeffekt durch die Ofenwand und die vorher aufgeschichtete (gestapelte)

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Oberfläche. Deshalb ist die neu aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche, die bei jeder Ringcharge entsteht, charakterisiert durch die Tatsache, daß sie einen Wendepunkt oder Peak auf der Fallinie, einen großen Neigungswinkel©, im Zentralteil und einen kleinen Neigungswinkel Θ« im Umfangsteil, die ungeachtet der Schwenkposition die gleiche Tendenz haben, aufweist.

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Angaben wird erfindungsgemäß zuerst eine Vielzahl von Bezugsräumen angenommen, von denen jeder als Stapelraum für die Beschickung dient und definiert ist durch eine Vielzahl von Linienabschnitten mit Neigungswinkeln ©. und$₂/ bezogen auf die horizontale Linie auf einer Oberfläche einer vorher aufgeschichteten (gestapelten) Beschickung^ bevor ein vorgegebenes Volumen eines Beschickungsmaterials aus einer Beschickungseinrichtung eingeführt wird. Durch Vergleichen des vorgegebenen Volumens der Beschickung mit einem Volumen jedes der Bezugsräume wird dann die Ablagerung einer neu aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche der Beschickung in einem dieser Bezugsräume in der V/eise angenommen, daß die neu aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche aus zwei Linienabschnitten mit Neigungswinkeln Θ. und G₂/ bezogen auf eine horizontale Linie, besteht, die eine Fallinie der Beschikkung schneiden, so daß ein zwischen der neu aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche und der vorher aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche definierter Raum dem vorgegebenen Volumen der Beschickung entspricht.

In der Fig. 4 ist ein aufgeschichteter (gestapelter) Zustand der Beschickung unter konstanten Beschickungsbedingungen dargestellt. Die endgültige Beschickungsverteilung, die für ein

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Beschickungsmuster auf der Basis des obengenannten Merkmals des Beschickungsaufschichtungsverhaltens definiert wird, kann nach einem Simulationsmodell abgeschätzt werden, das durch aufeinanderfolgende Aufschichtungsverfahren der Beschickung für jede gegebene Beschickungsbedingung, eines nach dem anderen, wie in Fig. 4 dargestellt, charakterisiert ist.

Das heißt, die neu aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche besteht aus zwei geraden Linien mit einem Schnittpunkt auf der Fallinie, von denen eine einen Gradienten tan©, und die andere einen Gradienten tan@« hat, wie aus dem obigen Verhalten geometrisch zu ersehen ist. Andererseits ist die vorher aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche 5 allgemein in einer solchen Gestalt dargestellt, daß mehr als zwei gerade Linienabschnitte, die einen der beiden verschiedenen Gradienten haben, sich abwechselnd schneiden. Wenn es beabsichtigt ist, eine Beschickung mit einem Volumen V (m ) aus einer Verteilungsrutsche in einer spezifischen Schwenkposition einzuführen, kann ein Stauraum für diese Beschickung durch die Verlängerungslinien der vorher aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche 5 in die Bezugsräume C, D, E und F unterteilt werden, wobei der Bezugsraum F den gesamten Bereich oberhalb des Bezugsraums E darstellt. Dann werden die Volumina V_, V_n, V^. und V_c in Bezug auf die Bezugsräume C₁ D, E bzw. F errechnet.

Beim Vergleich des tatsächlich eingeführten Volumens V mit dem Volumen V^ der untersten Schicht erstreckt sich dann, wenn V>V_r, die endgültige Beschickungsverteilung, die durch das Beschickungsmuster definiert ist, in den Bezugsraum D, E oder F über dem Bezugsraum C. Wenn V<V , wird die neu aufgeschich-

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tete (gestapelte) Oberfläche in dem Bezugsraum C gebildet, so daß die Gestalt des Raums C, die der Gleichung V = V genügt, erhalten werden kann durch Berechnung zur Bestimmung der neu aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche. In der Fig. 4 ist eine solche AusfUhrungsform dargestellt, bei der sich die Beschickungsverteilung aus dem Bezugsraum C in den Bezugsraum F erstreckt. In diesem Falle liegt, da Vj>V +V +V_r und*V<V +V +V +V_, ein Raum F', welcher der Gleichung genügt V=V_r+V +Vp+Vj., in dem Bezugsraum F vor, wodurch die neu aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche 7 bestimmt (festgelegt) wird. Darüber hinaus kann eine Querschnittsform jeder der Bezugsräume C, D, E und F (nachfolgend als Schicht muster bezeichnet) irgendeine der in Fig. 5 dargestellten geometrischen Formen annehmen, wobei die Reihenfolge des Auftretens von der unteren Schicht zu der oberen Schicht durch einen Pfeil angezeigt ist. Wenn der Typ des Schichtmusters durch die in der Fig. 5 angegebenen Ziffern ausgedrückt wird, so ist die Reihenfolge des Auftretens des Schichtmusters in der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 4 die folgende: Typ-3—>>Typ-5—^Typ-7—^Typ-8. Diese Reihenfolge kann jedoch von einer unbestimmten Kombination von Schichtmuster-Typen abgeleitet sein, die durch die Fallinie, das Profil der vorher aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche und das Beschickungsvolumen bestimmt wird.

