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Verfahren zur Herstellung von Roheisen Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf die Herstellung von Roheisen in Hochöfen und insbesondere auf Verfahren,
bei welchen vorzugsweise j mit Sauerstoff angereicherter Gebläsewind stetig in den
llochofen eingeblasen wird.
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l?s ist bekannt, beim normalen Hochofenbetrieb das \'erblaseti in
einer einzigen Formebene des Hochofens durchzuführen, wobei ein `Find von veränderlicher
Temperatur und auch von veränderlicher chemischer Zusammensetzung je nach Art des
Nföllers, der Art des zu gewinnenden Roheisens und der jeweiligen, in den Hochöfen
zusammen mit den Erzen eingeführten Brennstoffmenge eingeblasen wird. Die Regelung
des Hochofen-Banges geschieht dabei durch eine richtige Abstimmung dieser verschiedenen
Faktoren aufeinander. So kann man z. 13.. wenn (las Rolleisen zu heiß ist, was u.
a. einen zu hohen Gehalt an Silicium zur Folge haben kann, entweder die Temperatur
des Gebläsewindes oder die Koksbegichtung vermindern. Umgekehrt kann man die Temperatur
oder die Reaktionswärme des zu erblasenden Roheisens erhöhen, indem man die Temperatur
des Gebläsewindes oder die Koksbegichtung erhöht. In dem einen und in dem anderen
Fall ist die Verteilung der Temperaturen im Hochofen abhängig von der gewählten
Art der Beeinflussung.
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Es ist bekannt, daß das Einblasen von Sauerstoff durch die normalen
Hochofendüsen als Hilfsmittel bei unvorhergesehenen Schwierigkeiten, im Falle des
Hängehbleibens sowie als Mittel zur Beschleunigung des Hochofenganges und zur Veränderung
der Verteilung der Temperatur in der Beschickung verwendet worden ist. Für einen
bestimmten Möller
kann jedoch die Erhöhung des Sauerstoffgehaltes
des Gebläsewindes nicht sehr groß sein wegen der Abkühlung der Beschickung oberhalb
der Schmelzzone und der Gefahr des Hängenbleibens und der sich daraus ergebenden
Betriebsstörungen.
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Die Anreicherung des Gebläsewindes mit Sauerstoff gestattet zwar eine
Verringerung der zur Bearbeitung einer gegebenen Erzgicht erforderlichen Koksmenge,
aber infolge der dieser Anreicherung wegen der obenerwähnten Nachteile gesetzten
Grenzen, war diese Verringerung bis jetzt nur in sehr geringem Maße möglich und
rechtfertigte die Verwendung von sauerstoffangereichertem Gebläsewind bei ununterbrochenem
Verblasen nur in ganz besonderen Fällen, in welchen die Betriebsbedingungen sehr
schwierig oder umständlich waren, z. B. in dem Falle, wo die Koksbegichtung sehr
hoch sein mußte oder wenn das Möllerausbringen sehr gering war.
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Es ist andererseits bekannt, daß gewisse Hochofengänge bzw. Arbeitsabläufe,
bei welchen die Schlackenmenge gegenüber der Gesamtbeschickung gering ist, durch
die übermäßige Erwärmung der oberen Zone des Ofens und der Gichten sehr erschwert
worden sind, da die übermäßige Erwärinung starke Veränderungen der Konstruktion
des Ofens und eine umständliche und schwierige Aufarbeitung der Beschickung bedingt,
wenn matt die Sicherheit eines ungestörten Betriebes haben will.
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So werden gewisse schwach basische Erze aus dem Osten Frankreichs
mittels starker Zuschläge von Kalkstein oder kalkgängigen Erzen zur Bildung eines
Möllers von geringerem Ausbringen verwendet, oder sie werden in einem sogenannten
sauren Möller in normalen Hochöfen auch jetzt noch nur unter ganz besonderen, umständlichen
und ziemlich unsicheren Betriebsbedingungen angewandt.
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Es ist-außerdem bekannt, daß die Temperatur und die chemische Zusammensetzung
des in einem Hochofen erschmolzenen Roheisens mit sofortiger Nt'irkung beeinflußbar
ist, wenn man durch die Winddüsen oder in der Höhe derselben Wasser, weint auch
in geringen Mengen, in flüssiger Form oder in Dampfform einführt, cla dies eine
Verringerung der Temperatur des bearbeiteten Roheisens zur Folge hat.
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Es ist weiterhin bekannt, daß es grundsätzlich möglich ist, in den
Hochofen durch die normalen Windformen oder in der Höhe derselben einen gasförmigen,
flüssigen oder pulverförmigen Brennstoff einzuführen, um dadurch die Begichtung
mit Koks vermindern zu können.
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Außer diesen im Hochofenbetrieb mit einer einzigen Windformebene bekannten
Verfahren werden Hochöfen manchmal mit einer zweiten Windformebene, den sogenannten
Notwindformen, ausgerüstet, die im Falle des Hängens der Gicht in Wirkung treten.
