DE3418488C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von flüssigem Roheisen und Schlacke sowie Reduktionsgas in einem Abstichgenerator. Das nach diesem Verfahren erzeugte flüssige Roheisen ist von seiner chemischen Zusammensetzung her als auch bezogen auf sein Temperaturniveau zu einer direkten Weiterverarbeitung zu Stahl, beispielsweise in einem Sauerstoffkonverter geeignet. Durch geeignete Prozeßführung ist auch die Herstellung von Gießereiroheisen für die Erzeugung von Eisenwerkstoffen zweiter Schmelze möglich. Das Verfahren gestattet es zugleich, ein hochwertiges Reduktionsgas zur Herstellung von Eisenschwamm zu erzeugen, der seinerseits im Abstichgenerator eingesetzt, zur Roheisenerzeugung dient. Das Verfahren stellt somit eine Alternative zum Hochofenprozeß dar.

Bekannt sind Verfahren zur Vergasung von Kohle und/oder Koks, bei denen mit bewegtem Festbett der zu vergasenden stückigen Brennstoffe gearbeitet wird, dessen Höhe über der Ebene der Zufuhr des sauerstoffhaltigen Vergasungsmittels (Düsenebene) ein mehrfaches des inneren Durchmessers des Reaktors in der Düsenebene beträgt und bei dem sich die nicht vergasenden Anteile des Brennstoffes (Asche) im Bereich der Hochtemperaturzone vor den Düsen verflüssigen, im Gestell des Generators sammeln und periodisch abgestochen werden. Führt man einem solchen Generator gleichzeitig mit dem Brennstoff Erz oder Eisenschwamm zu, so nähert man sich dem Grundprinzip des Hochofens. Bekanntermaßen ist die Verwirklichung eines solchen Verfahrensprinzips, das vordergründig zur Roheisenerzeugung mit hoher spezifischer Leistung dienen soll, an den Einsatz eines hochfesten metallurgischen Kokses ausreichend großer Stückigkeit (vorzugsweise größer 25 mm) und Festigkeit gebunden, um eine intensive und über den Schachtquerschnitt gleichmäßige Durchgasung der über der Düsenebene befindlichen Möllersäule zu gewährleisten.

Die begrenzte Verfügbarkeit von Kokskohlen für die Herstellung eines hochfesten metallurgischen Kokses führte zur Entwicklung des Niederschachtofenverfahrens, das zum überwiegenden Teil mit Braunkohlenhochtemperaturkoks betrieben wurde. Die geringe Schachthöhe dieser Öfen bedingte einen geringen Grad der Gasausnutzung und somit einen erhöhten Brennstoffverbrauch.

Ausgehend von den im Hochofen verwirklichten Prinzipien der Gasreduktion im Gegenstrom im Schacht sowie der Vergasung eines festen Brennstoffes vor den Formen eines Einschmelzvergasers (Hochofengestell) wurden neue Verfahren entwickelt mit der Zielstellung, nichtbackende oder minderwertige Kohlen zur Roheisenherstellung anstelle metallurgischen Kokses einzusetzen.

Entsprechende Verfahrensentwicklungen beinhalten die Kopplung eines sogenannten Einschmelzvergasers oder Abstichgenerators mit einem Reduktionsschacht.

Während die Verfahrensentwicklung für die Reduktion stückiger Eisenerze mittels heißer Reduktionsgase im Gegenstrom im Schacht in einem Temperaturbereich von 750-900°C zu einer Reihe ausgereifter Verfahren führte, weisen die bisher bekannten verfahrenstechnischen Lösungen für das Schmelzen des Eisenschwammes in einem Einschmelzvergaser noch eine Reihe von Unzulänglichkeiten auf. Diese Unzulänglichkeiten sind im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß kein ausreichender Wärmeaustausch zwischen Gas und Feststoff in der Hochtemperaturzone erreicht wird.

