EP0992754A2 - Operating process for a shaft furnace - Google Patents

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EP0992754A2 EP99115253A EP99115253A EP0992754A2 EP 0992754 A2 EP0992754 A2 EP 0992754A2 EP 99115253 A EP99115253 A EP 99115253A EP 99115253 A EP99115253 A EP 99115253A EP 0992754 A2 EP0992754 A2 EP 0992754A2
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Linde Gas AG
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
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    • F27B1/10—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a shaft furnace, in particular a cupola furnace for the production of metals, in particular cast iron, and Metal alloys in which the furnace shaft with a corresponding insert is filled or filled continuously or periodically and the bottom Cast iron melt is removed, and being in the furnace shaft, particularly in its lower area, pulverized carbonaceous material and Oxygen or an oxygen-containing gas mixture can be supplied.
  • DE-A 38 11 166 describes a generic method for operating a Cupola known. This will increase the amount of carbonaceous material to reduce and to increase the flexibility of the furnace, carbonaceous Material in dust form and in one of the carbon content of the producing cast iron depending on the amount introduced into the cupola. By the addition of dusty, carbonaceous material is next to the Set coke provided an additional amount of carbon. About this added amount can then influence the carbon content of the resulting cast iron be taken.
  • DE-A 196 22 695 describes a further method for operating a Known shaft furnace, in which the supply of an oxygen-containing Gas mixture or the supply of the wind in the furnace shaft by means of at least one injector nozzle.
  • Oxygen or Oxygen used in a mixture with other gases is the pressure with which the medium is available and the Injector nozzle is inserted into the oven to draw in air from the environment used.
  • This procedure has compared to the previously known procedures - namely the exclusive supply of wind via so-called wind nozzles - the advantage that the desired high temperatures in the area of the furnace interior and thus not be generated in the area of the furnace walls.
  • Oxygen lances with Laval nozzles are also used. It should be noted here that these nozzles only in a comparatively narrow area around a certain one Design point that depends on pressure, temperature, nozzle cross-section, flow, etc. is working optimally. If you "work" outside of this area, this leads to negative results.
  • the object of the present invention is to provide a generic method for Operate a shaft furnace to indicate the advantages of the known methods combined with each other, their disadvantages avoided and thus a compared to State of the art enables more economical and flexible process.
  • the method according to the invention is proposed that the Gas pulses of the pulverized material as well as oxygen or Oxygen-containing gas mixture essentially at the same time or mixed to each other.
  • the oxygen or the oxygen-containing gas mixture preferably chosen when comparatively expensive carburizing materials, such as For example, electrode graphite can be used.
  • the procedure of the temporal there is only a small amount of staggered feeding Burning of the carburizing materials so that the carburizing effect in the Cast iron rises.
  • the coal dust-containing material and / or the are preferably supplied Oxygen or the oxygen-containing gas mixture in the furnace shaft in the Area of the wind zone of the furnace shaft.
  • the feeding of the mentioned components take place in almost every area of the furnace shaft, whereby however, a feed in the wind zone of the furnace shaft gives the best results in the With regard to the required quantities of the individual components and with regard to shows the combustion behavior and the generation of undesirable exhaust gases.