Um die neu aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche zu bestimmen, wird vorzugsweise die Beschickungsverteilung entsprechend den weiter unten angegebenen Gleichungen (2) bis (15) mittels eines Elektronenrechners oder dgl. berechnet. In der Fig. 5 ist das generellste Schichtmuster dasjenige vom Typ-5 und es können auch andere Typen für das Schichtmuster als spezifische

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Typen vom Typ-5, wie nachstehend angegeben, angesehen werden. Es wird nun angenommen, daß die neu aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche in Fig. 4 in dem Bezugsraum D vorliegt, der dem Schichtmuster vom Typ 5, d.h. V ^V^lV +V^, entspricht.

Bei der Berechnung des Volumens der Beschickungsschicht wird unter der Annahme, daß der Hochofen ein zylindrischer Behälter ist, ein zylindrisches Koordinatensystem angewendet, in dem eine ab einem bestimmten Niveau (Höhe) (dieses Niveau kann beliebig festgesetzt werden) bis zu einem beliebig gewählten Punkt die Höhe H (m) ist, und der von dem Ofenzentrum bis zu einem beliebig gewählten Punkt gemessene Abstand ist r (m).

In dem Schichtmuster vom Typ-5 kann dann, wenn die Koordinaten jedes Endpunktes durch (r-, H.), (r , H) und (r , H ) gegeben sind, worin i eine Zahl von 1 bis 4 bedeutet, wie in Fig. 6 dargestellt, ein Volumen V,. (m ) des Schichtmusters vom Typ-5 aus der folgenden Gleichung (2) errechnet werden:

V₅ = 7ΐ(ΔΗ)Κ²+|π(_μι-μ₂){(Γ*)³-(Γ⁺)³} -{π(ΔΗ) (R²-ri)+|(wX-M₂Xr₄T₃)²

worinTTdie Kreiskonstante, μ, tantD,, μ« tanfcL, R den Dichte-, radius, ΔΗ die Schichtdicke auf der Ofenwandseite undÄh die Schichtdicke auf der Ofenzentrumseite bedeutet.

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Wenn man annimmt, daß die neu aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche durch eine Ebene gegeben ist, die drei Punkte (r¹,, H¹-), (r¹, H¹) und (r¹·, H¹ .) miteinander verbindet, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 6 darge/stellt, so muß ein aufgeschichtetes (gestapeltes) Volumen V¹^ in dem Bezugsraum D der folgenden Gleichung (3) genügen:

V = V_r+V·
C 5

(3)

V' kann errechnet werden durch Ersatz von A H auf der rechten Seite der Gleichung (2) durch AH', in diesem Falle müssen jedoch die Koordinaten der obigen drei Punkte und von Ah' eingestellt werden. Sie sind Funktionen von AH¹ und gegeben durch die folgenden Gleichungen (5) bis OA-), Die Fallinie ist jedoch durch die folgende Gleichung (4) gegeben:

H = ar²+br+c r' = (-P₁+VPl)/(2xa) H¹ = p₂xr'+b_L

P₁ = Vp₂

P₂ = (P_a)²-4a(c-b_L)

Ι = r'₂-(Ah')/(_Pl-p₂)

(ΔΗ')/(μι-μ₂)

(4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)

(11) ^!

(12) ' (13) (14)

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In den Gleichungen (4) bis (14) ist nur AH¹ eine unbekannte Menge und die anderen Parameter sind bekannt. Wie aus der Fig. 4 hervorgeht, sind die Koordinaten (r*/ H*) angegeben als die Koordinaten des Schnittpunktes der vorher aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche selbst mit der Fallinie oder als diejenigen der Schnittpunkte der Verländerungslinie der vorher aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche mit der Falllinie, während die Koordinaten (r₂, H„) und (r^, H^) angegeben sind als die Koordinaten der Wendepunkte auf der vorher aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche oder als die Koordinaten der Schnittpunkte der vorher aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche mit Linien, die von dem Punkt (r*, H*) parallel zu der vorher aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche gezogen worden sind. Diese Koordinaten können leicht aus der vorher aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche und der Fallinie errechnet werden, so daß Details derselben hier nicht erörtert zu werden brauchen. Außerdem stellen die Koeffizienten a, b und c der Falliniengleichung und μ, und μ« vorher bekannte numerische Werte dar.

Konkret wird der Wert (A-H¹) bestimmt durch Ausprobieren entsprechend der folgenden Gleichung (15), um so der Gleichung (3) zu genügen, die mittels eines Elektronenrechners leicht ausgerechnet werden kann:

V₅ = V-V_c = π(ΔΗ·)Κ²4π(_μι-μ₂){(Γ^)³-(Γ·)³)}

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Im Falle von Schichtmustern anderer Typen als des Typs-5 können die Gleichungen (2)-(l5) auch auf die spezifischen Bedingungen für die Koordinaten der in der folgenden Tabelle I angegebenen Endpunkte angewendet werden.