Entsprechend DE-OS 28 43 303 wird im Einschmelzvergaser, in den feinkörnige Kohle oder Koks zugeführt werden, durch ein oberhalb der Schmelze in der Düsenebene eingeblasenes sauerstoffhaltiges Vergasungsmittel ein Kohlefließbett gebildet, in dem am Kopf des Einschmelzvergasers zugeführte Eisenschwammpartikel merklich abgebremst und in der Hochtemperaturzone um einen im wesentlichen Betrag ihrer Temperatur erhöht werden.

Ein solcher Einschmelzvergaser erfüllt einerseits die Funktion des Erzeugers eines hochwertigen Reduktionsgases, das im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht. Die im Vergaser herrschenden Temperaturverhältnisse gewährleisten eine außerordentliche schnelle Entgasung der eingebrachten Kohle, die mit einem Zerplatzen (Zerfallen) auch größerer Kohleteilchen einhergeht, sowie das vollständige Kracken der bei der Entgasung freiwerdenden Kohlenwasserstoffe. Das so entstehende Reduktionsgas wird im vorgeschalteten Reduktionsschacht aus der ersten Hitze zur Erzeugung von Eisenschwamm eingesetzt.

Andererseits ermöglicht das Temperaturniveau in der Hochtemperaturzone des Fließbettes zwar theoretisch ein Aufschmelzen und Überhitzen des Eisenschwammes sowie der Kohlenasche und der Zuschläge, jedoch ist gerade der in dieser Zone erreichbare, für das Temperaturniveau der Schmelzprodukte (Schlacke und Roheisen) entscheidende Grad der Überhitzung zugleich eine Funktion der Verweilzeit der zu schmelzenden und zu überhitzenden Materialien in dieser Zone.

Insbesondere auf Grund der geringen Verweilzeit größerer Eisenschwammpartikel in der Hochtemperaturzone des Kohlefließbettes wurde bei der praktischen Realisierung des Verfahrens entsprechend DE-OS 28 43 303 nur ein ungenügendes Temperaturniveau der Schmelzprodukte erreicht, wodurch einerseits Probleme hinsichtlich der Trennung von Roheisen und Schlacke sowie der Ausnutzung der Entschwefelungsfähigkeit der Schlacke auftreten und andererseits auf Grund des ungenügenden Wärmeaustausches zwischen Eisenschwamm und Kohlefließbett bzw. Gas hohe bzw. überhöhte (bis zu 1400°C) Kopfgastemperaturen in Kauf genommen werden müssen, was einer Verschlechterung des Wärmewirkungsgrades gleichkommt. Außerdem ist die Erzeugung von Roheisensorten mit höherem Siliziumgehalt, insbesondere von Gießereiroheisen unter diesen Bedingungen praktisch nicht möglich. All diese Bedingungen verschlechtern sich in dem Maße, wie die spezifische Schlackenmenge ansteigt, was den Anwendungsbereich eines solchen Verfahrens stark einengt.

Das Ziel der Erfindung ist die Verringerung der technisch-technologischen Probleme, die aus einem ungenügenden Temperaturniveau der Schmelzprodukte, insbesondere bei einem Durchsatz von Eisenschwamm mit einem hohen Gangartanteil in einem Eisenschmelzvergaser mit einem Kohle/Koks-Fließbett resultieren, bei gleichzeitig positiver Beeinflussung des Energieverbrauches durch die Verbesserung des Wärmewirkungsgrades.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung von flüssigem Roheisen und Reduktionsgas in einem Abstichgenerator zu entwickeln, bei welchem die Verweilzeit der Eisenschwammpartikel in der Hochtemperaturzone soweit ausgedehnt wird, daß ein Temperaturniveau der Schmelzprodukte von über 1400°C bei gleichzeitiger Verringerung der Kopfgastemperatur erreicht wird.

Der Lösung der Aufgabenstellung gehen folgende Überlegungen voraus:
Die Verweilzeit größerer - nicht an der Wirbelung teilnehmender - Eisenschwammpartikel in der Zone hoher Temperaturen wird bei gegebener Korngröße des Brennstoffes durch den Staudruck der Brennstoffpartikel (Dichte des Fließbett-Wirbelbett- Systems) und den Auftrieb bestimmt. Diese beiden Größen hängen im Komplex unter der oben genannten Voraussetzung gegenläufig von der Gasgeschwindigkeit ab.

