EP1629125B1 - Brennstoffmischung zur zuführung in blasformen bei der roheisenerzeugung im hochofen und verfahren und anlage zur herstellung und zuführung der brennstoffmischung - Google Patents

Brennstoffmischung zur zuführung in blasformen bei der roheisenerzeugung im hochofen und verfahren und anlage zur herstellung und zuführung der brennstoffmischung Download PDF

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EP1629125B1
EP1629125B1 EP04729879A EP04729879A EP1629125B1 EP 1629125 B1 EP1629125 B1 EP 1629125B1 EP 04729879 A EP04729879 A EP 04729879A EP 04729879 A EP04729879 A EP 04729879A EP 1629125 B1 EP1629125 B1 EP 1629125B1
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EP
European Patent Office
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mixture
cinder
coal
fuel
mill
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP04729879A
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English (en)
French (fr)
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EP1629125A1 (de
Inventor
Holger Wulfert
Rongshan Lin
Walter Hartig
Horst Zewe
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Loesche GmbH
Original Assignee
Loesche GmbH
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/001—Injecting additional fuel or reducing agents
    • C21B5/003—Injection of pulverulent coal

Definitions

  • the invention relates to a fuel mixture for supplying blow molding in the production of pig iron in the blast furnace according to the preamble of claim 1 and a method for producing and supplying the fuel mixture according to the preamble of claim 7.
  • a method is described in which prepared with a catalyst additive pulverized coal is blown.
  • a catalyst additive aqueous solutions of compounds of the subgroup elements zirconium, molybdenum, tungsten, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc or of aluminum, tin or lead, in particular a copper sulfate solution proposed.
  • the coal dust supplied for the partial replacement of coke via the blow molds has a particle size ⁇ 1 mm and a moisture content ⁇ 3%, and 350 to 600 ml of catalyst solution are fed per tonne of coal.
  • the feeder takes place by means of a separate device, which is arranged after a raw coal silo and before an MPS mill, wherein the raw coal is prepared by spraying with the catalyst solution.
  • the disadvantage is that the spray device must meet special requirements because of the corrosive properties of the catalyst solution and also in addition a cleaning system for regular cleaning of the nozzle is required.
  • a recycling process for oily mill scale is known in which the mill scale is ground as an additive with provided for blowing in the blast furnace coal and dried and then blown as fuel dust in the blast furnace.
  • the fuel mixtures described may contain hard coal and oily mill scale or separately dried mill scale and petroleum or mill scale which has been crushed and dried with a small amount of hard coal and petroleum.
  • the proportion of mill scale in a scale-hard coal mixture is given as 5 to 20%, preferably 6 to 8%.
  • Such a relatively high level of scale in the fuel mixture can lead to agglomeration before and during the milling process, as well as problems in delivering the mixture via the blow molds and also to increased corrosion, especially in the area of the supply lines, nozzles and metering valves.
  • untreated mill scale which has a relatively high proportion of oil and water, can also be disadvantageous.
  • a heat retention of admirblasenden hard coal-scale mixture is described, which requires additional facilities and costs.
  • the invention has for its object to provide a fuel mixture for feeding via the blow molding of a blast furnace and a method for producing and supplying the fuel mixture, which result in an extremely efficient production and supply of the fuel mixture to an improved burn-off behavior and optimized blast furnace process.
  • the object is achieved by the features of claim 1 and procedurally, the object is achieved by the features of claim 7.
  • the invention is based on the idea to use a fuel mixture of at least one solid carbon carrier and a Zundermaterial as a prereduced iron material and fed together with the hot air and / or oxygen through the wind or blow molding the blast furnace, for example by the PCI process.
  • coal for example hard coal, but also lignite, granulated coal, coal mixtures, coal-coke mixtures and plastics, for example as plastic-carbon mixtures or plastic-oil suspensions used and together with a scale material as prereduced iron material in one predeterminable particle size in blow molding are fed to the blast furnace.
  • a common grinding process expediently a grinding-drying, subjected and can be supplied to the blow molding with a predetermined grain size.
  • the carbon carriers or the fuel raw material and the scale material can be ground separately in a suitable mill or a grinding system and fed together in a particularly adjustable mixing ratio or separately to the blow molding of the blast furnace.
  • a suitable mill or a grinding system can be fed together in a particularly adjustable mixing ratio or separately to the blow molding of the blast furnace.