Tabelle I

Nr. des Typs des Schichtmusters	spezifische	Bedingungen
1	T1=T2=O,	T2=T*
2	r2=r*
3	r3=T*
4	T3=Ir4=R,	r2 =r*
5	genereller	Typ
6	T1=T2=O
7	r3=r4=R
8	T1=T2=O5	T3=T4=R

Dann wird die Bestimmung der neu aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche, wie oben erwähnt, auf den Gichtgasofen ohne Glocke wie folgt angewendet:

Vor der aufeinanderfolgenden Berechnung der neu oufgeschich-

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teten (gestapelten) Oberfläche wird zuerst die Gestalt der vorher aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche unter den vorgegebenen Beschickungsbedingungen, Kalkulationsparametern, Q,, Θ« ^unc' ^S^-'r angenommen. Diese aufgeschichtete Oberfläche kann irgendeine Form haben, die aus mehreren geraden Linien besteht, die einen der beiden verschiedenen Gradienten

μ_Ί = tan©, und u_o = tan©_o haben. H 1 ^Z 2

Unter Vervendung dieser aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche als einer vorher aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche beginnt die Berechnung fUr eine neue aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche in einer ersten Ringbeschickung einer ersten Charge. Dann wird diese neu aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche als eine vorher aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche für die nächste Ringbeschickung verwendet. Auf diese Weise wird die obige Berechnung durchgeführt bis zur letzten Ringbeschickung der letzten Charge in einer gegebenen Beschikkungsfolge. In diesem Falle ist die neu aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche bei Beendigung der Berechnung für jede Charge auf einem höheren als einem gegebenen Beschickungsoberflächenniveau angeordnet, so daß sie nach unten zu dem Beschikkungsoberflächenniveau verschoben wird, und danach wird die Berechnung für die nächste Charge begonnen. Dieser Berechnungstyp wird wiederholt fortgesetzt. Wenn die Berechnung für die letzte Ringbeschickung der letzten Charge beendet ist, wird die Konvergenzbedingung für die berechneten Ergebnisse bewertet. Sie basiert auf der Beurteilung, ob alle berechneten Ergebnisse für das Beschickungsmuster sich nicht mehr ändern bei der Wiedereinsetzung (Iteration) für das gesamte Beschickungsmuster.

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Nachdem die berechnete Beschickungsverteilung einen cyclischen Gleichgewichtszustand erreicht hat, werden die Schichtdickenverteilung und/oder die Erz/Koks-Verteilung in radialer Richtung berechnet und die Berechnung wird beendet.

In diesem Zusammenhang wenden die berechneten Werte der neu auf» geschichteten (gestapelten) Oberfläche gemäß der obengenannten erfindungsgemäßen Abschätzung (Bestimmung) mit den tatsächlichen Werten verglichen, die in dem Gichthochofen ohne Glocke bei der Beschickungsfolge Gj-223344556677, 0^112233445, C₂-334455667788_f wie in Fig. 7 dargestellt, gemessen wurden, wobei jede der durch" gezogenen Linien C., 0. und C» eine neu aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche für jede Charge, bestimmt gemäß der vorliegenden Erfindung, darstellt und das Symbol« die bei verschiedenen radialen Positionen unmittelbar nach dem Einführen jeder Charge gemessene aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche darstellt.

Der Neigungswinkel ö„ beträgt 10 sowohl für die Erz— als auch für die Koksschichten_f während der Neigungswinkel©. 33,5 für die Erzschicht und 36 für die Koksschicht beträgt. Wenn die Erzschicht auf die Koksschicht aufgeschichtet wird, wird ein Teil der Koksschicht in der Nähe der Ofenwand zusammen mit dem Erzstrom in Richtung auf das Ofenzentrum mitgenommen, so daß ein Gradient einer Grenzfläche zwischen der Erzschicht und der Koksschicht kleiner wird als der Gradient der Koksschichtoberfläche vor der Einführung des Erzes und im wesentlichen gleich ist demjenigen der Erzschichtoberfläche. Dies wird bestätigt durch die Grenzschichtoberfläche (Symbol o), gemessen unter Verwendung einer Schichtdickenmeßeinrichtung,und derjenigen (Symbol x) unter

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9R

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Verwendung von Proben einer Erzschicht, die mit einem Harz gehärtet (zementiert) worden ist, wie in Fig. 7 dargestellt. Deshalb werden Θ.. = 33,5 undG₂ = ^O sowohl auf die Erzschicht als auch auf die Koksschicht angewendet.

Aus der Fig. 7 ist zu ersehen, daß die durch die ausgezogenen Linien dargestellten Schatzergebnisse in guter Übereinstimmung stehen mit den tatsächlich gemessenen Werten und daß das Profil und die Schichtdickenverteilung der Beschickungsschicht nach dem vorstehend erfindungsgemäßen Verfahren abgeschätzt werden können.

In der Fig. 8 ist eine Mehrschichtenstruktur dargestellt, die erhalten wird beim Aufeinanderstapeln der geschätzten Oberfläche der Schicht für jede Umdrehung der Verteilungsrutsche auf die andere und sie zeigt eine Beschickungsverteilung in einem Gleichgewichtszustand. Die Beschickungsfolge in der Fig. 8 beträgt C-I122333444567, 0-1112233456777.

Dann wird die radiale Verteilung von Erz/Koks aus den Ergebnissen der Beschickungsverteilung in radialer Richtung des Hochofens errechnet. In diesem Falle läßt man Erz/Koks in der Ofenwand (0/C)_w sein, Erz/Koks in dem Ofenzentrum läßt man (0/C)_r sein, den maximalen Wert von Erz/Koks in dem Bereich einschließlich der Umfangs- und Mittelteile, wenn die Querschnittsfläche der Gicht gleichmaßig aufgeteilt ist in einen zentralen Teil, einen Mittelteil und einen Umfangsteil, läßt man MAX(0/c)_{p M}.sein,

r ,π

und den minimalen Wert von Erz/Koks in dem zentralen Teil läßt man MIN(0/C)_rf- sein· Das heißt, die radiale Verteilung von Erz/Koks wird ausgedrückt durch die Indices, die errechnet