Beachtet man zugleich die Grenzen für eine mögliche Variation der Gasgeschwindigkeit (Stabilitätsgrenzen des Fließbett- Wirbelbett-Systems. Begrenzung des Staubaustrages) so wird deutlich, daß die Verweilzeit der Eisenschwammpartikel in der Hochtemperaturzone bei gegebener Korngröße des Brennstoffs und den jeweiligen Reaktorabmessungen nur in äußerst engen Grenzen durch die Gasgeschwindigkeit und den Brennstoffüberschuß im Reaktor beeinflußbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Der Einsatz von Brennstoff in einem definierten Überschuß im Generator führt zur Ausbildung einer Schüttung aus Brennstoff und Eisenschwammpartikeln in bestimmten Korngrößenverhältnissen über der vorhandenen Schlackenschicht, was sich erhöhend auf das Temperaturniveau der Schmelzprodukte und zugleich reduzierend auf das der Kopfgase auswirkt und somit tritt eine wesentliche Verbesserung des Wärmewirkungsgrades der Prozeßabläufe im Generator ein. Dazu muß ein solcher Brennstoffüberschuß - ausgedrückt durch die im Generator vorhandene unvergaste Brennstoffmenge, bezogen auf einen Quadratmeter Gestellfläche - in einer solchen Körnung und einem begrenzten räumlichen Bereich aufrechterhalten werden, daß die am Generatorkopf eintretenden (größeren) Eisenschwammteilchen auf ihrem Weg zum Schlackebad ihre aus dem Fall im Generatorschacht resultierende kinetische Energie vollständig an die oberhalb des Schlackebades befindlichen Brennstoffkörner abgeben und sich somit die Verweilzeit der Eisenschwammteilchen in der Hochtemperaturzone weitgehend der Verweilzeit von solchen Brennstoffkörnern nähert, die zunächst nicht an der Bildung des bekannten Wirbelbett-Fließbett-Flugstaubwolke-Systems teilhaben. Die Einstellung solcher Verhältnisse erfordert in der Schüttung die Anwesenheit eines bestimmten minimalen Anteils festen Brennstoffes, dessen mittlerer Korndurchmesser gleich oder größer als der der Eisenschwammteilchen ist. Diese Bedingungen haben zur Folge, daß sich über der Schlackeschicht eine Schüttung mit einer sich im Bereich der Düsenebene vor den einzelnen Düsen ausbildenden Zirkulations- und Auflockerungszone, die zugleich mit dem Bereich höchster Temperaturen zusammenfällt, ausbildet, die im wesentlichen speziell an den Randzonen nur durch die kinetische Energie des durch die Düsen eintretenden Vergasungsmittels sowie über die ganze Fläche durch die Wirkung der Schwerkraft bewegt wird. Diese Schüttung, deren Höhe über der Düsenebene einerseits zur Gewährleistung einer notwendigen minimal erforderlichen Verweilzeit des Eisenschwammes in der Hochtemperaturzone mindestens der maximalen vertikalen Ausdehnung der sich vor den Düsen ausbildenden Zirkulations- oder Auflockerungszone entsprechen muß und zur Aufrechterhaltung günstiger Durchgasungsverhältnisse, der Verhinderung eines vorzeitigen Aufschmelzens des Eisenschwammes oberhalb der Düsenebene sowie der Aufrechterhaltung der technologisch minimal erforderlichen Kopfgastemperatur von 800°C jedoch das Zweifache dieses Wertes nicht überschreiten darf, dient zugleich als eine Art Ausströmboden für ein sich über ihr ausbildendes an sich bekanntes Fließbett-Wirbelbett-Flugstaubwolke- System, in dem sich Kohlendioxid und Wasserdampf sowie Entgasungsprodukte der Kohle entsprechend der bekannten Mechanismen mit dem Brennstoffkohlenstoff umsetzen können. Da Kohlen auf Grund ihres Gehaltes an flüchtigen Bestandteilen und ihrer schnellen Aufheizung nach dem Eintritt in den Generator entgasen und zerfallen, liegt der überwiegende Teil der eingeführten Kohle in Form von Koksteilchen kleiner 3 mm vor, so daß die oben angeführte Forderung nach Anwesenheit eines bestimmten minimalen Anteils von Brennstoffen, deren mittlerer Korndurchmesser gleich oder größer ist als der der Eisenschwammteilchen, nur durch den teilweisen oder alleinigen Einsatz von stückigen Produkten der Kohleentgasung (Koks oder Halbkoks) mit einer bestimmten minimalen Festigkeit abgesichert werden kann. So sind Veredlungsprodukte der Braunkohle, wie Braunkohlenschwelkoks und Braunkohlenhochtemperaturkoks (BHT-Koks) und andere nicht metallurgische Kokse (Industriekokse) mit ausreichend hoher Reaktionsfähigkeit in einem Korngrößenbereich von 3-45 mm, vorzugsweise jedoch in einem Kornband von 3-25 mm sehr gut für den Einsatz im Abstichgenerator geeignet.