Die Verwendung solcher Notwindformen geschieht daher nur für bestimmte Zwecke, obgleich
man sie in einigen besonderen Fällen gleichzeitig mit den normalen Windformen zur
Erhöhung der Gesamtmenge des Gebläsewindes verwendet hat, ohne daß dabei ein Nvesentlicher
Unterschied zwischen dem in der einen oder in der anderen Formebene eingeblasenen
Wind bestand.
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Endlich sind auch Hochöfen mit kontinuierlicher Gebläsewindzuführung
in zwei Formebenen und verschiedener Zusammensetzung des in der einen und in der
anderen Ebene zugeführten @Vindes in Gebrauch. In den meisten F <illeti war dieses
Einblasen in zwei Formebenen mit der Absicht verbunden, die #.'#'iedergewinnung
einer großen Gasmenge zu ermöglichen, indem nian beispielsweise in der unteren Formebene
einen sauerstoffangereicherten Wind und in der oberen Formebene einen Wind mit geringerem
Sauer@;toffgehalt als dem der Normalluft eingeblasen hat, so <iaß dem Hochofen
insgesamt ein Wind zugeführt wurde, dessen durchschnittlicher Sauerstoffgehalt der
Normalluft elitsprach oder auch, daß inan in der oberen Windform ein neutrales oder
Reduktionsgas eingeblasen hat. Das Verfahren des Verblasens in zwei Formebenen wurde
manchmal auch dazu angewandt, utn ein Gichtgas mit einer bestimmten, für eine besondere
industrielle Ver\vertung geeigneten chemischen Zusammensetzung zti erhalten. Ztt
diesem Zweck werden durch die Wirdfornien einer höheren Ebene Stoffe eingeführt,
die auf die inn Ofen aufsteigenden heißen Gase einwirken. uni die bei dem jeweiligen
Hochofenprozeß gewünschten Gase zu erhalten.
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Schließlich ist nochbekannt, daß das Durchströmen des Gebläsewindes
durch die Beschickung Schwierig-' ketten bietet, wenn man die Menge pro Zeiteinheit
durch Anreicherung mit Sauerstoff verringert. Um diesem Übelstand abzuhelfen, wurde
beispielsweise in der Zeitschrift »Stahl und Eisen« vom 17. Juli 1941, Seite
699, vorgeschlagen, den Windeintritts-! querschnitt zu vergrößern, indem inan zwischen
und über den normalen Windformen zusätzliche Windformen anordnet. In diesem Falle
hat man aber in Wirklichkeit nur eine einzige Formebene und es ist noch_niemals
vorgeschlagen worden, Find von verschiedenen Eigenschaften durch verschiedene, übereinanderliegendeWindfornigruppen
einzublasenund dabei verschiedenartige Anwendungsformen in einem Svstem zu vereitligetl.
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Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren zum Betrieb eines Hochofens
zuni Gegenstand, hei j welchem in mindestens zwei unterhalb des Kohlen-Sackes des
Hochofens angeordnete Windformebenen Wind kontinuierlich eingeblasen wird, dadurch
gekennzeichnet, daß der in der einen Formebene eitlgeblasene Wind einen Gehalt an
Sauerstoff von etwa 21"/o oder mehr, dagegen der in der anderen Formebene eingeblasene
Wind einen höheren Sauern stoffgehalt aufweist, und (las (lern 1Vind in der einen
Formebene eine bestimmte NIetige Wasserdampf, während dein Wind in der anderen Formebene
eitle größere Menge Wasserdampf zugesetzt wird, wobei die Temperatur des Windes
in den einzelnen Forniebenen verschieden groll ist.
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Der Betrieb mit zwei Windformebenen gestattet nun. die bisherigen
mit denn Einblasen von Sauerstoff verbundenen Nachteile auszuschalten.
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Die Regelung des Hochofengatiges geschieht in
der
Tat dadurch, daß inan entweder die in jeder Windformebene jeweils eingeblasenen
zum Vergleich stehenden Windmengen beeinflußt oder auf die Zusammensetzung dieser
Winde selbst einwirkt. Normalerweise ist der Sauerstoffgehalt des durch die tiefer
gelegenen Formen eingeblasenen Windes höher als der des durch die höher gelegenen
Windformen geblasenen Windes. Eine Einwirkungsmöglichkeit auf die Zusammensetzung
des Gebläse-Nvindes besteht entweder darin, daß man den Sauerstoffgehalt mindestens
eines dieser Winde verändert oder daß man die potentielle Wärme dieser Winde verändert.
Diese Veränderung der potentiellen Wärme ist entweder durch Veränderung der Windtemperatur
oder durch Zusatz eines Windes aus einer im Hochofen sich zersetzenden Wasserstoffverbindung
möglich, wie z. B. Wasser in flüssiger Form oder in Dampfform, oder durch Hinzufügen
von Wasserstoff- und kohleiistoffreichen Stoffen, z. 13. bekannte flüssige oder
pulverfö rinige. fiste l3renilstoffe. Dieses I?inbringen von flüssigen, gasf<irniigeli
oder festen Brennstoffen kann weiter dazu dienen, gegenüber der normalen. für das
zu behandelnde I:rz erforderlichen JIenge Koks eine geringere Koksbegichtung zli
ermöglichen und auch während des Arbeitsprozesses eine eingebrachte unzureichende
hokshegichtung auszugleichen.
