DE3889399T2

DE3889399T2 - Verfahren zum Betreiben eines Hochofens.

Info

Publication number: DE3889399T2
Application number: DE3889399T
Authority: DE
Inventors: Ryuich Hori; Shinichi Inaba; Mitsutoshi Isobe; Tsunao Kamijo; Yoshio Kimura; Fumio Noma; Masataka Shimizu
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-09-03
Filing date: 1988-09-01
Publication date: 1994-09-01
Anticipated expiration: 2008-09-02
Also published as: CA1338098C; DE3889399D1; EP0306026A3; US4963186A; AU613399B2; EP0306026B1; EP0306026A2; AU2179288A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben von Hochöfen, das die Nutzungsdauer eines Hochofens verlängern kann, indem eine gute Gasdurchlässigkeit und Flüssigkeitsdurchlässigkeit von festen Reduktionsmittelschichten im toten Mann des Hochofens aufrechterhalten werden, wodurch die betriebliche Leistung und Stabilität des Ofens erhöht werden, während die erodierende Abnutzung von feuerfesten Wänden des Ofens unterdrückt wird.
In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand von Ofenbetrieben unter Verwendung von Koks, der ein typisches festes Reduktionsmittel ist, beschrieben.
Um einen Hochofen beständig und leistungsfähig zu betreiben, ist es wichtig, in geeigneter Weise die Verteilung des innerhalb des Ofens aufsteigenden Gases zu kontrollieren. In Fig.1, die eine schematische Schnittdarstellung eines Hochofens in Betrieb ist, ist beispielsweise angegeben mit O Erz, mit C Koks, mit K eine Stückzone, mit SM eine erweichte Kohäsionszine, mit Co Koks im toten Mann des Ofens, mit L ein Blasring, mit B die Windformen und mit F geschmolzenes Roheisen. Das bedeutet, daß die abwechseln den Schichten des Erzes 0 und des Kokses C, die durch die Gicht des Ofens eingesetzt worden sind, allmählich abgesenkt werden, und während des Absinkens durch die Stückzone K wird das Erz O durch die Wirkung des reduzierenden Gases (CO) reduziert, welches durch die Reaktion zwischen dem Koks und den heißen, in den Ofen durch die Blasformen B eingeblasenen Winden erzeugt wird. Nach Ausbildung der erweichten Kohäsionszone SM wird es durch die Lücken in der toten Koksschicht Co geführt und am Gestell des Ofens gesammelt. Dieses geschmolzene Roheisen wird durch einen Abstich E periodisch oder kontinuierlich abgezogen.
Es sind verschiedene Vorschläge in Bezug auf das Regelungsverfahren gemacht worden, um den Wirkungsgrad und die Beständigkeit solcher Hochofen-Betriebsweisen zu steigern. Gemäß dem Konzept, das sich nahezu in der Technik durchgesetzt hat, wird angenommen, daß der Ofenbetrieb das höchste Niveau im Wirkungsgrad erreicht und sich stabilisiert, wenn die erweichte Kohäsionszone SM in einer V-Gestalt gehalten wird, indem die aufsteigenden Gasströme im Ofen zentralisiert werden, wie in der Japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 60-57003 und in der Japanischen Patentschrift Nr. 61-42896 sowie der offengelegten Patentanmeldung Nr. 61-227109 der Anmelderin offenbart ist. Beispielsweise beschreibt die erwähnte Schrift JP 60-56003 ein Verfahren zur Stabilisierung der zentralen Gasströmung in einem Hochofen und zur Ausbildung einer kopfstehenden V-förmigen Schmelzzone, indem 1,5 - 8 Gew.-% der gesamten einzusetzenden Koksmenge in eine konzentrische Sektion der Gicht eingefüllt werden.
Ferner beschreibt die Schrift EP 0 261 432 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Hochofens, wobei der Hochofen mit einer vorgefertigten Mischung aus Erz und Koks beschickt wird. Zusätzlich wird eine Menge einer Mischung aus Erz und Koks mit einer hohen Kokskonzentration an einem konzentrischen Teil der Gicht des Ofens eingesetzt, um dadurch eine stabilisierte Gasströmung im Hochofen aufrechtzuerhalten.
Um eine derartige Betriebsbedingung zu gewährleisten, werden Untersuchungen für Verbesserungen durch unterschiedliche Versuche, wie z.B. das Verfahren zum Einsetzen des Erzes O und Kokses C, die Gestalt der alternierend geschichteten Lagen und die Gasdurchlässigkeit, vorgenommen. Jedoch sind die meisten dieser Untersuchungen in der Hauptsache auf die Verbesserung der Ausgestaltung der erweichten Kohäsionszone SM oder die Optimierung der aufsteigenden Gasströme oder die Verbesserung der Gestalt der alternierend geschichteten Lagen aus Erz O und Koks C gerichtet. Im Gegensatz hierzu sind keine Untersuchungen in bezug auf die Einflüsse vorgenommen worden, die sich auf den betrieblichen Wirkungsgrad durch den Zustand der Kokskernschicht Co unter der erweichten Schmelzzone SM auswirken.
Andererseits enthält das als Ausgangsmaterial in den Hochofen einzusetzende Erz Zn in Form von Sulfid (ZnS) , Ferrit (2ZnO Fe&sub2;O&sub3;), Silikat (2ZnO SiO&sub2;) und dergleichen, was Substanzen mit niedrigem Schmelzpunkt und leicht zersetzbare sind. Deshalb werden sie bei Erreichen eines Temperaturbereichs von 900 - 1000 ºC im Ofen einmal zu ZnO zersetzt und zu gasförmigem Zn durch eine Reaktion mit C, CO sowie H&sub2;, wie durch die folgenden Reaktionsgleichungen ausgedrückt ist, reduziert.
ZnO + C = Zn + CO - 55370 (Kcal)
ZnO + CO = Zn + CO&sub2; - 15770 (Kcal)
ZnO + H&sub2; = Zn + H&sub2;O - 25640 (Kcal)
Auf diese Weise vergastes Zn wird teilweise zusammen mit dem Gichtgas aus dem Ofen ausgetragen und teilweise innerhalb der oberen Erzschichten im Ofen kondensiert oder anderweit oxydiert und lagert sich Form eines Oxyds ab. Die Zn-Verbindungen, die kondensiert und auf diese Weise abgelagert worden sind, werden wieder in die Hochtemperaturzone gebracht, weil die Erzschichten abgesenkt werden, und wieder reduziert sowie vergast, wobei das resultierende Zn-Gas teilweise zur Gicht aufsteigt und teilweise wieder innerhalb der oberen Erzschichten kondensiert sowie sich ablagert. Da diese Zyklen wiederholt werden, wird die abgelagerte Menge allmählich vergrößert und erreicht in manchen Fällen eine Konzentration, die etwa zehnmal so groß wie die Konzentration zur Zeit einer Beschickung ist. Übrigens wird angenommen, daß die Erzschichten die Funktion der Wirkung einer Filterschicht für die aufsteigenden Gasströme haben, wodurch die Kondensaton und Zirkulation von Zn begünstigt wird.
Das Beschickungsmaterial enthält Alkalimetalle, wie K, Na und dergleichen, in Form von Alkalisilikaten (z.B. 2K&sub2;O SiO&sub2;, K&sub2;O SiO&sub2; u.dgl.), die zu Alkalimetallen reduziert und vergast werden, während das Material im Ofen abgesenkt wird, wobei die resultierenden Gase, die im Ofen ähnlich wie Zn aufsteigen, teilweise zusammen mit dem Gichtgas aus dem Ofen ausgetragen und teilweise abgekühlt, in den Erzschichten in Form von Karbonat- und Zyanverbindungen abgelagert sowie wiederum zusammen mit den Erzschichten abgesenkt werden, also im Ofen durch Wiederholung der Vergasung und Ablagerung zirkulieren. Dieser Zirkulationsprozeß ist in Fig. 2 gezeigt und auch in einer Druckschrift besprochen (J. Davies: Ironmaking and Steelmaking, 5(1978), P151).
Somit besitzen Zn und niedrigschmelzende Substanzen, wie Alkalimetalle, eine Tendenz zum Zirkulieren und Ansammeln im Ofen. Die Ansammlung erreicht letztlich eine übermäßige Menge, welche die Gasdurchlässigkeit beeinträchtigt während die abgelagerte Menge nicht nur in den Erzschichten, sondern auch an den Ofenwänden größer wird, was die Erscheinung der sog. "klebrigen Wand" verursacht, die das Absinken des eingesetzten Materials behindert, wodurch ernsthafte Probleme, wie ein unsymmetrischer Verbrauch, des Stürzens und des Hängens, hervorgerufen werden. Zusätzlich wird die Ansammlung von Allalimetallen als eine der Ursachen angesehen, die den erodierenden Verschleiß der feuerfesten Steine begünstigen.
Um zu rekapitulieren, ist ein besonderer Nachteil der Betriebsverfahren nach dem Stand der Technik, daß diese Verfahren den Zustand der toten Koksschicht außer acht lassen und somit einen höheren Brennstoffverbrauch hervorrufen.
Es ist deshalb ein Hauptziel der Erfindung, ein Verfahren zu verbessern, um einen Hochofen stabil mit einem optimierten Heizstoffwirkungsgrad zu betreiben.
Das Ziel wird durch das verbesserte Verfahren gemäß der Erfindung erreicht, wie es im Patentanspruch 1 und in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9, die sich auf bevorzugte Ausführungsformen des beanspruchten Verfahrens beziehen, definiert ist.
Das Verfahren bewirkt eine voraussagbare Stabilisierung des zentralen Gasstroms im Hochofen, eine Verminderung des Druckverlustes des Gasstroms und die Ausbildung einer kopfstehenden V-förmigen Schmelzzone, die als zufällige Wirkungen bekannt sind. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch Einsetzen eines zustäzlichen festen Reduktionsmittels in einer Menge von wenigstens 0,2 Gew.-% des gesamten festen Reduktionsmittels auf die Gicht des Hochofens an einem konzentrischen Teil, der durch die Beziehung der Radien bestimmt ist: rt ≤ 0,3 Rt, worin rt der Radius des konzentrischen Teils und Rt der Radius der Gichtöffnung sind. Das Verfahren erfordert eine minimale Menge an zusätzlichem festen Reduktionsmittel, um die gewünschten Eigenschaften der Zone des toten Manns zu gewährleisten, und steigert dadurch den Wirkungsgrad des Hochofens. Weil darüber hinaus die angegebenen Beziehungen sich auf Verhältnisse von typischen Hochofenabmessungen beziehen, kann das Verfahren gemäß der Erfindung auf Hochöfen im allgemeinen angewendet werden.