Die gefundene verfahrenstechnische Lösung ermöglicht auch den Einsatz von Braunkohlenbriketts als Brennstoff, da am Kopf des Vergasers zugeführte Briketts ähnlich wie die Eisenschwammteilchen ihre aus dem freien Fall resultierende kinetische Energie zunächst vollständig an die oberhalb der Schlackeschicht befindliche Schüttung abgeben und somit die Gewähr dafür gegeben ist, daß sie thermisch weitgehend vorbereitet in die Hochtemperaturzone eintreten.

Dadurch wird einerseits die Zufallsgeschwindigkeit sowie der Grad des Zerfalls der Briketts stark vermindert und andererseits einem wesentlichen Abfall des Temperaturniveaus in der Hochtemperaturzone entgegengewirkt. Um die Wärmeverluste mit dem Kopfgas und die Wärmeverluste durch die Wände im oberen Teil des Generators zu verringern, wird die maximal zulässige Temperatur der Kopfgase bei 1100°C begrenzt. Durch Veränderung des Verhältnisses zwischen den Anteilen von stückigen, entgasten Kohlen und unentgasten, ungetrockneten und/oder getrockneten Kohlen im Brennstoffeinsatz vorzugsweise im Bereich von 2-0,3 sowie Variation des Brennstoffüberschusses im Bereich von 0,5-3,0 t/m² ist nicht nur die Möglichkeit gegeben, die maximal zulässige Temperatur der Kopfgase einzuhalten, sondern auch im Bereich 800-1100°C zielgerichtet zu beeinflussen. Auch diese Maßnahmen lassen sich auf die eingangs dargestellte neugefundene Erkenntnis zurückführen.

Um ein direktes und sofortiges Eintreten der Eisenschwammteilchen nach ihren Eintrag am Kopf des Generators in die sich vor den Düsen ausbildende Zirkulations- oder Auflockerungszone zu verhindern, sind die Aufgabeeinrichtungen so anzuordnen, bzw. zu steuern, daß der Eisenschwamm möglichst im Bereich des zwischen zwei benachbarten Düsen gelegenen "toten" Feldes der Schüttung auftrifft. Unter Beachtung der horizontalen Ausdehnung der Zirkulations- oder Auflockerungszone vor den Düsen sollte der Durchmesser des auf die Schüttungsfläche projizierten Aufgabekreises des Eisenschwammes ²/₃ des Durchmessers des Gestells im Bereich der Düsenebene nicht überschreiten.

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in

Fig. 1: Einen Längsschnitt durch einen Abstichgenerator sowie die Darstellung des inneren Profils des Generators.

Fig. 2: Eine graphische Darstellung der ermittelten Abhängigkeiten der Generatorgastemperatur sowie der Roheisen- und Schlackentemperatur vom mittleren Korndurchmesser des Brennstoffs im Generator.

