DE4219160C2 - Verfahren und Anlage zur Versorgung eines Hochofens mit sauerstoffreicher Luft - Google Patents

Verfahren und Anlage zur Versorgung eines Hochofens mit sauerstoffreicher Luft

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Versorgung eines Hochofens mit von mindestens einem Hochofengebläse gelie­ ferter Luft und eine Anlage zur Reduktion von Eisenerz in einem Hochofen.
Hochöfen mit Sauerstoff angereicherte Luft zuzuführen, hat den Vorteil, den Koksverbrauch zu senken, da dann weitere Brennstoffe wie Naturgas, Öl oder Kohlestaub zusätzlich zugeführt werden können. Es sind daher verschiedene Ver­ fahren bekannt, die darauf abzielen, Hochöfen mit Luft zu betreiben, die mit Sauerstoff angereichert ist, wobei der Sauerstoffgehalt zwischen 30 und 95% betragen kann.
Bei den bekannten Verfahren wird reiner Sauerstoff, im allgemeinen mit einem Reinheitsgrad von 85 bis 90%, ge­ trennt erzeugt und dieser Sauerstoff dann vor dem Hochofen­ gebläse zugemischt, wenn der Sauerstoffgehalt der angerei­ cherten Luft 30% nicht überschreitet. Im anderen Fall wird der Sauerstoff der in den Hochofen eingeblasenen Luft zu­ gemischt oder direkt über spezielle Leitungen in den Hoch­ ofen eingegeben.
Demgegenüber günstiger und wirtschaftlicher ist ein aus der JP-A-61-139 609/1986 bekanntes Verfahren, bei dem von dem Luftstrom am Ausgang mindestens eines Hochofengebläses der gewünschte Anteil an Luft abgezweigt und einer Luftzerle­ gungsanlage zugeführt sowie der von letzterer erzeugte Sau­ erstoff auf der Saugseite des Hochofengebläses eingespeist wird. Zwar wird in der gleichen Druckschrift auch vorge­ schlagen, den Sauerstoff auf der Druckseite des Gebläses einzuspeisen, jedoch sind hierfür keine geeigneten Verfah­ rensweisen oder Vorrichtungen angegeben.
Zwar sind aus der US 4 022 030 ein Luftzerlegungsverfahren und eine Luftzerlegungsanlage bekannt, die mit zwei Destil­ lationssäulen arbeiten, nämlich einer Niederdrucksäule und einer Hochdrucksäule, jedoch sind das Verfahren und die An­ lage auf die energetisch optimierte Gewinnung von Sauer­ stoff und Stickstoff ausgelegt und haben keinen Bezug zu einem Hochofenprozeß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, einen Hochofen mit Luft zu versorgen, deren Sauerstoffgehalt einstellbar ist und bei dem der von der Lufttrennanlage erzeugte Sauerstoff mit dem für seine Verwendung im Hochofen notwendigen Druck verfüg­ bar ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben.
Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Reduktion von Eisenerz zu schaffen, die zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens besonders geeignet ist.
Diese Aufgabe ist durch die im Patentanspruch 7 angegebene Anlage gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen dieser Anlage sind in den Ansprüchen 8 bis 11 angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt jeweils in schematischer Vereinfachung:
Fig. 1 eine Anlage zur Reduktion von Eisen­ erzen, die gemäß der Erfindung ar­ beitet und
Fig. 2 die in der Anlage nach Fig. 1 ver­ wendete Luftdestillationsanlage.
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage zur Reduktion von Eisenerz umfaßt einen Hochofen 1, der mit Winderhitzern oder Cowpern 2 sowie zwei parallel geschalteten Hoch­ ofengebläsen 3 und einer Luftdestillationsanlage 4 zu­ sammenarbeitet.