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-29- 312U52

werden aus diesen Werten und aus dem vorgegebenen Erz/Koks-Wert (0/C)_A gemäß den folgenden Gleichungen (16) bis (19)

(o/c)_w/(o/c)_A ···

A(O/C)/(O/C)_A={(O/C)_W-(O/C)_C}/(O/C)_A ... (18)

A(O/C)_max/(O/C)_A={MAX(O/C)_PjM-MINO/C)_CE}/(O/C)_A .. . (19)

Im allgemeinen wird mit der Kontrolle (Steuerung) der Beschikkungsverteilung angestrebt, die Schichtdickenverteilung der Beschickungsschicht in radialer Richtung oder die Gosströmungswiderstandsverteilung in ausreichendem Maße zu realisieren, um einen hohen Ausnutzungsgrad eines reduzierenden Gases für die Reduktionsreaktion von Erz zu erzielen, wenn das in dem Ofen aufsteigende reduzierende Gas mit der nach unten sinkenden Beschickung in Gegenstromkontakt kommt. Der Ausnutzungswirkungsgrad des reduzierenden Gases wird in der Regel unter Verwendung der folgenden Gleichung (20) aus der Gaszusammensetzung an der Ofengicht nach Beendigung der Feststoff~Gas-Reaktion errechnet:

n_co(%) = CO₂(%)/{CO(%)+CO₂(%)}xl00 ... (20);

Um Ύΐ zu erhöhen, ist es erwünscht, die Schichtdickenverteilung oder die Gasstromwiderstandsverteilung in radialer Richtung des Ofens gleichmäßig zu machen. Durch die übermäßige Vereinheitlichung wird jedoch der Gasstrom in Richtung auf den Umfangsteil des Ofens gedrückt oder es entsteht ein sogenannter Überschußgasstrom an dem Umfangsteil, der beim Betrieb des Hochofens zusammen mit dem Überschuß-Gasstrom im

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zentralen Teil ungünstig ist und Yt nimmt ab. Zur Verbesserung

ι CO

von Y\ muß deshalb die Schichtdickenverteilung optimiert I co

werden.

In diesem Zusammenhang ist es erwünscht, die Schichtdickenverteilung in radialer Richtung durch einen Index anzuzeigen, der direkt ausgedrückt wird durch einen einzelnen numerischen Wert. Zu diesem Zweck werden erfindungsgemäß die folgenden Indices angewendet:

(i) (O/C)_w : Erz/Koks in der Ofenwand;

(ii) (O/C)_W-(O/C) : Differenz zwischen (°/^c)_w und Durchschnittswert von (O/C) oder vorgegebenem (O/C) für eine Charge;

Die Zunahme dieser Indices (i) und (ii) zeigt die Arbeitsoperation im Zentrum an;

(iii) (0/C)_c : Erz/Koks im Ofenzentrum; (iv) (O/C)_C-(O/C)_A

Die Abnahme dieser Indices (iii) und (iv) zeigt die Arbeitsoperation im Zentrum an;

(ν) Δ(0/Ο = (O/C)_V~(O/C)_C;

(vi) A(O/C)_max = MAX(O/C)_PjM-MIN(O/C)_CE;

Diese Indices (v) und (vi) stellen den Streuungsgrad oder die Einheitlichkeit der Schichtdickenverteilung dar und ihre Zunahme zeigt die Arbeitsoperation im Zentrum an. Bei der Berechnung von A(O/C) wird die Querschnittsfläche der Gicht max

gleichmäßig unterteilt in einen Zentralteil (CE)_f einen Mitteilteil (m) und einen Umfangsteil (P), und man läßt einen maximalen Wert von Erz/Koks in einem lokalen Bereich, der sich

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von dem Mittelteil bis zu dem Umfangsteil erstreckt, MAX(O/C)_p sein, und einen minimalen Wert von Erz/Koks in dem Zentralteil läßt man ΜΙΝζΟ/ο)^ sein.

Jeder Wert der obengenannten Indices hängt von (O/C)* oder dem vorgegebenen Erz/Koks-Wert fUr eine Charge ab und wird durch die folgenden Indices (vii)-(x) normalisiert:

(vii) (O/C)_W/(O/C)_A

(viii) (O/C)_r/(O/C)

(ix) A(O/C)/(O/C)_A

(χ) A(o/c)_max/(o/c)_A

In diesem Falle haben die normalisierten Indices von (i) und (iv) die gleiche Bedeutung wie die entsprechenden Indices (vii) und (viii).

Beim praktischen Betrieb des Gichthochofens ohne Glocke variiert der gemessene Wert von Ύ\ mit Δ (O/C) „/(^AOa des Index (x) zur Erzielung eines Ergebnisses, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Jede Ziffer von I, II und III in der Fig. 9 repräsentiert jeden in der folgenden Tabelle II dargestellten FaU-.