Entsprechend Fig. 1 weist das innere Profil des dargestellten Abstichgenerators einen unteren zylindrischen Abschnitt als Gestell 1 auf. Das Gestell 1 dient zur Aufnahme der flüssigen Schmelzprodukte Schlacke 4 und Roheisen 5 und der darüberliegenden Schüttung 6, innerhalb der die Vergasung des Brennstoffes mit dem durch die Düsen 7 zugeführten Vergasungsmittel im Bereich der sich unmittelbar vor den Düsen 7 ausbildenden Zirkulationszone 8 stattfindet. Das Gestell 1 ist mit einem Roheisenstich 2 und einem Schlackenstich 3 versehen. An dem zylindrischen Teil des Generators schließt sich ein konischer Teil 9 an, in dessen Bereich sich ein Fließbett-Wirbelbett-System 10, 11 ausbildet, das im wesentlichen aus Brennstoffteilchen mit einem Durchmesser besteht, der kleiner oder gleich dem kritischen Durchmesser d _kr ist. Unter dem kritischen Teilchendurchmesser d _kr soll hier der Durchmesser der Teilchen verstanden werden, für die die Summe der aerostatischen Auftriebskraft und der aus dem Widerstand der Stirnflächen der Teilchen resultierenden Auftriebskraft im aufsteigenden Gasstrom gleich dem Gewicht der Teilchen ist. Da sich die Leerrohrgeschwindigkeit der Gase über die Höhe des konischen Teiles 9 verringert, verringert sich auch d _kr, so daß in diesem Bereich gewissermaßen eine Windsichtung der feinen Brennstoffteilchen über die Höhe stattfindet. An den konischen Teil 9 schließt sich ein zylindrischer Absetzraum 12 an, welcher mit den am Kopf des Generators angeordneten Abzugsrohren 13 für die Ableitung des Reduktionsgases versehen ist. Im Absetzraum 12 bildet sich ein Flugstaubwolke-System 14 aus Brennstoffteilchen aus, deren Durchmesser wesentlich kleiner als d _kr für den gegebenen Generatorquerschnitt ist.

Am Kopf des Vergasers sind symmetrisch zur Generatorachse auf einem Teilkreis 15, dessen Durchmesser ²/₃ des Gestelldurchmessers nicht überschreiten soll, Eintrittsöffnungen 16 für die kontinuierliche Zufuhr von Eisenschwamm angeordnet. Innerhalb dieses Teilkreises 15 befindet sich am Kopf des Generators mindestens eine Eintrittsöffnung 17 für die kontinuierliche Zufuhr von festem Brennstoff.

Das Generatorgefäß selbst ist aus einem Stahlblechpanzer 18 mit innenliegenden Kühlelementen 19 und einer entsprechenden feuerfesten Zustellung 20, durch die das innere Profil des Generators gebildet wird, ausgeführt.

Der durch die Eintrittsöffnungen 16 kontinuierlich in den Generator eintretende Eisenschwamm fällt durch den Absetzraum 12 und den konischen Teil 9 des Generators, wobei er einen zunehmenden Teil seiner aus dem Fall resultierenden kinetischen Energie an den aufsteigenden Gasstrom und die in ihm enthaltenen Brennstoffteilchen im Flugstaubwolke-Wirbelbett- Fließbett-System 14, 11, 10 (in der Reihenfolge des Durchfallens) abgibt, um bei seinem Auftreffen auf die Schüttung 6 aus Brennstoffteilchen, deren Durchmesser größer als der kritische Teilchendurchmesser d _kr ist, seine kinetische Energie vollständig an die Teilchen der Schüttung 6 abzugeben und im weiteren mit der Schüttung 6 in einer im wesentlichen durch die Schmelzintensität, ausgedrückt durch die je m² Gestellfläche in der Zeiteinheit vergaste Brennstoffmenge, bei gegebenem spezifischen Nettobrennstoffverbrauch (Summe des vor den Düsen vergasten Brennstoffe und des für die direkte Reduktion verbrauchten Brennstoffs je Mengeneinheit Roheisen) bestimmten Geschwindigkeit abzusinken und die Hochtemperaturzone zu durchlaufen. Gleiches trifft auch auf den kontinuierlich durch die Eintrittsöffnung 17 zugeführten Brennstoff zu. Jedoch nimmt in Abhängigkeit von der Art des Brennstoffes und seiner Korngröße nur ein bestimmter Teil an der Bildung der Schüttung 6 im Gestell 1 teil, während der andere Teil des Brennstoffes (Korngröße kleiner gleich d _kr) an der Bildung des Fließbett-Wirbelbett-Flugstaubwolke-Systems 10, 11, 14 teilhat. Innerhalb dieses Systems erfolgt eine Entgasung des Brennstoffes sowie eine Umsetzung des Brennstoffkohlenstoffs mit Wasser und CO₂. Ein bestimmter Teil des Brennstoffes wird mit den Generatorgasen ausgetragen.