In vorteilhafter Weise bietet das Verfahren theoretische Mittel für die Vorhersage der Gas- und Flüssigkeitsdurchlässigkeit der toten Festreduktionsmittelschicht unter der Schmelzzone (des toten Manns), und folglich kann, weil die Flüssigkeitsdurchlässigkeit der toten Festreduktionsmittelschicht voraussagbar und als Ergebnis regelbar ist, der erodierende Verschleiß der feuerfesten Wände rund um das Gestell des Ofens, der durch das Fließen des geschmolzenen Roheisens hervorgerufen wird, wenn es vom Gestell abgezogen wird, vermindert werden, um eine verlängerte Nutzungsdauer des Ofens zu gewährleisten.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, die Gasdurchlässigkeit des Zentrumsbereichs des Ofens zu steigern und dadurch die aufsteigenden Gasströme zu zentrieren, um den Ofenzustand zu stabilisieren, und die zentralisierte Gastemperatur zu erhöhen, um eine Kondensation sowie Ablagerung der Metalldämpfe mit niedrigem Schmelzpunkt die in den zentrierten Gasströmen mitgeführt werden, zu verhindern, um den Ofenzustand in einem stabilisierteren Zustand zu halten. Andere Ziele der Erfindung werden aus der folgenden, im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gegebenen Beschreibung deutlich.
Es sind in den beigefügten Zeichnungen:
Fig. 1 eine vertikal geschnittene schematische Darstellung eines Hochofens, die den inneren Zustand des Ofens im Betrieb zeigt;
Fig. 2 ein Flußplan des Zirkulationsprozesses von Alkalimetall im Hochofen;
Fig. 3 eine abgebrochene schematische Darstellung im Vertikalschnitt eines Hochofens, der im stabilen Zustand in Betrieb ist;
Fig. 4 eine abgebrochene schematische Darstellung im Vertikalschnitt eines Hochofens, der in einem instabilen Zustand in Betrieb ist;
Fig. 5 und 6 schematische Querschnittsdarstellungen eines Ofens, die den Fluß von geschmolzenem Roheisen zur Zeit des Abstechens zeigen;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Ofens eines experimentellen Simulationsmodells, die den Zustand des Absinkens von Begichtungsmaterial zeigt;
Fig. 8 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Menge des Kokseinsatzes zum zentralen Teil und Abnahmen im Druckverlust im unteren Ofenbereich zeigt;
Fig. 9 ein Diagramm der Beziehung zwischen rt/Rt und rh/Rh, die bei dem Simulationsversuch erhalten wurden;
Fig. 10 ein Diagramm, das die Ergebnisse von Versuchen unter Verwendung eines tatsächlichen Hochofens zeigt;
Fig. 11 ein Diagramm, das die Partikelgröße und die Staubmenge des kernfüllenden Kokses, die in der radialen Richtung des Ofenkerns am Ende des Versuchs vorhanden sind, zeigt;
Fig. 12 und 13 Diagramme, die die Menge des zentralen Kokseinsatzes in bezug auf den Druckverlust (ΔP) bzw. Schwankungen im Druckverlust (PI) zeigen;
Fig. 14 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Menge der zentralen Koksbeschickung und Temperaturänderungen (ΔT/Ts) im Zentrum des Gestells zeigt;
Fig. 15A und 15B schematische Darstellungen der Geschwindigkeitsverteilung des Fluids am Ofengestell zur Zeit des Abziehens im Simulationsversuch;
Fig. 16 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Zentrumswinkel θ vom Abstichloch und der Geschwindigkeit längs des Ofengestells zeigt;
Fig. 17 ein Diagramm, das Änderungen in den Mengen des Zn- Einsatzes, Zn-Austrags und der Zn-Ansammlung im Ofen in einem tatsächlichen Hochofenbetrieb zeigt;
Fig. 18A, 18B, 19A und 19B schematische Schnittdarstellungen, die Verfahren für den Materialeinsatz, die bei der vorliegenden Erfindung angewendet werden, erläutern;
Fig. 20 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Menge des Kokseinsatzes zu der zentralen Position und Abnahmen im Druckverlust im unteren Ofenbereich zeigt;
Fig. 21A und 21B schematische Schnittdarstellungen, die ein anderes, bei dieser Erfindung angewendetes Verfahren zur Materialbeschickung erläutern;
Fig. 22 ein Diagramm, das Änderungen in der Menge der Koksbeschickung zur zentralen Achse (der Tracerkoksmenge), gemessen in der axialen Richtung der toten Koksschicht, in einem tatsächlichen Hochofenbetrieb gemäß dem Verfahren der Erfindung zeigt;
Fig. 23 eine schematische Darstellung, die den allgemeinen angehäuften Zustand von Partikelmaterial erläutert;
Fig. 24 eine vertikal geschnittene schematische Darstellung eines Hochofens, die die aufsteigenden Gasströme im Ofen und den geschichteten Zustand des eingesetzten Materials zeigt;
Fig. 25 eine schematische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem bevorzugten geschichteten Zustand des zur Zentrumsachse eingesetzten Kokes gemäß der Erfindung und die aufsteigenden Gasströme zeigt;
Fig. 26 ein Diagramm, das den Einfluß des Verhältnisses Ut/Umf auf den Schichtungsbereich des zentral eingesetzten Kokses und auf das Verhältnis von Erz/Koks zeigt;
Fig. 27 ein Diagramm, das Ergebnisse von Versuchen in bezug auf den Einfluß des Verhältnisses von Erz/Koks und der Gasdurchlässigkeitsverteilung auf die Gestalt der erweichten Kohäsionszone zeigt.
Die Urheber der vorliegenden Erfindung haben Untersuchungen für die Erhöhung des Wirkungsgrades und der Beständigkeit im Hochofenbetrieb durchgeführt und sind auf die folgenden Tatsachen durch statistisches Zusammenstellen der Ergebnisse von Beobachtungen an einer großen Anzahl von in der Vergangenheit gründlich überprüften Hochöfen und durch Simulieren der Wanderung von Substanzen im Hochofen gestoßen.
Die erste Tatsache ist nämlich, daß die Gestalt der erweichten Kohäsionszone in hohem Maß durch den Grad der Gasdurchlässigkeit der toten Koksschicht Co beeinflußt wird. Wenn die tote Koksschicht Co eine gute Gasdurchlässigkeit besitzt, bildet das eingeblasene Gas längs der Mittelachse des Ofens zentralisierte Gasströme, die die erweichte Kohäsionszone SM in geeigneter Weise in einer kopfstehenden V- Form halten, um einen stabilen Betriebszustand des Ofens zu bewahren. Wenn dagegen die Gasdurchlässigkeit der toten Koksschicht Co niedrig wird, wird die aufsteigende Gasströmung durch periphere Ströme beherrscht, wodurch letztlich die erweichte Kohäsionszone SM zu einer W-Gestalt verändert wird, was den Betriebszustand des Ofens extrem instabil macht. Diese Erscheinung kann mit Hilfe der geschnittenen Teildarstellungen der Fig. 3 und 4 erklärt werden. Die Fig.3 zeigt den Zustand, wobei die Gasdurchlässigkeit der Kokskernschicht Co auf einem geeigneten Niveau gehalten wird. In diesem Fall können die heißen Winde, die durch die Windformen B eingeblasen werden, ohne Schwierigkeiten ihren Weg in dem Zentrumsbereich der toten Koksschicht Co nehmen, so daß die Gasströme um die Mittelachse des Ofens herum verstärkt werden und das aufsteigende Gas zentralisierte Ströme bildet, wodurch die erweichte Kohäsionszone SM in einer kopfstehenden V-Gestalt gehalten wird. Die erweichte Kohäsionszone SM, die zu der kopfstehenden V-Gestalt ausgebildet ist, unterstützt die Tendenz einer Zentralisierung der Gasströme stärker. Im Gegensatz hierzu zeigt die Fig.4 den Ofenzustand, wobei die tote Koksschicht Co eine niedrige Gasdurchlässigkeit besitzt. In diesem Fall hat die tote Koksschicht Co einen hohen Widerstand gegenüber Gasströmen, so daß die durch die Blasdüsen B eingeblasenen heißen Winde gezwungen werden, sich zu den Ofenwänden hin zu schieben. Als Ergebnis werden die Erze in den peripheren Teilen einer Reduktion an einer frühzeitigen Position (hohen Position) unterworfen, und die erweichte Kohäsionszone SM wird zu einer W-Gestalt umgeformt, wodurch der Widerstand gegenüber vertikalen Gasströmen in den den Ofenwänden nahen peripheren Teilen weiter minimiert wird, um die peripheren Ströme des aufsteigenden Gases umso mehr zu begünstigen. Somit wird der Ofenzustand extrem instabil gemacht. Übrigens begünstigt die Ausbildung solcher peripherer Gasströme die Ablagerung einer erheblichen Menge von Zn und anderen zirkulierenden Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt wie Alkalimetallen, wodurch der Ofenzustand weiter verschlechtert wird.
Eine weitere, durch die Urheber dieser Erfindung bestätigte Tatsache ist, daß die Erosionsgeschwindigkeit der Wände rund um das Gestell erheblich durch die Flüssigkeitsdurchlässigkeit der Kokskernschicht Co beeinflußt wird. Diese Tatsache kann mit Hilfe der Querschnitte des in den Fig. 5 und 6 gezeigten Ofensohlenteils erklärt werden. Die Fig. 5 zeigt das Fließen von Roheisen, das abgezogen wird, in einem Fall, wobei die tote Koksschicht Co gute Flüssigkeitsdurchlässigkeit aufweist. In diesem Fall fließt das geschmolzene Roheisen F vom gesamten Gestellbereich einschließlich des Zentrums des toten Manns zum Abstichloch E hin, so daß die Umfangswände des Gestells kaum konzentrierte erosive Angriffe empfangen. In einem Fall, wobei die tote Koksschicht Co eine mäßige Flüssigkeitsdurchlässigkeit mit einem hohen Widerstand gegenüber Flüssigkeitsströmen im toten Mann oder im mittigen Kernbereich hat, bildet jedoch das abzuziehende geschmolzene Roheisen F unvermeidlich periphere Strömungen, wie durch mit ausgezogener Linie dargestellte Pfeile in Fig. 6 angegeben ist, wodurch erhebliche erosive Angriffe an den peripheren Wänden des Gestells auftreten.