Die Hochofengebläse 3 liefern Luft mit einem Druck von etwa 6 Bar (absolut) in die gleiche, zu den Winderhit­ zern 2 führende Druckleitung 5. Die letzteren sind über eine Windleitung 6 mit den entsprechenden Windanschlüs­ sen (nicht dargestellt) des Hochofens verbunden. Die be­ schriebene Anordnung bildet den Hauptluftkreis der Anla­ ge.
Die Luftdestillationsanlage 4 liegt im Nebenstrom zu den Luftleitungen 5, 6. Sie wird über eine Zweig- oder Stichleitung 7 gespeist, die von der Druckleitung 5 ab­ geht und mit einem Schieber 8 ausgestattet ist, der zur Einstellung der Durchflußmenge dient. Die Luftdestil­ lationsanlage 4 erzeugt Sauerstoff mit mehr oder minder großen Anteilen anderer Gase. Dieses über die Leitung 9 abgegebene Gasgemisch wird im folgenden der Einfachheit halber als "Sauerstoff" bezeichnet. Die Sauerstofflei­ tung 9 kann entweder über eine Leitung 10 vor den Wind­ erhitzern 2 in die Druckleitung 5 einmünden, in welchem Fall die Einspeisung also vor den Winderhitzern 2 er­ folgt, oder die Sauerstoffleitung 9 kann über eine Lei­ tung 11 in die Windleitung 6 einmünden, also nach den Winderhitzern 2. Schließlich kann die Sauerstoffleitung 9 auch noch über eine Leitung 12 direkt mit nicht darge­ stellten Sauerstoffeinspeiserohren an dem Hochofen 2 verbunden sein.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist jede der drei Leitungen 10 bis 12 mit einem Schieber versehen, so daß der von der Luftdestillationsanlage 4 erzeugte Sauerstoff für jeden Anwendungsfall optimal eingesetzt werden kann. Insbesondere wird die Leitung 10 nur dann verwendet, wenn der Sauerstoffgehalt in der Windleitung 6 unter 30% liegt, dies aus sicherheitstechnischen Erwägungen.
Die Luftdestillationsanlage 4 kann vergleichsweise ein­ fach aufgebaut sein, mit einer Doppel- oder Zweifachko­ lonne, die Sauerstoff, vermischt mit anderen Restgasen, bei einem nahe dem atmosphärischen Druck liegenden Druck erzeugt. Dieser Sauerstoff wird auf den gewünschten Druck, mit dem die Einspeisung in die Rohre erfolgen soll, nämlich auf etwa 6 Bar, mittels eines Verdichters komprimiert, wenn der Sauerstoff sich im gasförmigen Zu­ stand befindet. Befindet sich hingegen der erzeugte Sauerstoff in der Flüssigphase, so erfolgt die Drucker­ höhung mittels einer Pumpe.
Die Luftdestillationsanlage 4 kann auch so ausgelegt sein, daß sie unmittelbar Sauerstoff (vermischt mit an­ deren Restgasen) unter Druck erzeugt, und zwar nach einem aus der US-PS 4 022 030 bekannten Verfahren. Die in Fig. 2 dargestellte Anlage 4 ist im wesentlichen die gleiche wie sie in Fig. 8 der genannten US-Patentschrift wiedergegeben ist, umfaßt also eine Zweifachdestillati­ onskolonne 13, eine Mischkolonne 14, einen Hauptwärme­ austauscher 15, Hilfswärmeaustauscher 16, 17, 18 und eine Turbine 19 zur Entspannung eines Teils der zuge­ führten Luft auf einen niederen Druck, welche Turbine zur Kühlung der Anlage 4 dient. In der Figur weiterhin dargestellt ist ein Adsorptionsfilter 20 zur Reinigung der eintretenden Luft, dem ein Wasserkühler 21 vorge­ schaltet ist.
