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Verfahren zur Verringerung des Schmelzkoksverbrauches beim Verhütten
von mit Zuschlägen vermischten Eisenerzen und Hochofen zur Ausführung des Verfahrens
Das Patent 68o -238 schützt ein Verfahren zum Verhütten von mit festem Brennstoff
und Zuschlägen vermischten Eisenerzen im Hochofen, in den ein Teil der erforderlichen
Reduktions- und Schmelzwärme in Form von in einem dem Hochofen vorgeschalteten Verbrennungsraum
erzeugten, Gasen eingeführt wird. Bei diesem Verfahren wird im vorgeschalteten Verbrennungsraum
ein beliebiger Brennstoff (Erstbrennstoff) mit überschüssigem kaltem oder vorgewärmtem
Sauerstoff oder mit sauerstoffangereicherter Luft in Anwesenheit von Wasserdampf
restlos zur vollständigen Verbrennung gebracht, und die hierbei entstehenden, aus
Kohlendioxyd, Wasserdampf, Sauerstoffüberschuß und gegebenenfalls etwas Stickstoff
begtehenden heißen Verbrennungsgase werden in das Gestell des Hochofens eingeführt,
wo sie sich mit dem glühenden Brennstoff zu Kohlenoxyd und Wasserdampf umsetzen,
wobei die Reduktion des Erzes den Gleichgewichtsbedingungen entsprechend teils durch
den festen Kohlenstoff (unmittelbare Reduktion), teils durch das Kohlenoxyd und
den Wasserstoff (mittelbare Reduktion) erfolgt.
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Es ist bekannt, daß der Verlauf der Verhüttung durch Veränderung des
Verhältnisses der mittelbaren und der unmittelbaren Redukiion beeinflußt werden
kann, indem bei Verschiebung dieses Verhältnisses nach der mittelbaren Reduktion
hin die Verhüttung einen, günstigeren Verlauf nimmt. In dieser Beziehung stellt
das Verfahren gemäß dem Hauptpatent bereits einen erheblichen Fortschritt dar, die
unmittelbare Reduktion hat aber dort noch immer eine ziemlich bedeutende Rolle.
Die
Erfindung bezweckt nun, das Verfahren gemäß dem Hauptpatent in dieser Richtung weiterzuentwickeln,
damit die Erzreduktion fast auschließlich im Wege der mittelbaren Reduktion durch
Kohlenoxyd vor sich gehen soll. Zu diesem Zwecke werden gemäß der Erfindung außer
den in das Gestell des Ofens eingeführten Gasen in die Rast oder den Schacht des
Ofens gleichfalls Gase eingeführt, die mindestens zu 5o0/, reduzierend sind und
insbesondere aus Kohlenoxyd bestehen und die durch unvollkommene Verbrennung eines
beliebigen Brennstoffs (Erst-brennstoff) mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter
Luft in einem besonderen, dem Hochofen gleichfalls vorgeschalteten Verbrennungsraum
auf eine in den Bereich der mittelbarenErzreduktion fallende Temperatur erhitzt
worden sind. Durch Regelung der dem Erstbrennstoff zugesetzten Sauerstoffmenge kann
die Temperatur des Verbrennungsgasgemisches je nach - Bedarf innerhalb
weiter Grenzen geregelt wer-den.
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Der Erstbrennstoff kann beliebiger Beschaffenheit sein, doch sind
gasförmige Brennstoffe vorzuziehen. Als solche kommen vor allem die eigenen Gichtgase
des Hochofens in Betracht. Es können aber auch feste Brennstoffe, wie minderwertige
Kohlenarten, Torf, Sägespäne u. dgl., ferner flüssige Brennstoffe, wie
Öl, Teer, verwendet werden.
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Bei einem Hochofen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird - außer den am Umfang des Gestells angeordneten ZD und in dieses einmündenden
Brennern nach dem Hauptpatent - zweckmäßig am Umfange der Rast oder des Schachtes
eine zweite Brennerreihe ähnlicher Bauart arigeordnet, deren Brenner mit in die
Rast oder in den Schacht einmündenden Flammdüsen versehen sind.
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Es ist bereits bekannt, am Schachtumfang eines dem Hochofen nachgeschalteten
und zur Veredelung der Gichtgase dienenden Ofens Einführungsstellen für die Gichtgase
vorzusehen. Diese Einführungsstellen sind aber nicht als Bremier wie beim Erfindungsgegenstand,
sondern als Düsen ausgebildet, durch welche die Gichtgase unverbrannt hindurchströmen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung wird an Hand eines Beispiels näher
erläutert.
