DE69613316T2

DE69613316T2 - Verfahren und vorrichtung zum vorheizen und schmelzen von schrott

Info

Publication number: DE69613316T2
Application number: DE69613316T
Authority: DE
Inventors: Yoji Demoto; T. Harada; Akio Kasama; H. Katayama; S. Kitamura; Y. Okumura; Kenro Sato
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Japan Research And Development Center For Jp
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 2002-02-28
Anticipated expiration: 2016-03-28
Also published as: US5889810A; EP0772015B1; EP0772015A4; KR100223515B1; ZA962533B; WO1996030709A1; DE69613316D1; EP0772015A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vorwärmen und Schmelzen von Schrott, bei der insbesondere nach dem Vorwärmen des Schrotts durch einen Schachtofen und einen Drehofen, die im Durchlaufsystem mit einem Schmelzofen angeordnet sind, der Schrott in den Schmelzofen eingebracht und durch Lichtbogenerwärmung oder aufgeblasenen Sauerstoff geschmolzen wird.
Wenn Schrott als Eisen- oder Stahlquelle vorgewärmt oder einem Vorwärmprozeß zugeführt wird, ist eine Heizenergiemenge erforderlich. Aus dem obenerwähnten Grunde genießen auch dann, wenn der Schrott einem Erwärmungsprozeß zugeführt wird, die Heizbetriebskosten keinerlei Vorteil, und außerdem sind aufwendige Investitionen für den Bau der Heizvorrichtung erforderlich.
In letzter Zeit hat die Bedeutung von Schrott als Eisen- und Stahlquelle unter dem Gesichtspunkt der Wiederverwendung von Ressourcen zugenommen. Daher sind Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu einem Vorwärm- und Schmelzverfahren des Schrotts erforderlich, das für die Verringerung der Gesamtwärmeenergie vorteilhaft ist, die beim Schmelzen und Frischen des Schrotts benötigt wird, so daß der Schrott rationell wiederverwendet wird, um ihn erfolgreich als Eisen- und Stahlquelle zu nutzen, und außerdem auf vorteilhafte Weise eine Verringerung der Wärmeenergie erreicht wird.
Als Stand der Technik auf dem Gebiet des Schrottschmelzens wird in "Electric Furnace" (veröffentlicht vom Japan Iron and Steel Institute, Nr. 27, 28 Shiraishi Memorial Lecture "Strategy of Electric Furnace in Common Steel", November 1994) offenbart, daß das Schrottschmelzen die Betriebskosten der Stahlerzeugung wegen des hohen Verbrauchs an Elektroenergie erhöht, und dies wird auf die Verringerung des Wärmewirkungsgrades nach der Schmelzbadphase (Einschmelzphase) zurückgeführt. Ferner offenbart "fron and Steel" (Bd. 78 (1992), S. 520, veröffentlicht vom Japan Iron and Steel Institute) für ein Schrottschmelzverfahren, daß die Baukosten der Anlage zur Behandlung einer Abgasmenge ansteigen und nach dem Schmelzprozeß ein Konverter erforderlich ist, da das entstehende flüssige Metall Eisen ist. US-A-4 852 858 offenbart ein Verfahren zum Vorwärmen von Schrott mit dem Abgas eines Frischofens, an dessen oberem Abschnitt ein Schachtbehälter zur Aufnahme von Ausgangsmaterial angeordnet ist. Die Technologie ist jedoch schwer zu steuern, so daß der Bereich der Frischbedingungen groß wird. Als Ergebnis kann die Erzeugnisqualität nicht ausreichend stabilisiert werden. Für einen anderen Vorwärmofen vom Schachttyp offenbart die geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 6-46 145, daß zwar ein hoher Wärmewirkungsgrad erreicht werden kann, der Schrott aber wegen der Einwirkung von Hochtemperaturgas am Ofenboden schmilzt, mit dem Ergebnis, daß der eingeschmolzene Schrott ein Brennschneiden erfordert. Nach dem Stand der Technik wird ferner offenbart, daß das Einsatzverhältnis und der Wärmewirkungsgrad abnehmen, um Platz für einen Feuerungsrost zu schaffen. Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 6-228 662 offenbart einen Drehrohrofen zum Vorwärmen von Schrott, dessen Wärmewirkungsgrad wegen eines niedrigen Schrotteinsatzverhältnisses abnimmt, obwohl der Schrott infolge des normalen Drehens und Umfüllens schwer schmelzbar ist. Andererseits wird gewöhnlich Schrott erhitzt, der keine organischen Substanzen enthält, mit dem Ergebnis, daß wegen der erforderlichen Schrottsortierung die Kosten steigen.
Im folgenden ist das wesentliche Problem die Behandlung eines dioxinhaltigen Gases, das beim Vorwärmen von Schrott entsteht, der organische Substanzen wie z. B. Vinylchlorid enthält. Die Lösung des obenerwähnten Problems erweist sich als sehr vorteilhaft bei der Schrottverwertung. Daher sind die Erforschung und Entwicklung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Abgasbehandlung beim Vorwärmen des Schrotts erforderlich.
Die Probleme beim Vorwärmen von Schrott nach einem herkömmlichen Verfahren, wie oben erwähnt, bestehen darin, daß bei der vor dem Schmelzofen angeordneten Schrottvorwärmanlage vom Schachttyp der Schrott in der Vorwärmanlage schmilzt und nicht gleichmäßig in den Schmelzofen eingetragen werden kann, und daß beim Drehrohrofen der Wärmewirkungsgrad wegen des kleinen Einsatzverhältnisses niedrig ist. Ferner ist das Problem beim herkömmlichen Schmelzofen der niedrige Wärmewirkungsgrad im Elektroofen nach der Einschmelzphase, und beim Ofen vom Konvertertyp ist die Behandlung einer Abgasmenge erforderlich, und da der entstehende Stoff schmelzflüssiges Eisen ist, wird in einem anschließenden Prozeß ein Entkohlungs- bzw. Frischofen benötigt.
Angesichts des oben beschriebenen Standes der Technik besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorwärm- und Schmelzvorrichtung mit hohem Wirkungsgrad und ein Verfahren mit hohem Wirkungsgrad zum Schmelzen und Frischen von Schrott und zur wirtschaftlichen Erzeugung eines schmelzflüssigen Stahls bereitzustellen.
Ferner kann beim Schmelzen von Schrott Dioxin freigesetzt werden, das durch im Schrott enthaltene Beimischungen von Vinylchlorid usw. entsteht und zu Umweltverschmutzungsproblemen führen kann. Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vorwärmen und Schmelzen von Schrott bereit, bei denen eine Abgasbehandlungstechnologie erreicht werden kann, so daß beim Erwärmen des Schrotts freigesetztes Dioxin erfolgreich behandelt werden kann.
Die Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung, welche die obenerwähnten Probleme löst, sind die folgenden.
(1) Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott, bestehend aus einem Schrottschmelzofen, der mit vorgewärmtem Schrott als Hauptausgangsmaterial beschickt wird, einem Vorwärmer zum Vorwärmen von Schrott durch Einleiten von Abgas, das vom Schmelzofen erzeugt wird, und einer Abgasbehandlungsanlage zur Behandlung von Abgas nach dem Vorwärmen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrottvorwärmer ein Schachtofen ist, daß an der Unterseite des Schachtofens ein Drehofen so angeordnet ist, daß er eine Fortsetzung des Schachtofens bildet, und daß der aus dem Schachtofen ausgetragene Schrott, nachdem er den Drehofen mit konstantem Durchsatz durchlaufen hat, in den Schrottschmelzofen eingetragen wird.
(2) Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott gemäß (1), wobei an der Unterseite des Schachtofens eine Einstoßvorrichtung angeordnet ist, um den aus dem Schachtofen ausgetragenen Schrott in den Drehofen zu stoßen.
(3) Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott gemäß (1), wobei ein Feuerungsrost zum Einbringen des aus dem Schachtofen ausgetragenen Schrotts in den Drehofen an der Unterseite des Schachtofens angeordnet ist.
(4) Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott gemäß (1), wobei als Mittel zum Einleiten von Sauerstoff eine Lanze oder Blasdüse im Schmelzofen angeordnet ist.
(5) Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott gemäß (1), wobei der Schmelzofen ein Elektroofen ist.
(6) Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott gemäß (1), wobei der Schmelzofen ein Sauerstoffaufblasofen ist.
(7) Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott gemäß (1), wobei in der Abgasbehandlungsanlage ein Verbrennungsturm zur Zersetzung von Dioxin im Abgas, ein Kühlturm zur Abkühlung eines Verbrennungsabgases und ein Staubabscheider vorgesehen sind.
(8) Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott gemäß (1), wobei der Staubabscheider ein Trockenstaubabscheider ist.
(9) Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott gemäß (1), wobei in der Abgasbehandlungsanlage ferner ein Abgasbehandlungsweg vorgesehen ist, durch den der Vorwärmer über einen Kühlturm direkt mit dem Staubabscheider verbunden ist, so daß das aus dem Vorwärmer austretende Abgas direkt behandelt wird.
(10) Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott gemäß (1), wobei in der Abgasbehandlungsanlage ferner ein Abgasbehandlungsweg vorgesehen ist, durch den der Schmelzofen direkt mit der Abgasbehandlungsanlage verbunden ist, so daß das aus dem Schmelzofen austretende Abgas direkt behandelt wird.
