DE930930C

DE930930C - Verfahren zum Betrieb eines Schachtofens mit hochkonzentriertem Sauerstoff

Info

Publication number: DE930930C
Application number: DEK3656A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr Ing E H Koppenberg; Werner Dr Wenzel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-06-10
Filing date: 1950-06-10
Publication date: 1955-07-28

Description

Verfahren zum Betrieb eines Schachtofens mit hochkonzentriertem Sauerstoff Der Stand der Technik hinsichtlich der Verwendung hochkonzentrierten Sauerstoffs in einem Schachtofen ist durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet: i. Die Vergasung von Brennstoffen gelingt außer mit Luft mit allen sauerstoffhaltigen Medien bis zu den höchsten Sauerstoffkonzentrationen, wenn man dem Sauerstoff Wasserdampf oder Kohlensäure oder Gemische beider beifügt; 2. die Verhüttung von Eisenerzen und anderen Metalloxyden im sauerstoffbetriebenen Schachtofen läßt sich ohne Schwierigkeiten durchführen, wenn der Sauerstoffgehalt im Wind nicht über etwa 35'/o ansteigt.
Verwendet man Wind mit höheren Sauerstoffgehalten, so treten schwere Störungen in den Schachtöfen auf, die in der Hauptsache charakterisiert sind durch starke Hängeerscheinungen und durch mangelnde Windannahme des Ofens.
Die durch diese Tatbestände gegebene Situation bedeutet eine Begrenzung der Verhüttungsprozesse auf Sauerstoffkonzentrationen bis höchstens etwa 35 %, wenn man nicht beträchtlicheBetriebsuns@icherhei:ten in Kauf nehmen will. Diese Begrenzung ist in vielen Fällen ein erheblicher Nachteil, z. B. kann das Gichtgas ebnes mit so niedrigprozentigem Sauerstoff betriebenen Verhüttungsschachtafens wegen seines hohen Stickstoffgehaltes nicht als Synthesegas oder als Stadtgas Verwendung finden.
Durch die Nutzbarmachung der Kenntnisse, die den Inhalt dieser Erfindung ausmachen, und die die Ursache der Schwierigkeiten. beim Betrieb von Verhüttungsschachtöfen mit hochkonzentriertem Sauerstoff aufgeklärt haben, ist es möglich, derartige Schachtöfen ohne die genannten Schwierigkeiten mit Sauerstoff jeden Stickstoffgehaltes bis zum Reinsauerstoff zu betreiben.
Es wurde festgestellt, daß mit steigender Sauerstoffkonzentration im Wind die im Gestell des Ofens ohne besondere Gegenmaßnahmen aufretenden Verbrennungstemperaturen sehr stark ansteigen. Bei Verwendung reinen Sauerstoffes liegen diese Temperaturen erheblich oberhalb 3000°. Dies hat zur Folge, daß bei einem mit derartig hohen Sauerstoffkonzentrationen betriebenen Schachtofen die Gestelltemperaturen über die Verdampfungstemperaturen der Schlackenbestandteile ansteigen. Es ist bekannt, daß z. B. der Dampfdruck- der Kieselsäure bei 2200°, der der Tonerde bei 2700° und der des Kalks bei, 285o° eine Atmosphäre erreicht. Da es sich bei den technischen Schlacken ständig um Mischungen dieser Bestandteile unter Umständen mit noch anderen Metalloxyden handelt, sind die Temperaturen des Verdampfungsbeginns der Schlacken etwas höher als die der reinen Stoffe. Immerhin ist damit zu rechnen, daß beim Überschreiten der Gestelltemperatur von 2300 bis 2500° je nach der Schlackenzusammensetzung eine erhebliche Verdampfung von Schlackenbestandteilen eintritt. Dies hat zur Folge, daß die verdampften Oxyde zum großen Teil wenig oberhalb des. Gestells, wo die Temperatur der Möllerbestandteile unterhalb dar betreffenden Siedepunkte liegt, sich wieder abscheiden. Ein Teil allerdings verbleibt nebelförmig im Gichtgas und konnte auf diese Weise in den Gichtgasen derartig beträebener Schachtöfen festgestellt werden. Da die Erstarrungspunkte der Schlackenbestandteile nahe bei den Verdampfungstemperaturen liegen, wird ein großer Teil der aus der Gasphase abgeschiedenen Schlackenbestandteile oberhalb des Gestelles in fester kristallinischer Form ausgeschieden. Dies führt dazu, daß die Gaswege eingeengt und schließlich völlig. abgedichtet werden, so daß der Druck, unter dem der Wind in den Ofen eingeblasen wird, erheblich ansteigt und der Ofen schließlich überhaupt kennen Wind mehr annimmt. Des weiteren wird durch die Verkittung der Möllerbestandteile mit aus der Dampfphase auskristallisierten Schlackenbestandteilen dicht oberhalb der Verbrennungszone .im Gestell ein .Gewölbe herausgebildet; das den Ofen zum Hängen bringt.
