DE3650328T2

DE3650328T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufheizen von geschmolzenem Metall.

Info

Publication number: DE3650328T2
Application number: DE3650328T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Abe; Takanori Anzai; Hideo Nakamura; Akichika Ozeki; Shunichi Sugiyama; Kenji Takahashi
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1985-12-18
Filing date: 1986-12-18
Publication date: 1996-01-11
Anticipated expiration: 2006-12-19
Also published as: US4740242A; ATE123073T1; JPS62142712A; CA1318134C; EP0228039A3; EP0228039B1; DE3650328D1; EP0228039A2; JPH0424407B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Übertragen von Wärme auf geschmolzenes Metall.
Ein herkömmliches Verfahren zum Übertragen von Wärme auf geschmolzenes Metall, das sich in einem Reaktionsbehälter befindet, umfaßt die folgenden Schritte: Einfüllen des geschmolzenen Metalls in den Behälter; Einblasen von Sauerstoffgas zu dem in dem Behälter enthaltenen geschmolzenen Metall; und Einblasen von Sauerstoffgas zur Nachverbrennung in den Behälter, um dadurch eine Nachverbrennung zu bewirken.
Ferner umfaßt eine herkömmliche Vorrichtung zum Übertragen von Wärme auf Metall einen Reaktionsbehälter, der das geschmolzene Metall enthält, eine erste Einrichtung, um Sauerstoffgas zu dem in dem Reaktionsbehälter enthaltenen geschmolzenen Metall einzublasen, und eine zweite Einrichtung, um Sauerstoffgas einzublasen, um dadurch eine Nachverbrennung zu verursachen.
Ein derartiges Verfahren und eine solche Vorrichtung sind beispielsweise aus der US-A-3 418 109 oder der GB-A-2 082 624 bekannt. Bei diesen herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren wird Sauerstoff in den Behälter, der geschmolzenes Metall enthält, eingeblasen, nämlich in den freien Raum oberhalb der Schlacke auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls. Wenn jedoch der Sauerstoff zum Zwecke einer zweiten Verbrennung eingeblasen wird, bewirkt der Sauerstoff, der mit dem C enthaltenden Metallbad oder mit granulatförmigem Eisen in Kontakt gelangt, eine CO bildende Reaktion gemäß der Beziehung 2C + O&sub2; T 2 CO. Der Grund dafür ist, daß das Reaktionssystem reichhaltig an Kohlenstoff ist. Zieht man andererseits die Reaktionsbedingungen in Betracht, so wird das einmal gebildete CO&sub2; wieder zu CO gemäß der Beziehung CO&sub2; + C T 2 CO reduziert. Daher erzielt der eingeblasene Sauerstoff nicht die gewünschte zweite Verbrennung. Wenn man den Sauerstoff für die zweite Verbrennung von oben her einbläst, nämlich von oberhalb des Metallbades und von oberhalb der Schlacke, die in dem Behälter enthalten ist, so kann eine gewisse Verbesserung der zweiten Verbrennungsrate erreicht werden.
Die Veröffentlichung "Chemische Technologie, Bd. 6, Metallurgie, München 1973, Seiten 420 und 421" beschreibt allgemein das LD-Verfahren in einem Konverter, wobei eine schematische Zeichnung den Zustand des Gases, der Schlacke und des Metalls innerhalb des Konverters darstellt. Bei einem solchen Verfahren wird ein heftiges Aufschäumen der Schlacke während des Blas-Frischungsschrittes im Konverter und während des Entkohlungsschrittes beobachtet, so daß eine Sauerstoffblaslanze in die aufschäumende Schlacke eintaucht.
In jüngerer Zeit wurden verschiedene Vorschläge in Bezug auf ein Verfahren zum Übertragen von Wärme auf geschmolzenes Metall, das sich in einem Reaktionsbehälter befindet, unterbreitet, wobei das darin erzeugte CO-Gas verbrannt werden kann.
Einige Konverter sind mit einer Lanze zur Nachverbrennung ausgestattet, die Düsenöffnungen in ihrem unteren Ende aufweist, durch die Sauerstoffgas ausgeblasen wird. Das durch das geschmolzene Metall erzeugte CO-Gas wird durch das Sauerstoffgas nachverbrannt, das durch die Düsenöffnungen herausgeblasen wird, und die dadurch erzeugte Wärme mit einem Wärmeinhalt, der für den Betrieb erforderlich ist, wird durch eine Schicht aus geschmolzener Schlacke übertragen, die auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls schwimmt.