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Tabelle II

	Koks Erz	Fall I	Fall II	Fall III
Roheisen- Produktion . (t/Tag)		8992	9403	10144
Agglomeriertes Erz (Ji)		80.0	S2.7	89.5
Windvolumen (Nm3/min)	6661	6669	6885
Winddruck (g/cm2)	4175	4224	4366
Windtemperatur ("0C)	1285	1253	1293
Gichtdruck (g/cm2)	2310	2390	2500
ΔΡΑ	0.280	0.275	0.271
nco (V	46.2	50.6	53.5
(o/c)A	3.80	3.96	4.08
Brennstoffrate (kg/t-Roheisen)	472.3	455.1	436.0
Koksrate (kg/t-Roheisen)	425.3	409.9	400.9
ölrate .- (kg/t-Roheisen)	47.0	45.2	35.1
[Si] (%)	0.51	0.45	0.31
Roheisen temperatur (0C)	1511	1512	1500
Beschik- kungsmu- ster	344556677889 1122334455	1112223344671Q 111222334455	1122333444567 1112233456777
A(O/C)max	1.60	0.638	-0.253
(o/c)A	1 3ÜÜb5/	U92U

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Der Fall I zeigt ein Beschickungsmuster, das eine Arbeitsstromoperation im Zentrum so ausführt, daß ein Temperaturanstieg an der Ofenwand verhindert wird unter Opferung des

niedrigen η und der Brennstoffrate, wobei der Wert von ι co

&(0/C) /(O/C)_A größer gemacht wird, um die Dicke der Erzschicht in der Nahe der Ofenwand zu erhöhen und den Utnfangsstrom zu unterdrücken. Als Ergebnis wird erzielt, daß Ή nur 46,2 % beträgt und die Brennstoffrate etwa 470 kg/t-Roheisen beträgt. Außerdem beträgt die Gastemperatur 35 C in der Nähe der Ofenwand und ist die niedrigste, verglichen mit den anderen Fällen, was aus der Gichtgastemperaturverteilung zu ersehen ist, die durch gestrichelte Linien in der Fig. 10 dargestellt ist.

Der Fall III zeigt ein Beschickungsmuster, das auf eine Umfangs-Arbeitsoperation gerichtet ist zur Erhöhung vonyi und zur

Herabsetzung der Brennstoffrate, bei dem die Schichtdickenverteilung in radialer Richtung vereinheitlicht und der Wert von (O/C),, kleiner gemacht wird als der Wert von (O/C)_r, um den Wert von /X(O/C) VC^/C). scheinbar negativ zu machen. Wie bus der Verteilung der Schachtgaszusammensetzung in der Fig. 10 zu ersehen ist, ergibt dieser Fall einen ausgezeichneten Effekt auf der Basis der Vereinheitlichung der Schichtdickenverteilung in radialer Richtung. Während der Gehalt cn CO-Gas (in %, dargestellt durch die durchgezogene Linie) in dem zentralen Teil des Ofens hoch ist, ISt¹V] in seinen Mittel- und Umfangsteilen hoch. In diesem Falle ist der Grund dafür, warum der Umfangsstrom unter der Bedingung (O/C)_w (0/C)_ nicht übermäßig gleichmäßig ist, der, daß die Größe der Teilchen in der Erzschicht zum Zentralleil des Ofens hin zunehmen als Iolge der ieilchengrößen-

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segregation in radialer Richtung. Als Folge davon wird der Zentralstrom innerhalb eines geeigneten Bereiches gehalten.

Der Fall II ist der Mittelwert zwischen den Fällen I und III und zeigt ein Beschickungsmuster mit einem allmählich ansteigenden Verlauf fürVJ von dem Fall I zu dem Fall III entsprechend dem Wert für Δ (°/^c)_mQ}/(0/C)_A.

Wenn die geschätzte (ermittelte) Beschickungsverteilung (C ist die Koksschicht und 0 ist die Erzschicht) mit der Verteilung der Schachtgaszusammensetzung in Fig. 10 verglichen wird, so ergibt sich darüber hinaus, daß 0/C in einem Bereich, in dem der CO₂-GehaIt (strichpunktierte Linien) höher ist als der CO-Gehalt, oder in einem lokalen Bereich, in dem Ύ\ höher ist als 50 %.

lco '

in allen drei Fällen etwa mehr als 3,5 beträgt. Das heißt mit anderen Worten, daß die Schadrtgaszusdmmensetzung aus der geschätzten Beschickungsverteilung entnommen werden kann.

Wie aus den vorstehenden Angaben hervorgeht, kann der Wert für A(0/C) /(0/C) aus der vorher abgeschätzten Beschickungsverteilung ermittelt werden, die den Zustand des Gasstromes im Innern des Ofens oder den Ofenbetriebszustand anzeigt. Wenn der Wert dieses Index entsprechend den Ofenbetriebsbedingungen geändert wird, können daher mehrere Beschickcngsmuster für diesen geänderten Wert vorgeschlagen werden aufgrund der Berechnung der relevanten Beschickungsverteilung. Da eine große Anzahl von Beschickungsmustern in der Praxis angewendet werden kann, wird eines davon in geeigneter Weise ausgewählt, um den Ofenbetrieb zu optimieren. Dann werden die obengenannten Indices (16),

130065/0 9 20

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(17) und (18) errechnet unter Verwendung des Wertes für _max

(O/C) mit einem Elektronenrechner unter Anwendung der Beziehun» gen, wie sie in der folgenden Tabelle III angegeben sind. Darüber hinaus kann eine Änderung des Beschickungsmusters experimentell durchgeführt werden ohne Verwendung der berechneten Indices, in diesem Falle kann jedoch häufig ein übermäßig hoher Grad der Änderung angenommen werden, der zu einer Schwankung des Ofenbetriebs führt und bei dem zur Verbesserung der schwankenden Ofenbedingungen eine lange Zeit benötigt wird. Es ist daher bevorzugt, die Änderung des Ladungsmusters entsprechend der obengenannten Berechnungsmethode allmählich durchzuführen.