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens, insbesondere eines Kupolofens, zur Erzeugung von Metallen, insbesondere von Gußeisen, und Metalllegierungen, bei dem der Ofenschacht mit einem entsprechenden Einsatz befüllt ist bzw. andauernd oder periodisch befüllt und bodenseitig die Gußeisenschmelze entnommen wird, und wobei dem Ofenschacht, insbesondere in seinem unteren Bereich, kohlenstaubhaltiges Material in staubförmiger Form und Sauerstoff oder ein Sauerstoff-haltiges Gasgemisch zugeführt werden. Erfindungsgemäß werden das kohlenstaubhaltige Material und der Sauerstoff oder das Sauerstoff-haltige Gasgemisch dem Ofen gepulst zugeführt. Hierbei können die Gaspulse des kohlenstaubhaltigen Materials sowie des Sauerstoffs oder des Sauerstoff-haltigen Gasgemisches im wesentlichen zeitgleich oder versetzt zueinander erfolgen. Ferner können zusätzlich zu dem kohlenstaubhaltigen Material sowie dem Sauerstoff oder Sauerstoff-haltigen Gasgemisch weitere Komponenten in den Ofenschacht geführt werden.Method for operating a shaft furnace, in particular a cupola furnace, for producing metals, in particular cast iron, and metal alloys, in which the furnace shaft is filled with a corresponding insert or is filled continuously or periodically and the cast iron melt is removed from the bottom, and the furnace shaft, especially in its lower area, coal dust-containing material in dust form and oxygen or an oxygen-containing gas mixture are supplied. According to the invention, the pulverized material and the oxygen or the oxygen-containing gas mixture are supplied to the furnace in a pulsed manner. Here, the gas pulses of the pulverized material and of the oxygen or the oxygen-containing gas mixture can occur essentially at the same time or offset from one another. Furthermore, in addition to the coal dust-containing material and the oxygen or oxygen-containing gas mixture, further components can be guided into the furnace shaft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens, insbesondere eines Kupolofens, zur Erzeugung von Metallen, insbesondere von Gußeisen, und Metalllegierungen, bei dem der Ofenschacht mit einem entsprechenden Einsatz befüllt ist bzw. andauernd oder periodisch befüllt und bodenseitig die Gußeisenschmelze entnommen wird, und wobei dem Ofenschacht, insbesondere in seinem unteren Bereich, kohlenstaubhaltiges Material in staubförmiger Form und Sauerstoff oder ein Sauerstoff-haltiges Gasgemisch zugeführt werden.The invention relates to a method for operating a shaft furnace, in particular a cupola furnace for the production of metals, in particular cast iron, and Metal alloys in which the furnace shaft with a corresponding insert is filled or filled continuously or periodically and the bottom Cast iron melt is removed, and being in the furnace shaft, particularly in its lower area, pulverized carbonaceous material and Oxygen or an oxygen-containing gas mixture can be supplied.

Aus der DE-A 38 11 166 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Kupolofens bekannt. Bei diesem wird, um die Menge an kohlenstoffhaltigen Material zu verringern und um die Flexibilität des Ofens zu erhöhen, kohlenstoffhaltiges Material in staubförmiger Form und in einer vom Kohlenstoffgehalt der zu erzeugenden Gußeisensorte abhängigen Menge in den Kupolofen eingeführt. Durch die Zugabe von staubförmigem, kohlenstoffhaltigen Material wird neben dem Satzkoks eine zusätzliche Kohlenstoffmenge bereitgestellt. Über diese Zugabemenge kann dann Einfluß auf den Kohlenstoffgehalt des entstehenden Gußeisens genommen werden.DE-A 38 11 166 describes a generic method for operating a Cupola known. This will increase the amount of carbonaceous material to reduce and to increase the flexibility of the furnace, carbonaceous Material in dust form and in one of the carbon content of the producing cast iron depending on the amount introduced into the cupola. By the addition of dusty, carbonaceous material is next to the Set coke provided an additional amount of carbon. About this added amount can then influence the carbon content of the resulting cast iron be taken.

Aus der DE-A 196 22 695 ist ein weiteres Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens bekannt, bei dem die Zuführung eines Sauerstoff-haltigen Gasgemisches bzw. die Zuführung des Windes in den Ofenschacht mittels wenigstens einer Injektordüse erfolgt. Als Fördermedium wird hierbei Sauerstoff oder Sauerstoff im Gemisch mit anderen Gasen verwendet. Mittels dieser Verfahrensweise wird der Druck, mit dem das Fördermedium zur Verfügung steht und über die Injektordüse in den Ofen eingeführt wird, zur Ansaugung von Luft aus der Umgebung genutzt. Diese Verfahrensweise hat gegenüber den bis dato bekannten Verfahren - nämlich die ausschließliche Zuführung von Wind über sog. Winddüsen - den Vorteil, daß die gewünschten hohen Temperaturen im Bereich des Ofeninneren und damit nicht im Bereich der Ofenwände erzeugt werden. DE-A 196 22 695 describes a further method for operating a Known shaft furnace, in which the supply of an oxygen-containing Gas mixture or the supply of the wind in the furnace shaft by means of at least one injector nozzle. Oxygen or Oxygen used in a mixture with other gases. Using this procedure is the pressure with which the medium is available and the Injector nozzle is inserted into the oven to draw in air from the environment used. This procedure has compared to the previously known procedures - namely the exclusive supply of wind via so-called wind nozzles - the advantage that the desired high temperatures in the area of the furnace interior and thus not be generated in the area of the furnace walls.