(11) Verfahren zum Vorwärmen und Schmelzen von Schrott unter Verwendung eines Abgases, das beim Schmelzen von vorgewärmtem Schrott als Hauptausgangsmaterial in einem Schmelzofen erzeugt wird, zur Gewinnung von schmelzflüssigem Eisen und Behandlung eines Abgases nach dem Vorwärmen, gekennzeichnet durch Einfüllen von Schrott von oben in einen Drehofen, der anschließend an den Schmelzofen angeordnet ist, und in einen anschließend an den Drehofen angeordneten Schachtofen, Zufuhr des Abgases vom Schmelzofen von der Unterseite des Drehofens aus, Vorwärmen des Schrotts im Schachtofen, wobei eine Temperatur an einem Auslaß an der Unterseite des Schachtofens im Temperaturbereich unterhalb der Schmelztemperatur an der Schrottoberfläche gehalten wird, danach kontinuierliches Vorwärmen des Schrotts im Drehofen, wobei eine Temperatur an einem Auslaß des Drehofens im Temperaturbereich von nicht weniger als der Schmelztemperatur an der Schrottoberfläche gehalten wird, und Einbringen des Schrotts in den Schmelzofen.
(12) Verfahren zum Vorwärmen und Schmelzen von Schrott gemäß (11), wobei während der Abgasbehandlung das Abgas durch Verbrennung in dem Verbrennungsturm auf mindestens 800ºC und bis zu einer CO-Gaskonzentration von 500 ppm erhitzt wird und das Abgas weiter mit Wasser mit einer Geschwindigkeit von mindestens 800ºC/s auf den Temperaturbereich von 150 bis 200ºC abgekühlt wird, in dem sich das Abgas nach der Abkühlung in einem kondensationsfreien Zustand befindet.
(13) Verfahren zum Vorwärmen und Schmelzen von Schrott gemäß (11), wobei während der Abgasbehandlung nach dem Vorwärmen das aus dem Vorwärmer austretende Abgas in den Staubabscheider eingeleitet wird, nachdem das Abgas im Kühlturm bis auf höchstens 100ºC abgekühlt worden ist.
(14) Verfahren zum Vorwärmen und Schmelzen von Schrott gemäß einem der Punkte (11) bis (13), wobei der mit dem Schmelzofenabgas aus einer vorhergehenden Charge vorgewärmte Schrott in einem Anteil von 30 bis 70% der gesamten Schrottmenge eingesetzt wird, nach dem Aufschichten des vorgewärmten Schrotts im Schmelzofen eine Elektrode in den Schmelzofen eingeführt und mit dem Schmelzen des Schrotts begonnen wird, wonach der restliche Schrott kontinuierlich aus dem Drehofen in den Schmelzofen eingetragen wird.
(15) Verfahren zum Vorwärmen und Schmelzen von Schrott gemäß einem der Punkte (11) bis (13), wobei der schmelzflüssige Stahl durch die folgenden Schritte erzeugt wird: Schmelzbeginn des Schrotts nach dem Aufschichten im Schmelzofen, Herausziehen der Elektrode aus dem Schmelzofen, sobald der Schrott einen flachen Schmelzbadzustand erreicht bzw. mindestens 40% des Schrotts geschmolzen sind und ein oberes Ende des Schrotts unter der Schmelze im Schmelzofen verschwindet, danach Beginn des Einblasens von Sauerstoff aus einer Lanze oder Blasdüse anstelle der Elektrode, Einschmelzen des restlichen festen Schrotts unter Zugabe von Kohlenstoffmaterial, dann Unterbrechung der Kohlenstoffzufuhr und kontinuierliches Ausführen der Entkohlung durch Einblasen von Sauerstoff.
(16) Verfahren zum Vorwärmen und Schmelzen von Schrott gemäß (11) oder einem der Punkte (13) bis (15), wobei der ein organisches Material enthaltende Schrott, der auf einer Temperatur bis zu 100ºC gehalten wird, in den auf mindestens 1300ºC gehaltenen Schmelzofen eingebracht wird und ein aus dem Ofen ausströmendes Abgas in unverbranntem Zustand zurückgewonnen wird.
(17) Verfahren zum Vorwärmen und Schmelzen von Schrott nach einem der Punkte (11) bis (16), wobei die Staubkonzentration vor dem Staubabscheider der Abgasbehandlungsanlage 40 bis 400 g/Nm³ beträgt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt ein Flußdiagramm, das eine Gesamtanlage zum Vorwärmen und Schmelzen von Schrott gemäß der Erfindung darstellt.
Fig. 2 zeigt ein Schema, das eine Skizze eines erfindungsgemäßen Vorwärmers darstellt.
Fig. 3 zeigt ein Erläuterungsschema, das ein Abgasrückführungssystem einer erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt.
Fig. 4 zeigt ein Erläuterungsschema, das ein weiteres Gasrückführungssystem einer erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt.
Fig. 5 zeigt ein Erläuterungsschema, das einen Abgasbehandlungsweg einer Vorwärm- und Schmelzvorrichtung in dem erfindungsgemäßen Beispiel darstellt.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung zum Vorwärmen und Schmelzen von Schrott für die Ausführung der Erfindung. Ein Schmelzofen 1 ist innen mit einem Feuerfestmaterial 2 ausgekleidet und mit einer von einem oberen Abschnitt aus eingeführten Elektrode 4 oder mit einer Aufblaslanze zum Aufblasen eines sauerstoffhaltigen Gases ausgestattet. Im Ofenboden sind eine Bodenblasdüse 5 und eine Ofenbodenelektrode 6 vorgesehen. Am oberen Abschnitt des Schmelzofens sind ein Drehofen 7 und ein Schachtofen 8 als Vorwärmer angeordnet, wobei der Drehofen wegen der Einleitung eines aus dem Schmelzofen ausströmenden Abgases den Schrott weiter vorwärmt. Die Beschickung mit Schrott kann in zwei Wege unterteilt werden, d. h. einen, auf dem der Schrott von einer Schrotteinfüllöffnung 9 aus nach dem Vorwärmen im Schachtofen 8 über den Drehofen 7 in den Schmelzofen 1 eingetragen wird, und der andere Weg, auf dem der Schrott von einer Schrotteinfüllöffnung 10 aus durch den Drehofen 7 in den Schmelzofen 1 eingetragen wird. Ferner kann der Schrott auch von einer Schrotteinfüllöffnung 11 aus ohne Durchlauf durch den Vorwärmer in den Schmelzofen eingebracht werden. In einem Abgas enthaltenes CO-Gas kann mit Luft verbrannt werden, die in die Einlaßöffnung A des Drehofens und die Einlaßöffnung B des Schachtofens eingeleitet wird. Das Abgas gelangt nach dem Durchfluß durch die Vorwärmer und nach Verbrennung mit Luft, die in einen Verbrennungsturm 12 eingeleitet Wird, durch ein Kanalsystem 16 in einen Kühlturm 13 und wird dort abgekühlt, oder wird durch ein Kanalsystem 17 aus einem Rauchfang 15 in die Atmosphäre abgelassen, nachdem es mit einem Trockenstaubabscheider 14 entstaubt worden ist, ohne den Verbrennungsturm 12 und den Kühlturm 13 zu passieren.
Im Verbrennungsturm kann Dioxin durch Verbrennen und Erhitzen des Abgases vollständig abgebaut werden, wobei die Temperatur mindestens 800ºC und die CO-Konzentration höchstens 1% betragen muß. Wenn die Temperatur niedriger als 800ºC ist, dann ist die Reaktionsgeschwindigkeit so niedrig, daß die Zersetzung nicht ausreichend fortschreiten kann. Ist die CO- Konzentration höher als 1%, dann ist die Verbrennung so unzureichend, daß die Zersetzung nicht ausreichend fortschreiten kann. Beim Betrieb der Vorwärmer erfolgt die Verarbeitung der vorhergehenden Charge, und der Schrott wird vorgewärmt, wobei eine Schrottmenge, die 30 bis 70% der Gesamtschrottmenge entspricht, in den Schachtofen 8 eingefüllt und dann die vorhergehende Charge abgestochen wird. Anschließend, nachdem der Schrott den Drehofen 7 durchlaufen hat und im Schmelzofen 1 aufgeschichtet ist, wird die Elektrode 4 eingeführt und mit dem Schmelzen des Schrotts begonnen. Danach wird der übrige Schrott kontinuierlich durch die Schrotteinfüllöffnung 10 des Drehofens 7 oder die Schrotteinfüllöffnung 11 des Schmelzofens 1 eingefüllt, zusammen mit dem Einfüllen und Vorwärmen der nächsten Schrottcharge durch die Schrotteinfüllöffnung 9 im Schmelzofen 8. Nachdem der Schrott im Schmelzofen aufgeschichtet ist, wird mit dem Schmelzen des Schrotts durch die Elektrode 4 begonnen. Sobald der Schrott ein flaches Schmelzbad bildet oder die Spitze des Schrotts in der Schmelze verschwindet, so daß die Umgebung der Elektrode nicht durch festen Schrott verdeckt werden kann, wird dann die Elektrode 4 aus dem Ofen herausgezogen. Statt der Elektrode wird die Aufblaslanze 3 in den Ofen eingeführt und mit dem Einblasen von Sauerstoff begonnen. Nach dem Einschmelzen des übrigen festen Schrotts unter Zugabe eines Kohlenstoffmaterials wird die Zufuhr des Kohlenstoffmaterials unterbrochen, und anschließend kann durch Frischen mittels Einblasen von Sauerstoff ein schmelzflüssiger Stahl erzeugt werden.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung. In der Zeichnung bedeutet das Bezugszeichen 8 einen Schachtofen zum Vorwärmen von Schrott, das Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Schrottschmelzofen, der mit einer Aufblaslanze zum Aufblasen von sauerstoffhaltigem Gas ausgestattet ist, und das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Drehofen, der zwischen dem Schachtofen 8 und dem Schrottschmelzofen 1 angeordnet ist, wie z. B. einen Drehrohrofen.