Bei dem oben genannten herkömmlichen Verfahren ist die Menge an erzeugtem CO-Gas beträchtlich, und dessen steigende Reaktionsgeschwindigkeit ist ebenfalls groß. Infolgedessen wird die Zeit, um den Wärmeaustausch zwischen dem nachverbrannten Gas mit hoher Temperatur und der schäumenden geschmolzenen Schlacke durchzuführen, unerwünscht verkürzt. Daher ist der Wirkungsgrad beim Übertragen von Wärme auf geschmolzenes Metall dementsprechend niedrig.
Die Veröffentlichung JP-A-74390/82 beschreibt ein Verfahren, wobei:
(a) Brennstoff in einen Reaktionsbehälter eingeleitet wird, der schon geschmolzenes Metall enthält;
(b) ein Gasstrahlstrom auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalls aufgeblasen wird, wobei der eingeleitete Brennstoff vergast wird;
(c) der vergaste Brennstoff in den Gasstrahlstrom aufgenommen und ein Teil des vergasten Brennstoffes verbrannt wird; und
(d) das durch die Verbrennung erzeugte Gas zusammen mit der durch die Brennstoffverbrennung erzeugte Wärme dem geschmolzenen Metall zugeführt wird, um die Wärme darauf zu übertragen.
In dem oben genannten Verfahren wird zwar die Gasatmosphäre oberhalb der geschmolzenen Schlacke durch die Verbrennung von Kohlenmonoxid auf eine hohe Temperatur erhitzt, aber die geschmolzene Schlacke liegt zwischen dem geschmolzenem Metall und der erwärmten Gasatmosphäre und enthält zusätzlich Luft. Dies bewirkt den Nachteil, daß die Übertragung von Wärme auf das geschmolzene Metall nicht so effizient ist wie sie sein könnte.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, um das innerhalb des Reaktionsbehälters erzeugte Gas optimal zu verbrennen und um die dadurch erzeugte Wärme auf das geschmolzene Metall zu übertragen, das in dem Behälter enthalten ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung, die einen Reaktionsbehälter aufweist und bei der das innerhalb des Behälters erzeugte Gas optimal verbrannt und die dadurch erzeugte Hitze wirksam auf geschmolzenes Metall übertragen werden kann, das in dem Behälter enthalten ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, um den Verbrauch an kohlenstoffhaltigem Material, das als Reduktionsmittel verwendet wird, zu senken.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Übertragen von Wärme auf geschmolzenes Metall gelöst, das sich in einem Reaktionsbehälter befindet, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- Einfüllen des geschmolzenen Metalls in den Behälter;
- Einblasen von Sauerstoffgas zu dem in dem Behälter enthaltenen geschmolzenen Metall;
- Halten des Drucks einer Gasatmosphäre innerhalb des Behälters bei einem Druck von 2 bis 5 bar mittels eines Druckreglers; und
- Einblasen von Sauerstoffgas zur Nachverbrennung in das Volumen einer Schicht aus geschmolzener Schlacke mit einer Vielzahl von Seitenblasrohren, die in eine Wand des Behälters eingesetzt sind und sich in die Schicht aus geschmolzener Schlacke öffnen, die sich im Behälter befindet.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung umfaßt der Schritt des Einblasens von Sauerstoffgas zu dem geschmolzenen Metall das Einblasen von Gas durch eine Blaslanze im Oberteil.
Bei einer Weiterbildung gemäß der Erfindung umf aßt der Schritt des Einblasens von Sauerstoffgas zu dem geschmolzenen Metall das Einblasen von Gas durch ein Blasrohr im Boden.
Bei einer besonderen Ausführungsform eines solchen Verfahrens gemäß der Erfindung umfaßt das Einblasen des Sauerstoffgases durch eine Vielzahl von Seitenblasrohren ferner das Einblasen des Gases unter einem nach unten geneigten Winkel.
Bei einer weiteren, besonderen Ausführungsform gemäß dem Verfahren der Erfindung umfaßt der Schritt des Einblasens von Sauerstoffgas durch eine Vielzahl von Seitenblasrohren ferner das Einblasen des Gases unter einem Winkel θ, in einer horizontalen Ebene, bezüglich des Radius des Behälters sowie unter nach oben und nach unten geneigten Winkeln durch die Seitenblasrohre, deren Anzahl mit n angegeben ist, wobei der Winkel θ in den folgenden Bereichen liegt:
0 < θ < 180º/n für den Fall, daß n ≥ 3
oder
0 < θ < 45º für den Fall, daß n = 2.
Entsprechend einer Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung umfaßt der Schritt des Einfüllens des geschmolzenen Metalls in den Behälter das Einfüllen des geschmolzenen Metalls in einen Konverter.