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Das als Erstbrennstoff verwendete Gas soll folgende Zusammensetzung
haben:
CO . ........... #,01/" |
CO ........... 65,ol/" |
H . ............ 27,0'1" |
cil . .......... 0,5'/o, |
N . ............ 2,50/" |
100,0010. |
Zur vollkommenen Verbrennung von ioo m3 Gas obiger Zusammensetzung wäre leine Sauerstoffmenge
von 47,5 m3 erforder--lich; die Temperatur des hierbei entstehen-,Z "!,p Verbrennungsgasgemisches
würde theo-- #tisch etwa 4000'
C erreichm. Wird aber zur Verbrennung von
ioo in3 Gas eine Sauerstoffmenge von nur
7 m3 herangezogen, durch welche
voraussichtlich nur ein Teil des im Gas enthaltenen Wasserstoffes, welcher die größteVerbrennungsgeschwindigkeithat,
verbrannt wird, so erhält man ein Verbrennun-,-sgasg,emi;sch von etna iooo'C und
folgender Zusammensetzung:
CO . ........... 5,011,' |
CO ........... 65,011/0, |
H . ............ 13,0'1" |
H.0 .......... 14,0'/o, |
Cil . .......... 0,504, |
N2 ............ 2,5 'J" |
100,0110. |
Dieses Gasgemisch befindet sich hinsichtlich,der Zusammensetzung undder Temperatur
in einem für die mittelbare Reduktion sehr günstigen Zustande und entspricht somit
dem Zweck der Erfindung. Wird dieses Gasgemisch in die Rast oder in den Schacht
des Hochofens eingeführt, so schließt es sich jenen, Gasen an, welche aus dem Gestell
aufwärts strömen und die bei der in der Rast oder im Schacht herrschenden Temperatur
fast auschließlich aus Kohlenoxyd und Wasserstoff bestehen. Hierdurch wird die Anreicherung
des Kohlenoxyds noch weiter erhöht, und dementsprechend wIrd sich das Verhältnis
CO : CO, in der Zone der mittelbaren Reduktion auf den bestmöglichen Wert
einstellen. Das Ergebnis ist, daß die Erzreduktion fast ausschließlich durch mittelbare
Reduktion erfolgt und in das Gestell nur bereits reduziertes Eisen und in kleinem
Maße vollkommen vorbereitetes Erz gelangt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist neben den auch beim Verfahren
gemäß dem Hauptpatent erzielten und den bereits angeführten Vorteilen noch folgende
praktische Vorteile auf: Nachdem die mittelbare Erzreduktion größtenteils ausgeschaltet
ist, wird im teueren Koks oder in der teueren Holzkohle gegenüber dein Verfahren
gemäß dem Hauptpatent eine weitere Ersparnis erzielt. Ferner wird die Erzreduktion
beschleunigt und werden günstigere Reaktionsbedingungen geschaffen.
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Gegenüber den bekannten ähnlichen Verfahren wird eine bedeutend kleinere
Gasmenge im Umlauf gehalten, wodurch die Gebläsearbeit herabgesetzt und eine Sauerstoffersparnis
erzielt wird.
Beim Verfahren gemäß dem Hauptpatent steht im Hochofen
zur Vorbereitung des Erzes nur eine ganz kleine GasmeUge, zur Verfügung, und demnach
können z. B'. bei Ver-' arbeitung von nassen Erzen Schwierigkeiten, auftreten. Durch
das Verfahren gemäß derb Erfindung wird auch dieser gegebenenfalls auftretende Nachteil
behoben, indem die Vorbereitung des Erzes durch das in eine höhere Zone des Hochofens
eingeführte Gasgemisch - unter sehr günstigen Bedingungen - erfolgt.
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Der Vollständigkeit halber wird noch darauf hingewiesen, daß Verfahren'
bereits bekannt sind, bei welchen versucht wurde, die Erzreduktion durch Einführung
von Kohlenoxyd in den Hochofen zu fördern, die aber in dieser Beziehung zu keinem
nennenswerten Ergebnis führten. Gemäß. einem Vorschlag versuchte man das einzuführende
Kohlenoxyd in einem Gasüberhitzer auf die entsprechen-de ,Temperatur zu bringen,
was aber aus wirtschaftlichen und anderen praktischen Gesichtspunkten mit Rücksicht
auf die erforderlichen großen Gasmengen und hohen Einführungstemperaturen nicht
zweckdienlich war. Gemäß einem anderen Vorschlag wurde das ganze Gichtgasgemisch
des Hochofens nach Entfernung des Kohlensäuregehaltes in die Gestellzone des Hochofens
zurückgeführt, wobei ein Teil des.Gases vor der Einführung in den Hochofen mit Sauerstoff
v6brannt wurde, um nach der theoretischen Berechnung ein aus 76,5 1/,
C 0 und :23,5 % C 02 bestehendes Gasgernisch von i7oo ' C zu
erhalten. Mittels dieses Gasgemisches geht die Erzreduktion theoretisch nach der
folgenden Gleichung vor sich: 9 F, 03 + 88 C 0 + 27 C + 27 C 0,
18 Fe + 115 C 0 + 27 C O#. Hieraus folgt, daß das CO von 1700'
C nur die Aufgabe hat, unter Aufrechterhaltung einer reduzierenden Atmosphäre
seine fühl-
bare Wärine im Hochofen abzugeben, während die Erzreduktion selbst
- in vollem Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren - nur unmittelbar
durch den festen Kohlenstoff erfolgt, derart, daß der Kohlenstoff mit dem Sauerstoff
des, Erzes zu CO
verbrannt wird.
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Es wird schließlich darauf verwiesen, daß auch ein Verfahren bekannt
ist, bei welchem in den Hochofen, gegebenenfalls in die höheren, Zonen desselben,
mit dem Wind oder neben dem Wind vornehmlich kohlensäurehaltige Gase eingeführt
werden, wobei der Wärmeausfall durch Erhöhung der Windtemperatur oder Vorerhitzung
der zugeführten Gase ersetzt wird. Das Verfahren gemäß der Erfindung unterscheidet
sich von diesem bekannten Verfahren darin, daß nach dem ersteren der Hochofen ohne
Windzufuhr arbeitet und den höheren Zonen des Ofens vornehmlich reduzierende Gase
zugeführt werden.
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Die oben angeführten und anderen ähnlichen Verfahren unterscheiden
sich von dem erfin,dungsgemäßen Verfahren auch darin, daß das letztere eine weitere
Ausbildung des Verfahrens gemäß dem Hauptpatent darstellt, also voraussetzt, daß
in das Gestell des Hochofens ein in dem Hauptpatent gekennzeichnetes Gasgemisch
gelangt.