Der in den Schachtofen 8 eingefüllte Schrott wird vorgewärmt, indem das vom Schrottschmelzofen 1 erzeugte Gas in den Schachtofen eingeleitet wird, wobei das Gas durch den Drehrohrofen durchgeleitet wird oder nicht. Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des Abgasrückführungssystems gemäß der vorliegenden Vorrichtung. In den Abgasstrom 23, der im Gegenstrom zum Schrottdurchlauf 22 fließt, wird Verbrennungsluft von den Punkten zugeführt, die im Schachtofen 8 durch das Bezugszeichen 27 und im Drehrohrofen 7 durch die Bezugszeichen 24 und 26 bezeichnet sind, und das Gas wird vollständig verbrannt. Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des vorliegenden Abgasrückführungssystems. In dem Rückführungssystem wird das Abgas 23 im Gegenstrom zum Schrottdurchlauf 22 durch den Gaskühler direkt dem Staubabscheider zugeführt, ohne den Drehrohrofen 7 oder den Schachtofen 8 zu passieren. Konkreter ausgedrückt, das im Schmelzofen 1 entstehende Gas wird beim Durchfluß durch den Drehrohrofen 7 vollständig verbrannt und dann in den Schachtofen 8 eingeleitet, wie in Fig. 3 dargestellt, oder wird aus dem Schrottschmelzofen 1 direkt in den Staubabscheider eingeleitet, wie in Fig. 4 dargestellt.
Fig. 5 zeigt ein Erläuterungsschema des Abgasbehandlungsweges für die direkte Behandlung von aus dem Schmelzofen ausströmenden Abgasen nach den Vorwärmen des Schrotts in der vorliegenden Vorwärm- und Schmelzvorrichtung zur Ausführung der Erfindung.
In dieser Zeichnung gibt es beim Abbau von Dioxin durch Verbrennen und Abkühlen des Abgases nach dem Öffnen der Absperrschieber 36, 38, 39 und 41 und Schließen der Absperrschieber 37, 40 und 42 zwei Fälle: erstens, daß der Schrott von beiden Schrottfülltrichtern 28 und 29 zugeführt wird, und zweitens, daß der Schrott nur vom Schrottfülltrichter 29 zugeführt wird, während der Verschluß 31 geschlossen ist. Durch Öffnen der Absperrschieber 37, 38, 40 und 42 und Schließen der Absperrschieber 36, 49 und 41 und den dadurch entstehenden Durchfluß wird es möglich, den Dioxin adsorbierenden Staub nach der Abkühlung abzuscheiden. In diesem Falle wird der Schrott nur durch den Schrottfülltrichter 29 zugeführt, während der Verschluß 31 geschlossen ist, oder der Schrott wird aus dem Schrottfülltrichter 30 direkt in den Schmelzofen eingebracht.
Bei niedriger Staubkonzentration kann ferner die Staubkonzentration durch Einbringen von Kohlenstaub, Kalkstaub usw. in den Sekundärtrockenstaubabscheider 44 erhöht werden. Hierbei ist die Staubkonzentration eine Gesamtkonzentration des Staubes, der in dem weiter oben erwähnten Schmelzofen und im Vorwärmer erzeugt wird, sowie der eingebrachten pulverförmigen Substanz. In Fig. 5 bezeichnen ferner die Bezugszeichen 32 und 33 Verschlüsse, die Bezugszeichen 34 und 35 bezeichnen eine wassergekühlte Haube bzw. einen Schmelzofen, das Bezugszeichen 43 bezeichnet einen Primärtrockenstaubabscheider, das Bezugszeichen 45 bezeichnet einen Abgaskühlturm, das Bezugszeichen 36 bezeichnet ein Saugzuggebläse (IDF).
Wenn notwendig, ist im unteren Teil des Schachtofens vorzugsweise eine Einstoßvorrichtung oder ein Feuerungsrost 20 angeordnet. Diese Einstoßvorrichtung oder der Feuerungsrost dient zum gleichmäßigen Eintrag des Schrotts aus dem Schachtofen in den Drehofen und soll verhindern, daß der Schrott im Inneren des Drehofens zurückbleibt.
Der Grund für die Verwendung des Schachtofens als Vorwärmer bei der vorliegenden Erfindung ist, daß der Schachtofen unter den existierenden Vorwärmöfen den höchsten Vorwärmwirkungsgrad aufweist. Der Grund für die Zwischenschaltung des Drehrohrofens zwischen den Schachtofen und den Schmelzofen ist, daß die Temperatur im unteren Abschnitt des Schachtofens auf einem niedrigen Niveau gehalten wird, indem man für einen Verbrennungsraum des aus dem Schrottschmelzofen austretenden Gases sorgt und die höchste Vorwärmtemperatur des Schrotts über 800ºC angehoben wird, wo das Schmelzen stattfindet.
Als Schrottschmelzofen können sowohl der Konverter als auch der Elektroofen eingesetzt werden. Bei Verwendung des Konverters kann das Abgas mit darin enthaltenem CO zurückgewonnen werden, da eine Menge Abgas erzeugt werden kann und daher das Vorwärmen in ausreichendem Maße durch die Eigenwärme des Gases erfolgt. Im Falle des Elektroofens wird zwar eine geringe Abgasmenge im Vorwärmprozeß fast vollständig zu CO&sub2; verbrannt, aber er hat den Vorzug, daß die Investitionskosten für die Anlage wegen ihrer geringeren Größe niedriger sind.
Die Stückgröße des Schrotts, der in den Vorwärmofen eingefüllt wird, ist auf nicht mehr als 1/3 des Innendurchmessers des Schachtofens oder des Drehofens festgesetzt. Der untere Grenzwert ist so gewählt, daß die Gasdurchlässigkeit der Schrottoberfläche sichergestellt werden kann und der Korndurchmesser etwa 30 mm beträgt.
Der Frischofen, der bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eingesetzt wird, ist ein Frischofen, der als Elektroofen und als Konverter verwendet werden kann, und in den Frischofen eingefüllter Schrott wird durch Lichtbogenerwärmung mittels einer Elektrode geschmolzen, der durch Schmelzen des Schrotts mittels Lichtbogenerwärmung gewonnene schmelzflüssige Stahl wird durch Sauerstoffblasen innerhalb dieses Frischofens entkohlt, um einen schmelzflüssigen Stahl herzustellen.
Der Energiewirkungsgrad beim Einschmelzen des Schrotthaufens durch die Elektrode ist nicht niedriger als 95%. Im Verlauf des Schmelzens kommt jedoch das untere Ende der Elektrode in Kontakt mit einer Flüssigkeit (schmelzflüssigem Stahl), und über der Flüssigkeitsoberfläche ist kein ungeschmolzener Schrott mehr vorhanden. Es hat sich bestätigt, daß zu diesem Zeitpunkt der Energiewirkungsgrad auf weniger als 45% abfällt. Daher wird bei der vorliegenden Erfindung der Energiewirkungsgrad verbessert, indem man Elektroenergie verwendet, solange sich der feste Schrott in direktem Kontakt mit der Elektrode befindet, und Sauerstoff sowie einen fossilen Brennstoff, wenn der direkte Kontakt nicht mehr vorhanden ist.
Nach einem weiteren Verbesserungsverfahren wird, wenn der Schrott vorher im Zustand eines flachen Haufens durch Elektroenergie geschmolzen wird, der Anteil des Schrotts geschmolzen, der sich zuerst im Kontakt mit der Elektrode befindet, und auf diese Weise wird nur der Mittelteil des Schrotthaufens geschmolzen, um ein Loch zu bohren, und in diesem Zustand werden mindestens 40% des Schrotts durch Elektroenergie geschmolzen. Wenn das schmelzflüssige Metall, das man durch Schmelzen von mindestens 40% des Schrotts auf diese Weise erhält, eine Eigenwärme mit einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts aufweist, kann der Schrott innerhalb kurzer Zeit durch ein Masseschlackenschmelzverfahren geschmolzen werden, das vom Anmelder der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wird (japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2- 141 511), auch wenn der Schmelzvorgang in das Schmelzen mittels Sauerstoff und einem fossilen Brennstoff übergeht. Übrigens ist bestätigt worden, daß der Energiewirkungsgrad dieses Schmelzverfahrens im Vergleich zum Verfahren nach dem Stand der Technik eine Verbesserung um etwa 20% ergibt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur des Schrottschmelzofens deshalb auf einem Wert von nicht weniger als 1300ºC gehalten, weil der höchste Siedepunkt von Dioxin niedriger als 1300ºC ist und Dioxin bei zeitweiliger Erwärmung auf diese Temperatur thermisch zersetzt wird. Aus diesem Grunde ist die Temperatur auf nicht weniger als 1300ºC festgesetzt.
Der Grund für die Begrenzung der Staubkonzentration stromaufwärts vom Staubabscheider auf den Bereich von 40 bis 400 g/Nm³ ist der folgende. Wenn die Staubkonzentration niedriger als 40 g/Nm³ ist, kann das durch die thermische Zersetzung entstehende Dioxin nicht vollständig adsorbiert werden, und wenn andererseits die Staubkonzentration zu hoch ist, dann erhöht sich die Belastung eines Staubabscheidersystems einer Schmelzvorrichtung, und es entsteht wahrscheinlich ein Umweltverschmutzungsproblem. Da der Grenzwert eine Konzentration von etwa 400 g/Nm³ ist, wird der obere Grenzwert der Konzentration auf 400 g/Nm³ festgesetzt.
Die Temperatur des Abgases aus dem Schmelzofen beträgt 1300 bis 2500ºC und ist auf der Hochtemperaturseite manchmal höher als dieser Bereich. Der Grund dafür, daß der Staub im Abgas Dioxin adsorbieren kann, ist unter Umständen, daß bei hoher Temperatur Dioxin an dem im Staub enthaltenen Eisenpulver adsorbiert wird, da Dioxin ursprünglich ein verdampfbares organisches Material ist. Ferner besteht die Ansicht, daß ein Teil des organischen Materials sich auflösen und zusammen mit der Staubkomponente reagieren kann. Dabei kann Chlor sich mit H zu HCl verbinden.
Das dioxinhaltige Abgas enthält gleichzeitig ein organisches Gas, daß durch Vinylchlorid usw. entsteht. Die Arten des organischen Materials sind eine Kombination aus Benzol, Toluol, Xylol, Styrol, Naphthalin, Phosgen usw., die aneinander gebunden sind.
Diese Materialien können in dem vorliegenden Verfahren gleichzeitig mit der Entfernung von Dioxin entfernt werden, da ihr Siedepunkt nahezu gleich demjenigen von Dioxin ist.