Entsprechend einer Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung umfaßt der Schritt des Einfüllens des geschmolzenen Metalls in den Behälter das Einfüllen des geschmolzenen Metalls in einen Schmelzreduktionsofen.
Eine Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist durch den weiteren Schritt des Einfüllens von Eisenerz und kohlenstoffhaltigem Material in den Behälter gekennzeichnet.
Die andere, der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Übertragen von Wärme auf geschmolzenes Metall gelöst, die folgendes aufweist:
- einen Reaktionsbehälter, der das geschmolzene Metall ent-
- eine erste Einrichtung zum Einblasen von Sauerstoffgas zu dem geschmolzenen Metall, das in dem Reaktionsbehälter enthalten ist;
- eine zweite Einrichtung, die eine Vielzahl von Seitenblasrohren aufweist, die in eine Wand des Behälters eingesetzt sind und die sich in eine Schicht aus geschmolzener Schlacke öffnen, um Sauerstoffgas einzublasen, um eine Nachverbrennung zu bewirken; und
- einen Druckregler, der an den Behälter angeschlossen ist, um den Druck einer Gasatmosphäre zu steuern und bei einem Druck zu halten, der höher als der Atmosphärendruck ist.
Entsprechend einer Weiterbildung der Vorrichtung gemäß der Erfindung weist die erste Einrichtung zum Einblasen von Sauerstoffgas eine Blaslanze an der Oberseite auf.
Entsprechend einer Weiterbildung der Vorrichtung gemäß der Erfindung weist die erste Einrichtung zum Einblasen von Sauerstoffgas mindestens eine Blaslanze im Boden auf.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung verlaufen die Seitenblasrohre schräg nach unten.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind die Seitenblasrohre derart vorgesehen, daß sie Sauerstoffgas unter einem Winkel θ, in einer horizontalen Ebene, bezüglich des Radius des Behälters und außerdem unter nach oben gerichteten und nach unten gerichteten Winkeln einblasen, wobei der Winkel θ in den folgenden Bereichen liegt:
0 < θ < 180º/n für den Fall, daß n ≥ 3
oder
0 < θ < 45º für den Fall, daß n = 2,
wobei n die Anzahl der Seitenblasrohre ist.
Zu einem vollständigen Verständnis der Erfindung wird auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verwiesen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung mit einer Nachverbrennungsgas-Zuführung durch Düsenöffnungen, die in dem unteren Ende der Blaslanze im Oberteil vorgesehen sind;
Fig. 2 eine schematische Ansicht, die ein anderes Beispiel einer Vorrichtung der Erfindung darstellt;
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer weiteren Vorrichtung der Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Draufsicht im Querschnitt einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Einblasen von Sauerstoffgas für die Durchführung der Nachverbrennung;
Fig. 5 eine schematische Seitenansicht im Schnitt der Vorrichtung von Fig. 4; und
Fig. 6 eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Sauerstoff-Strömungsrate zur Nachverbrennung und dem Wärmewirkungsgrad zeigt.
Bezugnehmend auf Fig. 1 wird eine Vorrichtung mit einem Schmelzreduktionsofen schematisch dargestellt. Die Bezugszeichen werden wie folgt verwendet:
10 = Ofenwand;
12 = geschmolzenes Metall;
14 = Schicht aus geschmolzener Schlacke;
16 = CO-CO&sub2;-Gasatmosphäre;
18 = Blaslanze im Oberteil;
21 = Düsenöffnungen, durch die das Sauerstoffgas zur Nachverbrennung herausgeblasen wird;
22 = Material-Fülleinlaß;
24 = Auslaßöffnung für die Gasatmosphäre; und
26 = Druckregler, um den Druck der Gasatmoshäre höher als den Atmosphärendruck zu halten.
Eisenerz und Kohle werden durch den Material-Fülleinlaß 22 auf das geschmolzene Metall 12 eingefüllt, das sich innerhalb eines Behälters befindet, der durch die Ofenwand 10 gebildet wird. Sauerstoffgas wird durch die Blaslanze 18 im Oberteil eingeblasen. Ein Teil der eingefüllten Kohle wird mit dem eingeblasenen Sauerstoffgas verbrannt, und CO-Gas wird erzeugt. Ein anderer Teil löst sich in dem geschmolzenen Metall 12, und der Rest bleibt in der Schicht aus geschmolzener Schlacke 14.
