DE60207694T2

DE60207694T2 - Schachtofen in modulbauweise zum reduktionsschmelzen

Info

Publication number: DE60207694T2
Application number: DE60207694T
Authority: DE
Inventors: Marcos De Albuquerque Contrucci; Pedro Henrique Ca5Rpinetti Costa; Saul Edmar MARCHEZE
Original assignee: Startec Iron LLC
Current assignee: Startec Iron LLC
Priority date: 2001-03-20
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2022-03-20
Also published as: ZA200306847B; WO2002075000A2; BR0208170B1; US6692688B2; EP1373580B1; RU2299244C2; CA2441521A1; RU2003130755A; CN100529108C; KR20040005894A; DK1373580T3; UA78506C2; AU2002255780B2; KR100866850B1; US20020135109A1; CA2441521C; ES2249573T3; ATE311478T1; BR0208170A; CN1498278A

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Schmelze bzw. Metallschmelze durch Reduktion von Agglomeraten mit Oxiden des Metalls. Dies beinhaltet die Herstellung von Schmelze, einschließlich Roh- bzw. Stahleisen und Gusseisen sowie von Metalllegierungen.
Die direkten Reduktions- und Schmelz- und Raffinerieprozesse dienen allgemein entweder zur direkten Herstellung von Stahl aus Eisenerz, wobei ein Produkt hergestellt wird, das Hochofen-Stahleisen zur Verwendung in einem herkömmlichen Stahlfertigungsverfahren entspricht, oder zur Herstellung von kohlenstoffarmem bzw. Weicheisen als Schmelze zur Herstellung von Stahl durch herkömmliche Verfahren. Diese Verfahren dienen allgemein dem Zweck der Ersetzung von Hoch- bzw. Gebläseöfen als Quelle von Schmelze zur Stahlherstellung.
Hochöfen weisen für gewöhnlich einen zylindrischen Turm auf, wobei eine Charge, die Eisenerz, Pellets oder Agglomerate umfasst, gemeinsam mit Koks und Kalkstein sequentiell durch die Oberseite des Ofens beschickt wird, so dass eine ununterbrochene Säule von Beschickungs- bzw. Chargenmaterial gebildet wird. In dem unteren Abschnitt des Ofens wird atmosphärische Luft in die Charge eingeführt, wobei die Luft vorerhitzt werden kann. Wenn die Ladungs- bzw. Chargenmaterialien in Kontakt mit heißen Gasen gelangen, die von dem Herd bzw. der Feuerung aufsteigen, wird der Koks durch diese Gase vorerhitzt, so dass wenn er den unteren Abschnitt des Ofens erreicht und in Kontakt mit der diesem zugeführten Luft gelangt, verbrennt. Bei den resultierenden Temperaturen, die an dieser Stelle in dem Ofen auftreten, ist Kohlendioxid nicht stabil und reagiert unverzüglich mit dem Kohlenstoff, so dass Kohlenmonoxid erzeugt wird. Diese Reaktion ist nicht nur die Hauptquelle für Hitze für den Schmelzvorgang, sie erzeugt zudem ein Reduktionsgas (CO), das durch den Ofen aufsteigt, wo es vorerhitzt wird und das Eisenoxid in der Charge reduziert, während es durch den Ofen nach unten sinkt.
Die Produktionskapazität eines Hochofens ist eine Funktion des Innenvolumens bzw. der Fläche und der Konstruktionsparameter des Ofens für eine bestimmte Produktionskapazität. Um somit die Kapazität zu erhöhen, ist es erforderlich, die Größe des Hochofens zu erhöhen und demgemäß die Konstruktionsparameter anzupassen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine modulare Vorrichtung zur Herstellung von Schmelze, wie etwa von Eisenschmelze oder Schmelzlegierungen durch Reduktion von Agglomeraten von Metalloxiden oder Schmelzen und Raffinieren von vorreduziertem Metall. Vorgesehen ist eine Mehrzahl verbundener Zellen identischer Größe und Bauweise, welche die modulare Vorrichtung bilden. Jede Zelle ist mit einer gemeinsamen Einrichtung für die Zufuhr der Agglomerate zur Reduktion oder zum Schmelzen und Raffinieren vorgesehen. Jede Reduktionskammer oder Schmelzkammer ist so konfiguriert, dass sie Schmelze der gleichen Komposition durch Reduktion der Agglomerate unter gleichen Reduktionsbedingungen oder Schmelzen und Raffinieren der jeder der entsprechenden Reduktionskammern oder Schmelzkammern zugeführten Agglomerate erzeugt. Die Agglomerate können entweder ein Reduktionsmittel oder ein Flussmittel oder ein Reduktionsmittel sowie ein Flussmittel aufweisen.