BEISPIELE

Beispiel 1

Ein Drehtrommelofen (Drehrohrofen) mit einem Innendurchmesser von 1,5 m, einer Länge von 8 m und einem Neigungswinkel von 6,5º wurde mit einer oberen wassergekühlten Haube an einem 20t-Aufblaskonverter verbunden, und ferner wurde ein Schachtofen mit einem Innendurchmesser von 1,5 m und einer Füllkörperschichthöhe von 3,5 m an den oberen Abschnitt des Drehofens angeschlossen. In den Konverter wurde Sauerstoff mit etwa 1500 Nm³/h eingeblasen, wobei das schmelzflüssige Eisen mit dem vom Boden eingeblasenen Gas in Bewegung gehalten und gleichzeitig kontinuierlich Koks zugesetzt wurde, so daß der Schrott durch die Verbrennungswärme des Kokses geschmolzen wurde.
Das Abgas, das 50 bis 60% erzeugtes CO enthielt, strömte durch die obere wassergekühlten Haube und wurde in den Drehofen eingeleitet, und an einer Einlaßöffnung des Drehofens wurde ein Teil des CO-Gases durch Luft zu CO&sub2; verbrannt, so daß dadurch der Schrott vorgewärmt wurde.
Die Umdrehungszahl des Drehofens betrug etwa 2,5 U/min. und die Eintragsgeschwindigkeit des Schrotts in den Konverter betrug etwa 20 t/h. Im Bodenabschnitt des Schachtofens waren ein Feuerungsrost zum Eintragen einer konstanten Menge des vorgewärmten Schrotts und eine Einstoßvorrichtung zum Auskehren des Schrotts zum Drehofen angeordnet. Die mittlere Temperatur des Schrotts unmittelbar vor dem Eintrag in den Konverter betrug 300 bis 600ºC. Im Ergebnis betrug der spezifische Verbrauch an Kohlenstoffmaterial im Konverter etwa 120 kg/t im Vergleich zu etwa 175 kg/t im Falle ohne Vorwärmen.