Ferner ist es bekannt, Sauerstoff über Sauerstofflanzen mit Venturi-Düsen in den Ofen einzuführen. Mittels derartiger Düsen kann jedoch als Austrittsgeschwindigkeit maximal Schallgeschwindigkeit erreicht werden. Dies führt jedoch dazu, daß insbesondere die Randbereiche des Ofens und damit die Ofenmauerung den hohen Temperaturen ausgesetzt werden.It is also known to ventilate oxygen through oxygen lances with venturi nozzles in the Insert oven. Such nozzles, however, can be used as the exit speed maximum speed of sound can be reached. However, this leads to the fact that especially the edge areas of the furnace and thus the furnace wall the high Exposed to temperatures.

Auch Sauerstofflanzen mit Laval-Düsen werden verwendet. Hierbei ist zu beachten, daß diese Düsen nur in einem vergleichsweise engen Bereich um einem bestimmten Auslegungspunkt, der abhängig von Druck, Temperatur, Düsenquerschnitt, Durchfluß, etc. ist, optimal arbeiten. Wird außerhalb dieses Bereichs "gearbeitet", so führt dies zu negativen Ergebnissen.Oxygen lances with Laval nozzles are also used. It should be noted here that these nozzles only in a comparatively narrow area around a certain one Design point that depends on pressure, temperature, nozzle cross-section, flow, etc. is working optimally. If you "work" outside of this area, this leads to negative results.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens anzugeben, das die Vorteile der bekannten Verfahren miteinander kombiniert, deren Nachteile vermeidet und somit ein im Vergleich zum Stand der Technik ökonomischeres und flexibleres Verfahren ermöglicht.The object of the present invention is to provide a generic method for Operate a shaft furnace to indicate the advantages of the known methods combined with each other, their disadvantages avoided and thus a compared to State of the art enables more economical and flexible process.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das kohlenstaubhaltige Material und der Sauerstoff oder das Sauerstoff-haltige Gasgemisch dem Schachtofen gepulst zugeführt werden.This is achieved according to the invention in that the pulverized material and the oxygen or the oxygen-containing gas mixture is pulsed into the shaft furnace be fed.

Das erfindungsgemäße Verfahrens weiterbildend wird vorgeschlagen, daß die Gaspulse des kohlenstaubhaltigen Materials sowie des Sauerstoffs oder des Sauerstoff-haltigen Gasgemisches im wesentlichen zeitgleich oder versetzt zueinander erfolgen.The method according to the invention is proposed that the Gas pulses of the pulverized material as well as oxygen or Oxygen-containing gas mixture essentially at the same time or mixed to each other.

Durch das impulsartige Einführen des kohlenstaubhaltigen Materials sowie des Sauerstoffs oder des Sauerstoff-haltigen Gasgemisches wird aufgrund der damit verbundenen hohen Strömungsgeschwindigkeiten ein sicherer Eintrag in der Bereich der Ofenmitte gewährleistet. Dies hat zum einen den Vorteil, daß die Ofenmauerung thermisch weniger belastet wird. Zum anderen wird der im Ofen stattfindende Verbrennungsprozeß durch die Zuführung der für diesen Verbrennungsprozeß benötigten Medien an diejenige Stelle, an der der eigentliche Verbrennungsprozeß stattfindet, verbessert. Hieraus resultierend kann die Menge an Brennstoff - also Sauerstoff oder Sauerstoff-haltigem Gasgemisch - gegenüber den bekannten Verfahren deutlich verringert werden. Auch das benötigte kohlenstaubhaltige Material wird aufgrund der Tatsache, daß es in den aktiveren Ofenbereich - also weg von der Ofenmauerung - geführt wird, besser umgesetzt, weshalb auch dessen Menge verringert werden kann.By the impulsive introduction of the pulverized material and the Oxygen or the oxygen-containing gas mixture is due to this associated high flow velocities a safe entry in the area the middle of the furnace. On the one hand, this has the advantage that the furnace wall is less thermally stressed. On the other hand, the one taking place in the furnace Combustion process by feeding in for this combustion process required media at the point where the actual combustion process takes place, improved. As a result, the amount of fuel - so Oxygen or oxygen-containing gas mixture - compared to the known ones Procedures can be significantly reduced. Also the material that contains coal dust is due to the fact that it is in the more active furnace area - so away from the Furnace brickwork - is managed, better implemented, which is why its amount can be reduced.