Zu den gleichen Reduktions- oder Schmelz- und Raffineriebedingungen zählen die Temperatur und die Zufuhrrate der Agglomerate.
Jede der Zellen weist eine identische Vorerhitzungszone oberhalb der Reduktionskammer oder der Schmelz- und Raffineriekammer auf, durch welche die Agglomerate eingeführt und vorerhitzt werden, bevor sie in die Kammer zur Reduktion oder Schmelzen und Raffinieren eintreten.
Zwischen der Kammer und der Vorerhitzungszone sind Einrichtungen vorgesehen, um Abgase aus der Reduktion oder Schmelze und Raffinerie zu leiten und gleichmäßig durch die Agglomerate in der Vorerhitzungszone zu verteilen. Zusätzlich sind angrenzend an die Vorerhitzungszone Einrichtungen vorgesehen, um brennbare Abgase der Reduktion oder des Schmelzens und Raffinerierens zu verbrennen, um die Agglomerate in der Vorerhitzungszone zu erhitzen.
Die verbundenen Zellen bilden eine Reduktionsvorrichtung oder eine Schmelz- oder Raffiniervorrichtung mit modularer oder Einheitskonstruktion. Die Aufteilung der Vorrichtung in Module oder Einheiten, die jeweils die gesamte Ausrüstung darstellen, ermöglicht die Entwicklung und Konstruktion neuer Öfen im Maßstab Eins-zu-Eins und zudem die Durchführung von Tests verschiedener Rohstoffe für Veränderungen der Produktionskapazität auf modulare Art und Weise.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht der Vorrichtung, welche die Einheiten-Modulkonstruktion der Vorrichtung zeigt;
2 eine Querschnittsansicht der Ausrüstung bzw. Vorrichtung, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 einen Aufriss der Ausrüstung, welche die Hauben zeigt, die die Gase an der Oberseite leiten und sammeln und das Hindurchtreten der Gase durch die Charge bewirken;
4 eine Querschnittsansicht des Ofens gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Brenner oberhalb der Charge positioniert dargestellt sind; und
5 eine Querschnittsansicht der Verbindung zwischen den oberen und unteren Schäften, die mit den sekundären Blasdüsen versehen sind.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß den Abbildungen der 1 und 2 betrifft einen Schachtofen, der aus modularen Zellen aufgebaut ist, die Roh- bzw. Stahleisen oder Gusseisen oder jede andere Metalllegierung aus Reduktionsagglomeraten oder Metallchargen erzeugen kann. Diese identischen Zellen sind so gestaltet, dass sie so verbunden werden können, dass sie einen Ofen mit einem oberen Schacht 1 bilden, der zylindrisch oder konisch ist, mit rechteckigem Querschnitt, wobei er an dem oberen Abschnitt des Ofens mit Gasbeschickungsvorrichtungen oder Anschlüssen 2 und mit Gasauslassvorrichtungen oder Anschlüssen 3 versehen ist, so dass Gase zu dem Gaswaschsystem 4 und danach zu Wärmeaustauschern übertragen werden können, um die Gebläseluft vorzuerhitzen. In dem oberen Schaft 1 ist eine Haube 5 vorgesehen, die sich längs entlang dem Ofen erstreckt ( 3), wobei sie aus einem feuerfesten Werkstoff (Gusseisen oder Stahl oder jede andere Legierung) besteht oder aus Kühlplatten, abhängig von der Entfernung bzw. dem Abstand zwischen der Haube und der Oberseite der Charge. Abhängig von dem jeweiligen Einsatz kann die Haube über der Charge installiert werden oder durch die Charge teilweise bedeckt sein. Die Haube wird eingesetzt, um die Gasströmung in dem oberen Schacht zu leiten, so dass sie durch das Chargenbett verläuft, um den Wärmeaustausch zwischen den Gasen und der Charge zu maximieren, und um die Gase aus dem Inneren des oberen Schachts zu sammeln und zu dem Gasauslass 3 zu leiten. In dem oberen Schacht 1 sind ferner eine oder mehrere Reihen von Blasdüsen 6 vorgesehen, die vorerhitzte oder nicht vorerhitzte Luft, die mit Sauerstoff angereichert ist oder nicht, zum sekundären Verbrennen der verbrennbaren Gase zu blasen, die dort vorhanden sind. Dies stellt zusätzliche Wärme bzw. Hitze für die Verarbeitung der Charge bereit.