Beispiel 2

Ein Drehtrommelofen (Drehrohrofen) mit einem Innendurchmesser von 1,5 m, einer Länge von 8 m und einem Neigungswinkel von 6,5º wurde mit einem 20t-Elektroofen verbunden, und ferner wurde ein Schachtofen mit einem Innendurchmesser von 1,5 m und einer Füllkörperschichthöhe von 3,5 m an den oberen Abschnitt des Drehofens angeschlossen. In dem Elektroofen erfolgte eine elektrische Erwärmung, und in Verbindung damit wurde Sauerstoff mit etwa 500 Nm³/h aus einer Bodenblasdüse und einer Aufblaslanze von außen in das schmelzflüssige Eisen eingeblasen, und gleichzeitig wurde kontinuierlich etwa 70 kg/t feiner Kohlenstaub zugesetzt, so daß der Schrott durch die elektrische Erwärmung und die Verbrennungswärme des Kohlenstoffmaterials geschmolzen wurde.
Das Abgas, das 50 bis 60% an erzeugtem CO enthielt, strömte durch die obere wassergekühlte Haube und wurde in den Drehofen eingeleitet, und an einem Einlaß des Drehofens wurde ein Teil des CO-Gases durch Luft zu CO&sub2; verbrannt, so daß der Schrott dadurch vorgewärmt wurde.
Die Umdrehungszahl des Drehofens betrug etwa 2,5 U/min. und die Eintragsgeschwindigkeit des Schrotts in den Elektroofen betrug etwa 20 t/h. Im Bodenabschnitt des Schachtofens waren ein Feuerungsrost zum Eintragen einer konstanten Menge des vorgewärmten Schrotts und eine Einstoßvorrichtung zum Auskehren des Schrotts zum Drehofen angeordnet. Die mittlere Temperatur des Schrotts unmittelbar vor dem Eintrag in den Konverter betrug 500 bis 800ºC, und am Auslaß des Schachtofens betrug die Temperatur 200 bis 400ºC. Als Ergebnis betrug der spezifische Elektroenergieverbrauch im Elektroofen etwa 200 kWh/t im Vergleich zu etwa 390 kWh/t im Falle ohne Vorwärmen.

Beispiel 3

Ein Drehtrommelofen (Drehrohrofen) wurde ebenso wie in Beispiel 2 mit einem 20t-Elektroofen verbunden, und an den oberen Abschnitt des Drehofens wurde ein Schachtofen angeschlossen. In dem Elektroofen erfolgte eine Lichtbogenerwärmung, und in Verbindung damit wurde Sauerstoff mit etwa 500 Nm³/h aus einer Bodenblasdüse und einer Aufblaslanze von außen in das schmelzflüssige Eisen eingeblasen, und gleichzeitig wurden kontinuierlich etwa 70 kg/t feiner Kohlenstaub zugesetzt, so daß der Schrott durch die elektrische Erwärmung und die Verbrennungswärme der Kohle geschmolzen wurde.
Das Abgas, das 50 bis 60% an erzeugtem CO enthielt, strömte durch die obere wassergekühlten Haube und wurde in den Drehofen eingeleitet, und an einem Einlaß des Drehofens wurde ein Teil des CO-Gases durch Luft zu CO&sub2; verbrannt, so daß der Schrott dadurch vorgewärmt wurde, und ferner wurde das Gas in den Schachtofen eingeleitet.
An dem Einlaß des Schachtofens wurde ein Teil des CO durch Luft zu CO&sub2; verbrannt, so daß der Schrott dadurch vorgewärmt wurde. Eine Hälfte des Schrotts wurde direkt in den Drehofen eingefüllt und kontinuierlich dem Schmelzofen zugeführt, wobei er auf 400 bis 600ºC vorgewärmt wurde. Der restliche Schrott wurde in den Schachtofen eingefüllt und anschließend durch den Drehofen unmittelbar vor Verarbeitungsbeginn der nächsten Charge in den Elektroofen eingetragen, nachdem der Schrott während des Betriebs des Elektroofens bei seinem Durchgang durch den Drehofen gewöhnlich auf 400 bis 600ºC vorgewärmt wurde.
Die Schmelzgeschwindigkeit des Schrotts betrug etwa 20 t/h, und der spezifische Elektroenergieverbrauch betrug etwa 200 kWh/t im Vergleich zu etwa 390 kWh/t im Falle ohne Vorwärmen.

Beispiel 4

Ein Drehtrommelofen wurde mit einer oberen wassergekühlten Haube eines 20 t-Elektroofens verbunden, und ferner wurde ein Schachtofen an den oberen Abschnitt des Drehofens angeschlossen. Im Elektroofen erfolgte eine elektrische Erwärmung, und in Verbindung damit wurde Sauerstoff mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 500 Nm³/h aus einer Bodenblasdüse und einer Aufblaslanze von außen in das schmelzflüssige Eisen eingeblasen, und gleichzeitig wurde kontinuierlich Kohlenstaub zugesetzt, so daß der Schrott durch elektrische Erwärmung und die Verbrennungswärme der Kohle geschmolzen wurde. Der Schrott wurde in den Schachtofen oder den Drehofen eingebracht und kontinuierlich von der wassergekühlten Haube aus in den Elektroofen eingetragen. Das erzeugte Abgas wurde nach dem Absaugen aus einer Abgaseinlaßöffnung, die an der Seitenwand der oberen wassergekühlten Haube angeordnet ist, und dem Durchfluß durch einen Gaskühler in einen Staubabscheider eingeleitet.

Beispiel 5

Nach dem Aufschichten von 100 t vorgewärmtem Schrott in einen 100-Tonnen-Elektroofen wurde eine Gleichstromelektrode von oben eingeführt, und nach der Schlackenbildung wurde mit dem Schmelzen des festen Schrotts begonnen. Der obere Teil des Schrotthaufens wurde geschmolzen und zum Absinken gebracht, und das schmelzflüssige Metall sammelte sich am Boden innerhalb des Elektroofens. Mit zunehmender Schmelzmenge des festen Schrotts nahm die Höhe des Schrotthaufens ab, und die Elektrode wurde mit abnehmender Schrotthöhe abgesenkt. Als etwa 60% des festen Schrotts eingeschmolzen waren und die Höhe des schmelzflüssigen Metalls allmählich anstieg, während der feste Schrotthaufen unter den Spiegel des schmelzflüssigen Metalls absank, wurde die Elektrode nach oben aus dem Ofen herausgezogen, und statt dessen wurde von oben eine Aufblaslanze eingeführt und Sauerstoff mit einem Durchsatz von 10000 Nm³/h eingeblasen. Vom Ofenabsatz aus wurden 40 kg Kohlenstoffmaterial zugesetzt. Das schmelzflüssige Metall wurde durch Verbrennung des Kohlenstoffmaterials mit Sauerstoff erwärmt, und der noch nicht geschmolzene feste Schrott am Boden innerhalb des schmelzflüssigen Metalls wurde vollständig eingeschmolzen. Danach wurde die Zufuhr des Kohlenstoffmaterials gestoppt, aber weiter Sauerstoff zugeführt. Als Ergebnis konnte ein schmelzflüssiger Stahl mit einer Kohlenstoffkonzentration von 0,03 erzeugt werden.