Auf der Grundlage der oben erwähnten Erkenntnisse, daß die Gasdurchlässigkeit und die Flüssigkeitsdurchlässigkeit der toten Koksschicht große Einflüsse auf den Wirkungsgrad des Hochofenbetriebs und den erosiven Verschleiß der Umfangswände der Ofensohle ausüben, haben die Urheber dieser Erfindung ihre Untersuchungen fortgesetzt, um diese für die Verbesserung des betrieblichen Wirkungsgrades zu nutzen. Zu allererst wurde, um die Position des Gichtteils, an welchem der Ersatz des toten Kokses in der Hauptsache durch den frisch eingesetzten Koks bewirkt wird, klarzustellen, der Absinkzustand ds Kokses unter Verwendung eines getreuen Hochofenmodells im Maßstab 1/37, wie schematisch in Fig. 7 dargestellt ist, simuliert.
Bei der erwähnten Simulation wurde (1) Probenkoks mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit durch Extraktionsöffnungen Ex, die an dem den Blasformen entsprechenden Stellen vorgesehen waren, abgezogen, um den Verbrennungsverbrauch an Koks durch heiße, mittels der Windformen eingeblasene Winde zu simulieren, und (2) das Gestell des Ofens durch einen vertikal bewegbaren runden Tisch gebildet, der während des Versuchs mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit abgesenkt wurde, um den Verbrauch (Verbrennung, Aufkohlung und Auflösung in das geschmolzene Roheisen) des toten Kokses Co in dem Versuchsofen zu simulieren.
Die Ergebnisse des Versuchs sind in Fig. 7 ebenfalls gezeigt. Wie hieraus zu erkennen ist, fließt von dem eingesetzten Koks der Koks C, der an der Außenumfangsseite eines bestimmten Bereichs des zentralen Teils des Ofens eingesetzt wird, zu den Umfangsteilen längs der geneigten Seite der kegelförmigen toten Koksschicht Co und wird durch die Verbrennung, wie in (1) oben erwähnt wurde, verbraucht. Andererseits wird der Koks C, der in dem bestimmten Bereich des zentralen Teils eingesetzt wird, im wesentlichen vertikal abgesenkt, um die tote Koksschicht Co zu bilden. In einem tatsächlichen Ofen wird die tote Koksschicht Co allmählich durch Verbrennung, Aufkohlung und Auflösung in das geschmolzene Roheisen verbraucht, wobei das Gleichgewicht durch den Nachfüllkoks aufrechterhalten wird, der längs der Mittelachse herunterkommt. Die Zeit, die erforderlich ist, um die tote Koksschicht Co vollständig zu ersetzten, welche in einem bestimmten Zeitpunkt vorhanden ist, und zwar durch frisch eingesetzten Koks, beträgt normalerweise 7 bis 14 Ta ge, obwohl das von der Gestalt und den Betriebsbedingen des Hochofens abhängig ist.
Jedenfalls erklären die in Fig. 7 gezeigten Ergebnisse die Tatsache, daß die tote Koksschicht Co durch den Koks erneuert wird, der in einen sehr eingeschränkten Bereich des zentralen Teils des Ofens eingesetzt wird. Das liefert eine Richtlinie, daß die Erhöhung der Gas- und Flüssigkeitsdurchlässigkeit der toten Koksschicht Co erreicht werden kann, indem lediglich das Einsetzen des Kokses in den eingeschränkten Bereich im zentralen Teil des Ofens reformiert wird.
Deshalb wurden weitere Untersuchungen durchgeführt, um quantitativ die Ersatzbedingung der toten Koksschicht Co durch den Koks zu erfassen, der zur Mittelachse des Ofens eingesetzt wird (was im folgenden in manchen Fällen als "zentrale Koksbeschickung" bezeichnet wird).
Es wird auf die Fig. 8 Bezug genommen, in der die Ersatzbedingung der toten Koksschicht Co durch Tracerkoks (d.h. die Konzentrationsverteilung des Tracerkokses im toten Mann) in einer Anzahl von Fällen gezeigt ist, wobei der Tracerkoks als die zentrale Koksbeschickung Ct, die dem Zentrumsbereich zugeführt wird, in welchem der dimensionslose Radius (rt/Rt, wobei rt ein willkürlicher Radius von der Mittelachse und Rt der Radius der Gichtöffnung sind) des zentralen Teils 0,06, 0,08, 0,10 und 0,12 jeweils beträgt, eingesetzt wird. Der Bereich, in welchem die tote Koksschicht Co durch den Tracerkoks ersetzt wird, wird in Abhängigkeit vom Tracerkoks- Beschickungsradius (rt/Rt) bestimmt. Wenn rt/Rt = 0,12 ist, wird die Konzentration des Tracerkokses 100 % in allen Bereichen mit Ausnahme eines Teils der peripheren Bereiche des Gestells. Aus diesen Ergebnissen kann bestätigt werden, daß die tote Koksschicht Co nacheinander durch den Koks ersetzt wird, der von der Gicht der Mittelachse zugeführt wird. Demzufolge kann erwartet werden, daß die Gas- und Luftdurchlässigkeit der toten Koksschicht Co reguliert wrden kann, indem in geeigneter Weise die Korngröße sowie die Korngrößenverteilung des der Mittelachse der Gicht einzufüllenden Kokses kontrolliert oder indem seine Kalt- oder Heißfestigkeit oder dergleichen reguliert werden.
Das Diagramm der Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen dem Beschickungsradius (rt/Rt) des Tracerkokses an der Mittelachse der Gicht mit dem Bereich (rh/Rh, in welchem rh der Radius der durch den zentral eingegebenen Koks erneuerten Kokskernschicht Co und Rh der Radius der Ofensohle sind), welcher zu 100 % durch den Tracerkoks ersetzt wird. Die ausgezogene Linie (a) und die gestrichelten Linien (b) sowie (c) stellen die Fälle dar, wobei für den Erneuerungszeitraum des toten Kokses in einem tatsächlichen Ofen angenommen wird, daß dieser jeweils 10 Tage, 7 Tage bzw. 14 Tage beträgt. Es ist möglich, aus diesen Ergebnissen die Beziehung zwischen rt/Rt und rh/Rh zu bestimmen, wie durch die folgenden Gleichungen (a) bis (c) ausgedrückt wird, welche der ausgezogenen Linie (a) bzw. den gestrichelten Linien (b) und (c) der Fig. 9 jeweils entsprechen.
(a) (rt/Rt) = 0,164 (rh/Rh) + 0,052
(b) (rt/Rt) = 0,227 (rh/Rh) + 0,073
(c) (rt/Rt) = 0,114 (rh/Rh) + 0,036
Demzufolge kann die tote Koksschicht Co sicher durch die zentrale Koksbeschickung Ct ersetzt werden, indem Bestimmungen so getroffen werden, daß in den obigen Gleichungen (a) bis (c) entsprechend der gewünschten Erneueurngszeitspanne der toten Koksschicht Co des Hochofens der Wert der linken Seite den Wert der rechten Seite übersteigen wird, indem nämlich der Radius der zentralen Koksbeschickung Ct so festgesetzt wird, daß (rt/Rt) über die Linien (a), (b) oder (c) in Fig. 9 kommt. Obgleich in der vorausgehenden Beschreibung die Erneuerungszeitspanne in einem tatsächlichen Ofen als normalerweise in den Bereich von 7 bis 14 Tage fallend angesehen wird, wird bei der vorliegenden Erfindung der Wert von rt/Rt mit ≥ 0,03, d.h. rt ≥ 0,03Rt, in der Annahme bestimmt, daß in Abhängigkeit vom Typ oder vom Betriebszustand des Ofens die Erneuerungszeitspanne 14 Tage überschreiten oder der Wert von rt/Rt unter der Linie (3) der Fig. 9 liegen kann.
Soweit die 100 %ige Erneuerung der toten Koksschicht durch den mittenaxial eingesetzten Koks betroffen ist, wird vorgezogen, daß der Wert von rt/Rt so groß wie möglich ist, und es besteht keine Notwendigkeit, um hierfür eine obere Grenze festzusetzen. Wenn jedoch dieser Wert übermäßig groß wird, wird das meiste des mittenaxial eingesetzten Kokses, der sich an der peripheren Seite befindet, durch Verbrennung als ein Ergebnis der Reaktion mit den heißen Winden verbraucht, ohne in die tote Koksschicht Co einbezogen zu werden, was unwirtschaftlich den Verbrauch an Koks von guter Qualität erhöht. Deshalb wird aus einem wirtschaftlichen Gesichtspunkt heraus vorgezogen, den Wert von (rt/Rt) mit einer Höhe festzusetzen, die kleiner als 0,3 ist, d.h. (rt ≤ 0,3Rt).
Die Urheber dieser Erfindung führten weitere Untersuchungen mit Blick auf die Einflußgrößen, um wirksam die Erneuerung des toten Kokses zu regulieren, durch und fanden, daß der Druckverlust eine der Einflußgrößen im Hochofenbetrieb ist, die in enger Beziehung mit der Gas- und Flüssigkeitsdurchlässigkeit der toten Koksschicht steht, und daß die Ziele der Erfindung effektiver erreicht werden können, indem die Menge der mittenaxialen Koksbeschickung in bezug auf den Wert des Druckverlusts geregelt wird.
Wenn der Hochofenbetrieb in stabilem Zustand gehalten wird, hat nämlich die tote Koksschicht eine gute Gasdurchlässigkeit, wobei das aufsteigende Gas durch zentralisierte Ströme beherrscht wird, um die erweichte Kohäsionszone in geeigneter Weise in einer umgekehrten V-Gestalt mit einem niedrige Druckverlust zu halten. Wenn sich die Gasdurchlässigkeit der toten Koksschicht verschlechtert, wird der Anteil der peripheren Ströme im aufsteigenden Gasstrom größer, wodurch die erweichte Kohäsionszone zu einer W-Gestalt verformt wird, was den Ofen in einen instabilen Zustand versetzt. Ein derartiger Ofenzustand wird unmittelbar nicht nur durch einen Anstieg im Druckverlust, sondern auch durch ausgeprägte Schwankungen im Druckverlust reflektiert. Hieraus folgt, daß der Betriebszustand des Ofens stabil gehalten werden kann, indem konstant der Druckverlust oder seine Schwankungen (Unterschiede zwischen aufeinanderfolgend gemessenen Werten des konstant sich ändernden Druckverlusts) gemessen werden und die zentrale Koksbeschickung in einem Ausmaß geregelt wird, das zur Steigerung der Gasdurchlässigkeit geeignet ist, um die passende Gasdurchlässigkeit der toten Koksschicht wiederherzustellen.