  • particularly rational and preferred is a common meal-viewing process, e.g. in an airflow roller mill.
  • coal dust-scale mixture in which the proportion of scale is 3% is a pneumatically conveyable, ready-to-blow mixture which can be ground extremely efficiently and efficiently, leads to and significantly improves the combustion furnace combustion behavior a reduced amount of unburned coal.
  • the iron content in the mill scale can be between 30 and 80%, which is why it makes sense from the point of view of economic efficiency and also from an environmental point of view. So far, a recovery in the form of pelleted or briquetted mill scale, which is given together with the blast furnace coke and Möller over the Gichtver gleich a blast furnace. However, a disadvantage is the need for pelleting or briquetting, which requires additional process steps.
  • At least one solid carbon carrier or a mixture of two or more carbon carriers and a Zundermaterial be supplied as prereduced iron-containing material of a mill and ground together and with a predetermined grain size by the PCI method of blow molding fed to a blast furnace.
  • carbon in particular coal or lignite, or a mixture of coal and petroleum coke and a scale material, for example mill scale, which may have a metal or iron content between 30 and 80%, of a mill, for example one, may be used as solid carbon carriers or as fuel raw materials Roller mill with integrated sifter, abandoned in a predefined mixing ratio and subjected to a grinding-visual process.
  • the proportion of scale in the feed mixture is 3%.
  • a fuel raw material or mixture with a calorific value> 3000 kcal / kg, a moisture content of about 15% and a feed particle size of ⁇ 10 to about 80 mm.
  • the mill scale can be conveyed separately from the fuel raw material to the mill task and mixed in the mill to the fuel material or the fuel particles.
  • a mixing device such as a mixed bed or milling a mixing drum upstream of the coal mill and feeding the fuel raw material with the scale material as a feed mixture, and depositing the fines mixture after the classifier in a filter and feeding it as blow-ready fuel mixture to the blast molds of the blast furnace.
  • a hot gas e.g. Flue gas
  • a hot gas generator which is brought in a hot gas generator to the required temperature
  • the feed mixture is deprived of moisture and carried out a grinding-drying.
  • the grinding can also be carried out in an air-driven grinding plant with hot air as drying gas.
  • Another possibility for supplying hot gases for the grinding-drying process is the use of waste-gas or Cowpergas.
  • the mill scale can occur during a mechanical descaling with a hydraulic cleaning process or during rolling and transport processes by abrasion.
  • the scale has a high moisture content (up to 90%) and is contaminated with lubricating oils and greases from the rolling processes.
  • a post-treatment e.g. In sales tanks or by pressing operations, the water content in the range of 2 to 15%, the oil content between 0 and 5% and the grain size of about 0.5 mm to a maximum of 50 mm.
  • An advantage is a task mixture of hard coal and mill scale.
  • the raw coal in this mixture may have a particle size of approximately between 0 and 10 mm (warning carbon) or between 0 and 50 mm.
  • the grain size of the scale can be up to a maximum of 50 mm.
  • the grain size after the mill is 50 to 80% ⁇ 90 microns.
  • the joint grinding of the solid fuel raw material, in particular hard coal, and the scale in a LOESCHE-type roller mill is extremely cost-effective, efficient and efficient can be.
  • the parameters characterizing a milling process such as the specific working requirement and the power factor of the mill, are not adversely affected by the addition of mill scale to hard coal or to a mixture of hard coal and petroleum coke of 3%.
  • the particle size distribution is almost identical, ie there are in the range of 50% R 90 microns to 0.05% R 90 microns only very small differences, for example, the specific labor requirements between a pure coal grinding and the grinding with scale. As the proportion of scale in the fuel mixture increased, even a reduction in the workload of the mill was noted.
  • Both components are brought into intimate contact during the grinding process by the comminution processes under each roller. It is assumed that the metal oxides present in the mill scale are attached to the carbon grain or the carbon particles quasi-lubricated. Advantageous for this are with high probability also present in the scale oil residues that support the bonding or bonding process.
  • the fuel system according to the invention or the ready-to-inject fuel-tinder mixture thus not only offers the possibility of recycling the by-product tinder in an extraordinarily simple and economical way, but is simultaneously associated with an optimization of the blast-furnace process.
  • a conveying device and / or a metering device for the scale material stored in a storage bunker or silo, e.g. Mill scale are arranged.