Beispiel 6

Der Betrieb wurde ebenso wie in dem oben beschriebenen Verfahren von Beispiel 5 ausgeführt, mit der Ausnahme, daß die Tiefe in der Mitte des Bodenabschnitts des 100-Tonnen-Elektroofens vergrößert wurde, 50 t des vorgewärmten Schrotts mit relativ kleiner Stückgröße auf dem so vertieften Bodenabschnitt aufgeschichtet und 50 t Schrott mit der gleichen Stückgröße um den ersteren herum zu einem flachen Haufen aufgeschichtet wurden.
Als etwa 55% des festen Schrotts zu schmelzflüssigem Metall eingeschmolzen waren, wurde die Elektrode aus dem Ofen nach oben herausgezogen, und statt dessen wurde aus einer Bodenblasdüse und einer Querblasdüse mit einem Gesamtdurchsatz von 2500 Nm³/h Sauerstoff eingeblasen, und aus der Querblasdüse wurden 40 kg Kohlenstaub zugesetzt. Das schmelzflüssige Metall wurde durch Verbrennung des Kohlenstoffmaterials mit Sauerstoff erwärmt, und der noch nicht geschmolzene feste Schrott am Boden innerhalb des schmelzflüssigen Metalls wurde vollständig eingeschmolzen. Danach wurde die Zufuhr des Kohlen- Stoffmaterials gestoppt, aber weiterhin Sauerstoff zugeführt. Als Ergebnis konnte ein schmelzflüssiger Stahl mit einer Kohlenstoffkonzentration von 0,03% erzeugt werden.

Beispiel 7

Der Bodenabschnitt eines 150-Tonnen-Elektroofens wurde in der Mitte vertieft. Nachdem 100 t vorgewärmter Schrott mit relativ kleiner Stückgröße in dem so vertieften Bodenabschnitt aufgeschichtet und 50 t des Schrotts mit relativ großer Stückgröße flach um den ersteren herum aufgeschichtet wurden, wurde nach der Schlackenbildung der Schmelzvorgang ausgeführt.
Nach dem Einschmelzen von etwa 40% des festen Schrotts wurde die Elektrode aus dem Ofen nach oben herausgezogen, und statt dessen wurde eine Aufblaslanze von oben in den Schmelzofen eingeführt und Sauerstoff auf die Oberfläche des Schmelzflüssigen Metalls geblasen, um FeO zu bilden und gleichzeitig die Temperatur zu erhöhen. Dann wurden aus einer Bodenblasdüse und einer Querblasdüse insgesamt 100 kg Kohlenstaub zugesetzt. Der noch nicht eingeschmolzene feste Schrott wurde vollständig eingeschmolzen, und als Ergebnis konnte innerhalb von 30 Minuten ein schmelzflüssiger Stahl mit einer Kohlenstoffkonzentration von 0,03% erzeugt werden.

Beispiel 8

Schmelzen und Entkohlen von Schrott wurden unter Verwendung von zwei 150t-Frischöfen ausgeführt, welche die gleiche Form hatten und an ihrem Boden mit einer Ofenbodenelektrode von 280 mmø · 2 Barren, einer Energiequelle mit einer Transformatorleistung von 100 MVA, einer Elektrode von 30 mmø und einer Sauerstoffaufblaslanze mit einer Sauerstoffeinspeisekapazität von 25000 Nm³/h ausgestattet waren.
Während das Einschmelzen des Schrotts durch Einführen der Elektrode in den Frischofen A ausgeführt wurde, wurde Sauerstoff in das schmelzflüssige Metall eingeblasen, das zuvor im Frischofen B eingeschmolzen wurde. Auf diese Weise wurden die Entkohlung bzw. Entphosphorung von einer Kohlenstoffkonzentration von 3,5% auf 0,1% bzw. von 0,05% auf 0,01% ausgeführt. Nach Beendigung des Schmelzens im Frischofen A wurde die Elektrode in den Frischofen B umgesetzt, und die Lanze vom Frischofen B wurde in den Frischofen A umgesetzt. Diese Vorgänge wurden abwechselnd in Abständen von 20 Minuten wiederholt, und als Ergebnis konnte eine Erzeugungsgeschwindigkeit für schmelzflüssigen Stahl von 450 t/h erreicht werden.

Beispiel 9

Die Wirkung des Experiments wurde durch einen Versuch bestätigt, bei dem die Dioxinkomponente absichtlich durch die folgenden Schritte gebildet werden kann: Einfüllen des Eisenschrotts in den Schmelzofen, der im Ofen auf 1300ºC gehalten wird, während der Schrott kontinuierlich auf eine Temperatur von 800ºC vorgewärmt wird, die in dem Temperaturbereich liegt, wo kein Schmelzen auftritt; Einblasen von Sauerstoff mit 15000 Nm³/h aus einer Aufblaslanze, Einbringen von 130 kg Kohle pro Tonne Metall und Einschmelzen des Schrotts mit 100 Tonnen/h.
Das Vorwärmen des Schrotts im Vorwärmer wurde durch Einleiten des erzeugten Abgases mit hoher Temperatur aus dem Schmelzofen in den Vorwärmer und ferner durch Verbrennen der CO-Komponente mit Entzündung (Sekundärverbrennung) ausgeführt. Das aus dem Vorwärmer austretende Abgas wurde in den Verbrennungsturm eingeleitet, und das Abgas wurde am Einlaß entzündet, um das Gas auf 800ºC zu erhitzen, so daß in dem Abgas enthaltenes Dioxin thermisch zersetzt und von dem Staub adsorbiert werden konnte. Dann wurde das Abgas durch einen Berieselungskühlturm schnell auf einen Temperaturbereich von 150 bis 200ºC abgekühlt, so daß die Dioxinkomponente nicht kristallisieren konnte. Der Staub, in dem die Dioxinkomponente adsorbiert und beim Durchgang durch den Trockenstaubabscheider durch den Sackfilter herausgefiltert wird, kann aufgrund der Temperatur aufgefangen werden. Im Hinblick auf den Energiewirkungsgrad wurde der Schmelzbetrieb durchgeführt, indem das Sekundärverbrennungsverhältnis im Ofen während des Schmelzens auf 60% gehalten wurde. Im Verbrennungsturm wurde das Abgas mit einen Sekundärverbrennungsverhältnis von 60% durch einen Zündbrenner verbrannt, der im Abgaseinlaß (im Bodenabschnitt des Verbrennungsturms) angebracht war, so daß der CO-Anteil im Abgas 50 ppm erreichte. Das Abgas wurde dabei durch die Verbrennungswärme auf 800ºC erhitzt.
Dann wurde Sprühwasser von einem an den Verbrennungsturm angrenzenden und mit diesem verbundenen Kühlturm auf das Abgas gesprüht, um das Abgas mit 150ºC/s abzukühlen, und in Verbindung damit wurde die Temperatur nach dem Abkühlen auf 150ºC gehalten, um eine Kondensation im Staubabscheider zu verhindern. Das Abgas wunde in einen Staubabscheider vom Trockenfiltertyp eingeleitet, während die Temperatur auf 150ºC gehalten wurde, und der Staub wurde aufgefangen. Der Verbrennungsturm kann den Wärmewirkungsgrad des Gesamtverfahrens verbessern, indem zwischen dem Verbrennungsturm und dem Wasserkühlturm eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung zur Rückgewinnung der Abgaswärme angeordnet wird. Wegen des Wärmerückgewinnungsprozesses ist es jedoch nicht wünschenswert, wenn innerhalb des Bereichs zwischen dem Auslaß des Verbrennungsturms und dem Auslaß des Wasserkühlturms wegen der Wärmerückgewinnungsvorrichtung die Gesamtabkühlungsgeschwindigkeit nicht im Bereich von 800 bis 10000ºC liegt, da der Reduktionsgrad der Dioxinkonzentration schlechter wird (die Regeneration von Dioxin nimmt zu). Das Experiment wurde mit verschiedenen Mischungsanteilen von 20 bis 60% Shredderschrott und 0 bis 50% schwerem Schrott ausgeführt, um die Dioxinkonzentration des erzeugten Abgases im Vorwärmer im Bereich von 50 bis 200 ng-TEQ/Nm³ zu variieren und das Verhältnis des enthaltenen Vinylchloridanteils (der Quelle der Dioxinkomponente) zur Gesamtmenge des in den Schmelzofen eingebrachten Schrotts zu variieren. Als Ergebnis betrug die Dioxinkonzentration im Abgas nach dem Durchgang durch den Trockenstaubabscheider 5 ng-TEQ/Nm³ im Vergleich zu der Konzentration von 100 ng-TEQ/Nm³ vor dem Staubabscheider, wenn der Verbrennungsturm und der Wasserkühlturm gemäß der Erfindung nicht verwendet wurden, und daher verringerte sich der Dioxinreduktionsgrad auf ein Zwanzigstel.
Im Vergleich dazu betrug im Falle der Verwendung der Verbrennungsturms und des Wasserkühlturms die Dioxinkonzentration im Abgas nach dem Durchgang durch den Trockenstaubabscheider 0,1 ng-TEQ/Nm³, wenn bei einer Beimischung von 20% Shredderschrottanteil und 60% schwerem Schrottanteil die Konzentration im Abgas am Einlaß des Verbrennungsturms 50 ng- TEQ/Nm³ betrug, und daher konnte der Dioxinreduktionsgrad ein Fünfhundertstel betragen. Ferner betrug infolge der Erhöhung der Verbrennungstemperatur im Verbrennungsturm und der Verbesserung der Abkühlungsgeschwindigkeit auf 2000ºC/s die Dioxinkonzentration im Abgas nach dem Durchgang durch den Trockenstaubabscheider 0,1 ng-TEQ/Nm³, wenn bei einer Beimischung von 60% Shredderschrottanteil die Konzentration am Einlaß des Verbrennungsturms 200 ng-TEQ/Nm³ betrug, und daher konnte der Dioxinreduktionsgrad ein Zweitausendstel betragen.