Beispielsweise zeigt die Fig. 10 den Druckverlust (den Unterschied zwischen dem Winddruck und dem Gichtöffnungsdruck) sowie seine Schwankungen zusammen mit der Anzahl der Stürze in einem Betrieb eines tatsächlichen Ofens, wobei eine Markierung enthaltender Tracerkoks zur Zentrumsposition über eine Zeitspanne von etwa 2 Monaten eingesetzt wurde (Einsetzen von Koks C zum zentralen Teil der Gicht vor Einsetzen von Erz O nach dem Verfahren, das in ausführlicherem Detail später hier beschrieben werden wird), während der Heißwind- Zufuhrdruck in einer solchen Weise geregelt wurde, um einen konstanten Gichtdruck einzuhalten. Es ist daraus zu erkennen, daß, wenn die Menge der zentralen Koksbeschickung erhöht wird, der Druckverlust sowie Schwankungen und die Anzahl der Stürze reduziert werden, was eine Stabilisierung des Ofenzustandes kennzeichnet. Andererseits zeigt die Fig. 11 die Korngröße des Kokses, seinen Staubanteil, die Menge an abgelagerter Metallschlacke und die Hysteresetemperatur des Kokses, die an einer Anzahl von Stellen in der radialen Richtung des toten Manns des Ofens am Ende des soeben erwähnten Betriebsversuchs genommen wurden. Es hat sich bestätigt, daß durch Anwendung der mittenaxialen Koksbeschickungsmethode die Gasdurchlässigkeit des Ofenkernteils als Ergebnis einer Verminderung in der Menge des feinen Koksstaubs (der Anteil an Koksstaub mit einer Korngröße kleiner als 5 mm) im zwischenliegenden Bereich (Zwischenbereich zwischen der Mittelachse des Ofens und der Innenwandfläche des Ofens) und eines Anstiegs in der mittleren Korngröße (mittlerer Durchmesser von groben Partikeln, die größer als 5 mm sind) verbessert wird. Deshalb ist zu erwarten, daß die heißen, durch den Blasring eingeblasenen Winde zur Mittelachse hin ohne ein Stagnieren in den peripheren Teilen des toten Manns strömen.
Die gemessenen Werte des Druckverlusts werden als Daten für die Ofenregelung verarbeitet. In diesem Zusammenhang zeigt die Fig. 12 die Beziehung zwischen der Menge der Koksbeschickung zur Mittelachse (RWc) und dem Druckverlust ΔP, die durch Zusammentragen einer großen Anzahl von experimentellen Werten einschließlich solcher der oben beschriebenen Versuche erhalten wurde.
Der Druckverlust wird während eines Betriebs des Hochofens aufeinanderfolgend gemessen. Da sich die gemessenen Werte sukzessiv ändern, wird ihr mittlerer Wert, der jeden Tag berechnet wird, normalerweise als "Druckverlust" bezeichnet, jedoch gibt es insbesondere mit Blick auf die Zeitdauer für ein Ausmitteln der gemessenen Werte keine Beschränkungen. Es ist zu bemerken, daß der mittlere Wert nicht auf die einfache mathematische Berechnung von Durchschnitten beschränkt ist und von einem Verfahren Gebrauch gemacht werden kann, wobei bestimmte Korrekturelemente zugefügt werden. Wie aus diesem Diagramm deutlich wird, bleibt der Ofenzustand stabil, solange die Beziehung zwischen RWc und ΔP in den durch die Formeln IIa sowie IIb der Fig. 12 (die den Gleichungen IIa sowie IIb, d.h. der Formel 11 unten entsprechen) bestimmten schraffierten Bereich fällt. Hieraus folgt, daß ΔP reguliert werden kann, indem RWc längs der schraffierten Fläche angepaßt wird.
RWc = -9,72 x ΔP + 17,20 IIa
RWc = -9,72 x ΔP + 16,93 IIb
(-9,72 x ΔP + 16,93) < RWc < (-9,72 x ΔP + 17,2) II
Insbesondere wird die Beziehung zwischen RWc und ΔP vor dem Hochofenbetrieb bestimmt, wie in Fig. 12 gezeigt ist. Bei Beginn des Betriebs wird der Druckverlust als "Ist-ΔP" aufeinanderfolgend oder periodisch gemessen. Wenn es erwünscht ist, den Druckverlust zu ändern, wird der Druckverlust, der durch Einregeln erlangt werden soll, als "Ziel- ΔP" festgesetzt, und der Wert von RWc, der dem "Ziel-ΔP" entspricht, wird aus dem Neigungswinkel θ des schraffierten Bereichs in Fig. 12 und dem "Ziel-ΔP" bestimmt, wodurch die Menge der Zentrum-Koksbeschickung geregelt wird.
Im folgenden wird ein Beispiel zur aufeinanderfolgenden Verarbeitung der gemessenen Werte des sich vorübergehend ändernden Druckverlusts gegeben.
Das Diagramm der Fig. 13 zeigt die Beziehung zwischen RWc und dem Druckverlust PI, die aus einer großen Anzahl von Versuchsdaten einschließlich derjenigen der oben beschriebenen Versuche zusammengestellt wurde. Wie aus diesem Diagramm deutlich wird, bleibt der Ofenzustand stabil, solange die Beziehung zwischen dem Gewichtsverhältnis RWc des zur Mittelachse eingesetzten Kokses und PI in den schraffierten Bereich fällt, der durch die Formeln IIIa und IIIb der Fig. 13 (die den Gleichungen IIIa und IIIb, d.h. der unten gegebenen Formel III entsprechen) bestimmt ist.
RWc = -0,263 x PI + 2,63 IIIa
RWc = -0,263 x PI + 2,83 IIIb
-0,263 x PI + 2,63 ≤RWc ≤ -0,263 x PI + 2,83 III
Demzufolge wird vor einem Hochofenbetrieb die Beziehung zwischen RWc und PI bestimmt, wie in Fig. 13 gezeigt ist, und bei Beginn des Betriebs werden Änderungen im Druckverlust aufeinanderfolgend oder periodisch als "Ist-Druckverlustabweichung PI" gemessen. Wenn es erwünscht ist, die Druckverlustabweichung zu ändern, wird die durch Einregelung zu erlangende Druckverlustabweichung als "Ziel-Druckverlustabweichung" festgesetzt, und der Wert von RWc, der dem "Ziel- PI" entspricht, wird aus dem oben erwähnten "Ist-PI", dem Neigungswinkel θ des schraffierten Bereichs der Fig. 13 und dem "Ziel-PI" bestimmt, wodurch die Menge der Zentrum-Koksbeschickung geregelt wird.
Als eine Schwankung oder Abweichung im Druckverlust ist es die übliche Methode, einen Mittelwert zu verwenden, der durch Vergleichen sowie Bestimmen der Differenzen zwischen den absoluten Werten der aufeinanderfolgend gemessenen Druckverluste und Dividieren der Summe der Differenzen durch die Anzahl der Daten erhalten wird. Die Formel für diese Berechnung wird im folgenden gegeben.
PI = [Σ( ΔPi-1 - ΔP&sub1; ]/n
P: Druckverlust (kg/cm²)
n: Anzahl der Messungen pro Zeiteinheit
Um den mittleren Wert zu erlangen, ist es jedoch möglich, den gewichteten Durchschnitt zu verwenden oder auf andere Methoden zurückzugreifen, einschließlich der Methoden, die verschiedene Korrekturen einführen. In dieser Beziehung ist darauf hinzuweisen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf irgendein spezielles Verfahren zur Bestimmung von Mittelwerten beschränkt ist.
Durch Festsetzen der Menge und des Radius der Koksbeschikkung zur Mittelachse gemäß den oben besprochenen Bedingungen kann die Gasdurchlässigkeit der toten Koksschicht, wie vorher beschrieben wurde, verbessert werden, wodurch das aufsteigende Gichtgas dazu gebrachte wird, zentralisierte Ströme zu bilden, um einen vorteilhaften Ofenzustand aufrechtzuerhalten, und gleichzeitig kann die tote Koksschicht eine gute Flüssigkeitsdurchlässigkeit behalten, was ermöglicht, daß das geschmolzene Roheisen und die Schlacke der Ofensohle stetig zum Abstichloch E von jedem Punkt an auf dem gesamten Ofensohlenteil stetig fließt, wie in Fig. 5 gezeigt ist, um konzentrierte erosive Angriffe an den Umfangswänden des Gestells auszuschließen. In diesem Zusammenhang ist durch die Erfinder bestätigt worden, daß, wenn die tote Koksschicht eine gute Flüssigkeitsdurchlässigkeit hat und das geschmolzene Eisen sowie die Schlacke an der Sohle des Ofens die Möglichkeit haben, von allen Bereichen des Gestells zum Abstichloch E zu fließen, wie in Fig. 5 gezeigt ist, die Temperatur im Zentrum des Gestells unter diesem Einfluß erhöht wird, und daß, wenn die tote Koksschicht eine schlechte Flüssigkeitsdurchlässigkeit hat und das geschmolzene Eisen sowie die Schlacke periphere Ströme bilden, wie in Fig. 6 gezeigt ist, die Temperatur im Zentrum des Gestells niedriger wird. Das bedeutet, daß die Flüssigkeitsdurchlässigkeit der Kokskernschicht aus der Temperatur im Zentrum des Gestells beurteilt werden kann. Deshalb wurden die folgenden Versuche in der Annahme durchgeführt, daß Änderungen in dieser Temperatur als eine Einflußgröße nützlich sein würden, um in geeigneter Weise die Menge des Kokseinsatzes zur Mittelachse zu regulieren. Es wurde eine Begutachtung in bezug auf die Beziehung zwischen dem Gewichtsverhältnis RWc der mittenaxialen Koksbeschickung und der Gestelltemperaturabweichung ΔT/Ts, die erwünschte Fließbedingungen des geschmolzenen Roheisens und der Schlacke hervorruft, vorgenommen. Hier ist Ts die mittlere Temperatur an der Mittelachse des Gestells im Betrieb ohne die mittenaxiale Koksbeschickung, und ΔT ist der Unterschied zu Ts der Ofensohlentemperatur im Betrieb mit der mittenaxialen Beschickung des festen Reduktionsmittels.
Die Ergebnisse sind in Fig. 14 gezeigt, in welcher die Beziehung zwischen diesen mittels einer Exponentialfunktion ausgedrückt ist. Die Werte des tatsächlichen Ofens fanden sich in dem durch die folgenden Formeln IVa und IVb bestimmten Bereich (in dem schraffierten Bereich in Fig. 14).
RWc = 1,26 (ΔT/Ts)1,4 IVa
RWc = 0,58 (ΔT/Ts)1,4 IVb
Der Fließzustand des geschmolzenen Roheisens und der Schlacke, die auf die Sohle herabgetropft sind und sich zum Abstichloch hin bewegen, kann nämlich kontrolliert werden, damit sie in das Abstichloch in der Hauptsache durch einen zentralen Teil des Gestells hindurch fließen, indem die Beziehung zwischen dem Gewichtsverhältnis RWc der mittenaxialen Koksbeschickung und der Gestelltemperaturänderung ΔT/Ts geregelt wird, um die Bedingung der folgenden Formel IV zu erfüllen.
0,58 (ΔT/Ts)1,4 < RWc < 1,26 (ΔT/Ts)1,4 IV
Um ein Anwendungsbeispiel dieser Methode zu geben, ist es möglich, die Änderungen in der Gestelltemperatur zu regulieren, indem die Eigenschaften (z.B. Korngrößenverteilung, Kaltfestigkeit, Warmfestigkeit usw.) des zur Mittenachse des Ofens einzusetzenden Kokses festgesetzt werden.