  • premixing means may be arranged in front of the mill so that a feed mixture having a predeterminable mixing ratio is formed and subjected to milling, e.g. can be supplied via a metering bunker.
  • the supply of the fuel mixture according to the invention takes place in the blow molding of the blast furnace.
  • the fuel mixture according to the invention can be supplied to the blast furnace in the same way as coal dust by the PCI process via the blow molding.
  • PCI process via the blow molding.
  • the process sequence reveals four major process steps for producing and using a new blast furnace blast furnace fuel mixture.
  • a first stage the preparation of the components for the fuel mixture 10 according to the invention, which is prepared by a common grinding in a mill 2 takes place.
  • an air flow roller mill of the LOESCHE type is provided for the grinding process.
  • other vertical Wälzmühlen or ball mills and the like can be used.
  • Starting materials are at least one solid carbon carrier 6, for example coal, in particular hard coal or lignite, or a mixture of hard coal and petroleum coke, hereinafter referred to as raw coal 6.
  • the raw coal 6 passes from a heap 8 in a raw coal bunker 16 and a conveyor or coal allocation 15 to a conveyor 5, which is the mill 2 upstream.
  • a scale material such as e.g. Walzenzunder, fed from a Zunderbunker 17 or a storage facility by means of a conveyor or scale allocation 14 of the conveyor 5 for producing a feed mixture 4.
  • the feed mixture 4 can also be produced in a mixed bed or a mixing drum by mixing the raw coal and the scale material with one another and feeding it to the mill via a metering bunker (not shown). It is expedient to feed the feed mixture 4 from raw coal 6 and mill scale 7 in a predeterminable mixing ratio of the mill 2.
  • the grinding of the feed mixture 4 is carried out to a blow-ready fuel mixture 10. This takes place in the present embodiment in an air flow roller mill 2 and in inert mode. Under feeder a heated in a hot gas generator 11 to the required drying temperature inert or hot gas 9, the feed mixture 4 is subjected to a grinding-drying.
  • the hot gas 9 can advantageously be circulated (not shown), and the hot gas generator 11 can be operated with top gas, for example.
  • the milling of the fuel scale feed mixture 4 in the mill 2 can be carried out in the same way as the grinding of raw coal to pulverized coal.
  • the abandoned mill scale 7 has usually undergone a pretreatment to reduce the water content and the adhering oil.
  • the dust-like fuel-scale mixture 10 is deposited and passes through a cellular wheel 18 in a silo container 20th
  • the silo container 20 symbolizes the third method step with the further devices for pneumatic feeding of the ready-to-inject fuel-scale mixture 10.
  • the carbon of the fuel burns to carbon monoxide, which reduces the iron oxide of the ores with the formation of carbon dioxide to iron. Since the scale particles of the fuel-scale mixture are primarily iron oxides, they are also reduced.
  • a significant advantage of the fuel mixture according to the invention consisting of a ready-to-blow-in fuel-scale mixture, can be seen in the fact that the amount of reducing agent is lower for the scale compared to a comparable amount of ore to be fed, based on the metal content. At the same time a recovery of a by-product is achieved. It is also advantageous that, in particular oil-contaminated Zundermaterial can be used. It has also been shown that the feeding of the fuel-scale mixture according to the invention via the blow molding of the blast furnace to optimize the blast furnace process, eg by increasing the Abbrandbeuggung of the reducing agent, primarily the injected coal and at least partially also of the coke leads. Further advantages are the rational, effective production and supply of the fuel mixture according to the invention.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennstoffmischung zur Zuführung in Blasformen bei der Roheisenerzeugung im Hochofen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung und Zuführung der Brennstoffmischung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
  • Es ist bekannt, bei der Roheisenerzeugung in Hochöfen zur Verringerung des Koksverbrauchs mit dem Heißwind, welcher über die Wind- bzw. Blasformen im unteren Teil der Rast eingeleitet wird, noch weitere Reduktions- und Heizstoffe, beispielsweise Kohlenstaub, Öl oder Erdgas, einzublasen, wobei für Kohlenstaub insbesondere das PCI-(Pulverized Coal Injection)-Verfahren angewendet wird.
  • In dem Firmenprospekt "Pulverized Coal Injection Systems" der Paul Wurth S.A. von 05/2002 sind Mahlanlagen zur Erzeugung von Kohlenstaub sowie Verteilungs- und Zuführsysteme zum pneumatischen Zuführen des Kohlenstaubs in Hochofen-Windformen nach dem PCI-Verfahren beschrieben.
