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Verfahren zum Betrieb von Schachtöfen mit Uberdruck Die Erfindung
befaßt sich mit einer Verbesserung von Schachtöfen, beispielsweise Hochöfen oder
Gießereiöfen. Solche Schachtöfen werden unter atmosphärischem Druck oder mit geringen
Überdrücken, betrieben. Wie bei Gaserzeugern entsteht bei solchen Öfen an der Gicht
ein mehr oder weniger gutes, brennbares Gas, das Gichtgas. Die Erzeugung eines Gases
mit hohem Gehalt an brennbaren Bestandteilen ist jedoch unerwünscht, da der Heizwert
des Gases für den Schachtofen selbst einen erheblichen Wärmeverlust darstellt, der
anzeigt, daß der zugeführte Brennstoff für seinen eigentlichen Verwendungszweck,
z. B. für die Reduktion der Erze oder das Schmelzen, nicht vollständig ausgenutzt
werden konnte. Als ein Mittel, das Gleichgewicht in einer Brennstoffschicht nach
der CO.-Seite hin zu verschieben, ist die Anwendung höherer Überdrücke bekannt,
und zwar sowohl für Gaserzeuger als auch für Hochöfen. Hiervon geht das Verfahren
gemäß der Erfindung aus und entwickelt dieses bekannte Verfahren weiter, so daß
es allgemein für den Betrieb von Schachtöfen zum Reduzieren, Schmelzen oder zur
Gaserzeugung mit Vorteil anwendbar ist. Das Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem
also ebenfalls mit Überdruck unter flüssigem Austrag der Erzeugnisse und der Schlacke
gearbeitet wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen im Normalbetrieb mit einem
Überdruck in der Größenordnung von etwa io bis 3o atü mit einem Gemisch von Sauerstoff
oder sauerstoffangereicherter
Luft mit Wasserdampf betrieben und
beim Abstich von diesem hohen statischen Überdruck entlastet wird. Bei den angegebenen
Betriebsdrücken von io bis 3o atü handelt es sich um den überragend günstigsten
Bereich, da bei diesen Drücken nicht nur die bei Druckgaserzeugern erzielten Vorteile
erreichbar, sondern weil darüber hinaus weitere günstige Wirkungen erzielbar sind.
Durch die Druckanwendung steigen die Verbrennungs- und Reaktionstemperaturen weil
nunmehr eine Aufoxydation des Kohlenstoffs bis zur höchsten Oxydationsstufe erfolgt.
Dadurch wird eine beschleunigte Reduktion der Eisenoxyde und der Oxyde der Eisenbegleiter
erzielt und deren Ausbeute erheblich gesteigert. Bei Anwendung auf reine Schmelzvorgänge
wird die Schmelz- und Rinnentemperatur erhöht, tritt ein stärkeres Frischen ein
und lassen sich daher besondere Gütesteigerungen erzielen.
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Druckgaserzeuger sind bisher nur als Drehrostgaserzeuger mit einer
Vorrichtung zur Ausschleusung der Rückstände in fester Form ausgeführt worden. Für
viele Anwendungszwecke ist jedoch ein Betrieb als Abstichgaserzeuger vorteilhafter,
ebenso wie ja auch Hochöfen, Gießereischachtöfen usw. abgestochen werden müssen.
Die Lösung, hierbei die Schlacke in einem Druckraum in ein Wasserbad laufen zu lassen,
aus dem sie darin von Zeit zu Zeit in, festem Zustand ausgeschleust werden kann,
ist für eine Metallentnahme nicht anwendbar.
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Das wesentliche Merkmal der Erfindung, nur den eigentlichen Betrieb
unter Überdruck durchzuführen, zum Abstich dagegen den Ofen zu entspannen und ihn
dann wie einen normalen Ofen abzustechen, um ihn anschließend wieder auf Druck zu
bringen und unter Druck weiter zu betreiben, bedeutet gegenüber den bekannten Verfahren
eine wiätige Verbesserung. Das Gichten kann sowohl während des entspannten Zustandes
als auch in bekannter Weise durch Schleusen während des Druckbetriebes erfolgen.