Die Ausrüstung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner eine oder mehrere Reihen von Brennern 7 (4) aufweisen, die innerhalb des oberen Schachts 1 zwischen der Seitenwand des Ofens und der Außenwand der Haube auf jeder Seite des Ofens und oberhalb des Niveaus der Charge installiert sind, um die von dem Ofen kommenden Gase zu verbrennen, nachdem diese durch das Waschsystem getreten sind, sowie auch jedes andere weitere verbrennbare Gas oder Mischungen dieser Gase. Dadurch wird an die Charge zusätzliche Hitze bzw. Wärme bereitgestellt, um den thermischen Wirkungsgrad des Ofens weiter zu erhöhen.
Der Ofen weist ferner einen unteren Schaft 8 mit zylindrischer oder konischer Form auf, mit einem rechteckigen Querschnitt, mit größeren Seiten an dem oberen Abschnitt als der obere Schacht 1 und ausreichend für die Positionierung der Zufuhr- bzw. Speisevorrichtungen, um Koks oder Kohle oder jeden anderen festen Brennstoff der Charge hinzufügen. Um den unteren Schacht 8 ist auf einer ausreichend höheren Höhe als der Höhe der Basis des oberen Schachts 1 ein ununterbrochener Zufuhrabschnitt 11 für feste Brennstoffe vorgesehen, wie dies in der Abbildung aus 2 dargestellt ist. Dieser Abschnitt wird durch die Ventile 9 gespeist.
Der untere Schacht 8 weist eine oder mehrere Reihen primärer Blasdüsen 10 auf, die so positioniert sind, dass sie vorerhitzte oder nicht vorerhitzte Luft blasen, die mit Sauerstoff angereichert sein kann. Diese Blasdüsen können flüssige, gasförmige oder feste pulverförmige Brennstoffe zu deren teilweiser oder vollständiger Verbrennung injizieren, um die thermische Energie vorzusehen, die erforderlich ist, um die Charge zu reduzieren und/oder zu schmelzen. Der obere Schacht 1 und der untere Schacht 8 können einen monolothisches feuerfesten Werkstoff aufweisen und sie können eine Kühleinrichtung aufweisen oder nicht aufweisen. Alternativ kann der Abschnitt, der den unteren Schacht 8 und den oberen Schacht 1 (5) miteinander verbindet, in Form eines einzelnen Metallstücks, in welchem die sekundären Blasdüsen 6 integral vorgesehen sind. Die Kühlung für diesen Abschnitt wird durch die Luft von dem sekundären Gebläse bereitgestellt, welches erhitzt und zu dem Ofen zurückgeführt wird. Dies erhält die Energie, die ansonsten verloren gehen würde, wenn sie nicht für diesen Zweck eingesetzt werden würde.
Die Schmelze und die Schlacke verlassen den Ofen an dem unteren Abschnitt des Ofens durch entsprechende Auslässe (nicht abgebildet).