Beispiel 10

Das Abgas trat aus dem Vorwärmer mit 500 bis 600ºC aus, und im Kühlturm wurde die Temperatur vorzugsweise unter 100ºC abgesenkt, stärker bevorzugt unter 80ºC, und am stärksten bevorzugt wurde die Temperatur schnell unter 50ºC abgesenkt.
Die Abkühlung erfolgte durch indirekte Abkühlung, wobei Rohre mit kleinem Innendurchmesser (bis zu 10 mm) zur Rückführung des Kühlwassers um den Abgaskanal herum montiert wurden, oder das Wasser wurde von außerhalb des Abgaskanals auf die aus Stahl bestehenden Kleinrohre aufgesprüht. Der Vorzug der indirekten Kühlung ist, daß dadurch das Entfernen der im Kühlwasser gelösten Dioxinkomponente entfallen kann, das bei direkter Kühlung notwendig ist.

Beispiel 11

Während der Schrott ohne Vorwärmprozeß direkt in einen Schmelzofen eingefüllt wurde, dessen Innentemperatur auf 1300ºC gehalten wurde, wurde Sauerstoff aus einer Aufblaslanze mit einer Durchflußmenge von 15000 Nm³/h eingeblasen, Kohle wurde in einem Anteil von 130 kg/t Metall eingetragen, und der Schrott wurde mit einer Geschwindigkeit von 100 t/h geschmolzen. Das entstehende Abgas wurde durch einen Trockenstaubabscheider aufgefangen. Die Staubkonzentration stromaufwärts vom Staubabscheider wurde auf 40 g/Nm³ gehalten.
Als Ergebnis wurde Dioxin vor dem Durchgang durch den Staubabscheider adsorbiert, und der Staub wurde durch den Staubabscheider aufgefangen und gefiltert.

Beispiel 12

Während der Schrott ohne Vorwärmprozeß direkt in einen Schmelzofen eingefüllt wurde, dessen Innentemperatur auf 1500ºC gehalten wurde, wurde Sauerstoff aus einer Aufblaslanze mit einer Durchflußmenge von 10000 Nm³/h eingeblasen, Kohle wurde in einem Anteil von 120 kg/t Metall eingetragen, und der Schrott wurde mit einer Geschwindigkeit von 100 t/h geschmolzen. Das entstehende Abgas wurde durch einen Trockenstaubabscheider aufgefangen. Die Staubkonzentration stromaufwärts vom Staubabscheider wurde auf 200 g/Nm³ gehalten.
Als Ergebnis wurde Dioxin vor dem Durchgang durch den Staubabscheider adsorbiert, und der Staub wurde durch den Staubabscheider aufgefangen und gefiltert.

Vergleichsbeispiel

Der Schrott wurde nach einem Vorwärmprozeß, um den Schrott auf eine Temperatur von mindestens 800ºC vorzuwärmen, in einem Schmelzofen mit einer Geschwindigkeit von 100 t/h geschmolzen, indem aus einer Aufblaslanze Sauerstoff mit einer Durchflußmenge von 1000 Nm³/h aufgeblasen und Kohle in einem Anteil von 200 kg/t Metall eingetragen wurde. Das entstehende Abgas wurde durch den Trockenstaubabscheider aufgefangen. Die erzeugte Staubmenge betrug 15 g/Nm³, angegeben als Konzentration im Abgas vor dem Staubabscheider.
Als Ergebnis wurde das Abgas, da vor dem Durchgang durch den Staubabscheider nicht genug Dioxin von dem Staub adsorbiert wurde, weiter vollständig verbrannt und im Kühlturm schnell abgekühlt.

Beispiel 13

Da die Temperatur des aus dem Vorwärmer austretenden Abgases nicht weniger als 500ºC betrug, konnte die thermisch zersetzte Dioxinkomponente durch den Staub im Abgas adsorbiert werden. Daher wurde das Abgas direkt vom Vorwärmer in den Kühlturm eingeleitet. Im Kühlturm erfolgte die direkte Abkühlung mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 900ºC/s, und das resultierende Gas wurde 0,5 s lang abgekühlt, wobei die Gastemperatur von 500ºC auf 50ºC abfiel. Daher konnte die thermisch zersetzte Dioxinkomponente durch den im Abgas enthaltenen Staub adsorbiert werden.
Der Staub wurde durch den Sackfilter des Trockenstaubabscheiders filtriert.