Diese zunächst theoretisch abgeleiteten Erkenntnisse sind nun in voller Übereinstimmung mit den an verschiedensten Stellen beim Betrieb von Verhüttungsschachtöfen mit hochkonzentriertem Sauerstoff aufgetretenen Erscheinungen. Es fehlte bisher lediglich an einer ausreichenden Erklärung hierfür, so daß die notwendigen Maßnahmen zur völligen Beseitigung der Störungen nicht erkannt werden konnten.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen für die Durchführung _ von Verhüttungsprozes.sen im Schachtofen mit hochkonzentriertem Sauerstoff ergeben sich auf Grund der mitgeteilten Ergebnisse wie folgt: Der Prozeß muß im Gestell des Ofens so gelenkt werden, daß die dort entstehende Spitzentemperatur bei der Verbrennung des Sauerstoffs mit dem Kohlenstoff die Temperatur der beginnenden Verdampfung der Schlacke nicht wesentlich überschreitet oder, noch besser, wenig unterhalb derselben verbleibt. Es sind an. sich verschiedene Maßnahmen zur Temperaturbegrenzung bei der Sauerstoffverwendung in einem Schachtofen bekannt. Diese können z. B. in der Beifügung von Wasserdampf oder Kohlensäure zum Sauerstoff bestehen oder in einer zeitlich und räumlich diskontinuierlichen Verteilung des Sauerstoffes. Es war dagegen bisher nicht bekannt, wie weitgehend eine Temperaturbegrenzung bei den genannten Prozessen erfolgen muß. Dies war oin empfindlicher Mangel für die Auslegung dieser Prozesse, da die Maßnahmen zur Temperaturbegrenzung meist kostspielig sind und deshalb zweckmäßig nur in dem Umfang erfolgen, als un,bednngt erforderlich. Da man die hier mitgeteilten Ergebnisse bisher nicht hatte, blieb man deshalb mit den Höchsttemperaturen bei dem betreffenden Verhüttungsprozeß erheblich unterhalb der hier angegebenen möglichen Höchstgrenze, z. B. r8oo bis 2ooo°. Insofern die Maßnahmen zur Temperaturbegrenzung in einer $eifügung von Wasserdampf oder Kohlensäure zum Vergasungssauerstoff bestehen, ist eine Begrenzung der beigefügten Mengen im Sinne dieser Erfindung im besonderen dann notwendig, wenn der Hauptzweck des: Prozesses beispielsweise die Verhüttung von Eisenerzen ist. In diesen Fällen will man pro Tonne ausgebrachten Eisens einen möglichst geringen Brennstoffverbrauch haben. Dieser spezifische Brennstoffverbrauch wird aber um so höher, je größer die Menge von 11,0 oder CO, im Sauerstoff ist.
Bei einem gegebenen Möller läßt sich die Temperatur des Beginns der Schlackenverdampfung mit bekannten Laboratoriumseinrichtungen feststellen, und es läßt sich auf diese Weise festlegen, welche Maximaltemperatur im Gestell nicht überschritten werden darf, ohne daß die bekannten Betriebsstörungen eintreten.. Am Ofen können die Temperaturen laufend gemessen werden, z. B. optisch durch die Schaulöcher der Formen,, und es kann z. B. mit Hilfe einer mehr oder minder großen Dampfzumischung und/oder Kohlensäurezumischung zum Sauerstoff die Temperatur vor den Formen auf die gewünschte Höhe eingestellt werden. Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung eines Steuermechanismus, durch den vom Temperaturmeßgerät direkt die Dampfzugabe und/oder Kohlensäurezugabe gesteuert wird, so daß ständig eine gewünschte mittlere Temperatur gehalten wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: r. Verfahren zum Betrieb eines Schachtofens mit hochkonzentriertem Sauerstoff bzw. mit sauerstoffangereichertem Wind, bei dem der Dampfdruck der metallischen Phase oberhalb des Dampfdruckes der Schlackenphase bzw. der nichtmetallischen Phase liegt und der insbesondere der Verhüttung von Eisenerzen dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Höchsttemperatur im Gestell und in der Höhe der Düsenebene auf eine Temperatur wenig unterhalb des Beginns der lebhaften Schlackenverdampfung begrenzt wird.
2. Verfahren zur Begrenzung der Temperatur unterhalb des merklichen Verdampfungsbeginns der Schlackenbestandteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sauerstoff abhängig vom Stickstoff des. Windes Wasserdampf oder Kohlensäure oder Mischungen beider beigefügt werden.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Temperaturmeßgerät zur Messung der Temperatur vor den Formen des Schachtofens und. zur gleichzeitig automatischen Steuerung des Dampf- und/oder Kohlensäureventils. Angezogene Druckschriften: R. Dürrer, »Die Metallurgie des Eisens«, Berlin 1942, S. 316.