DE3702875C1 - Process for smelting crude iron and for producing process gas in blast furnaces - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erschmelzen von Roheisen und zum Bereiten von Nutzgas in Hochöfen aus Eisenerz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekannt ist der Hochofen mit Winderhitzern, der mit Koks und mit Heißwind Roheisen und Gichtgas erzeugt. Seine Schmelzleistung läßt sich ohne wirtschaftliche Nachteile nur in engen Grenzen ändern, doch dabei bleibt die Menge des armen Gichtgases an den Ausstoß von Roheisen starr gekoppelt. Zumeist ist es üblich, einen geringen Teil des Kokses durch Heizöl und/oder Staubkohle zu ersetzen, wozu man diese Brennstoffe durch die Formen ins Gestell eindüst. Gleiches ist mit Erdgas und Koksofengas zu erreichen. Dem Wind zugesetzter Sauerstoff begünstigt die Verwendung von Hilfsbrennstoffen. Das Einbringen von heißem Reduktionsgas in die Rast hat man versucht, doch es fand keinen Eingang in die Technik.

Der neuere Stand ist aus der deutschen Patentschrift 22 61 766 bekannt.

Dieses noch nicht verwirklichte Verfahren arbeitet mit technischem Sauerstoff und rückgeführtem Reduktionsgas statt mit Heißwind. Sein Hochofen ist mit zwei Formenebenen versehen, mit ihnen läßt sich das Geschehen innerhalb des Hochofens schnell und innerhalb weiter Grenzen steuern. Dieses Verfahren vermeidet die direkte Reduktion und fährt mit dem geringst möglichen Kokssatz ohne nennenswerten Überschuß an Gichtgas. Andererseits ist es möglich, mit mehr Brennstoff zu fahren, um mehr Nutzgas herzustellen, dessen Heizwert um vieles reicher ist als der des Gichtgases herkömmlicher Hochöfen, die mit Heißwind fahren.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu zeigen, das alle Vorteile der DE-PS 22 61 766 wahrt, dabei das Erschmelzen von Roheisen innerhalb einer weiten Spanne einzustellen gestattet und zugleich unbeeinflußt davon die Herstellung von Nutzgas in wählbaren Mengen ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit dem kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der in Fig. 1 dargestellten Anlage näher erläutert.

Der Hochofen 1 gibt Rohgas 9 ab, das in der Gasreinigung 2 entstaubt wird. Das maschinenfein gereinigte Gas 11 gelangt zur Kohlensäurewäsche 3, in der Kohlensäure 12 abgetrennt wird. Das Reingas 13 teilt sich in drei Ströme auf, ins Umlaufgas 15, das der Verdichter 4 in die Rastform 5 fördert, ins Umlaufgas 16, das der Verdichter 6 in die Gestellform 7 drückt, und ins Nutzgas 14, das im Entspanner 8 vom Verfahrensdruck des Reingases auf den Leitungsdruck entspannt wird, um Strom zu gewinnen. Gasmenge 10 stellt die Verluste des Kreislaufs dar.

Kennzeichnend für die Erfindung ist, daß die Drehzahlen sowohl der Verdichter 4 und 6 als auch des Entspanners 8 veränderlich sind. Vorzugsweise arbeiten Verdichter und Entspanner mit kreisenden Verdrängern, so daß ihr Fördervolumen linear mit ihrer Drehzahl gekoppelt ist.

Temperatur und Menge des Rastgases vor den Formen 5 werden mit den Verhältnissen vom Umlaufgas 15 zu Sauerstoff 17 und zu Staubkohle 18 eingestellt und sicher gehalten. Gleiches gilt fürs Gestellgas vor den Formen 7, auch hier ergeben sich Temperatur und Menge aus den zusammen "eingefeuerten" Umlaufgas 16, Sauerstoff 19, Staubkohle 20 und Kohlensäure 21. Wasserdampf kann dabei Kohlensäure ganz oder zum Teil ersetzen.

Mit Menge und Temperatur des Gestell- und des Rastgases bekommt man das Geschehen innerhalb des Hochofens in den Griff. Die Temperatur des Roheisens und seine Zusammensetzung lassen sich rasch ändern und sicher halten und ebenso im Schacht die Temperatur der Ausgleichszone und die an der Gicht.

Die Verdichter 4 und 6 fördern das Gas im Kreislauf durch den Hochofen 1, durch die Gasreinigung 2 und durch die Kohlensäurewäsche 3 sowie das Nutzgas 14 durch den Entspanner 8. Der Druck im Kreislauf kann gewählt werden, der Entspanner 8 wirkt als eine Drossel.

Die Erfindung erlaubt es, wechselnde Mengen an Nutzgas 14 abzuziehen, ohne dadurch die Schmelzleistung zu ändern. Dazu ist der Entspanner 8, ein umgekehrt arbeitendes Gebläse, vorzugsweise mit kreisenden Verdrängern, über ein stufenloses Getriebe mit dem Stromerzeuger gekuppelt. Die Drehzahl des Stromerzeugers kann sich nicht ändern, weil sie im Takt mit der Netzfrequenz der Stromversorgung läuft. Will man mehr Nutzgas 14 abziehen, ohne dafür den Druck des Reingases 13 zu erhöhen, dann muß dazu die Drehzahl des Entspanners 8 vergrößert werden.