Das Eisenerz wird durch den Kohlenstoff reduziert, der in dem geschmolzenen Metall 12 und in der Schicht aus geschmolzener Schlacke 14 enthalten ist. Das durch den Verbrennungsprozeß erzeugte CO-Gas steigt durch die Schicht aus geschmolzener Schlacke 14 auf und wird dann mit Sauerstoffgas verbrannt, das aus den Düsenöffnungen 21 herausgeblasen wird, die in dem unteren Ende der Blaslanze 18 im Oberteil vorgesehen sind, und es wird Wärme erzeugt. Die Verbrennung des CO-Gases mit dem herausgeblasenen Sauerstoffgas wird in der Beschreibung und in den Ansprüche durchgehend als Nachverbrennung bezeichnet. Die Menge an Sauerstoffgas zur Reduktion und jene an Sauerstoffgas zur Nachverbrennung werden getrennt gesteuert.
Die CO-CO&sub2;-Gasatmosphäre 16 wird mittels des Druckreglers 26 bei einem Druck gehalten, der höher als der Atmosphärendruck ist, wobei der Druckregler 26 mit dem Auslaß 24 verbunden ist, der sich in die Gasatmosphäre öffnet. Weil der Druck, der höher als der Atmosphärendruck ist, aufrechterhalten wird, steigt das nachverbrannte Gas langsamer auf und verbleibt länger in der Schicht aus geschmolzener Schlacke 14. Außerdem ist die Wahrscheinlichkeit größer, daß das CO-Gas, das durch die Schicht aus geschmolzener Schlacke 14 aufsteigt, sich mit dem für die Nachverbrennung vorgesehenen Sauerstoffgas vermischt und damit verbrannt wird.
Auf diese Weise verlängert die Verringerung der Geschwindigkeit, mit der das Gas durch die Schicht aus geschmolzener Schlacke 14 aufsteigt, die Zeit für den stattfindenden Wärmeaustausch und verbessert infolgedessen die Wärmeübertragung auf die Schicht aus geschmolzener Schlacke 14. Letztendlich wird die Wärmeübertragung auf das geschmolzene Metall 12 durch die Schicht aus geschmolzener Schlacke 14 erreicht. Dies führt zu einem effektiven Verbrauch von thermischer Energie.
In der vorangehenden Beschreibung wird die Ausführungsform beim Schmelzreduktionsprozeß für Eisenerz angewendet. Die Anwendung ist jedoch nicht auf den Schmelzreduktionsprozeß beschränkt, und das Verfahren kann auch bei der Stahlherstellung zur Entkohlung und zur Entphosphorung angewendet werden.
Zur Realisierung der Erfindung wird der Druck der Gasatmosphäre 16 bei ungefähr 2 bis 5 bar gehalten. Dieser Bereich reduziert die Geschwindigkeit, mit der das nachverbrannte Gas aufsteigt, auf die Hälfte bis auf ein Fünftel der herkömmlichen Rate und erniedrigt auch die Aufsteigrate des CO-Gases, das in dem geschmolzenen Metall 12 erzeugt wird.
Der Druckbereich beeinflußt nicht die Geschwindigkeit der Reaktion, die sich durch die nachfolgende Formel darstellen läßt:
C + 1/2 O&sub2; = CO
Wenn der Druck weniger als 2 bar beträgt, kann es unmöglich sein, die Aufsteigrate des nachverbrannten CO&sub2;-Gases und des erzeugten CO-Gases zu reduzieren.
Andererseits kann ein Druck von mehr als 5 bar die Geschwindigkeit der Reaktion unerwünschterweise reduzieren, die durch die oben genannte Gleichung gegeben ist. Der Druck der CO-CO&sub2;- Gasatmosphäre 16 wird durch den Druckregler 26 gesteuert, genauer gesagt durch Steuerung des Öffnens des Ventils des Druckreglers 26 in Abhängigkeit von dem gemessenen Druck.
Fig. 2 veranschaulicht schematisch ein Beispiel einer anderen Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einem Reaktonsbehälter, der mit einer Vielzahl von Seitenblasrohren 20 versehen ist, die in die Ofenwand 10 eingesetzt sind. Durch die Seitenblasrohre 20 kann Sauerstoffgas zur Nachverbrennung in die Schicht aus geschmolzener Schlacke 14 eingeblasen werden. Diese Seitenblasrohre 20 sind nach unten geneigt und öffnen sich in die Schicht aus Schlacke 14, die in dem Behälter enthalten ist. Die Menge an Beschickungsmaterial und die Menge an entnommenem geschmolzenem Metall 12 werden so gesteuert, daß der Pegel der Schicht 14 konstant gehalten wird. Das Material wird durch den Fülleinlaß 22 eingefüllt. Eine Entnahmeöffnung für das geschmolzene Metall 12 (nicht gezeigt) kann in der Ofenwand 10 auf bekannte Art und Weise angebracht sein.