Die Fig. 15 und 16 zeigen die Ergebnisse von Simulationsversuchen unter Verwendung einer Flüssigkeit, um die Fließschemata der Flüssigkeit, die durch das Abstichloch in Bodenteilen der Öfen abgezogen wird, mit Kernen einer guten und schlechten Flüssigkeitsdurchlässigkeit zu untersuchen. In einem Fall, da die mittenaxiale Koksbeschickung gemäß der Erfindung nicht bewirkt wird und die tote Koksschicht eine schlechte Flüssigkeitsdurchlässigkeit hat (Fig. 15A und Fig. 16), bildet die Flüssigkeit schnelle kreisförmige Strömungen längs der Umfangsteile des Gestells. Im Gegensatz hierzu zeigt in einem Fall, da die mittenaxiale Koksbeschickung gemäß der Erfindung bewirkt wird, um die Flüssigkeitsdurchlässigkeit der toten Koksschicht des Ofens zu verbessern (Fig. 15B und Fig. 16), die Flüssigkeit ein Fließschema, wobei sie gleichförmig von der gesamten Fläche des Gestells einschließlich dessen Mittelteils zum Abstichloch hin fließt (was bedeutet, daß die Geschwindigkeit der kreisförmigen Ströme längs der peripheren Teile des Gestells vermindert wird).
Durch Einsetzen von Koks einer geeigneten Korngröße und einer guten Kalt- sowie Warmbruchfestigkeit (d.h. für die Verbesserung der Flüssigkeitsdurchlässigkeit geeignet) zur Mittenachse des Ofens in der Menge und mit dem Beschickungsradius, die die oben angegebenen Bedingungen erfüllen, wird die tote Koksschicht durch Koks einer guten Qualität eingenommen, und das aufsteigende Gichtgas formt zentralisierte Ströme, wie vorher in Verbindung mit der Fig. 3 beschrieben wurde, um die erweichte Kohäsionszone stabil in kopfstehender V-Gestalt zu halten. Zusätzlich zu der hohen Produktionsleistung trägt das dazu bei, erosive Schäden an den peripheren Wänden rund um das Gestell zu verhindern, weil zur Zeit des Abziehens das geschmolzene Eisen gleichförmig aus allen Richtungen durch die Ofensohlenbereiche hindurch zum Abstichloch fließt, wie vorher unter Bezugnahme auf die Fig. 5 erläutert wurde.
Es ist zu bemerken, daß die Anwendung des oben beschriebenen Arbeitsverfahrens die Ausbildung von zentralisierten Strömen des aufsteigenden Gichtgases erleichtert und das O/C-Verhältnis im zentralen Teil kleiner macht, wodurch der Wärmeverbrauch für die Reduktionsreaktion vermindert wird, während die Temperatur im zentralen Teil des Ofens erhöht wird. Als Ergebnis wird eine Kondensation von niedrigschmelzenden Metallen im und um den zentralen Teil des Ofens herum unterdrückt, und die zirkulierenden Substanzen einschließlich dieser niedrigschmelzenden Metalle werden an den starken zentralisierten Gasströmen mitgezogen sowie aus dem Ofen ausgetragen, wodurch die Probleme, die ansonsten durch die Ansammlung der niedrigschmelzenden Metalle hervorgerufen werden, ausgeschlosssen werden.
Die Fig. 17 zeigt beispielsweise die Ergebnisse eines tatsächlichen Hochofens, wobei Änderungen in den Mengen einer Zn-Beschickung, eines Zn-Austrags und einer Zn-Ansammlung aufgezeichnet sind. Wie hieraus klar wird, wird, wenn Koks zur Mittelachse gemäß der Erfindung eingesetzt wird, die Menge des Zn-Austrags in einem ausgeprägten Maß erhöht, wodurch als Ergebnis die Zn-Anhäufung erheblich verkleinert wird.
In der vorausgehenden Beschreibung wird ausgeführt, daß Koks einer guten Qualität für die zentrale Koksbeschickung verwendet wird. Das bedeutet, daß es für den in die peripheren Bereiche des Ofens eingesetzten Koks ausreichend ist, wenn er von allgemeinem Typ ist. Ein Verfahren, um getrennt Qualitätskoks und üblichen Koks einzusetzen, wird nun anhand von zwei Beispielen (Fig. 18 und 19) erläutert.
In den Fig. 18A und 18B ist in einem vertikalen Schnitt der Gichtteil eines Hochofens vom Haubentyp gezeigt wobei eine Schütte 2 zum Einfüllen von Qualitätskoks zur Mittelachse des Ofens hin getrennt von einer Möller-Begichtungsglocke 1 vorgesehen ist. Eine geeignete Menge von Qualitätskoks CB wird vor dem Einsetzen von gewöhnlichem Koks CA (Fig. 18A) zur Mittelachse der Gicht eingebracht, und dann wird gewöhnlicher Koks CA in die peripheren Bereiche aus der Glocke 1 eingefüllt (Fig. 18B). Der gewöhnliche Koks CA, der später eingesetzt wird, wird durch den Qualitätskoks CB angehalten und ist deshalb nicht in der Lage, in den mittenaxialen Teil zu fallen. Hieraus folgt, daß die Mittelachse des Ofens von Qualitätskoks eingenommen wird. In den Fig. 19A und 19B ist ein Hochofen vom glockenlosen Typ gezeigt der mit einer drehenden Verteilerschütte 3 ausgestattet ist. Zuerst wird die Verteilerschütte 3 gerade abwärts ausgerichtet, um eine geeignete Menge von Qualitätskoks CB in den mittenaxialen Teil einzusetzen (Fig. 19A), und dann wird sie in eine Schräglage (zur Ofenwand hin gerichtet) verlagert sowie gedreht, um gewöhnlichen Koks CA um die Peripherie des vorher eingesetzten Qualitätskokses einzufüllen (Fig. 19B).
In der vorhergehenden Beschreibung wurde der Beschickungsbereich der zentralen Koksbeschickung in der Annahme bestimmt, daß die tote Koksschicht Co zu 100 % durch Qualitätskoks bezüglich jeweils einer der Koksschichten im zentralen Teil des Ofens erneuert wird, wie in den Fig. 18B und 19B gezeigt ist. Jedoch müssen tatsächlich nicht alle toten Koksschichten Co durch Qualitätskoks der Beschaffenheit, die für eine Verbesserung der Gas- und Flüssigkeitsdurchlässigkeit geeignet ist, ersetzt werden. Demzufolge wurde ins Auge gefaßt, daß eine geeignete Gas- und Flüssigkeitsdurchlässigkeit der toten Koksschicht Co aufrechterhalten werden könnte, indem das Einsetzen des Qualitätskokses in einer derartigen Weise kontrolliert wird, daß dieser konstant mehr als einen bestimmten Anteil der toten Koksschicht Co einnimmt. Als Ergebnis weiterer, unter diesem Gesichtspunkt durchgeführter Versuche wurde gefunden, daß eine tote Koksschicht mit Gas- und Flüssigkeitsdurchlässigkeit in Übereinstimmung mit den Zielen der Erfindung gewährleistet werden kann, indem die Menge der Zentrumbeschickung derart eingeregelt wird, daß der Qualitätskoks die tote Koksschicht Co in einem Anteil einnehmen wird, der größer als 5 Gew.-% ist. Es wurde auch gefunden, daß der Qualitätskoks auf einen solchen Anteil eingeregelt werden kann, indem der zur Verbesserung der Gas- und Flüssigkeitsdurchlässigkeit beitragende Qualitätskoks in dem durch die Formel 1 definierten Zentrumsbereich sowie in einer Menge über 0,2 Gew.-% der Gesamtmenge der Beschickung in den Ofen eingesetzt wird.
Es wird auf die Fig. 20 Bezug genommen, in der eine Beziehung zwischen dem Gewichtsverhältnis der Zentrum-Koksbeschikkung RWc und dem Abfall im Druckverlust im unteren Ofenteil im Betrieb eines Hochofens mit getrennten Kokseinsätzen zur Gicht gezeigt ist. Wie hieraus deutlich wird, fällt der Druckverlust im unteren Ofenteil ab, wenn das Gewichtsverhältnis RWc der mittenaxialen Koksbeschickung vergrößert wird, wobei aus der Nähe einer Koksbeschickungsmenge von etwa 0,2 % ausgegangen wird. Das heißt, daß eine geeignete Gasdurchlässigkeit des unteren Ofenteils (einschließlich der toten Koksschicht) aufrechterhalten werden kann, indem Qualitätskoks zur Mittelachse der Gicht in einer Menge von etwa 0,2 % der gesamten Koksbeschickung eingesetzt wird.
Demzufolge ist es, wie in den Fig 18 und 19 gezeigt ist, nicht unbedingt erforderlich, den Qualitätskoks zur Mittelachse gegen jeweils eine der Koksbeschickungen einzufüllen (1 Beschickung bedeutet die durch U in den Fig. 18B und 19B bezeichnete Einheitsbeschickung, d.h. die Basiseinheit einer Beschickung, die aus einer Koksschicht sowie einer Erzschicht im überdeckten Zustand besteht). Das bedeutet, daß es selbstverständlich möglich ist, ein Verfahren, wobei das Mischungsverhältnis der mittenaxialen Koksbeschickung, die aus einer Mischung von gewöhnlichem Koks und Qualitätskoks besteht, verändert wird, oder ein Verfahren anzuwenden, wobei die mittenaxiale Beschickung von Qualitätskoks selektiv in allen 2 bis 5 Einsätzen oder selektiv eine bestimmte Charge einer jeden Beschickung, die in einer Anzahl von Chargen geteilt ist, bewirkt wird.
Durch dieses Verfahren wird die Menge an Qualitätkoks CB, die in den mittenaxialen Beschickungsbereich des vorher unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 erläuterten Radius einzusetzen ist, auf 0,2 Gew.-% der Gesamtmenge der Koksbeschickung einreguliert. Der Qualitätskoks, der in einem geeigneten Verhältnis im Kernteil des Ofens vorhanden ist, wird abgesenkt und zur Erneuerung der toten Koksschicht Co verwendet, um deren ausgezeichnete Gas- und Flüssigkeitsdurchlässigkeit zu gewährleisten.
Obgleich gemäß der vorausgehenden Beschreibung Qualitätskoks zur Mittenachse der Koksschicht eingesetzt wird, hat es sich bestätigt, daß gleichartige Wirkungen erlangt werden können, indem gewöhnlicher Koks CA allein zur Koksschicht eingefüllt wird, während Qualitätskoks an der Mittenachse der Erzschicht eingesetzt wird. Bei dieser Methode hat der gewöhnliche Koks im Ofenkern zum Qualitätskoks ähnliche Wirkungen.