Regeltechnisch ist die Entnahme von Nutzgas 14 mit der Herstellung von Gestellgas verknüpft. Vergrößert man die Drehzahl des Entspanners 8, um mehr Nutzgas 14 abzugeben, dann sinkt der vorgegebene Druck des Reingases 13. Zugleich verringert der Verdichter 6 seine Drehzahl, um weniger Umlaufgas 16 zu fördern. Im Gestell dürfen sich weder Temperatur noch Gasmenge vor den Formen 7 ändern, daher wird mehr Sauerstoff 19, mehr Staubkohle 20, und mehr Kohlensäure 21 in zueinander neu angepaßten Verhältnissen durch die Formen 7 "eingefeuert", um bei erhöhter Abgabe von Nutzgas den gewählten Druck des Reingases 13 zu halten. Wechselnde Entnahme von Nutzgas 14 ändert daher nicht die Zustände im Hochofen 1, Gasmenge und Verteilung der Temperatur in ihm bleiben gleich, ebenso die Schmelzleistung.

Der Druck des Reingases 13 ist ein Maß für den Druck im Hochofen 1. Wird er erhöht, dann steigt die Schmelzleistung ungefähr mit der Wurzel des Druckes. Schmelztechnisch sind Drücke bis 6,0 bar beherrschbar. Ausgehend von der Mindestleistung kann die Herstellung von Roheisen fast verdoppelt werden. Zugleich kann die Menge des Nutzgases 14 von vernachlässigbar wenig bis über 500 Nm³/t Roheisen betragen.

Die Gangart aller Erze ist sehr sauer, auch die Koksasche. Der Hochofen hat daher Kalk nötig, um eine freilaufende Schlacke zu bilden und um das Roheisen zu entschwefeln. Nach dem Stand der Technik wird der gesamte Kalk gegichtet, zum Teil als Stückkalk, zum Teil eingebunden in Sinter und in Pellets.

Die Erfindung schlägt vor, Feinkalk, gegebenenfalls mit anderen Schlackenbildnern, durch die Formen 7 ins Gestell einzubringen, und derart den metallurgischen Bedarf mit ihm vollständig zu decken.

Bei diesem Vorgehen wird der Erzmöller unterhalb 1050°C zu Schwammeisen reduziert. Die saure Gangart schmilzt erst bei viel höherer Temperatur, ohne vorher schädlich zu erweichen. "Kohäsive Schichten" können sich daher nicht bilden.

Vor den Formen 7 nimmt in der Flamme der Feinkalk deren Temperatur an und wird vom Ofengas mitgenommen. Dabei bindet er Schwefel, der aus dem Koks kommt, und er hemmt die Reduktion des Siliziums. Unterwegs stößt der Feinakalk an die saure Koksasche und an die saure Gangart und bleibt an ihnen "kleben". Kalk verbindet sich mit Kieselsäure und Tonerdesilikaten, an ihrer Oberfläche steigt dabei die Temperatur beträchtlich. Aus beiden Gründen fließt die entstehende Schlacke schnell ab, weil infolge der Bildungswärme sie beim Entstehen heißer ist als Ofengas mit dem in ihm suspendierten Feinkalk. Bei diesem Entstehen und Abfließen der Schlacke bilden sich keine "kohäsiven Schichten". Die Durchgasung des "nassen" Bereichs des Hochofens 1 wird sehr begünstigt und das Fahren mit niedrigstem Kokssatz sehr erleichtert.

Beim Herstellen großer Mengen von Nutzgas 14 mag es vorteilhaft sein, statt Feinkalk gemahlenen Kalkstein durch die Formen 7 ins Gestell einzubringen.

Der herkömmliche Hochofen mit Heißwind verträgt nur wenig Feinkalk und wenig Staubkohle durch die Formen am Gestell. Er leidet sehr unter "kohäsiven Schichten", und mit Hilfsbrennstoffen vermag er den Kokssatz bei weitem nicht so stark zu senken wie das erfindungsgemäße Verfahren.

Claims (5)

1. Verfahren zum Erschmelzen von Roheisen und zum Bereiten von Nutzgas in Hochöfen aus Eisenerz mit üblichen Brennstoffen und mit technischem Sauerstoff, die mit aus dem Gichtgas gewonnenen Reduktionsgas durch gemeinsame Formen in das Gestell und in die Rast des Hochofens eingeführt werden, wobei mit den Formen am Gestell die für den Bedarf des Hochofens oberhalb 1050°C notwendige Gasmenge von ausreichender Temperatur hergestellt wird und mit den Formen an der Rast weiteres Reduktionsgas erzeugt wird, welches zusammen mit dem aus dem Gestell aufsteigendem Reduktionsgas im Schacht die für die Vollständige Reduktion des Eisenerzes zu Schwammeisen erforderlichen Überschuß an Reduktionsgas bereitgestellt und die für die ausreichende wärmetechnische Schachtarbeit im Bereich unterhalb 1050°C verlangte Gasmenge bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Hochofen und im Kreislauf mittels unabhängiger Verdichter, die getrennt die Formen am Gestell und die an der Rast mit Umlaufgas versorgen, im Zusammenwirken mit der Zufuhr von Brennstoff und Sauerstoff aufgebracht und mittels eines Entspanners fürs Nutzgas aufrecht gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl sowohl der Verdichter als auch des Entspanners stufenlos geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Verdichter als auch der Entspanner mit kreisenden Verdrängern arbeiten.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Feinkalk in metallurgisch verlangten Mengen durch die Formen des Gestells eingedüst wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß gemahlener Kalkstein in metallurgisch verlangten Mengen durch die Formen des Gestells eingedüst wird.