Sauerstoffgas für die Reduktion wird durch die Blaslanze 18 im Oberteil in das geschmolzene Metall 12 eingeblasen. Das Sauerstoffgas zur Nachverbrennung wird in den Behälter durch die Seitenblasrohre 20 eingeblasen, die nach unten geneigt sind und sich in die Schicht aus geschmolzener Schlacke 14 öffnen. Infolgedessen bewegt sich die geschmolzene Schlacke 14 zunächst nach unten, trifft auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalls 12 und bewegt sich dann schließlich aufwärts, um auf diese Weise innerhalb des Behälters zu zirkulieren. Das Sauerstoffgas reagiert mit dem CO-Gas, das durch die Schicht aus geschmolzener Schlacke 14 aufsteigt. Die Reaktionswärme wird auf die geschmolzene Schlacke 14 übertragen und wird weiterhin auf das geschmolzene Metall 12 übertragen, da die geschmolzene Schlacke 14 zirkuliert.
Die Seitenblasrohre 20 sind in der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung nach unten geneigt. Sie können nach oben geneigt sein, so daß in diesem Fall die geschmolzene Schlacke 14 auf die gleiche Weise zirkulieren kann. Es ist jedoch vorzuziehen, daß die Seitenblasrohre 20 nach unten geneigt sind, da mehr Sauerstoffgas in die geschmolzene Schlacke 14 eingeblasen werden kann und die geschmolzene Schlacke 14 heftiger zirkulieren kann.
Weiterhin können anstelle der in Fig. 2 gezeigten Blaslanze 18 die in Fig. 3 gezeigten Boden-Blasrohre 19 verwendet werden, um Sauerstoffgas zur Reduktion einzublasen.
Die Fig. 4 und 5 zeigen noch andere Vorrichtungen mit einem Reaktionsbehälter. Eine Vielzahl von Boden-Blasrohren 19 sind in dem Boden des Behälters eingesetzt, und eine Vielzahl von Seitenblasrohren 20 sind in der Ofenwand 10 des Behälters vorgesehen. Die Seitenblasrohre 20 sind unter einem Winkel θ, in einer horizontalen Ebene, bezüglich des Radius des Behälters geneigt, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Einige der Seitenblasrohre 20 sind nach unten geneigt, und die anderen sind, wie in Fig. 5 veranschaulicht, nach oben geneigt. Der Winkel θ kann in folgenden Bereichen liegen:
0 < θ < 180º/n, wobei n die Anzahl von Seitenblasrohren 20 ist und 3 oder mehr beträgt,
oder
0 < θ < 45º, wenn n = 2.
Der Winkel θ kann innerhalb der Bereiche geändert werden, die durch die vorangehenden Formeln angegeben sind. Falls der Winkel θ außerhalb der Bereich liegt, kann die geschmolzene Schlacke 14 nicht ausreichend zirkulieren.
In den Vorrichtungen der Fig. 4 und 5 sind sämtliche Seitenblasrohre 20 unter demselben Winkel bezüglich des Radius des Behälters geneigt. Stattdessen können einige der Seitenblasrohre 20 unter einem Winkel geneigt sein, während die übrigen unter einem anderen Winkel geneigt sein können.
Wie beschrieben, neigen sich einige Seitenblasrohre 20 nach unten, und die anderen neigen sich nach oben. Insbesondere können sie sich abwechselnd nach unten und nach oben neigen, oder z.B. können sich zwei beliebig benachbarte Seitenblasrohre 20 nach unten neigen, während die nächsten beiden sich nach oben neigen.
Die Seitenblasrohre 20 sind so in die Ofenwand 10 eingesetzt, daß sie sich zu der Schicht aus geschmolzener Schlacke 14 öffnen. Das geschmolzene Metall 12 wird durch den Sauerstoffgasstrom in Bewegung gehalten, der für dessen Reduktion vorgesehen ist, oder durch das Einblasen von Pulvern und Gasen, die während des Schmelz-Reduktionsprozesses aufgeblasen werden, aber der Oberflächenpegel des geschmolzenen Metalls 12 und die Dicke der Schicht aus geschmolzener Schlacke 14 werden konstant gesteuert. Dementsprechend können die Seitenblasrohre 20 angeordnet werden, daß sie sich zu der Schicht aus geschmolzener Schlacke 14 öffnen.
Das Sauerstoffgas zur Reduktion wird durch ein äußeres Rohr 25 der Bodenblasrohre 19 eingeblasen, und reines Eisenerz und pulverförmige Kohle werden durch ein inneres Rohr 23 der Bodenblasrohre 19 eingeblasen. Das Sauerstoffgas zur Nachverbrennung wird durch die Seitenblasrohre 20 eingeblasen. Die durch die Nachverbrennung stark erwärmte Schicht aus geschmolzener Schlacke 14 zirkuliert innerhalb des Behälters sowohl in einer horizontalen als auch in einer vertikalen Ebene und überträgt die Wärme auf das geschmolzene Metall 12, da es mit dem geschmolzenen Metall 12 in Kontakt steht.