Die Zeit, die für den Wärmeaustausch zwischen Gas und Feststoff in der Schüttung 6 zur Verfügung steht (Zeit zwischen dem Auftreffen der Eisenschwammteilchen auf die Brennstoffschüttung 6 und dem Eintreffen der Eisenschwammteilchen in der Düsenebene) wird bei gegebener Schmelzintensität bestimmt durch den Brennstoffüberschuß im Reaktor. Untersuchungen ergaben, daß dieser Brennstoffüberschuß in Abhängigkeit von der Art des gewählten Brennstoffes und seines sich im Generator real einstellenden mittleren Korndurchmessers vorzugsweise 0,5-3 t/m² betragen soll. Dabei gelten die größeren Werte für Brennstoffe mit kleinerem mittleren Korndurchmesser, d. h. für Brennstoffe, bei denen ein größerer Anteil an der Bildung des Fließbett-Wirbelbett-Flugstaubwolke- Systems 10, 11, 14 teilnimmt und umgekehrt.

Zugleich wird durch den oben angeführten Bereich des Brennstoffüberschusses und der gewählten Anordnung der Eintrittsöffnungen 16 für den Eisenschwamm verhindert, daß dieser unmittelbar und nicht ausreichend thermisch vorbereitet in die sich vor den Düsen 7 ausbildende Zirkulations- und Auflockerungszone 8 eintritt.

Aus den vorangegangenen Erläuterungen ist ersichtlich, daß die gewählte Ausführung eine definierte Verweilzeit des Eisenschwammes (und des Brennstoffes) in der Hochtemperaturzone und somit einen ausreichenden Wärmeaustausch zwischen Gas und Feststoff gewährleistet.

So ergab sich beim stufenweisen Ersatz eines Steinkohlen- Anthrazit-Gemisches der Körnung 0-10 mm beim Betrieb eines Einschmelzvergasers mit 3,6 m Durchmesser im Bereich der Düsenebene durch Braunkohlenhochtemperaturkoks (BHT-Koks) der Körnung 3-20 mm der unerwartete Effekt, daß sich entgegen den ursprünglichen Erwartungen nicht nur keine Erhöhung der Kopfgastemperatur im Hinblick auf den sich mit steigendem BHT-Koksanteil verringernden Umfang endothermer Reaktionen in Verbindung mit der Trocknung der Brennstoffe und ihrer Entgasung sowie der Zersetzung höherer Kohlenwasserstoffe eintrat, sondern sich umgekehrt das Temperaturniveau des Kopfgases von ursprünglich ca. 1200°C stufenweise auf ca. 900°C bei vollständigem Austausch von Kohle durch BHT-Koks verringerte. In gleichem Maße trat eine stetige Verbesserung des Temperaturniveaus der Schmelzprodukte von ca. 1320°C beim Roheisen auf Werte von über 1500°C ein. Darüberhinaus konnte ein deutlicher Zusammenhang zwischen dem Brennstoffüberschuß im Reaktor und den Temperaturen des Kopfgases und der Schmelzprodukte dahingehend festgestellt werden, daß sich mit größer werdendem Brennstoffüberschuß (im Bereich 0,5 bis 2,0 t/m²) die Kopfgastemperaturen verringerten und die Temperatur der Schmelzprodukte anstieg. Wärmebilanzen erbrachten darüber hinaus den Beweis dafür, daß sich mit steigendem BHT-Koksanteil am Brennstoff und mit steigendem Brennstoffüberschuß in den angeführten Grenzen der thermische Wirkungsgrad des Prozesses wesentlich verbesserte. Diese überraschenden Effekte lassen sich nur durch die eingangs dargestellte neugefundene Erkenntnis erklären.

