EP1035392A2

EP1035392A2 - Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens

Info

Publication number: EP1035392A2
Application number: EP00104380A
Authority: EP
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. Strigl
Original assignee: Linde GmbH; Linde Technische Gase GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2000-09-13
Also published as: DE19909742A1; EP1035392A3

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, wobei dem Ofenschacht, insbesondere in seinem unteren Bereich, Sauerstoff oder ein Sauerstoffhaltiges Gasgemisch sowie Kohlenstaub oder ein Kohlenstaub-haltiges Material zugeführt wird. Erfindungsgemäß erfolgt die Zuführung mittels wenigstens eines Brenners, vorzugsweise eines Hochgeschwindigkeitsbrenners, mit einer zentralen Austrittsöffnung und konzentrisch um die zentrale Austrittsöffnung angeordnete, im wesentlichen ringförmige Austrittsöffnungsbereiche und/oder mittels wenigstens einer Lanze mit wenigstens einem derartigen aufgesetzten Brenner. Hierbei wird der Kohlenstaub oder das Kohlenstaub-haltige Material vorzugsweise über die zentrale Austrittsöffnung in den Schachtofen geführt. Eine vorgeschaltete Erwärmung des dem Ofen zugeführten Sauerstoffes oder Sauerstoff-haltigen Gasgemisches erübrigt sich. Ein Zusetzen des Brenners bzw. der Düsen kann wirkungsvoll verhindert werden.

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, wobei dem Ofenschacht, insbesondere in seinem unteren Bereich, Sauerstoff oder ein Sauerstoff-haltiges Gasgemisch sowie Kohlenstaub oder ein Kohlenstaub-haltiges Material zugeführt wird.

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 verringem 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.

Es hat sich gezeigt daß beispielsweise in Hochöfen maximal ca. 240 kg Kohlenstaub pro Tonne erschmolzenem Roheisen eingetragen werden können. Erhöht sich die Menge an eingeblasenem Kohlenstaub, so wird der Bereich im Ofen vor den Brennern bzw. Düsen zu kalt und es kommt zu einem Zusetzen des Brenners bzw. der Düsen. Um dieses Problem zu lösen wurde bereits vorgeschlagen, den Sauerstoff, mit dem zusammen der Kohlenstaub eingeblasen wird, in einem vorgeschalteten Erhitzer vorzuheizen. Dadurch kann zwar der Kohlenstaub-Durchsatz erhöht werden, jedoch steigt auch der Energieverbrauch.

Aus der US-PS 5 814 125 ist ein Brenner bzw. Hochgeschwindigkeitsbrenner mit einer zentralen Austrittsöffnung, über die ein Gas(gemisch)strom mit Überschallgeschwindigkeit austritt und zwei konzentrisch um die zentrale Austrittsöffnung angeordnete ringförmige Austrittsöffnungsbereiche, über die ein Sauerstoff-haltiger Strom und ein Brenngasstrom austreten, wobei die letzteren miteinander reagieren und einen, den über die zentrale Austrittsöffnung austretenden Gas(gemisch)strom umgebenden Schutzstrom bilden, bekannt.

Mit einem derartigen Brenner bzw. Hochgeschwindigkeitsbrenner ist es möglich, Gase in eine Flüssigkeit einzutragen, ohne daß der Gasstrahl an der Flüssigkeitsoberfläche teilweise reflektiert bzw. unmittelbar nach dem Eindringen in die Flüssigkeit aufgefächert wird. Vielmehr kann ein deutlich tieferes Eindringen des Gasstrahles in die Flüssigkeit - und damit eine bessere Verteilung des eingebrachten Gases in der Flüssigkeit - erreicht werden. Dies wird dadurch erreichte, daß dem zentralen Gasstrom, der in die Flüssigkeit eindringen soll, ein schützender Brenngasstrahl der ein Auffächern des zentralen Gasstromes verhindert beigefügt wird. Zu diesem Zweck wird einem der ringförmigen Austrittsöffnungsbereiche vorzugsweise Sauerstoff oder ein Sauerstoff-haltiger Strom und dem zweiten ringförmigen Austrittsöffnungsbereich ein Brenngas zugeführt. Die beiden Fraktionen zünden unmittelbar nach Austritt aus den Brenneröffnungen und bilden den schützenden Brennstrahl.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Betrieben eines Schachtofens anzugeben, das die genannten Nachteile - also Erhöhung des Kohlenstaubeintrages nur in Verbindung mit Erhöhung des Energieverbrauches - vermeidet.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Zuführung mittels wenigstens eines Brenners, vorzugsweise eines Hochgeschwindigkeitsbrenners, mit einer zentralen Austrittsöffnung und konzentrisch um die zentrale Austrittsöffnung angeordnete, im wesentlichen ringförmige Austrittsöffnungsbereiche und/oder mittels wenigstens einer Lanze mit wenigstens einem derartigen aufgesetzten Brenner erfolgt.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die Zuführung des Kohlenstaubes oder Kohlenstaub-haltigen Materials mittels eines Brenners, wie er in der US-PS 5 814 125 beschrieben ist, die Möglichkeit bietet, den Kohlenstaub-Durchsatz zu erhöhen, ohne daß ein Vorheizen des zuzuführenden Gases erforderlich ist. Die Ursache dafür ist darin zu sehen, daß der über die zentrale Austrittsöffnung des Brenners in den Ofenschacht eintretende Gasstrahl - der sog. Kernstrahl - aufgrund seiner hohen Geschwindigkeit bereits aufgeheizt ist. Eine wie im Stand der Technik vorgeschlagene zusätzliche, dem Brenner vorgeschaltete Aufheizung kann dadurch entfallen.