  • In der WO 99/64636 ist ein Verfahren beschrieben, bei welchem mit einem Katalysatorzusatz präparierter Kohlenstaub eingeblasen wird. Als Katalysatorzusatz werden wässrige Lösungen von Verbindungen der Nebengruppenelemente Zirkonium, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink oder von Aluminium, Zinn oder Blei, insbesondere eine Kupfersulfatlösung, vorgeschlagen.
  • In dem Artikel "Blast furnace efficiency enhancer for pulverized coal injection" der Zeitschrift "Steel Technology" Februar 2000, Seite 61 ff., ist das vorgenannte Verfahren weiter beschrieben. Der zum partiellen Ersatz von Koks über die Blasformen zugeführte Kohlenstaub weist eine Korngröße < 1 mm und einen Feuchtegehalt < 3 % auf, und pro Tonne Kohle werden 350 bis 600 ml Katalysatorlösung zugeführt. Die Zuführung erfolgt mit Hilfe einer gesonderten Einrichtung, welche nach einem Rohkohlesilo und vor einer MPS-Mühle angeordnet ist, wobei die Rohkohle durch Aufsprühen mit der Katalysatorlösung präpariert wird. Nachteilig ist, dass die Sprühvorrichtung wegen der korrosiven Eigenschaften der Katalysatorlösung besonderen Anforderungen genügen muss und außerdem zusätzlich ein Reinigungssystem zur regelmäßigen Säuberung der Düsen erforderlich ist.
  • Aus der DE 100 50 332 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Präparierung von Brennstoffen, insbesondere von Kohlenstaub, für die Roheisenerzeugung bekannt, bei welchen ein Katalysator, welcher Cer- und Eisensalze organischer und/oder anorganischer Säuren enthält und eine Herabsetzung der Zündtemperatur und eine Beschleunigung der Verbrennung und damit einen schnelleren Abbrand des Restkokses bewirkt, eingesetzt wird. Die Präparierung des Kohlenstaubs erfolgt mit einer wässrigen Lösung des Katalysators während der Vermahlung der Rohkohle zu Kohlenstaub. Die Kohlenmühle, z.B. eine Luftstrom-Wälzmühle des LOESCHE-Typs, muss zur Präparierung des Kohlenstaubs mit entsprechenden Zuführeinrichtungen und Sprüheinrichtungen ausgerüstet sein. Um eine wirkungsvolle Benetzung der Kohlepartikel zu erreichen, sind außerdem Mess- und Regelungseinrichtungen erforderlich, welche in das Regelungs- und sicherheitstechnische Konzept der gesamten Mahlanlage einbezogen werden müssen und mit zusätzlichen Investitionen und Kosten verbunden sind.
  • Aus DE 41 04 072 A1 ist ein Recyclingsverfahren für ölhaltigen Walzenzunder bekannt, bei welchem der Walzenzunder als Zusatzstoff mit für das Einblasen im Hochofen vorgesehener Steinkohle gemahlen und getrocknet und danach als Brennstaub in den Hochofen eingeblasen wird. Die beschriebenen Brennstoffmischungen können Steinkohle und ölhaltigen Walzenzunder oder aber getrennt getrockneten Walzenzunder und Erdöl oder aber Walzenzunder, welcher mit einer geringen Menge Steinkohle zerkleinert und getrocknet wurde, und Erdöl enthalten. Der Anteil des Walzenzunders in einer Zunder-Steinkohle-Mischung wird mit 5 bis 20 %, vorzugsweise 6 bis 8 %, angegeben. Ein derartiger, relativ hoher Zunderanteil in der Brennstoffmischung kann jedoch zum Verklumpen vor und während des Mahlvorgangs sowie zu Problemen bei der Zuführung des Gemisches über die Blasformen und auch zu einer erhöhten Korrosion, insbesondere im Bereich der Zuführleitungen, Düsen und Dosierventile, führen. Als nachteilig kann sich auch der Einsatz von unbehandeltem Walzenzunder, welcher einen relativ hohen Öl- und Wasseranteil aufweist, erweisen. Zudem ist eine Warmhaltung des einzublasenden Steinkohle-Zunder-Gemisches beschrieben, welche zusätzliche Einrichtungen und Kosten erfordert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffmischung zur Zuführung über die Blasformen eines Hochofens sowie ein Verfahren zum Herstellen und Zuführen der Brennstoffmischung anzugeben, welche bei einer außerordentlich effizienten Herstellung und Zuführung der Brennstoffmischung zu einem verbesserten Abbrandverhalten und optimierten Hochofenprozess führen.