Beispiel 1

Im folgenden wird ein Beispiel der Schmelzreduktion von Eisenerz unter Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung beschrieben.
In diesem Beispiel wurden 50 Tonnen geschmolzenes Metall in den Schmelzreduktionsofen eingefüllt. Der Druck der Gasatmosphäre 16 wurde durch den Druckregler 26 auf 3 bar eingestellt.
Eisenerz und Kohle wurden über den Fülleinlaß 22 eingefüllt. Sauerstoffgas zur Reduktion wurde durch die Blaslanze 18 eingeblasen, und Sauerstoffgas zur Nachverbrennung wurde durch die Düsenöffnungen 20 eingeblasen, die am unteren Ende der Lanze 18 vorgesehen sind.
Das Sauerstoffgas zur Nachverbrennung wurde in die Schicht aus geschmolzener Schlacke 14 in einer Menge von 50 % der Sauerstoff-Strömungsrate zur Nachverbrennung eingeführt, die wie folgt angegeben ist:
Sauerstoff-Strömungsrate zur Nachverbrennung in % = Menge an O2 zur Nachverbrennung/ ½ Menge an erzeugtem CO x 100
Die Herstellungsrate von geschmolzenem Metall betrug 32 Tonnen pro Stunde.
Um den Vorteil der Erfindung zu demonstrieren, wurde eine Kontrolle 1 durchgeführt, wobei die Gasatmosphäre 16 auf Atmosphärendruck eingestellt wurde und bei der geschmolzenes Metall 12 mit der Rate von 32 Tonnen pro Stunde hergestellt wurde. Die Ergebnisse sind zusammen mit den Ergebnissen von Beispiel 1 in der Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 Kontrolle Beispiel Eisenerz (kg/min) Kohle Menge an O (Nm) Sauerstoff-Strömungsrate zur Nachverbrennung (%) Wärmewirkungsgrad
Der "Wärmewirkungsgrad" ist gegeben durch:
Wärmewirkungsgrad = A/B,
wobei A die dem geschmolzenen Metall 12 zugeführte Wärme darstellt, und B die Wärme darstellt, die erzeugt wird, wenn das gesamte Sauerstoffgas zur Nachverbrennung verbraucht ist.
Wie aus der Tabelle 1 klar hervorgeht, wurde in Beispiel 1, verglichen mit der Kontrolle 1, der Verbrauch an Kohle und an Sauerstoffgas reduziert, da der Wärmewirkungsgrad von Beispiel 1 höher war als der der Kontrolle 1.