Beispiel 14

Obwohl die Dioxinkomponente gewöhnlich im Vorwärmer entsteht und nachgewiesen wird, ist sie in bestimmten Fällen manchmal im Abgas des Schmelzofens aufgetreten (bei nicht weniger als 1300ºC). In der vorliegenden Ausführungsform war die Abgasbehandlungsanlage direkt mit dem Schmelzofen verbunden, um das Auftreten von Dioxin zu verhindern. Auf diese Weise wurde das Hochtemperaturabgas mit einem hohen Dioxingehalt schnell abgekühlt, und daher wurde Dioxin durch den Staub adsorbiert während die Regeneration von Dioxin verhindert wurde. So wurde der entstehende Staub gefiltert und aufgefangen.
Das Abgas wurde direkt aus dem Schmelzofen in den Kühlturm eingeleitet. Im Kühlturm erfolgte eine indirekte Abkühlung mit 900ºC/s, so daß die Abgastemperatur in 0,5 s von 500 auf 50ºC abfiel. Daher konnte die thermisch zersetzte Dioxinkomponente durch den im Abgas enthaltenen Staub adsorbiert werden.
Andererseits wurde der Schrott im Vorwärmer nach dem indirekten Vorwärmverfahren durch die Außenwand hindurch vorgewärmt.
Wie aus den obigen Beispielen hervorgeht, läßt sich erfindunsgemäß eine Energie- und Ressourceneinsparung erreichen, und das Vorwärmen, Einschmelzen und Entkohlen des Schrotts kann mit hohem Wirkungsgrad ausgeführt werden. Dementsprechend wird die vorliegende Erfindung eine enorme Auswirkung auf die Industrie haben.

Claims

1. Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott, bestehend aus einem Schrottschmelzofen, der mit vorgewärmtem Schrott als Hauptausgangsmaterial beschickt wird, einem Vorwärmer zum Vorwärmen von Schrott durch Einleiten von Abgas, das vom Schmelzofen erzeugt wird, und einer Abgasbehandlungsanlage zur Behandlung von Abgas nach dem Vorwärmen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrottvorwärmer ein Schachtofen ist, daß an der Unterseite des Schachtofens ein Drehofen so angeordnet ist, daß er eine Fortsetzung des Schachtofens bildet, und daß der aus dem Schachtofen ausgetragene Schrott, nachdem er den Drehofen mit konstantem Durchsatz durchlaufen hat, in den Schrottschmelzofen eingetragen wird.

2. Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott nach Anspruch 1, wobei an der Unterseite des Schachtofens eine Einstoßvorrichtung angeordnet ist, um den aus dem Schachtofen ausgetragenen Schrott in den Drehofen zu stoßen.

3. Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott nach Anspruch 1, wobei ein Feuerungsrost zum Einbringen des aus dem Schachtofen ausgetragenen Schrotts in den Drehofen an der Unterseite des Schachtofens angeordnet ist.

4. Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott nach Anspruch 1, wobei als Mittel zum Einleiten von Sauerstoff eine Lanze oder Winddüse im Schmelzofen angeordnet ist.

5. Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott nach Anspruch 1, wobei der Schmelzofen ein Elektroofen ist.

6. Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott nach Anspruch 1, wobei der Schmelzofen ein Sauerstoffaufblasofen ist.

7. Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott nach Anspruch 1, wobei in der Abgasbehandlungsanlage ein Verbrennungsturm zur Zersetzung von Dioxin im Abgas, ein Kühlturm zur Abkühlung eines Verbrennungsabgases und ein Staubabscheider vorgesehen sind.

8. Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott nach Anspruch 1, wobei der Staubabscheider ein Trockenstaubabscheider ist.

9. Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott nach Anspruch 1, wobei in der Abgasbehandlungsanlage ferner ein Abgasbehandlungsweg vorgesehen ist, durch den der Vorwärmer über einen Kühlturm direkt mit dem Staubabscheider verbunden ist, so daß das aus dem Vorwärmer ausgeströmte Abgas direkt behandelt wird.

10. Vorwärm- und Schmelzvorrichtung für Schrott nach Anspruch 1, wobei in der Abgasbehandlungsanlage ferner ein Abgasbehandlungsweg vorgesehen ist, durch den der Schmelzofen direkt mit der Abgasbehandlungsanlage verbunden ist, so daß das aus dem Schmelzofen austretende Abgas direkt behandelt wird.

11. Verfahren zum Vorwärmen und Schmelzen von Schrott unter Verwendung eines Abgases, das beim Schmelzen von vorgewärmtem Schrott als Hauptausgangsmaterial in einem Schmelzofen erzeugt wird, zur Gewinnung von schmelzflüssigem Eisen und Behandlung eines Abgases nach dem Vorwärmen, gekennzeichnet durch Einfüllen von Schrott von oben in einen Drehofen, der so angeordnet ist, daß er eine Fortsetzung des Schmelzofens bildet, und in einen Schachtofen, der so angeordnet ist, daß er eine Fortsetzung des Drehofens bildet, Zuführen des Abgases vom Schmelzofen von dessen Unterseite, Vorwärmen des Schrotts im Schachtofen, wobei eine Temperatur an einem Auslaß analer Unterseite des Schachtofens im Temperaturbereich unterhalb der Schmelztemperatur an der Schrottoberfläche gehalten wird, danach kontinuierliches Vorwärmen des Schrotts im Drehofen, wobei eine Temperatur an einem Auslaß des Drehofens in dem Temperaturbereich von nicht weniger als der Schmelztemperatur an der Schrottoberfläche gehalten wird, und Einbringen des Schrotts in den Schmelzofen.

12. Verfahren zum Vorwärmen und Schmelzen von Schrott nach Anspruch 11, wobei während der Abgasbehandlung das Abgas in dem Verbrennungsturm durch Verbrennung auf mindestens 800ºC und bis zu einer CO-Gaskonzentration von höchstens 500 ppm erhitzt wird und das Abgas weiter mit Wasser mit einer Geschwindigkeit von mindestens 800ºC/s auf den Temperaturbereich von 150 bis 200ºC abgekühlt wird, in dem sich das Abgas nach der Abkühlung in einem kondensationsfreien Zustand befindet.

13. Verfahren zum Vorwärmen und Schmelzen von Schrott nach Anspruch 11, wobei während der Abgasbehandlung nach dem Vorwärmen das aus dem Vorwärmer ausgeströmte Abgas in den Staubabscheider eingeleitet wird, nachdem das Abgas im Kühlturm bis auf höchstens 100ºC abgekühlt worden ist.

14. Verfahren zum Vorwärmen und Schmelzen von Schrott nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der mit dem Schmelzofenabgas aus einer vorhergehenden Charge vorgewärmte Schrott in einem Anteil von 30 bis 70% der gesamten Schrottmenge eingesetzt wird, nach dem Aufschichten des vorgewärmten Schrotts im Schmelzofen eine Elektrode in den Schmelzofen eingeführt und mit dem Schmelzen des Schrotts begonnen wird, wonach der restliche Schrott kontinuierlich aus dem Drehofen in den Schmelzofen eingetragen wird.

15. Verfahren zum Vorwärmen und Schmelzen von Schrott nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der schmelzflüssige Stahl durch die folgenden Schritte erzeugt wird: Beginn des Schmelzens des Schrotts nach dem Aufschichten im Schmelzofen, Herausziehen der Elektrode aus dem Schmelzofen, sobald der Schrott einen flachen Schmelzbadzustand erreicht bzw. mindestens 40% des Schrotts geschmolzen sind und ein oberes Ende des Schrotts unter der Schmelze im Schmelzofen verschwindet, danach Beginn des Einblasens von Sauerstoff aus einer Lanze oder Blasdüse anstelle der Elektrode, Einschmelzen des restlichen festen Schrotts unter Zugabe von Kohlenstoffmaterial, dann Unterbrechung der Kohlenstoffzufuhr und kontinuierliches Ausführen der Entkohlung durch Einblasen von Sauerstoff.

16. Verfahren zum Vorwärmen und Schmelzen von Schrott nach Anspruch 11 oder einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der ein organisches Material enthaltende Schrott, der auf einer Temperatur bis zu 100ºC gehalten wird, in den auf mindestens 1300ºC gehaltenen Schmelzofen eingebracht wird und ein aus dem Ofen ausströmendes Abgas in unverbranntem Zustand zurückgewonnen wird.

17. Verfahren zum Vorwärmen und Schmelzen von Schrott nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Staubkonzentration vor dem Staubabscheider der Abgasbehandlungsanlage 40 bis 400 g/Nm³ beträgt.