  • In Bezug auf die Brennstoffmischung wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und verfahrensmäßig wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst.
  • Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, eine Brennstoffmischung aus wenigstens einem festen Kohlenstoffträger und einem Zundermaterial als ein vorreduziertes Eisenmaterial einzusetzen und zusammen mit dem Heißwind und/oder Sauerstoff durch die Wind- bzw. Blasformen dem Hochofen zuzuführen, beispielsweise nach dem PCI-Verfahren.
  • Als feste Kohlenstoffträger können Kohle, beispielsweise Steinkohle, aber auch Braunkohle, granulierte Kohle, Kohlemischungen, Kohle-Koks-Gemische und Kunststoffe, beispielsweise als Kunststoff-Kohle-Mischungen oder Kunststoff-Öl-Suspensionen eingesetzt und zusammen mit einem Zundermaterial als vorreduziertes Eisenmaterial in einer vorgebbaren Korngröße in Blasformen dem Hochofen zugeführt werden.
  • Bevorzugt wird eine Brennstoffmischung eingesetzt, welche als festen Kohlenstoffträger Kohle oder ein Gemisch aus Kohle und Petrolkoks und als Zundermaterial Walzenzunder enthält.
  • Es ist besonders vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Mischung in einer Mühle, insbesondere in einer Wälzmühle mit integriertem Sichter, beispielsweise in einer Luftstrom-Wälzmühle des LOESCHE-Typs, einem gemeinsamen Mahlprozess, zweckmä-βigerweise einer Mahl-Trocknung, unterzogen und mit einer vorgebbaren Korngröße den Blasformen zugeführt werden kann.
  • Grundsätzlich können die Kohlenstoffträger bzw. das Brennstoffrohmaterial und das Zundermaterial getrennt in einer geeigneten Mühle bzw. einem Mahlsystem vermahlen und gemeinsam in einem insbesondere einstellbaren Mischungsverhältnis oder auch getrennt den Blasformen des Hochofens zugeführt werden. Besonders rationell und bevorzugt ist jedoch ein gemeinsamer Mahl-Sicht-Prozess, z.B. in einer Luftstrom-Wälzmühle.
  • Es wurde gefunden, dass ein Kohlenstaub-Zunder-Gemisch, in welchem der Zunderanteil 3 % beträgt, ein pneumatisch förderbares, einblasfertiges Gemisch ist, welches au-βerordentlich rationell und effizient vermahlen werden kann, zu einem signifikant verbesserten Abbrandverhalten im Hochofen führt und auch zu einem reduzierten Anfall von unverbrannter Kohle führen kann.
  • Im Vergleich zur normalen Verbrennung der Kohle und den bekannten PCI-Verfahren wurde eine deutliche Abbrandbeschleunigung des Reduktionsmittels, insbesondere des eingedüsten Kohlenstaubs und zumindest partiell des Kokses, festgestellt. Vorteilhaft ist außerdem, dass aufgrund der Zumischung von Zunder bei der Kohlenstaubinjektion eine geringere Menge an aufzugebendem Erz und Reduktionsmittel pro t Roheisenerzeugung eingesetzt werden muss. Es wurde außerdem festgestellt, dass durch die erfindungsgemäße Zumischung von Zunder zu Kohlenstaub eine Absenkung der Flammentemperatur erreicht wird, weshalb die Sauerstoffzugabe und dadurch die Gestellflächenleistung erhöht werden kann.
  • Des Weiteren besteht ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Brennstoff-Zunder-Mischung in der rationellen und effektiven Verwertung von Zundermaterial, insbesondere des in Walzprozessen und dergleichen in relativ großen Mengen anfallenden Walzenzunders. Im Wesentlichen ist Zunder ein bei der Warmformgebung und Wärmebehandlung auf einer Stahloberfläche gebildetes Eisen-(II, III)-oxid (Fe3O4 = FeO . Fe2O3), welches Beimischungen von Kalziumoxid CaO, Siliciumdioxid SiO2. Aluminiumoxid Al2O3, Natriumoxid Na2O, Magnesiumoxid MgO, Mangan und Spuren von Schwefel, P2O5, TiO2, Zn, Zr, Cu, Cr, Co, V, Ni und Pb aufweist und beim Walzen und Schmieden abfällt (Walzenzunder bzw. Hammerschlag) bzw. von der Stahloberfläche abgespült, abgesprüht oder auch durch Entzundern oder Walzen entfernt wird.