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Um die Stopfen der Stichlochverschlüsse gegen einseitigen Überdruck
zu schützen, wird gemäß weiterer Erfindung der Stopfen mit einer kleinen, mit verschließbarer
Öffnung versehenen Kammer umgeben, die unter den gleichen Druck gesetzt wird, der
auch im Ofeninnern herrscht, so daß der Stopfen stets entlastet ist. Soll der Ofen
abgestochen werden, so werden gleichzeitig der Ofen und die kleine Kammer entlastet
und durch die vorgesehene Öffnung eine Rinne für das Abfließen der Schlacke oder
des Eiseris oder Metalls eingelegt.
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Die Druckerhöhung steigert indessen das Temperaturniveau des ganzen
Schachtofens, sowohl im Gestell als auch im Schacht. Während diese Temperatursteigerung
im Gestell in allen Fällen erwünscht ist, würde der Wirkungsgrad des Ofens noch
weiter gesteigert werden können, wenn gleichzeitig die Temperatur im Schacht gesenkt
würde. Von den bekannten Mitteln, dies zu erreichen, die auch auf den Druck-Schachtofen,
ohne weiteres anwendbar sind, ist die Anwendung einer Sauerstoffanreicherung des
Gebläsewindes eines der wirksamsten, zumal sich damit in Verbindung mit der Druckanwendung
ein besonders hoher Effekt erreichen läßt. Die Wirkung der Sauerstoffanreicherung
beruht darauf, daß der Wasserwert der aufsteigenden Gase infolge der Verringerung
des Stickstoffballastes gegenüber dem Wasserwert der entgegensinkenden Beschickung
verringert wird, so daß nunmehr eine stärkere Abkühlung der Gase erfolgt, wodurch
das CO: CO.-Verhältnis weiter zugunsten des CO2-Gehaltes verschoben und der
Abwärmeverlust durch das Gichtgas verringert wird. Während aber bei den bekannten
Schachtöfen mit normalem Druck die Sauerstoffanreicherung auf geringe Werte beschränkt
ist, weil sonst die Schachttemperaturen zu stark absinken und die Reduktions-, Vorwärm-
oder Entsäuerungsleistung des Schachtes zurückgeht, kann man bei dem Hochdruckbetrieb
gemäß der Erfindung einen höheren Sauerstoffgehalt anwenden, erreicht daher erhöhte
Vorteile in der Steigerung der Ofenleistung und der Senkung des Brennstoffbedarfs.
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Ein solcher Druck-Schachtofen mit hohen Gestelltemperaturen eignet
sich besonders für die Herstellung von Spiegeleisen, Ferromangan, Ferrosilizium,
Silikospiegel -und ähnlichen Erzeugnissen. In baulicher Beziehung steht dem Nachteil
eines druckfestens Mantels der Vorteil gegenüber, daß die Abmessungen geringer werden,
daß ein Druck-Schachtofen auch für kleine Leistungen ohne Nachteil für das Erzeugnis
gebaut werden kann und daß die Winderhitzung gegebenenfalls entfallen, die Anlage
also erheblich vereinfacht werden kann. In betrieblicher Hinsicht wird der Nachteil
des höheren Gebläseaufwandes mehr als aufgewogen durch den Vorteil eines erhöhten
Durchsatzes, der im angegebenen Druckbereich etwa das Drei- bis Fünffache beträgt,
eines besseren Wirkungsgrades, also verringerten Brennstoffaufwandes, geringerer
Güteanforderungen an den Brennstoff und der erwähnten Anwendbarkeit höherer Sauerstoffgehalte.
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Der Ofen kann hierbei mit Sauerstoff bzw. sauerstoffangereicherter
Luft entweder allein oder auch in Mischung mit anderen Gasen betrieben werden, beispielsweise
in Mischung mit den eigenerzeugten Gasen. Ohne Nachteil kann ein Druck-Schachtofen
auch mit höherem Wasserdampfgehalt des Windes betrieben werden, ohne daß ein »mattes
Eisen« entsteht, d. h. die Temperaturen im Gestell zu tief herabsinken, wobei
dann der entstehende Wasserstoff ebenfalls als Reduktionsmittel herangezogen wird.
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Durch Einblasen weiterer Wasserdampfmengen oberhalb der Schmelzzone
ist es ferner möglich, in der bei drucklos arbeitenden Gaserzeugern bekannten Weise,
weitere Wasserdampfmengen zu zersetzen und so ein an Wasserstoff und Methan, reicheres
Gas bestimmter Zusammensetzung als Heiz-, Kraft- oder Synthesegas als Nebenerzeugnis
herzustellen.