Die Anlage 4 unterscheidet sich jedoch von derjenigen nach Fig. 8 der genannten US-Patentschrift insofern, als die der Mischkolonne 14 zugeführte Luft mittels eines mit Turbine 19 gekuppelten Hilfsverdichters 22 auf einen um etwa 1 Bar höheren Druck gebracht wird. Der dem Kopf der Kolonne 14 zugeführte flüssige Sauerstoff hat folg­ lich einen Druck von etwa 7 Bar, wodurch die Druckver­ luste kompensiert werden, so daß der Sauerstoff in den Leitungen 10, 11 oder 12 (vergl. Fig. 1) den gleichen Druck hat wie die in den Leitungen 5, 6 strömende Luft.
Im einzelnen wird die über die Leitung 7 eintretende Luft in dem Hilfswärmeaustauscher 18 vorgekühlt, in dem Wasserkühler 21 auf Umgebungstemperatur gekühlt und in dem Adsorptionsfilter 20 gereinigt, bevor sie in zwei Ströme aufgeteilt wird, von denen der erste, etwa 75% des gesamten Luftdurchsatzes führende Strom in dem Hauptwärmeaustauscher 15 einer ersten Kühlung unterzogen wird. Ein Teil dieser Luft wird dann weiter bis in die Nähe ihres Taupunktes gekühlt und über eine Leitung 23 in den Fuß der Mitteldruckkolonne 24A der Zweifachkolon­ ne eingespeist. Diese erzeugt zwei Fluide: Am Kopf der Niederdruckkolonne 24B steht mit Restgasen vermischter Stickstoff an, der nach Wiedererwärmung über eine Lei­ tung 25 abströmt; im Mittel- oder Behälterteil der Nie­ derdruckkolonne 24B bildet sich flüssiger Sauerstoff, der mittels einer Pumpe 26 auf einen Druck von etwa 7 Bar gebracht und dem Kopf der Mischkolonne 14 zugeführt wird.
Der verbleibende Teil des ersten Stromes gereinigter Luft wird nach Teilkühlung am Ausgang des Hauptwärmeaus­ tauschers 15 in der Turbine 19 entspannt und in die Nie­ derdruckkolonne 24B eingeblasen. Die durch diese Turbine erzeugte Energie dient zum Antrieb des Hilfsverdichters 22, der den übrigen Teil der aus dem Adsorptionsfilter 20 austretenden Luft auf etwa 7 Bar verdichtet. Diese Druckluft wird nach Kühlung in dem Hauptwärmeaustauscher 15 bis nahe an ihren Taupunkt über eine Leitung 27 in die Mischkolonne 14 im Bereich deren Fußes eingeleitet.
Die Mischkolonne 14 erzeugt im Kopfbereich den gewünsch­ ten "unreinen" Sauerstoff mit etwa 7 Bar, wobei der Reinheitsgrad zwischen 35 und 95% liegen kann und sich durch entsprechende Regelung der doppelten Destillati­ onskolonne 13 leicht einstellen läßt. Dieser Sauerstoff verläßt nach Wiedererwärmung in dem Hauptwärmeaustau­ scher 15, sodann in dem Hilfswärmeaustauscher 18 die An­ lage 4 über die Leitung 9.
Diese Destillationsanlage hat eine ausgezeichnete Ex­ traktionsausbeute. Man erhält in den Hochofenwindrohren eine Sauerstoffgesamtmenge bzw. einen Gesamtdurchfluß an Sauerstoff, der praktisch gleich demjenigen ist, der durch die Hochofengebläse 3 komprimiert wurde, jedoch mit einem variablen Sauerstoffgehalt, abhängig von der Luftmenge, die die Anlage 4 durchlaufen hat. Die Anlage 4 spielt also in Wirklichkeit die Rolle eines Gerätes zur Entfernung von Stickstoff aus der Luft.
