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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.