Beispiel 2

Ein weiteres Beispiel der Schmelzreduktion von Eisenerz wurde unter Verwendung der Vorrichtung aus Fig. 1 durchgeführt. Der Schmelzbetrieb wurde bei einer Gasatmosphäre 16 durchgeführt, die auf einen Druck von 3 bar eingestellt wurde, und das Sauerstoffgas zur Nachverbrennung wurde mit einer Sauerstoff- Strömungsrate zur Nachverbrennung von 0 bis 100 % eingeführt.
Eine Kontrolle 2 wurde durchgeführt, wobei die Gasatmosphäre 16 auf atmosphärischen Druck eingestellt wurde und Sauerstoffgas mit der gleichen Sauerstoff-Strömungsrate zur Nachverbrennung eingeführt wurde.
Fig. 6 zeigt grafisch die Ergebnisse von Beispiel 2 und der Kontrolle 2. Die Ergebnisse von Beispiel 2 und der Kontrolle 2 sind jeweils durch eine durchgehende und eine unterbrochene Linie veranschaulicht. Wie diese Linien zeigen, ist der Wärmewirkungsgrad von Beispiel 2 im Durchschnitt 15 % höher als der bei der Kontrolle 2. Demnach kann die Wärmeübertragung auf das geschmolzene Metall 12 effizient durch zweckmäßige Steuerung des Druckes der Gasatmosphäre 16 mittels des Druckreglers 26 erreicht werden, entsprechend der Menge an erzeugtem CO-Gas und dem Zustand der schäumenden Schicht aus geschmolzener Schlacke 14.

Beispiel 3

In diesem Beispiel wurden zwei verschiedene Testverfahren der Schmelzreduktion durchgeführt, indem man das Verfahren des Einblasens von Sauerstoffgas zur Nachverbrennung änderte. Der Druck der Gasatmosphäre 16 wurde auf 3 bar eingestellt.

Testverfahren A

Eine Vorrichtung gemäß Fig. 2 wurde verwendet. Sauerstoffgas zur Reduktion und Sauerstoffgas zur Nachverbrennung wurden jeweils geradewegs nach unten durch die Lanze 18 und unter einem abwärts geneigten Winkel durch sechs Seitenblasrohre 20 eingeblasen.

Testverfahren B

Eine Vorrichtung, wie sie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, wurde verwendet. Sechs Seitenblasrohre 20 wurden in die Ofenwand 10 unter einem Winkel θ von 30º eingesetzt. Drei Blasrohre 19 im Boden bestanden jeweils aus einem inneren Rohr 23 und einem äußeren Rohr 25, welches das innere Rohr 23 umschloß. Sauerstoffgas zur Reduktion wurde durch das äußere Rohr 25 von jedem Blasrohr 19 eingeblasen, und ein Gemisch aus reinem Eisenerz und pulverförmiger Kohle wurde durch das innere Rohr 23 eingeführt. Sauerstoffgas zur Nachverbrennung wurde durch die Seitenblasrohre 20 so eingeblasen, um die geschmolzene Schlacke 14 sowohl in einer horizontalen Ebene als auch in einer vertikalen Ebene zirkulieren zu lassen.
Die Ergebnisse der Verfahren A und B sind zusammen mit jenen von Beispiel 1 in der Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2 Beispiel Eisenerz (kg/min) Kohle Menge an (Nm) Sauerstoffströmungsrate zur Nachverbrennung (%) Wärmewirkungsgrad
Die Ergebnisse der Beispiele 3A und 3B zeigen im Vergleich zu Beispiel 1 eine Verbesserung bezüglich des Wärmewirkungsgrades und einen verringerten Verbrauch an Kohle und Sauerstoff, die für die Reduktion benötigt werden.