Tabelle III

y	χ	Beziehung
(o/c)v/(o/c)A	A(°/C>max/<°/C>A	y=0.122x2+0.45x+0.995
(o/c)r/(o/c)	Il	y=0.0625x2-0.456x+0.985
A(O/C)/(O/C)A		y=0.99x+0.01

Beim praktischen Betrieb hängen die Neigungswinkel Θ_] und ®₂ der Beschickungsschicht ander Ofengicht von der Art der Beschikkung, der Teilchengröße, dem Feuchtigkeitsgehalt, dem Windvolumen, dem Gichtgasvolumen und den Beschickungsbedingungen ab. Θ_] wird durch alle diese Faktoren beeinflußt, während Θ_£ hauptsächlich durch die Beschickungsbedingungen beeinflußt wird.

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.36- 312H52

Die Beschickungsschicht wird einer Zugkraft unterworfen, die einem Druckverlust eines Gases entspricht, das die Beschickungsschicht passiert, so daß der Neigungswinkel der Beschickungsschicht gegenüber dem ursprunglichen Zustand in Abwesenheit des Gasstromes verschoben wird, und er kommt in einen Gleichgewichtszustand mit einem kleineren Winkel. Das heißt mit anderen Worten, der Neigungswinkel nimmt mit Erhöhung des Gasdruckverlustes ab, wenn die Beschickungsteilchengröße abnimmt oder die Gasströmungsrate zunimmt. Unter Berücksichtigung dieses Phänomens wird der Neigungswinkel des Zentralteils mit beispielsweise einem V-förmigen Profil so festgelegt, daß die Beziehung zwischen der Zugkraft des Gases, der Schwerkraft der Beschickung und der Scherspannung in der Beschickungsschicht in einem sogenannten kritischen Spannungszustand vorliegt. Andererseits liegt der Umfangsteil mit einem kleinen Neigungswinkel nicht in dem kritischen Spannungszustand vor, so daß ein solcher Neigungswinkel nur durch die Bewegung der Beschickung beim Einführen bestimmt wird, ohne durch die dynamische Wechselwirkung zwischen dem Gasstrom und der Beschickungsschicht beeinflußt zu werden.

Unter den obigen Faktoren, welche die Neigungswinkel©. undQ^ beeinflussen, stellen die von der Teilchengröße und dem Feuchtigkeitsgehalt verschiedenen Faktoren Betriebsfaktoren dar, die durch den Willen des Operators festgelegt werden, so daß der Einfluß dieser Faktoren auf©, und ^L vorher abgeschätzt werden kann. Die Teilchengröße und der Feuchtigkeitsgehalt werden jedoch bis zu einem gewissen Ausmaße kontrolliert (gesteuert), sie dürfen aber nicht kontrolliert ^.gesteuert) werden. Sie sollten als Störungsfaktoren angesehen werden,

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-37- 312 V» 52

soweit es die Beschickungsverteilung betrifft.

Das Volumen des auf beide Zentral- und Umfangsseiten verteilten Beschickungsstromes, die durch die Fallinie in Fig. 6 unterteilt werden, variiert mit der Änderung von®, und on· Eine Beziehung zwischeAH und Δη¹ wie sie in Fig. 6 definiert ist, ist durch die folgende Gleichung (20) gegeben:

ΔΗ H'(r*)-_M? Ah H^!(Γ*)-μ_χ

worin H'(r*)=·^

dr r=r*'

Wie aus der obigen Beziehung hervorgeht, hat man selbst dann, wenn alle übrigen Bedienungsfaktoren festgehalten werden, keine Garantie dafür, daß ® undtr« nicht variabel sind. Das heißt, die Beschickungsverteilung ändert sich mit der Änderung vonw. und Θ« entsprechend der Gleichung (20). In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß der in Fig. 9 angegebene Wert für A(0/C) /-(0/C). errechnet wurde bei®. = 28° und®« = ¹⁰° ^ohne Berücksichtigung der variablen Faktoren. Die Schwankung von *Vj von

ι CO

1,5 bis 2,0 % ist nümlich für den gleichen Wert von Λ (°/^c)_max/~ (O/C). zu beobachten. Eine solche Schwankung von Ύ) wird an-

A I CO

gesehen als Ergebnis der Änderung des Störungsfaktors in Bezug auf den Neigungswinkel sowie der Betriebsfaktoren.

ClUckliclierwois« können vJ undv5„ leicht «rniittf 11 worden ous dem Profil der Beschickungsoberfläche, wie es unter Verwendung einer in radialer Richtung beweglichen Sondiereinrichtung oder durch Anwendung eines optischen Verfahrens unter Verwendung von

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Mikrowellen oder eines Lasers gemessen wird.

Nachstehend wird eine Ausführungsfjrm näher beschrieben, bei der das Ergebnis für den praktischen Hochofenbetrieb verbessert wird durch Anwendung der gemessenen Werte von©, und©« auf das Simulierungsmodell und durch Kompensieren der Änderung von Θ, und©« mit der Änderung des Beschickungsmusters, um die Beschickungsverteilung immer in einem fixierten Zustand zu halten.

Das Profil der Beschickungsoberfläche wird gemessen unter Verwendung eines in radialer Richtung beweglichen Profilmeters, das in einer Höhe oberhalb der Beschickung installiert und mit einer Sondiereinrichtung ausgestattet ist.