Somit kann der Hochofen 1 entweder wie üblich mit Luft arbeiten oder mit Luft, die mehr oder minder mit Sauer­ stoff angereichert ist, je nach der abgezweigten und durch die Lufttrennanlage hindurchgeleiteten Luftmenge. Die abgezweigte Luftmenge kann innerhalb derjenigen, re­ lativ weiten Grenzen, die die Destillationsanlage 4 zuläßt, geändert werden.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Anlage 4 mit dem Hilfs­ verdichter 22 erfordert die Produktion von Sauerstoff mit dem von dem Hochofen benötigten Druck im Vergleich mit einer klassischen Hochofenanlage keine zusätzliche Energie, denn der komprimierte Sauerstoff wird direkt aus der von den Hochofengebläsen gelieferten Luft er­ zeugt, ohne zusätzliche Energiezufuhr.
Verwendet man gleichzeitig die zwei Hochofengebläse 3, mit denen die Hochofenanlage normalerweise ausgerüstet ist, so kann man dem Hochofen eine große Menge an stark mit Sauerstoff angereicherter Luft zuführen, wodurch sich die Produktivität des Hochofens erhöht.
Vorzugsweise wird die Anlage noch mit einem Tank 28 für flüssigen Sauerstoff ergänzt (vergl. Fig. 1). Im Falle einer Betriebsstörung der Luftdestillationsanlage kann man dann allmählich den Hochofen in seinen normalen Be­ triebszustand, also ohne Sauerstoffanreicherung der Ver­ brennungs- und Reduktionsluft, fahren, wobei der für den allmählichen Übergang benötigte Sauerstoff von dem Tank 28 geliefert wird.

Claims (11)

1. Verfahren zur Versorgung eines Hochofens mit von min­ destens einem Hochofengebläse gelieferter Luft und mit mittels einer mindestens zwei Destillationssäulen um­ fassenden Luftzerlegungsvorrichtung erzeugtem Sauer­ stoff, umfassend folgende Schritte:
  • - ein Teil der von dem Gebläse gelieferten Luft wird zur Speisung der Luftzerlegungsvorrichtung abgezweigt;
  • - der abgezweigte Teil der Luft wird in mindestens zwei Luftströme aufgeteilt;
  • - einer der Luftströme wird verdichtet; und
  • - die Luftströme werden der Luftzerlegungsvorrich­ tung getrennt zugeführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abgezweigte Teil der Luft gekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der abgezweigte Teil der Luft vor seiner Tei­ lung gereinigt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie zum Verdichten eines der Luftströme mittels der Luftzerlegungsvorrichtung bereitgestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie von einer Turbine geliefert wird, die zu­ mindest einen Teil des anderen Luftstroms entspannt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels der Luftzerlegungsvor­ richtung erzeugte Sauerstoff der Luft zugemischt wird, welche dem Hochofen zugeführt wird.
7. Anlage zur Reduktion von Eisenerz, mit einem Hochofen (1), mindestens einem Gebläse (3), um dem Hochofen über eine Hauptluftleitung (5) Luft zuzuführen, einer Luftzerlegungsvorrichtung (4), die mindestens zwei Destillationssäulen (24A, 24B, 14) umfaßt, einer Sau­ erstoffleitung (9), um dem Hochofen mittels der Luft­ zerlegungsvorrichtung erzeugten Sauerstoff zuzuführen, sowie einer Leitung (7) zum Abzweigen von Luft, welche Leitung von der Hauptluftleitung abzweigt und sich selbst in mindestens zwei Luftleitungen zur separaten Speisung der Luftzerlegungsvorrichtung verzweigt, wo­ bei eine der Luftleitungen einen Verdichter (22) um­ faßt.
8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (22) eigene Antriebsmittel (19) hat.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel aus einer Turbine bestehen, die in der anderen Luftleitung liegt.
10. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Leitung (7) zum Abzweigen von Luft eine Reinigungseinheit (20) umfaßt.
11. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Luftzerlegungsvorrichtung eine Mischsäule (14) umfaßt, von der die Sauerstoffleitung (9) abzweigt.
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