Es wird auf die Fig. 21A und 21B Bezug genommen, die einen Hochofen vom Haubentyp ähnlich den Fig. 18A und 18B zeigen, wobei eine Schütte 2, die Koks C zur Mittenachse der Gicht einsetzt, getrennt von der Möller-Begichtungsglocke 1 vorgesehen ist. Die Koksschicht C wird durch eine einzige Beschickung (oder chargenweise) gebildet. Bei Ausbilden einer Erzschicht O auf dieser wird vor dem Einsetzen von Erz O eine vorbestimmte Menge von Koks C zur Mittenachse der Gicht durch die Schütte 2 (Fig. 21A) eingesetzt, und dann wird Erz O rund um den Koks C herum von der Glocke 1 (Fig. 21B) eingefüllt. Durch dieses Vorgehen wirkt der mittige Teil der Gicht, der vom Koks C eingenommen wird, als ein Wehr, um ein Fließen von Erz O in den zentralen Teil zu versperren. Als Ergebnis bilden das Erz O und der Koks C abwechselnde Schichten in den peripheren Teilen des Ofens rund um den Kernteil, der im wesentlichen aus einer säulenförmigen Schicht von Koks C allein besteht.
In einem Hochofen fließt CO enthaltendes Reduktionsgas, das durch eine Reaktion zwischen den heißen, durch die Windformen eingeblasenen Winden und dem Koks erzeugt wird, aufwärts in Berührung mit dem Eisenerz, was als Ergebnis die folgenden Reduktionsreaktionen hervorbringt.
Fe&sub2;O&sub3; + CO T 2 FeO + CO&sub2;
FeO + CO T Fe + CO&sub2;
Das Produkt CO&sub2; wird reduziert, wenn es durch die Koksschichten C hindurchgeht, wie durch die unten angegebene Reaktionsgleichung ausgedrückt ist, wobei wiederum CO enthaltendes Reduktionsgas für eine Reduktionsreaktion mit Eisenerz in oberen Schichten gebildet wird.
CO&sub2; + C T 2CO
Demzufolge verlieren die Kokskörner in den jeweiligen Koksschichten allmählich ihre Umfänge von jeweiligen Flächen und werden durch eine Reaktion mit CO&sub2;, das während eines Durchgangs durch die unmittelbar darunterliegende Erzschicht O erzeugt wird (Lösungsverlustreaktion), zu feineren Partikeln. Wenn jedoch der mittenaxiale Teil durch das in den Fig. 21A und 21B gezeigte Verfahren allein mit Koks C gefüllt wird, wird das aufsteigende Gas, das durch den mittenaxialen Teil strömt, an einer Berührung mit dem Erz und deshalb an einer Oxydation gehindert, wobei es im Zustand eines reduzierenden CO-Gases aufsteigt. Folglich wird sich der Koks im zentralen Teil kaum zu feineren Partikeln durch die Lösungsverlustreaktion (CO&sub2; + C T 2CO) verkleinern, und auch gewöhnlicher Koks, der die Form von groben Körner behält, erneuert die tote Koksschicht Co, wodurch die exzellente Gas- und Flüssigkeitsdurchlässigkeit der Kokskernschicht in derselben Weise, wie vorher beschrieben wurde, aufrechterhalten wird.
Dieses Verfahren (das im folgenden als "Erzschicht-Reformierverfahren" bezeichnet wird) verbessert die Eigenschaften der Kokskernschicht Co, indem eine Verminderung der Kokskorngröße bei einem Absinken im mittigen Teil des Ofens unterdrückt wird. Im Vergleich mit der oben beschriebnen "Kokskernschicht-Reformiermethode" ist dieses Verfahren wirtschaftlich, weil es die Ziele ohne die Verwendung von Qualitätskoks erreichen läßt. Jedoch wird auch in einem Fall, wobei das Erzschicht-Reformierverfahren angewendet wird, vorgezogen, Qualitätskoks für den gesamten Koks oder einen Teil des Kokses, der von der Gicht zum zentralen Teil der Erzschicht einzufüllen ist, zu verwenden, um mit größerer Sicherheit eine Verringerung der Korngröße bei der Absenkbewegung unter dem Anhäufungsdruck wie auch Verschlechterungen der Gas- und Flüssigkeitsdurchlässigkeit der toten Kokszone zu verhindern. Wenn das Erzschicht-Reformierverfahren in die Praxis umgesetzt wird, besteht keine Notwendigkeit, die mittenaxiale Beschickung für jeden Einsatz oder jede Charge zu bewirken, weil es ausreichend ist, das in Abständen einer vorbestimmten Anzahl von Chargen oder Einsätzen gleichartig zu der oben beschriebenen Koksschicht-Reformiermethode durchzuführen. Selbstverständlich wird eine Kombination des Koksschicht-Reformierverfahrens und der Erzschicht-Reformiermethode vom technischen Rahmen der Erfindung umfaßt.
Ein typisches Beispiel des festen Reduktionsmittels, das bei der vorliegenden Erfindung als der durch die zentrale Beschickung zu bildende Bestandteil des toten Manns nützlich ist, ist Qualitätskoks mit hoher Heiß- sowie Kalt-Bruchfestigkeit und einer kontrollierten Korngröße. Anstatt von Qualitätskoks oder in Kombination mit Qualitätskoks können jedoch andere kohlenstoffhaltige Materialien verwendet werden, wie Siliziumkarbidsteine, Graphitsteine, Holzkohle od. dgl., die einer geeigneten Korngröße vor der mittenaxialen Beschickung angepaßt werden.
Bei den in den Fig. 18, 19 und 21 gezeigten Beschickungsbeispielen werden übliche Einsatzmaterialien mit Ausnahme des mittenaxialen Einsatzmaterials alle den peripheren Teilen von der Gichtbühne aus zugeführt, wobei die eingesetzten Materialien zur Mittenachse hin durch die Fließbewegungen der Materialien selbst zusammengeschoben werden, um im gepackten Zustand die V-Form zu bieten. Jedoch ist selbstverständlich die Füllungsgestalt zur Zeit einer Beschickung an der Gichtöffnung nicht auf die V-Form beschränkt, und es ist auch möglich, ein Verfahren anzuwenden, wonach die Beschickungsposition von der Mittenachse zur Ofenwand allmählich unter Verwendung einer drehenden Verteilerschütte verschoben wird, um die Materialien im wesentlichen horizontal anzuhäufen.
Im folgenden werden die Ergebnisse von Betriebsversuchen unter Verwendung eines tatsächlichen Ofens gegeben.
Tracerkoks, der ein Markierungsmittel enthält, wurde dem zentralen Teil der Gicht über einen Zeitraum vom etwa 2 Monaten zugeführt, während Koks oberhalb der Windformen zur Prüfung entnommen wurde, um zu untersuchen in welchem Verhältnis der Tracerkoks zur Erneuerung der toten Kokszone beigetragen hat. Die Tracerkoksbeschickung zum zentralen Teil der Gicht wurde schrittweise erhöht und auf einem konstanten Niveau von 150 kg/Beschickung von zwei Wochen an vor der Entnahme in Anbetracht des gesamten Erneuerungszeitraumes der toten Kokszone Co gehalten, wobei die Schüttzone (rt/Rt) des Tracerkokses im Zentrum der Gicht etwa 0,06 betrug und die Tracerkokskonzentration im Zentrum der Gicht, die den Tracerkoks mit einer Menge von 150 kg/Beschickung empfing, 18 % betrug.
In Fig. 22 sind die Ergebnisse des obigen Versuchs gezeigt, wobei die Verteilung der Tracerkokskonzentration in der toten Kokszone aufgetragen ist. Hieraus wird deutlich, daß der Bereich mit einer Tracerkokskonzentration von 18 % sehr klein ist, weil der Tracerkoks zum zentralen Teil der Gicht in einer extrem kleinen Menge eingesetzt wird, jedoch ist die Gestalt der Konzentrationsverteilung den Ergebnissen des Versuchs, die in Fig. 11 gezeigt sind, sehr ähnlich (besonders in der Staubmenge). Das bestätigt, daß die Eigenschaften der toten Kokszone kontrolliert wrden können, indem die Menge der Koksbeschickung zum Zentrum der Gicht eingeregelt wird.
Wenn ein spezielles Ausgangsmaterial zu einem bestimmten Bereich im Zentrum eines Hochofens eingesetzt wird, wie oben beschrieben wurde, ist es erwünscht, in geeigneter Weise die Beziehung zwischen der mittleren Gasgeschwindigkeit (Ut) im Gichtteil und der Gasgeschwindigkeit (Umf), die eine Fluidisierung des mittig eingesetzten Materials (Koks) auslöst, festzusetzen. Wenn nämlich Teilchenmaterial lokal auf die Oberfläche einer angehäuften Schicht (Füllschicht), durch welche das aufsteigende Gas strömt, eingesetzt wird, wird das Teilchenmaterial P im allgemeinen in einer kegeligen Gestalt angehäuft, wie im Beispiel der Fig. 23 gezeigt ist, wobei ein Neigungswinkel θ von der Geschwindigkeit des aufsteigenden Gases abhängt. Mit einer größeren Gasgeschwindigkeit wird der Neigungswinkel θ kleiner, weil das herabgefallene Teilchenmaterial zurückgedrückt und durch eine größere Auftriebskraft des aufsteigenden Gases ausgebreitet wird, wobei die Ablagerungsfläche S vergrößert wird. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, daß der Neigungswinkel der angehäuften Schicht eines Partikelmaterials mit Bezug zur Geschwindigkeit des aufsteigenden Gases ohne weiteres durch (U/Umf) ausgedrückt werden kann, das ist ein Verhältnis der Gasgeschwindigkeit (U) zur minimalen fluidisierenden Gasgeschwindigkeit (Umf: die minimale Gasgeschwindigkeit, bei welcher das Partikelmaterial fluidisiert wird, wenn ein spezielles Gas verwendet wird), wobei die Schüttfläche S verbreitert wird, wenn das Verhältnis (U/Umf) größer wird.
Untersuchungen zum Anhäufungszustand des zentral eingesetzten Materials eines Hochofens offenbarten jedoch das Folgende. Im allgemeinen hat die Oberfläche der angehäuften Materialschicht eine umgekehrte Kegelgestalt mit ihrem Boden im Zentrum des Ofens, und deshalb fällt das zentral eingesette Material auf den Bodenteil in der Gestalt einer umgestürzten Tasse (siehe Fig. 24).
Ferner neigt das aufsteigende Gas im Ofen im allgemeinen dazu, rechtwinklig zur Oberfläche der angehäuften Schicht auszutreten, wie durch die mit ausgezogenen Linien dargestellten Pfeile in Fig. 24 angedeutet ist, und die Gasströmungen über der angehäuften Schicht werden zur Mitte des Ofens hin konzentriert. Wenn das Material in einen Ofen mit derartigen Gasströmungen in der oben beschriebenen Gestalt eingesetzt wird, wird eine Ausbreitung des herabgefallenen Materials durch die Kraft unterdrückt, die auf das herabgefallene Material in der Richtung zum Zentrum des Ofens hin wirkt. Zusätzlich werden, wie schematisch in Fig. 25 dargestellt ist, die peripheren Teile Ma des zentral eingesetzten Materials M, die in einer geringeren Dicke abgelagert sind, durch das senkrecht blasende aufsteigende Gas angehoben und auf dem Material M in einer näher zur Mittenachse gelegenen Position angehäuft, wie durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Als Ergebnis wird die Ablagerungsbreite des zentral eingesetzten Materials von S zu Sa in Fig. 25 vermindert, wobei die Ablagerung des Materials M in einem schmaleren Bereich im zentralen Teil konzentriert wird.