  • Der Eisengehalt im Walzenzunder kann zwischen 30 und 80 % betragen, weshalb eine Verwertung unter dem Aspekt der Wirtschaftlichkeit und auch unter Umweltgesichtspunkten sinnvoll ist. Bisher erfolgt eine Verwertung in Form von pelletiertem oder brikettierten Walzenzunder, welcher zusammen mit dem Hochofenkoks und Möller über den Gichtverschluss einem Hochofen aufgegeben wird. Nachteilig ist jedoch die Notwendigkeit der Pelletierung bzw. Brikettierung, welche zusätzliche Verfahrensschritte erfordert.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen und Zuführen der erfindungsgemäßen Brennstoffmischung werden wenigstens ein fester Kohlenstoffträger oder auch ein Gemisch aus zwei oder mehr Kohlenstoffträgern und ein Zundermaterial als vorreduziertes eisenhaltiges Material einer Mühle zugeführt und gemeinsam vermahlen sowie mit einer vorgebbaren Korngröße nach dem PCI-Verfahren über Blasformen einem Hochofen zugeführt.
  • Erfindungsgemäß werden als feste Kohlenstoffträger bzw. als Brennstoffrohmaterial Kohle, insbesondere Steinkohle oder Braunkohle, oder eine Mischung von Kohle und Petrolkoks und ein Zundermaterial, beispielsweise Walzenzunder, welches einen Metall- bzw. Eisengehalt zwischen 30 und 80 % aufweisen kann, einer Mühle, beispielsweise einer Wälzmühle mit integriertem Sichter, in einem vorgebbaren Mischungsverhältnis aufgegeben und einem Mahl-Sichtprozess unterzogen.
  • Erfindungsgemäß beträgt der Zunderanteil in der Aufgabemischung 3 %.
  • Es ist zweckmäßig, ein Brennstoffrohmaterial bzw. -gemisch mit einem Heizwert > 3000 kKal/kg, einer Feuchte von etwa 15 % und einer Aufgabekorngröße von < 10 bis etwa 80 mm zu verwenden.
  • Der Walzenzunder kann getrennt von dem Brennstoffrohmaterial zur Mühlenaufgabe gefördert und erst in der Mühle dem Brennstoffmaterial bzw. den Brennstoffpartikeln zugemischt werden. Von Vorteil für den Mahl- und Sichtprozess und das gewünschte Mahlprodukt ist es jedoch, eine Mischeinrichtung, beispielsweise ein Mischbett oder eine Mischtrommel, der Kohlenmühle vorzuschalten und das Brennstoffrohmaterial mit dem Zundermaterial als Aufgabemischung zuzuführen, zu vermahlen und die Feingutmischung nach dem Sichter in einem Filter abzuscheiden und als einblasfertige Brennstoffmischung den Blasformen des Hochofens zuzuführen.
  • Sicherheitstechnisch vorteilhaft ist eine Vermahlung in inerter Atmosphäre. Durch Verwendung eines Heißgases, z.B. Rauchgas, welches in einem Heißgaserzeuger auf die erforderliche Temperatur gebracht wird, wird der Aufgabemischung die Feuchtigkeit entzogen und eine Mahl-Trocknung durchgeführt. Die Vermahlung kann auch in einer luftbetriebenen Mahlanlage mit Heißluft als Trockengas durchgeführt werden. Eine weitere Möglichkeit zur Zuführung von Heißgasen für den Mahl-Trocknungsprozess ist die Verwendung von Winderhitzerabgas oder Cowpergas.
  • Prinzipiell kann der Walzenzunder bei einer mechanischen Entzunderung mit einem hydraulischen Reinigungsvorgang oder bei Walz- und Transportprozessen durch Abrieb anfallen. In der Regel weist der Zunder eine hohe Feuchte (bis 90 %) auf und ist mit Schmierölen und Fetten aus den Walzprozessen belastet. Nach einer Nachbehandlung, z.B. in Absatzbecken oder durch Pressvorgänge, kann der Wassergehalt im Bereich von 2 bis 15 %, der Ölgehalt zwischen 0 und 5 % und die Korngröße etwa 0,5 mm bis maximal 50 mm betragen.