In der nachfolgenden Tabelle IV sind Beispiele für die Änderung des Beschickungsmusters innerhalb von 10 Tagen einer erfindungsgemäßen Arbeitsweise angegeben. Bei der Aktion Nr. 2 handelt es sich um den Fall, bei dem die Teilchengröße der Beschickung aus verschiedenen Gründen verringert ist und bei ihr besteht die Neigung einer Umfangs-Arbeitsoperatiron bei der Fortsetzung des Standard-Beschickungsmusters. In diesem Falle wird deshalb der IndexA(0/C) -/(O/C)., ^au^ ^^en ursprünglichen Wert zurückgeführt, in den man nur das Beschickungsmuster für das Erz ändert. Andererseits besteht bei den Aktionen Nr· 4 und 6 die Neigung einer Zentrum-Arbeitsoperation und in diesen Fällen wird die Änderung der Beschickungsverteilung, die aus dem Betriebsfaktor resultiert, unterdrückt durch Änderung nur des Beschickungsmusters für das Erz oder den Koks, umA,(0/C) /-

max

(0/C). zu steuern (zu kontrollieren). Wenn das erfindungsgemäße

130065/09 2 0

Betriebsergebnis mit dem Betriebsergebnis gemäß nur dem Standard-Beschickungsmuster ohne Durchführung einer Änderung von Ό> und B- verglichen wird, so erhält man als Ergebnis, daß der durchschnittliche Wert von Ύ\ um 0,4 % verbessert ist und

lco

die Schwankung von V} kleiner wird, was zeigt, daß die vorliegende Erfindung wirksam ist in Bezug auf die Kontrolle (Steuerung) der Beschickungsverteilung.

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Tabelle IV

Ca) O O

Aktion Nr.	Störungsfaktor oder Betriebsaktion	gefundener iert des Nei^ gungswinkels	O2	A<O/CW<°/C>A	Beschickungs muster nach d.Änderung	- Änderung des Beschik- •kungsmusters
1	Standard	θι	5	Standard- Beschik- <uhgsmustc		Standard -Beschickungsmuster rC 1122333444567,-, 1O 1112233456777 J
2	Schwankung der Teilchen größe und des Feuchtigkeits gehaltes (der Grad der Schwai kung ist nicht klar)	28	5.5	-0.197	-0.194	0 1112233445677
3	Rückkehr zum Standard	25	5	-0.220	-0.197	Standard
4	Verringerung d. Windvolumens (-5%)	28	4.5	-0.197	-0.202	C 1112233444567
5	Rückkehr zum Standard (Erhöhung des Windvolumens, +5%)	30,5	5	-0,161	-0.197	Standard
6	Herabsetzung d. Pellet-Ver- (6 ■> 1%) hältnisses	28	6	-0.197	-0.192	0 1122334456777
30	-0.178

erfindungsgemaßes Arbeiten:

vor dem erfindungsgemaßen Arbeiten Standard-Beschickungsmuster: Π

n_co = 53.8%±0.3

= 53.4%±0.6

(10 Tage)
(10 Tage)

Wie weiter oben im Detail angegeben, ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, den aufgeschichteten (gestapelten) Zustand der Beschickung an der Ofengicht (oberen Öffnung des Ofens) abzuschätzen (zu bestimmen), d.h. das Oberflächenprofil und die Schichtdickenverteilung der Beschickungsschicht auf der Basis der physikalischen Eigenschaften der Beschickung, der Ofenbetriebsbedingungen und der Beschickungsbedingungen vor dem Einführen der Beschickung in den Hochofen abzuschätzen (zu bestimmen), so daß die Beschickungsmethode zur Optimierung der Schichtdickenverteilung quantitativ geprüft werden kann und auch der Hochofenbetrieb so gesteuert (kontrolliert) werden kann, daß die Beschickungsverteilung stets in einem optimalen Zustand gehalten wird. Als Folge davon ist die vorliegende Erfindung sehr wirksam in Bezug auf die Herabsetzung der Brennstoffrote und die Stabilisierung des Ofenbetriebs in einem Hochofen.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausfuhrungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

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-W-

Leerseite

Claims (4)

Verfahren zum Betreiben von Hochöfen Patentansprüche

1. Verfahren zum Betreiben von Hochöfen, dadurch g e k β η η zeichnet , daß man

eine Vielzahl von Bezugsräumen annimmt, von denen jeder «als ein Stapelraum für Beschickungsmaterial dient und definiert ist durch eine Vielzahl von Linienabschnitten mit Neigungswinkeln Θ, und ©_, bezogen auf eine horizontale Linie, auf einer Ober= fläche einer vorher aufgeschichteten (gestapelten) Beschickung,, bevor ein vorgegebenes Volumen des Beschickungsmaterials aus ei= ner Beschickungseinrichtung eingeführt wird; eine neu aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche dieser Beschik= kung in einem der Bezugsräume in der Weise ablagert, daß die neu aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche aus zwei Linienab»

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TELEFON (O 8») 53 28 65

TELEX O5S»38O TELEGRAMME MONAPAT® TELEFAX

schnitten mit NeigungswinkelnC' undo«, bezogen auf die horizontale Linie, besteht, welche eine Fallinie der Beschickung schneiden, so daß zwischen dieser neu aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche und der vorher aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche ein Raum definiert wird, welcher dem vorgegebenen Volumen des Beschickungsmaterials entspricht; und

dann das vorgegebene Volumen des Beschickungsmaterials aus der Beschickungseinrichtung einführt bis zur Position der neu aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche auf der vorher aufgeschichteten (gestapelten) Beschickungsoberfläche.