Als Ergebnis von Untersuchungen hinsichtlich der Bedingungen, die die Erscheinung einer derartigen konzentrierten Ablagerung hervorbringen, hat sich gezeigt,daß, wie durch die vorher angegebene Formel V bestimmt ist, der Wert von Ut und/oder Umf in einer solchen Weise geregelt werden sollte, um das Verhältnis der mittleren Gasgeschwindigkeit (Ut) im Gichtteil und der Gasgeschwindigkeit (Umf), die die Fluidisierung des zentral eingesetzten Materials auslöst, also das Verhältnis Ut/Umf, im Bereich von 0,30 - 0,52 zu halten. In diesem Fall wird der Wert Ut durch Erhöhen oder Vermindern des Winddrucks von den Windformen des Ofens bestimmt, während der Wert Umf, der sich in Abhängigkeit von der Korngröße, der Korngrößenverteilung, der Korngestalt, der Dichte und der Menge an sehr kleinen Öffnungen des zentral eingesetzten Materials ändert, in geeigneter Weise durch Verändern dieser Eigenschaften des Materials festgesetzt wird.
Es wird auf die Fig. 26 Bezug genommen, in der die Beziehung des Verhältnisses Ut/Umf mit dem Ablagerungsbereich (rt/Rt) des zentral eingefüllten Kokses und mit dem Erz/Koks-Verhältnis (O/C) bei einem Betrieb eines tatsächlichen Hochofens mit zentraler Koksbeschickung, wobei das Verfahren der Koksbeschickung zur zentralen Achse vor der Erzbeschickung bei einem Einsetzen sowie Ablagern einer Erzschicht oben auf einer Koksschicht zur Anwendung kommt, und ein Verfahren gezeigt sind, um den zentralen Teil koksreich zu machen oder zu 100 % mit Koks zu füllen, so daß ein Lösungsverlust des Kokses (CO&sub2; + C T 2CO) verhindert wird, und um gleichzeitig die Gas-(und Flüssigkeits-)-durchlässigkeit des zentralen Teils des Ofens und der toten Kokszone (siehe für Einzelheiten die oben erwähnte Patentanmeldung (1)) aufrechtzuerhalten.
Wie hieraus zu erkennen ist, sind Anstiege im Verhältnis Ut/Umf klarerweise Veranlassung zu einer Tendenz zur Verminderung des Ablagerungsbereichs des zentral eingesetzten Kokses, wobei sich die Wirkung der konzentrierten Ablagerung im zentralen Teil erhöht. Andererseits nimmt das Verhältnis O/C abrupt ab, wenn der Wert von Ut/Umf auf etwa 0,4 erhöht wird, wobei die Menge an Erz (der vorher eingesetzten Erzschicht), das sich mit dem zentral eingesetzten Koks mischt, vermindert wird. Wenn der Wert von Ut/Umf etwa 0,4 übersteigt, wird jedoch das Verhältnis O/C steil erhöht. Das wird als einer Erscheinung zuzuschreiben angesehen, wonach der Wert von Ut, d.h. die Geschwindigkeit des aufsteigenden Gases im Ofen, übermäßig im Vergleich mit dem Wert von Umf erhöht wird, so daß die peripheren Teile der zentral eingesetzten Koksschicht fluidisiert werden und das darin abgefallene Erz mitgerissen wird.
In Fig. 27 sind die Ergebnisse von Versuchen unter Verwendung eines tatsächlichen Ofens und Veränderung des Verhältnisses O/C des zentralen Teils, um Änderungen in der Gestalt der erweichten Kohäsionszone zu untersuchen, gezeigt. Wie hieraus zu erkennen ist, behält die erweichte Kohäsionszone in geeigneter Weise die kopfstehende V-Gestalt, wenn das Verhältnis O/C des zentralen Teils im Bereich kleiner als etwa 1,0 ist. Es ist aus diesen Versuchsergebnissen auch zu erkennen, daß das Verhältnis O/C kleiner als etwa 1,0 sein sollte, und wenn das auf die Fig. 26 angewendet wird, ist der geeignete Bereich des Verhältnisses Ut/ Umf von 0,3 bis 0,52.
Gemäß der vorliegenden Erfindung mit der oben beschriebenen Ausgestaltung wird ein festes Reduktionsmittel von guter Qualität in einen bestimmten Bereich einer Gicht in einer Menge eingesetzt, die größer als ein spezieller Wert ist, oder wird die Menge des Erzeinsatzes verkleinert, um eine Verminderung der Korngröße während eines Absinkens zu unterdrücken, damit eine vorteilhafte Gas- und Flüssigkeitsdurchlässigkeit des festen Reduktionsmittels in der zentralen toten Zone bewahrt wird, um den Hochofenbetrieb in stabilem Zustand aufrechtzuerhalten und eine hohe Produktionsleistung zu gewährleisten, wobei das dazu beiträgt, die Nutzungsdauer des Ofens zu verlängern, indem ein erosiver Verschleiß der Umfangswände des Ofengestells unterdrückt wird.
Ferner bringt die vorliegende Erfindung, die geeignet ist, um in passender Weise die Gas- und Flüssigkeitsdurchlässigkeit des toten Manns eines Hochofens aufrechtzuerhalten und zu regeln, eine Anzahl von vorteilhaften Nebenwirkungen hervor, die die Wirtschaftlichkeit und Flexibilität des Ofenbetriebs steigern. Beispielsweise macht es in einem Fall, da eine große Menge von feinkörniger Kohle aus den Düsen des Ofens eingeblasen wird, selbst wenn sich im Ofen unverbrannte feine Kohle in einer großen Mange anhäuft, die kombinierte Anwendung der Zentrum-Koksbeschickung möglich, in geigneter Weise die Gas- und Flüssigkeitsdurchlässigkeit des toten Manns oder der toten Kokszone aufrechtzuerhalten und zu regeln, wobei die Stürze und das Hängen, die bisher aufgrund der Zunahme des Druckverlusts, der Änderungen der Temperatur des geschmolzenen Eisens oder der lokalisierten Gasströme aufgetreten sind, unterdrückt oder unterbunden werden, und es auf diese Weise möglich ist, feinkörnige Kohle in einer größeren Menge einzublasen. Weil ferner das Ausmaß der zentralisierten Gasströme wie auch die Gas- und Flüssigkeitsdurchlässigkeit der toten Kokszone willkürlich geregelt werden können, wird es möglich, die Menge des Kokseinsatzes zum peripheren Teil der Gicht zu vermindern oder die Menge des Erzeinsatzes zu erhöhen, um einen wirtschaftlichen Hochofenbetrieb zu erreichen.
Andererseits läßt die vorliegende Erfindung einen extrem erweiterten Freiraum in der Wahl des Einsatzmaterials zu. In einem Fall, da Pellets in einem großen Anteil beispielsweise gemischt werden, wird der Schüttwinkel des Erzes kleiner, so daß eine große Erzmenge im zentralen Teil der Gicht bei einem Beschicken fließt und sich dort ablagert, wodurch die Gasdurchsatzmenge im zentralen Teil vermindert wird. Deshalb ist man gezwungen gewesen, die Menge an Pellets zu begrenzen, um die Stabilität des Hochofens aufrechtzuerhalten. Die kombinierte Anwendung der Zentrum-Koksbeschickung vermindert jedoch das Ausmaß der Erzansammlung lokal im zenralen Teil oder über die gesamte Fläche des Ofens, wodurch es möglich ist, eine stabile Gasdurchsatzmenge im zentralen Teil aufrechtzuerhalten, selbst wenn Pellets in einem hohen Verhältnis zugemischt werden. Diese Erfindung schafft eine Einrichtung, die für Arbeitsweisen unter Verwendung einer großen Menge an Pellets extrem wirksam ist. Nicht nur für einen Fall, wobei lediglich eine große Menge an Pellets verwendet wird, ist die Zentrumbeschickung einer geregelten Menge an Koks wirksam, sondern auch zum Aufrechterhalten eines stabilen Hochofenbetriebs in einem Fall, wobei verschiedene Erzmaterialien in willkürlichen Verhältnissen verwendet werden, wodurch die Freiheit in der Wahl des Erzmaterials drastisch erweitert wird.
Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung wirksam, um die Ansammlung von Zn sowie Alkalimetallen in einem Hochofen zu unterdrücken und diese aus dem Ofen auszutragen. Die Temperatur des zentralen Teils wird durch eine Zentrumbeschickung einer großen Menge an Koks, die Gasströme im zentralen Teil entwickelt, erhöht, wodurch eine Ausflockung (Erstarrung) von niedrigschmelzenden Metallen verhindert oder die erstarten niedrigschmelzenden Metalle im zentralen Bereich vergast werden, um sie in gasförmigem Zustand aus dem Ofen auszutragen. Die Erfindung kann nämlich dazu beitragen, Schwankungen in den Gasströmen im Hochofen und die Erzeugung von Ablagerungen an Ofenwänden oder das Hängen, was durch die Kohäsion von niedrigschmelzenden Metallen hervorgerufen wird, zu verhindern.
Es wird hier ein Verfahren zum Betreiben eines Hochofens beschrieben, wobei, wenn Koks und Erz alternierend von der Gicht eingefüllt werden, um abwechselnde Koks- und Erzschichten für einen Betrieb eines Hochofens zu bilden, eine Koksschicht durch Einsetzen von Koks mit Eigenschaften, die speziell für eine Verbesserung der Gas- sowie Flüssigkeitsdurchlässigkeit der Koksschicht in diesem zentralen Teil geeignet ist, ausgestaltet wird oder eine Erzschicht durch Einfüllen von üblichem Koks vielseitig einsetzbarer Art zum mittigen Teil der Erzschicht vor deren Ausgestaltung gebildet wird. Der zentral eingesetzte Koks bildet einen Hauptteil der toten Koksschicht, die unter der Kohäsionszone des Hochofens aufeinanderfolgend erneuert wird, um eine geeignete Gas- und Flüssigkeitsdurchlässigkeit der toten Koksschicht aufrechtzuerhalten und dadurch die Produktionsleistung sowie die Stabilität des Hochofenbetriebs zu steigern, während ein erosiver Verschleiß von feuerfesten Wänden des Ofens unterdrückt wird.