  • Von Vorteil ist eine Aufgabemischung aus Steinkohle und Walzenzunder. Die Rohkohle in dieser Mischung kann eine Korngröße etwa zwischen 0 und 10 mm (Warndtkohle) oder zwischen 0 und 50 mm aufweisen. Die Korngröße des Zunders kann bis maximal 50 mm betragen. Die Körnung nach der Mühle liegt bei 50 bis 80 % < 90 µm.
  • Grundsätzlich kann eine gemeinsame Vermahlung von Rohkohle bzw. Rohkohle und Petrolkoks und Zundermaterial in allen hierfür geeigneten Mahlsystemen und Mühlen, z. B. in Kugelmühlen und vertikalen Wälzmühlen und dergleichen, durchgeführt werden. Eine Aufgabemischung aus Kohle/Petrolkoks und Zundermaterial bewirkt keine negative Beeinflussung des Mahlprozesses.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, dass die gemeinsame Vermahlung des festen Brennstoffrohmaterials, insbesondere Steinkohle, und des Zunders in einer Wälzmühle des LOESCHE-Typs außerordentlich kostengünstig, rationell und effizient durchgeführt werden kann. Außerdem wurde festgestellt, dass die einen Mahlprozess charakterisierenden Parameter, wie z.B. der spezifische Arbeitsbedarf und der Leistungsfaktor der Mühle, durch eine Zumischung von Walzenzunder zu Steinkohle oder zu einem Gemisch von Steinkohle und Petrolkoks von 3 % keine nachteilige Änderung erfahren. Auch die Korngrößenverteilung ist nahezu identisch, d.h. es gibt im Bereich von 50 % R 90 µm bis 0,05 % R 90 µm jeweils nur sehr geringe Unterschiede, z.B. des spezifischen Arbeitsbedarfs zwischen einer reinen Kohlevermahlung und der Vermahlung mit Zunder. Mit steigendem Anteil an Zunder in der Brennstoffmischung wurde sogar eine Reduzierung des Arbeitsbedarfs der Mühle festgestellt.
  • Besonders vorteilhaft ist ein verbessertes Zündverhalten des Brennstoff-Zunder-Gemisches in den Blasformen, welches auch auf Synergieeffekte der gemeinsamen Vermahlung von Walzenzunder und einem Brennstoffrohmaterial zurückgehen kann. So wurde festgestellt, dass nach dem gemeinsamen Mahlprozess Zunderpartikel an den Brennstoffpartikeln haften und trotz der Dichteunterschiede zwischen den Brennstoff- und Zunderpartikeln eine Separation weder beim Mahlen noch beim Sichten und auch nicht während der Zuführung und Injektion nach dem PCI-Verfahren stattfindet. Es wurde überraschenderweise gefunden, dass die innige Verbindung zwischen den Kohlepartikeln und den Zunderbestandteilen die Abbrandbeschleunigung signifikant erhöht.
  • Beide Komponenten werden im Rahmen des Mahlprozesses durch die Zerkleinerungsvorgänge unter jeder Walze in innigsten Kontakt gebracht. Es wird davon ausgegangen, dass die im Walzenzunder vorliegenden Metalloxide quasi aufgeschmiert am Kohlekorn bzw. den Kohlepartikeln anhaften. Vorteilhaft hierfür sind mit hoher Wahrscheinlichkeit auch die im Zunder vorhandenen Ölreste, die den Verbindungs- bzw. Verklebungsprozess unterstützen. Diese innige Verbindung zwischen dem zu verbrennenden Kohlekorn und den Zunderbestandteilen, bei denen es sich um Metalloxide mit einem definierten Redox-Potential und einer katalytischen Wirkung handelt, führt zu einem überraschend verbesserten Abbrandverhalten der Kohlestaubpartikel. Das erfindungsgemäße Brennstoffsystem bzw. das einblasfertige Brennstoff-Zunder-Gemisch bietet somit nicht nur die Möglichkeit, das Beiprodukt Zunder in einer außerordentlich einfachen und ökonomischen Weise der Roheisenerzeugung wieder zuzuführen, sondern ist gleichzeitig mit einer Optimierung des Hochofenprozesses verbunden.