Bei dem über die zentrale Austrittsöffnung austretenden Kernstrahl handelt es sich zudem um einen sog. "harten" Gasstrahl; dieser gewährleistet, daß der Brenner bzw. dessen Düse(n) freigehalten werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es somit, die Kohlenstaubeintragungsrate zu erhöhen, wobei auf ein Vorheizen des dem Ofen zuzuführenden Sauerstoffes oder Sauerstoff-haltigen Gasgemisches verzichtet werden kann.

Wird der Brenner bzw. die Lanze, die einen derartigen Brenner aufweist, in der Winddüse des Schachtofens angeordnet, so wird der Brenner zusätzlich durch den ihn umgebenden Windstrahl geschützt und unterstützt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Schachtofens zeichnet sich dadurch aus, daß die Anzahl der Brenner und/oder Lanzen n beträgt und maximal n - 1 Brenner oder Lanzen zeitgleich beaufschlagt werden. Die Anzahl der zeitgleich beaufschlagten Brenner oder Lanzen kann dabei soweit reduziert werden, daß zu jeder Zeit nur jeweils ein Brenner oder eine Lanze beaufschlagt wird.

Denkbar ist beispielsweise, daß die einzelnen Brenner bzw. Lanzen rundum der Reihe nach beaufschlagt werden. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, daß die pro Brenner oder Lanze eingetragene Gasmenge - verglichen mit der Verfahrensweise einer gleichzeitigen Beaufschlagung aller Brenner oder Lanzen - höher gewählt werden kann.

Auch können ausschließlich gegenüberliegende Brenner und/oder Lanzen oder zwei bis drei nebeneinander angeordnete Brenner und/oder Lanzen zeitgleich beaufschlagt werden. Neben den genannten Beispielen sind für den Fachmann selbstverständlich eine Vielzahl weiterer Schaltungsmöglichkeiten denkbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens weiterbildend wird vorgeschlagen, daß die Zuführung des Gases oder der Gase zu dem Brenner und/oder der Lanze gepulst erfolgt.

Erfolgt die Zuführung des bzw. der Gase mit den benötigten hohen Durchflußmengen gepulst - bspw. mit einer Pulsdauer von 1 bis 10 s -, so kann die insgesamt pro Stunde oder pro Tonne Schmelzleistung eingesetzte Gasmenge über die einstellbare Pulsfrequenz geregelt werden.

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 Sauerstoffhaltigem 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.

In den Pulspausen kühlt die über die Windleitung relativ "weich" eingetragene Luftmenge die Brenner- oder Lanzenzonen wieder ab. Mittels dieser Verfahrensweise wird eine Überhitzung wirkungsvoll vermieden und gleichzeitig der dem Ofenschacht zugeführte Sauerstoff oder das Sauerstoff-haltige Gasgemisch in den Pulsphasen weit in das Ofeninnere eingetragen.

Claims

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, wobei dem Ofenschacht, insbesondere in seinem unteren Bereich, Sauerstoff oder ein Sauerstoff-haltiges Gasgemisch sowie Kohlenstaub oder ein Kohlenstaub-haltiges Material zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung mittels wenigstens eines Brenners, vorzugsweise eines Hochgeschwindigkeitsbrenners, mit einer zentralen Austrittsöffnung und konzentrisch um die zentrale Austrittsöffnung angeordnete, im wesentlichen ringförmige Austrittsöffnungsbereiche und/oder mittels wenigstens einer Lanze mit wenigstens einem derartigen aufgesetzten Brenner erfolgt.
Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstaub oder das Kohlenstaub-haltige Material über die zentrale Austrittsöffnung in den Schachtofen geführt wird.
Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Brenner und/oder der Lanzen n beträgt und maximal n - 1 Brenner und/oder Lanzen zeitgleich beaufschlagt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß zu jeder Zeit nur jeweils ein Brenner oder eine Lanze beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Gases oder der Gase zu dem Brenner und/oder der Lanze gepulst erfolgt.