Claims

1. Ein Verfahren im Hochofenbetrieb, in welchem ein festes Reduktionsmittel und Erz alternierend durch eine Gicht, um abwechselnde Schichten dieses festen Reduktionsmittels und Erzes zu bilden, eingesetzt werden, zur Regelung der Gas- sowie Flüssigkeitsdurchlässigkeit einer toten Festreduktionsmittelschicht (des toten Manns), die mit Fortschreiten des Hochofenbetriebs erneuert wird, das besagte Verfahren umfaßt:

Einsetzen eines festen Reduktionsmittels in einen zentralen Teil einer Erzschicht oder Einsetzen eines festen, zur Verbesserung der genannten Gas- und Flüssigkeitsdurchlässgkeit geeignetn Reduktionsmittels in einen zentralen Teil einer Schicht des besagten festen Reduktionsmittels als ein Zentrumbeschickung-Festreduktionsmittel bei jeder Beschickung oder in Abständen einer Anzahl von Beschickungen, wobei der genannte zentrale Teil ein Zentrumsbereich des besagten Ofens ist, welcher durch die folgende Formel [I] bestimmt ist

rt ≤ 0,3 Rt

(worin Rt der Radius der Gichtöffnung ist und rt ein vorbestimmter Radius von der Mitte des Ofens an der Gichtöffnung ist),

und das zentral eingesetzte Festreduktionsmittel in dem erwähnten Zentrumsbereich größer ist als 0,2 Gew.-% RWc, ausgedrückt durch die folgende Gleichung:

RWc [Gew.-%] = gesamter zentrale Einsatz an Festreduktionsmittel/ gesamter Einsatz an Festreduktionsmittel, das die Festreduktionsmittelschicht bildet

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, in welchem der genannte zentrale Teil des besagten Ofens durch die folgende Formel [I'] bestimmt ist:

0,03 Rt ≤ rt ≤ 0,3 Rt

(worin Rt der Radius der Gichtöffnung ist und rt ein vorbestimmter Radius von der Mitte des Ofens an der Gichtöffnung ist).

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, in welchem, um das genannte feste Reduktionsmittel einzusetzen, rr unter Verwendung der Beziehung zwischen rt/Rt und rh/Rh (worin rh der Erneuerungsradius der durch die Zentrumbeschickung des Festreduktionsmittels zum Radius rt erneuerten toten Zone ist und Rh der Radius des Gestells ist) als ein korrelatives Verhalten gemäß der Erneuerungsperiode der Festreduktionsmittelschicht bestimmt wird.

4. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, in welchem, während der Winddruckverlust (ΔP, das ist der Druckverlust zwischen der Windform und der Gicht [kg/cm²]) im Hochofenbetrieb gemessen wird, um diesen auf einen Zielwert zu regeln, die Menge des in den besagten Zentrumsbereich des Ofens einzusetzenden festen Reduktionsmittels derart einreguliert wird, daß der genannte Zielwert (des Winddruckverlustes) und RWc die Bedingung der folgenden Formel [II] erfüllen:

(-9,72 x ΔP + 16,93) < RWC < (-9,72 x ΔP + 17,2).

5. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, in welchem, während aufeinanderfolgende Veränderungen (PI) in dem erwähnten Hochofendruckverlust während des Hochofenbetriebs gemessen werden, um die Änderungen auf einen Zielwert zu regeln, die Menge des in den besagten Zentrumsbereich des genannten Ofens einzusetzenden festen Reduktionsmittels derart einreguliert wird, daß der genannte Zielwert und RWc die Bedingung der folgenden Formel [III] erfüllen:

(-0,263 x PI + 2,63) < RWc < (-0,263 x PI + 2,83).

6. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, in welchem, während die Temperatur im Zentrum des Gestells gemessen wird, um eine Abweichung in der Gestelltemperatur von einem Unterschied von einer mittleren Gestellzentrumtemperatur im Ofenbetrieb ohne die Zentrumbeschickung des besagten festen Reduktionsmittels zu bestimmen, die Menge des Zentrumbeschickung-Festreduktionsmittels, die in den genannten zentralen Bereich einzusetzen ist, derart einreguliert wird, daß die Beziehung zwischen der erwähnten Abweichung in der Ofensohlentemperatur und RWc die Bedingung der folgenden Formel [IV] erfüllt:

[0,58 (ΔT/Ts)1,4] < RWc < [1,26 (ΔT/Ts)1,4],

worin T/Ts die Abweichung in der Gestelltemperatur ist, Ts die mittlere Gestelltemperatur im Betrieb ohne Zentrumbeschickung ist und ΔT der Unterschied von der Gestelltemperatur Ts im Betrieb mit Zentrumbeschickung des festen Reduktionsmittels ist.

7. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, in welchem, wenn das genannte feste Reduktionsmittel in den zentralen Teil von der Gichtöffnung aus eingesetzt wird, eine Fluidisierungsgeschwindigekeit (Umf) des zentral beschickten festen Reduktionsmittels und/oder eine mittlere Gasgeschwindigkeit (Ut) in der Gicht einreguliert wird, um die Bedingung der folgenden Formel [V] zu erfüllen:

0,3 < Ut/Umf < 0,52.

8. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, in welchem die Erneuerung der genannten toten Festreduktionsmittelzone kontrolliert wird, um dadurch die Flüssigkeitsdurchlässigkeit des zentralen "toten Manns" zu erhöhen und die Regelung des Fließschemas des geschmolzenen Roheisens sowie der Schlacke derart zu verbessern, daß sie zu einem Abstichloch hin in der Hauptsache durch einen zentralen Teil des Gestells nach dem Tropfen auf dieses fließen, um einen erosiven Verschleiß von feuerfesten Wänden in peripheren Teilen der genannten Ofensohle zu unterdrücken.

9. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, in welchem die Gasdurchlässigkeit des zentralen Teils des besagten Hochofens durch Einregeln von RWc gesteigert wird, wodurch zirkulierende Nichteisenmetalle von niedrigem Schmelzpunkt aus dem Ofen ausgetragen werden.