Anhand eines weiteren Ausführungsbeispieles soll der Zusammenhang zwischen der Korngröße des eingesetzten Brennstoffes und den im praktischen Betrieb eines Abstichgenerators mit 3,6 m Gestelldurchmesser erzielten Temperaturen des Generatorgases (gemessen am Generatorkopf) und der Temperatur der Schmelzprodukte dargestellt werden.

Zum Einsatz gelangten Brennstoffgemische aus Braunkohlenhochtemperaturkoks und Steinkohle. Zur Charakterisierung der Korngröße des Brennstoffkorngemisches wird der mittlere Korndurchmesser d _m entsprechend der Methodik nach Rosin, Rammler, Bennett (Doppelt logarithmisches Körnungsnetz) Copyright 1952 Schäfers Feinpapier, Plauen GDR, Bestell-Nr. 605 T) angewendet.

Dem Generator wurde Eisenschwamm mit 85% Eisen und einem Metallisierungsgrad von 95% mit einer Temperatur von 800°C zugeführt. In Auswertung der praktischen Versuche wurde für die Abhängigkeit der Generatorgastemperatur t _G vom mittleren Korndurchmesser d _m des Brennstoffes folgende Abhängigkeit gefunden:

t _G = 800 + 1271,3 exp - 0,242 · d _m (1)

Für die Abhängigkeit der Roheisentemperatur t _RE vom mittleren Korndurchmesser wurde gefunden

t _RE = 800 + 1271,3 · 0,56 · (1 - exp - 0,242 · d _m) (2)

und für die Abhängigkeit der Schlackentemperatur t _{S 1} vom mittleren Korndurchmesser wurde gefunden

t _{S 1} = 800 + 1360 · 0,56 (1 - exp - 0,242 · d _m) . (3)

Diese empirischen Ausdrücke (Geltungsbereich 4,5 d _m 12,0 in mm), gefunden für konkrete Bedingungen, spiegeln sehr gut die bekannten Gesetzmäßigkeiten des Wärmeaustausches zwischen Gas und Feststoff wieder. Auf der Fig. 2 sind die für das Ausführungsbeispiel gefundenen Abhängigkeiten graphisch für den Geltungsbereich dargestellt. Zugleich sind 3 Arbeitspunkte, bei denen mit gleichem Brennstoffüberschuß (1,0 t/m²) gearbeitet wurde, besonders gekennzeichnet:

Arbeitspunkt I  d _m = 5,45 mm (Koks: Kohle 0,5)
Arbeitspunkt II  d _m = 7,60 mm (Koks: Kohle 2,0)
Arbeitspunkt III  d _m = 9,75 mm (nur Koks)

Um unter den Bedingungen der Arbeitspunkte I und II gleiche Generatorgastemperaturen und Temperaturen der Schmelzprodukte wie im Arbeitspunkt III zu erzielen, muß mit einem gegenüber dem Ausgangszustand um das 1,79 bzw. 1,28fache höherem Brennstoffüberschuß gearbeitet werden.

Wird im Arbeitspunkt III dagegen beispielsweise mit einem gegenüber dem Ausgangszustand um das 1,17fache höherem Brennstoffüberschuß gearbeitet, so stellt sich eine Gastemperatur von 880°C und eine Roheisentemperatur von 1470°C und eine Schlackentemperatur von 1514°C ein.

Der Wärmewirkungsgrad des Prozesses η im Abstichgenerator, ausgedrückt durch das Verhältnis der Differenz der insgesamt im Reaktor durch (unvollständige) Vergasung des Brennstoffes freigesetzten Wärmemenge und der Wärmeverluste mit den den Generator verlassenden Gasen zu der insgesamt im Reaktor durch Vergasung des Brennstoffes freiwerdenden Wärmemenge läßt sich für das gewählte Ausführungsbeispiel wie folgt darstellen:

Ausgehend von den für das gewählte Ausführungsbeispiel dargestellten Zusammenhängen lassen sich die erforderlichen Parameter für die Brennstoffkorngröße und den Brennstoffüberschuß ableiten, um das Verfahren mit einem möglichst hohen Wärmewirkungsgrad η zu verwirklichen.