2. Verfahren zum Betreiben von Hochöfen, dadurch gekennzeichnet, daß man

eine Vielzahl von Bezugsräumen annimmt, von denen jeder als Stapelraum für Beschickungsmaterial dient und definiert ist durch eine Vielzahl von Linienabschnitten mit Neigungswinkeln Θ- und®«, bezogen auf eine horizontale Linie, auf einer Oberfläche einer vorher aufgeschichteten (aufgestapelten) Beschikkung, bevor ein vorgegebenes Volumen des Beschickungsmaterials aus einer Beschickungseinrichtung eingeführt wird; eine neu aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche der Beschikkung in einem der Bezugsräume in der Weise ablagert, daß die neu aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche aus zwei Linienabschnitten mit Neigungswinkeln©, undü^r bezogen auf die horizontale Linie, besteht und eine Fallinie der Beschickung schneidet, so daß zwischen dieser neu aufgeschichteten Oberfläche und der vorher aufgeschichteten Oberfläche ein Raum definiert wird, der dem vorgegebenen Volumen des Beschickungsmaterials entspricht,

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wodurch eine Beschickungsverteilung in radialer Richtung des Ofens erzielt wird;

aus dem erzielten Ergebnis dieser Beschickungsverteilung einen Index errechnet, der durch die folgende Gleichung gegeben ist

^M0/C)max^/(0/C>A ⁼

worin bedeuten:

MAX(0/C) _M einen maximalen Wert von Erz/Koks in einem Bereich^ der Umfangs- und Mittelteile umfaßt, wenn sine Querschnitts·= fläche einer Gicht gleichmäßig aufgeteilt wird in zentrale,

mittlere und Umfangsteile,

MIN(O/C)pp einen minimalen Wert von Erz/Koks in einem zentralen

Teil und

(0/c). einen vorgegebenen Erz/Koks-Wert;

den Wert des Index entsprechend dem Zweck des geplanten Betriebs

des Hochofens ändert;

ein Besdnickungsmus-fer entsprechend dem geänderten Wert dieses In=

dex festlegt; und

einen Ofen entsprechend dem festgelegten Beschickungsmuster betreibt,

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Index in Korrelation steht zu den nachfolgend angegebenen Indi= ces entsprechend den nachfolgend angegebenen Beziehungen, wenn

(O/C)_V/(O/C)_A = 0.122x²+0.45x+0.995 | (0/0/(0/C). = 0.0625x²-0.456x-K).985 ^: A(O/C)/(O/C). = 0.99x+0_?01 j

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worin bedeuten:

(O/c),, das Verhältnis Erz/Koks an der Ofenwand, (O/C)_r das Verhältnis Erz/Koks im Ofenzentrum und

Δ(o/c) (o/c)_w-(o/c)_c.

4. Verfahren zum Betreiben von Hochöfen, dadurch gekennzeichnet, daß man

eine Vielzahl von Bezugsräumen annimmt, von denen jeder als Stapelraum für Beschickungsmaterial dient und definiert ist durch eine Vielzahl von Linienabschnitten mit Neigungswinkeln O₁ und®«, bezogen auf eine horizontale Linie, auf einer Oberfläche einer vorher aufgeschichteten (gestapelten) Beschickung, bevor ein vorgegebenes Volumen des Beschickungsmaterials aus einer Beschickungseinrichtung eingeführt wird; eine neu aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche der Beschickung in einem dieser Bezugsräume in der Weise sich absetzen läßt (ablagert), daß die neu aufgeschichtete (gestapelte) Oberfläche aus zwei

Linienabschnitten mit Neigungswinkeln üi υηό*&~, bezogen auf die horizontale Linie, besteht und eine Fallbahn der Beschickung schneidet, so daß zwischen dieser neu aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche und der vorher aufgeschichteten (gestapelten) Oberfläche ein Raum definiert wird, der dem vorgegebenen Volumen des Beschickungsmaterials entspricht, wodurch eine Beschickungsverteilung in radialer Richtung des Ofens srzielt wird; aus dem erzielten Ergebnis der Beschickungsverteilung einen Index errechnet, der durch die folgende Gleichung gegeben ist:

Ä(O/C)_max/(O/C)_A = {MAX(O/C)_PjM-MIN(O/C)_CE}/(O/C)_A

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worin bedeuten:

MAX(0/C)p _M einen maximalen Wert von Erz/Koks in einem Bereich,, der Umfangs- und Mittelteile umfaßt, wenn eine Querschnittsfläche einer Gicht gleichmäßig aufgeteilt wird in zentrale, mittlere und Umfangsteile,

MIN(O/C)_r_ einen minimalen Wert von Erz/Koks im zentralen Teil und
(O/C). einen vorgegebenen Erz/Koks-Vtert;

die Werte von©, und©« auf der Basis ihrer gefundenen Werte, die I Z

beim praktischen Betrieb sehwanken, modifiziert; die Beschickungsverteilung und den den modifizierten Werten von Θ. und©„ entsprechenden Index für verschiedene Beschickungsmuster errechnet;

ein Beschickungsmuster festlegt,,, um den Indexwert konstant zu machen; und

nacheinander den Ofen entsprechend dem vorgegebenen Beschickungsmuster betreibt, um immer die konstante Beschickungsverteilung zu realisieren.

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