Ein im wesentlichen zeitgleiches Zuführen des kohlenstaubhaltigen Materials sowie des Sauerstoffs oder des Sauerstoff-haltigen Gasgemisches wird insbesondere dann realisiert werden, wenn ein vergleichsweise gut brennbares kohlenstaubhaltiges Material verwendet wird, da durch die Verwendung eines derartigen Materials zusätzliche Energie eingebracht und dadurch die im Schachtofen benötigte Koksmenge verringert werden kann.An essentially simultaneous feeding of the pulverized material as well the oxygen or the oxygen-containing gas mixture is then particularly can be realized if a comparatively easily combustible coal dust Material is used because of the use of such a material introduced additional energy and thereby the required in the shaft furnace The amount of coke can be reduced.

Ein zeitlich versetzt zueinander stattfindendes Zuführen des kohlenstaubhaltigen Materials sowie des Sauerstoffs oder des Sauerstoff-haltigen Gasgemisches wird vorzugsweise dann gewählt, wenn vergleichsweise teure Aufkohlungsmaterialien, wie bspw. Elektrodengraphit, zum Einsatz kommen. Bei der Verfahrensweise des zeitlich versetzt zueinander stattfindenden Zuführens kommt es nur zu einem geringem Abbrand der Aufkohlungsmaterialien, so daß die Aufkohlungswirkung in dem Gußeisen steigt.A feeding of the pulverized coal that takes place at different times from one another Material as well as the oxygen or the oxygen-containing gas mixture preferably chosen when comparatively expensive carburizing materials, such as For example, electrode graphite can be used. In the procedure of the temporal there is only a small amount of staggered feeding Burning of the carburizing materials so that the carburizing effect in the Cast iron rises.

Vorzugsweise erfolgt die Zuführung des kohlenstaubhaltigen Materials und/oder des Sauerstoffs oder des Sauerstoff-haltigen Gasgemisches in den Ofenschacht im Bereich der Windzone des Ofenschachts. Prinzipiell kann die Zuführung der genannten Komponenten in nahezu jeden Bereich des Ofenschachts erfolgen, wobei jedoch eine Zuführung in die Windzone des Ofenschachts die besten Ergebnisse im Hinblick auf die benötigten Mengen der einzelnen Komponenten sowie im Hinblick auf das Verbrennungsverhalten sowie die Entstehung von unerwünschten Abgasen zeigt.The coal dust-containing material and / or the are preferably supplied Oxygen or the oxygen-containing gas mixture in the furnace shaft in the Area of the wind zone of the furnace shaft. In principle, the feeding of the mentioned components take place in almost every area of the furnace shaft, whereby however, a feed in the wind zone of the furnace shaft gives the best results in the With regard to the required quantities of the individual components and with regard to shows the combustion behavior and the generation of undesirable exhaust gases.

Es hat sich zudem gezeigt, daß die Zuführung des kohlenstaubhaltigen Materials und/oder des Sauerstoffs oder des Sauerstoff-haltigen Gasgemisches mittels Injektordüsen - im Vergleich zu den Düsen der vorgenannten Art - zu sehr guten Ergebnissen führt. Derartige Überlegungen, wie bspw. optimaler Auslegungspunkt, wie sie im Falle von Laval-Düsen erforderlich sind, sind im Falle der Verwendung von Injektordüsen nicht notwendig. Selbstverständlich kann die Zuführung des kohlenstaubhaltigen Materials und/oder des Sauerstoffs oder des Sauerstoff-haltigen Gasgemisches auch über wenigstens eine Sauerstofflanze mit wenigstens einer aufgesetzten Venturi- oder Laval-Düse erfolgen.It has also been shown that the supply of the pulverized material and / or the oxygen or the oxygen-containing gas mixture Injector nozzles - compared to the nozzles of the aforementioned type - too good Results. Such considerations, such as the optimal design point, as required in the case of Laval nozzles are in the case of using Injector nozzles not necessary. Of course, the feeding of the carbon dust-containing material and / or oxygen or oxygen-containing Gas mixture also via at least one oxygen lance with at least one Venturi or Laval nozzle attached.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es denkbar, daß das kohlenstaubhaltige Material und der Sauerstoff oder das Sauerstoff-haltige Gasgemisch über eine gemeinsame Zufuhreinrichtung in den Ofenschacht geführt werden.According to a further advantageous embodiment of the invention The method, it is conceivable that the pulverized material and the oxygen or the oxygen-containing gas mixture via a common feed device in the furnace shaft.