Da der Wärmewirkungsgrad η bei gegebenem Metallisierungsgrad des Eisenschwamms und gleicher Anfangstemperatur (Eintrittstemperatur) praktisch nicht vom Gangartgehalt des Eisenschwamms abhängt, ermöglicht das Verfahren eine vorteilhafte Verarbeitung von Eisenschwamm auch mit hohem Gangartanteil (bis zu 30%).

Claims (7)

1. Verfahren zur Erzeugung von flüssigem Roheisen und Reduktionsgas in einem Abstichgenerator, bei dem der in den Generator eingeführte, feste Brennstoff durch das über dem Niveau der Schmelze eingeblasene, sauerstoffhaltige Vergasungsmittel bei einem so hohen Temperaturniveau vergast wird, daß sowohl die Koksasche, als auch der in den Generator eingeführte Eisenschwamm, der mit Hilfe des im Generator erzeugten Reduktionsgases produziert wird, aufgeschmolzen und überhitzt werden und sich als flüssige Schmelzprodukte im Gestell des Generators sammeln und periodisch abgestochen werden, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine dosierte Brennstoffzufuhr im Generator stets ein solcher Brennstoffüberschuß, ausgedrückt durch die im Generator vorhandene unvergaste Brennstoffmenge, bezogen auf einen Quadratmeter Gestellfläche des Generators, in einer solchen Körnung aufrechterhalten wird, daß sich eine auf der Schlacke (4) schwimmende, im wesentlichen nur durch die kinetische Energie des durch die Düsen (7) eintretenden Vergasungsmittels sowie die Wirkung der Schwerkraft bewegte Schüttung (6) aus Brennstoff- und Eisenschwammpartikeln ausbildet, deren Höhe mindestens der maximalen vertikalen Ausdehnung der sich vor den Düsen (7) ausbildenden Zirkulationszone (8) entspricht, jedoch maximal das zweifache dieses Wertes beträgt, in der die aus dem Fall der in den Generator zugeführten Eisenschwamm- und Brennstoffteilchen resultierende kinetische Energie dieser Teilchen vollständig an die in der Schüttung (6) vorhandenen Teilchen abgegeben wird und die zugleich einen Anströmboden für ein sich oberhalb dieser Schüttung ausbildendes, an sich bekanntes Fließbett/ Wirbelschicht/Flugstaubwolke-System (10; 11; 14), des vorwiegend aus Brennstoffteilchen besteht, bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffüberschuß Werte im Bereich von 0,5 bis 3,0 t/m² annimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß stückige Entgasungsprodukte von Kohlen, wie Industriekoks, Braunkohlenschwelkoks und Braunkohlenhochtemperaturkoks in einem Korngrößenbereich von 3 bis 45 mm eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff stückige Entgasungsprodukte von Kohlen oder Gemische von stückigen Entgasungsprodukten von Kohlen mit unentgasten und ungetrockneten und/oder getrockneten Kohlen, wie Gemische von Braunkohlenhochtemperaturkoks und Braunkohlenbriketts im Verhältnis von 2 bis 0,33 in den Generator eingeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Temperatur der den Generator verlassenden Reduktionsgase 1100°C beträgt und im Bereich 800 bis 1100°C durch Steuerung des Verhältnisses zwischen der eingesetzten Menge stückiger Entgasungsprodukte von Kohlen und der eingesetzten Menge unentgaster und ungetrockneter und/oder getrockneter Kohlen und/oder Variation des Brennstoffüberschusses im Bereich von 0,5-3,0 t/m² auf einen gewünschten Wert eingestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Generator als Eisenträger Eisenschwamm mit einem Gangartanteil bis zu 30% zugeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Generator zugeführte Eisenschwamm der Schüttung (6) in einem auf ihre Oberfläche projizierten Aufgabekreis (15) von Zweidrittel des Gestelldurchmessers und im Bereich des zwischen zwei benachbarten Düsen (7) gelegenen Feldes aufgegeben wird.