Claims

1. Verfahren zum Übertragen von Wärme auf geschmolzenes Metall (12), das sich in einem Reaktionsbehälter befindet, umfassend die folgenden Schritte:

- Einfüllen des geschmolzenen Metalls (12) in den Behälter;

- Einblasen von Sauerstoffgas zu dem in dem Behälter enthaltenen geschmolzenen Metall (12);

- Halten des Druckes einer Gasatmosphäre (16) innerhalb des Behälters bei einem Druck von 2 bis 5 Bar mittels eines Druckreglers; und

- Einblasen von Sauerstoffgas zur Nachverbrennung in das Volumen einer Schicht aus geschmolzener Schlacke (14) mit einer Vieizahl von Seitenblasrohren (20), die in eine Wand (10) des Behälters eingesetzt sind und sich in die Schicht (14) aus geschmolzener Schlacke öffnen, die sich in dem Behälter befindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einblasens von Sauerstoffgas zu dem geschmolzenen Metall (12) das Einblasen von Gas durch eine Blaslanze (18) im Oberteil umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einblasens von Sauerstoffgas zu dem geschmolzenen Metall (12) das Einblasen von Gas durch ein Blasrohr (19) im Boden umfaßt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einblasen des Sauerstoffgases durch eine Vielzahl von Seitenblasrohren (20) ferner das Einblasen des Gases unter einem nach unten geneigten Winkel umfaßt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einblasens von Sauerstoffgas durch eine Vielzahl von Seitenblasrohren (20) ferner das Einblasen des Gases unter einem Winkel (θ), in einer horizontalen Ebene, bezüglich des Radius des Behälters sowie unter nach oben und nach unten geneigten Winkeln durch die Seitenblasrohre (20) umfaßt, deren Anzahl mit n angegeben ist, wobei der Winkel (θ) in den folgenden Bereichen liegt:

0 < θ < 180º/n für den Fall, daß n ≥ 3 oder

0 < θ < 45º für den Fall, daß n = 2.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einfüllens des geschmolzenen Metalles (12) in den Behälter das Einfüllen des geschmolzenen Metalles (12) in einen Konverter umfaßt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einfüllens des geschmolzenen Metalles (12) in den Behälter das Einfüllen des geschmolzenen Metalles (12) in einen Schmelzreduktionsofen umfaßt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Einfüllens von Eisenerz und kohlenstoffhaltigem Material in den Behälter.

9. Vorrichtung zum Übertragen von Wärme auf geschmolzenes Metall (12), die folgendes aufweist:

- einen Reaktionsbehälter, der das geschmolzene Metall (12) enthält;

- eine erste Einrichtung (18, 19) zum Einblasen von Sauerstoffgas zu dem geschmolzenen Metall (12), das in dem Reaktionsbehälter enthalten ist;

- eine zweite Einrichtung (20), die eine Vielzahl von Seitenblasrohren (20) aufweist, die in eine Wand (10) des Behälters eingesetzt sind und die sich in eine Schicht aus geschmolzener Schlacke (14) öffnen, um Sauerstoffgas einzublasen, u- eine Nachverbrennung zu bewirken; und

- einen Druckregler, der an den Behälter angeschlossen ist, um den Druck einer Gasatmosphäre (16) zu steuern und bei einem Druck zu halten, der höher als der Atmosphärendruck ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (18, 19) eine Blaslanze (18) an der Oberseite aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (18, 19) mindestens eine Blaslanze (19) im Boden aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenblasrohre schräg nach unten verlaufen.

13. Vorrichtung nach einein der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenblasrohre (20) derart vorgesehen sind, daß sie Sauerstoffgas unter einem Winkel (θ), in einer horizontalen Ebene, bezüglich des Radius des Behälters und außerdem unter nach oben gerichteten und nach unten gerichteten Winkeln einblasen, wobei der Winkel (θ) in den folgenden Bereichen liegt:

0 < θ < 180º/n für den Fall, daß n ≥ 3 oder

0 < θ < 45º für den Fall, daß n = 2,

wobei n die Anzahl der Seitenblasrohre (20) ist.