Diese Verfahrensweise macht jedoch entsprechende Sicherheitsvorkehrungen sowie eine entsprechende Wahl der kohlenstaubhaltigen Materialien erforderlich, um unerwünschte Reaktionen zwischen dem kohlenstaubhaltigen Materialien und dem Sauerstoff oder Sauerstoff-haltigen Gasgemisch wirkungsvoll verhindern zu können.However, this procedure makes appropriate safety precautions as well an appropriate choice of carbonaceous materials required to undesirable reactions between the pulverized materials and the To be able to effectively prevent oxygen or oxygen-containing gas mixture.

Entsprechend der gewünschten Betriebsweise des Schachtofens können zusätzlich zu dem kohlenstaubhaltigen Material sowie dem Sauerstoff oder Sauerstoff-haltigen Gasgemisch weitere Komponenten, wie beispielsweise. Kohlendioxid, Erdgas und/oder Wasserdampf, etc., in den Ofenschacht geführt werden.Depending on the desired mode of operation of the shaft furnace, you can also to the pulverized material as well as the oxygen or oxygen-containing Gas mixture other components, such as. Carbon dioxide, natural gas and / or water vapor, etc., are led into the furnace shaft.

Claims (7)

Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens, insbesondere eines Kupolofens, zur Erzeugung von Metallen, insbesondere von Gußeisen, und Metalllegierungen, bei dem der Ofenschacht mit einem entsprechenden Einsatz befüllt ist bzw. andauernd oder periodisch befüllt und bodenseitig die Gußeisenschmelze entnommen wird, und wobei dem Ofenschacht, insbesondere in seinem unteren Bereich, kohlenstaubhaltiges Material in staubförmiger Form und Sauerstoff oder ein Sauerstoff-haltiges Gasgemisch zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenstaubhaltige Material und der Sauerstoff oder das Sauerstoff-haltige Gasgemisch gepulst zugeführt werden.Method for operating a shaft furnace, in particular a cupola furnace, for producing metals, in particular cast iron, and metal alloys, in which the furnace shaft is filled with a corresponding insert or is filled continuously or periodically and the cast iron melt is removed from the bottom, and the furnace shaft, especially in its lower area, coal dust-containing material in dust form and oxygen or an oxygen-containing gas mixture are fed, characterized in that the coal dust-containing material and the oxygen or the oxygen-containing gas mixture are pulsed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaspulse des kohlenstaubhaltigen Materials sowie des Sauerstoffs oder des Sauerstoff-haltigen Gasgemisches im wesentlichen zeitgleich oder versetzt zueinander erfolgen.A method according to claim 1, characterized in that the gas pulses of the carbon dust-containing material and oxygen or oxygen-containing Gas mixtures occur essentially at the same time or offset from one another. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des kohlenstaubhaltigen Materials und/oder des Sauerstoffs oder des Sauerstoff-haltigen Gasgemisches in den Ofenschacht im Bereich der Windzone des Ofenschachts erfolgt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the feed of the pulverized material and / or the oxygen or the oxygen-containing Gas mixture in the furnace shaft in the area of the wind zone Furnace shaft takes place. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des kohlenstaubhaltigen Materials und/oder des Sauerstoffs oder des Sauerstoff-haltigen Gasgemisches über wenigstens eine Injektordüse erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that that the supply of the pulverized material and / or the oxygen or the oxygen-containing gas mixture via at least one injector nozzle he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des kohlenstaubhaltigen Materials und/oder des Sauerstoffs oder des Sauerstoff-haltigen Gasgemisches über wenigstens eine Sauerstofflanze mit wenigstens einer aufgesetzten Venturi- oder Laval-Düse erfolgt. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Feeding the pulverized material and / or the oxygen or Gas mixture containing oxygen via at least one oxygen lance at least one Venturi or Laval nozzle attached. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenstaubhaltige Material und der Sauerstoff oder das Sauerstoff-haltige Gasgemisch über eine gemeinsame Zufuhreinrichtung in den Ofenschacht geführt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that that the pulverized material and the oxygen or the oxygen-containing Gas mixture via a common feed device in the furnace shaft be performed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem kohlenstaubhaltigen Material sowie dem Sauerstoff oder Sauerstoff-haltigen Gasgemisch weitere Komponenten in den Ofenschacht geführt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that that in addition to the pulverized material as well as the oxygen or Oxygen-containing gas mixture other components in the furnace shaft be performed.
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