Die Vorrichtung kann aus Zelleneinheiten mit Abmessungen gestaltet werden, die einem Bruchteil der Gesamtlänge des Ofens durch die Hälfte der Gesamtbreite des Ofens entsprechen, wie dies in den Abbildungen der 1 und 2 dargestellt ist. Jede Zelle weist die gleiche Anzahl, die gleiche Größe und den gleichen Durchmesser primärer Blasdüsen 10 und sekundärer Blasdüsen 6 je Längeneinheit der ganzen Vorrichtung auf. Jede einzelne Zelle stellt somit den Ofen dar und kann als Pilotofen eingesetzt werden, um maßstabsgetreu dessen Betriebsparameter zu bestimmen, um es überflüssig zu machen, dimensionslose Faktoren, numerische Simulationen oder andere herkömmliche Verfahren anzuwenden, die eingesetzt werden, um die letztendlichen Abmessungen für die Konstruktion einer derartigen Ausrüstung zu bestimmen. Diese herkömmlichen Verfahren sind unter Umständen aufgrund ihrer theoretischen Eigenschaften nicht völlig präzise, was zu einem größeren Skalierbarkeitsrisiko führt, das nicht auftritt, wenn das erfindungsgemäße Zellenkonzept eingesetzt wird.
Die modulare Zellenkonstruktion gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung macht es zudem für eine bereits bestehende Vorrichtung dieser Art möglich, deren Produktionskapazität zu erhöhen, indem einfach neue Zellen zu den bereits bestehenden Zellen hinzugefügt werden, und zwar in einem Verhältnis, das zu jeder gewünschten Kapazitätserhöhung kompatibel ist.

Claims

Modulare Vorrichtung zur Herstellung von Schmelze, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: eine Mehrzahl verbundener Zellen identischer Größe und Bauweise, welche die genannte modulare Vorrichtung bilden; wobei jede Zelle mit einer Brennstoffquelle (9) und einer Einrichtung für die Zufuhr einer Metallcharge an eine Kammer jeder Zelle verbunden ist, wobei die Charge Reduktionsagglomerate und/oder vorreduziertes Metall umfasst; und wobei die genannten Zellen so gestaltet sind, dass sie so verbunden werden können, dass sie einen Ofen bilden, wobei jede Zelle eine oberen Schacht (1) mit rechteckigem Querschnitt aufweist, der an dem oberen Abschnitt des Schachts vorgesehen ist, mit mindestens einer Ladevorrichtung (2) und mit mindestens einer Gasauslassvorrichtung (3) sowie mit einem unteren Schacht (8), der ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei der Schacht an dem oberen Abschnitt größere Seiten aufweist als der obere Schacht (1).
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder obere Schacht (1) in jeder Zelle eine identische Vorheiz- und Reduktionszone oberhalb des genannten unteren Schachts (8) aufweist, durch den die genannte Metallcharge eingeführt und vorerhitzt und/oder reduziert wird, bevor sie in den genannten unteren Schacht (8) eintritt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei Einrichtungen zwischen dem genannten unteren Schacht (8) und dem genannten oberen Schacht (1) vorgesehen sind, um Gas von dem genannten unteren Schacht (8) durch die genannte Metallcharge in dem genannten oberen Schacht (1) zu leiten und gleichmäßig zu verteilen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei Einrichtungen angrenzend an den genannten oberen Schacht (1) vorgesehen sind, um Gas von dem genannten unteren Schacht (8) zu verbrennen, um Energie vorzusehen, um die genannte Metallcharge in dem genannten oberen Schacht (1) zu erhitzen und/oder zu reduzieren.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Metallcharge reduzierende Metalloxidagglomerate umfasst, und wobei es sich bei den Kammern um Reduktions-, Schmelz- und Raffineriekammern handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Vorrichtung für die Erzeugung von Schmelze konfiguriert ist, und wobei die Agglomerate Eisenoxid aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Metallcharge vorreduziertes Metall umfasst, und wobei es sich bei den Kammern um Schmelz- und Raffineriekammern handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Vorrichtung für die Herstellung von Schmelze konfiguriert ist, und wobei die Metallcharge vorreduziertes Eisen umfasst.