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Die durch das erfindungsgemäße Verfahren gebotenen Regelmöglichkeiten
gestatten außerdem das Einbringen verschiedener, zur Beeinflussung des Ifochofenganges
geeigneter Zuschläge in den Hochofen selbst, wie z. B. solcher, die auf das Roheisen,
die Schlacke oder ihre wechselseitigen Reaktionen chemisch einwirken, beispielsweise
Natrium- oder Calciumsalze oder auch metallische oder metallfiihrende Zuschläge,
die geeignet sind, die Zusammensetzung des zu erblasenden Roheisens zu beeinflussen,
wie z. 13. inangan- oder titanlialtige Zuschläge.
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Der Zusatz von Wasser und von Wasserstoffverbindungen gemäß der Erfindung
kann entweder durch die Düsen erfolgen, wobei das Wasser oder die erwähnten Verbindungen
von der Gebläseluft mitgeführt werden oder durch besondere Windformen oder ähnliche
Vorrichtungen, die sich in der Höhe jeder Formebene befinden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die am höchsten liegende
Formebene, sowohl allgemein als auch im Sonderfall, als die normale Forinehene und
die tiefer gelegene Formebene oder Formebenen als die für die Regelung der Herstellungsbedingungen
des Roheisens bestimmte Windforen betrachtet werden.
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Bei in diesem Zusammenhang durchgeführten Untersuchungen wurde festgestellt,
daß der chemische und physikalische Zustand des Roheisens sehr empfindlich gegenüber
Veränderungen der Blasverhältnisse in der unteren Formebene ist. Das erfindungsgemäße
Verfahren gestattet daher eine sehr rasche F.iinvirkung zur beliebigen Berichtigung
dieses Zustandes durch einfache Veränderung der Menge des eingespritzten Wassers
bzw. der Wasserstoffverbitidnngen oder des Sauerstoffgehaltes der in der erwähnten
unteren Formebene eingeblasenen Gebläseluft.
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Die gleichzeitig mit der Gebläseluft in jeder Formebene einzuführenden
Mengen an Wasser oder Wasserstoffverbindungen, sowie die Veränderung dieser Mengen
im Verlauf des Betriebes hängen von mehreren Faktoren ab, @u. a. von der Temperatur
und dein Sauerstoffgehalt des Gebläsewindes, von der Zusammensetzung der Beschickung,
von der Brentistoffbegichtung, und müssen für jeden besonderen Fall auf empirischen
Wege ermittelt werden, unter Berücksichtigung des Umstandes, daß jede Erhöhung der
eingespritzten Wassermenge die Temperatur des Roheisens vermindert und umgekehrt
und daß jede Einspritzung von Brennstoff die Temperatur in der Höhe der Blasebene
verringert und sie in den höheren Bezirken erhöht.
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,11s Beispiel kann der Fall des Hochofens angeführt werden, der mit
zwei Formebenen ausgerüstet ist, die in einem Abstand von 1,5 m übereinander
angeordnet sind und der für die Erzeugung eines Roheisens betrieben wird, für welche
ünter normalen Blasverhältnissen mit einer einzigen Formebene die Temperatur des.
Gebläsewindes doo° C sein würde. Beim Betrieb des Hochofens gemäß der Erfindung
verwendet man einen Wind von 700° C mit einem Sauerstoffgehalt voll 210/0 in der
oberen Formebene und von 46% in der unteren Formebene, indem man in den Ofen in
der oberen Formebene etwa 13 kg Wasserdampf je looo cbm Gebläseluft und in der unteren
Formebene etwa 3 kg Wasserdampf je tooo cbm Gebläseluft einspritzt, unter genauer
Regelung der Temperatur des zu erblasenden Roheisens durch geringe Veränderungen
der letzterwähnten Menge. Auf diese Weise lassen sich, insgesamt gesehen, die wirtschaftlichsten
Betriebsbedingungen erzielen. Man kann auch sehr schnell irgendwelche Unregelmäßigkeiten
korrigieren, die gegebenenfalls imHerstellungsgangauftr:ten oder sofortigeKorrekturen
des physikalischenZustandes oder der chemischen Zusammensetzung des Roheisens vornehmen.
So ist es möglich, durch eine Erhöhung der gleichzeitig mit der Luft in der unteren
Formebene eingeführten Dampfmenge in der Höhe der erwähnten Formebene einen Rückgang
der theoretischen Verbrennungstemperatur um einige hundert Grad zu bewirken, in
weniger als einer Viertelstunde eine Verminderung in der Größenordnung von 0,3o
des Siliciumgehaltes des Roheisens, begleitet von einer Erhöhung ihres Schwefelgehaltes,
in der Größenordnung von o,15 zu erzielen. Eine Verminderung der Wassermenge würde
analog zu einer Erhöhung des Gehaltes des Roheisens an Silicium und zu einer Verminderung
seines Gehaltes an Schwefel führen.