  • Vorteilhaft ist des Weiteren, dass aufgrund der Zuführung des Walzenzunders über die Blasformen das Öl des Walzenzunders sehr hohen Temperaturen ausgesetzt ist und die Gefahr der Bildung schädlicher Verbrennungsprodukte sehr gering ist. Maßnahmen zur Verkapselung am Walzenzunder anhaftenden Öls, welche beispielsweise in der DE 100 38 566 A1 beschrieben sind, sind deshalb nicht erforderlich.
  • Vorrichtungsmäßig ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einer Anlage für ein PCI-Verfahren vor der Mühle und getrennt von den Einrichtungen für das Brennstoffrohmaterial zusätzlich eine Fördereinrichtung und/oder eine Dosiereinrichtung für das in einem Vorratsbunker oder -silo gelagerte Zundermaterial, z.B. Walzenzunder, angeordnet sind.
  • Alternativ kann für eine Vormischung des Walzenzunders bzw. des vorreduzierten Eisenmaterials und des Brennstoffrohmaterials eine Vormischeinrichtung vor der Mühle angeordnet sein, so dass eine Aufgabemischung mit einem vorgebbaren Mischungsverhältnis gebildet und der Vermahlung, z.B. über einen Dosierbunker, zugeführt werden kann.
  • Außerdem kann es sich als zweckmäßig erweisen, wenn nach einem Filter, in welchem die Kohlenstaub-Zunder-Mischung aus der Mühle abgeschieden wird, und vor einem Silo zur Aufnahme der einblasfertigen Mischung eine weitere Mischeinrichtung vorgesehen ist.
  • In der Regel sind nach dem Feingutsilo Sendegefäße bzw. Zuführbehälter und ein Verteilungssilo angeordnet, und über Injektionsleitungen erfolgt die Zuführung der erfindungsgemäßen Brennstoffmischung in die Blasformen des Hochofens.
  • Es ist vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Brennstoffmischung in gleicher Weise wie Kohlenstaub nach dem PCI-Verfahren über die Blasformen den Hochofen zugeführt werden kann. Es wird beispielhaft auf den Firmenprospekt "Pulverized Coal Injection Systems" der Firma Paul Wurth S.A. verwiesen, in dem die gängigen Zuführsysteme mittels Schwerkraft oder pneumatisch, sowie Verteilungs- und Fördersysteme, einschließlich der Dicht- oder Dünnstromförderung sowie die Mess- und Regelungssysteme und eine mögliche Vorheizung des Kohlenstaubs im Einzelnen beschrieben sind.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung weiter erläutert; in der einzigen Zeichnung ist ein Anlagenschema zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Brennstoffmischung sowie des Verfahrensablaufs und von Vorrichtungen der Anlage in stark schematisierter Weise dargestellt.
  • Der Verfahrensablauf lässt vier wesentliche Verfahrensschritte zur Herstellung und Verwendung einer neuen Brennstoffmischung für Blasformen eines Hochofens erkennen.
  • In einer ersten Stufe erfolgt die Vorbereitung der Komponenten für die erfindungsgemäße Brennstoffmischung 10, welche durch eine gemeinsame Vermahlung in einer Mühle 2 hergestellt wird. Im vorliegenden Beispiel ist für den Mahlprozess eine Luftstrom-Wälzmühle des LOESCHE-Typs vorgesehen. Es können jedoch auch andere vertikalen Wälzmühlen oder auch Kugelmühlen und dergleichen eingesetzt werden.
  • Ausgangsstoffe sind wenigstens ein fester Kohlenstoffträger 6, beispielsweise Kohle, insbesondere Steinkohle oder Braunkohle, oder ein Gemisch aus Steinkohle und Petrolkoks, nachfolgend kurz Rohkohle 6 genannt. Die Rohkohle 6 gelangt von einer Halde 8 in einen Rohkohlebunker 16 und über eine Fördereinrichtung bzw. Kohlenzuteilung 15 auf eine Fördereinrichtung 5, welche der Mühle 2 vorgelagert ist.
  • Als zweite Komponente wird als vorreduziertes Eisenmaterial 7 ein Zundermaterial, wie z.B. Walzenzunder, aus einem Zunderbunker 17 bzw. einer Lagereinrichtung mit Hilfe einer Fördereinrichtung bzw. Zunderzuteilung 14 der Fördereinrichtung 5 zur Herstellung einer Aufgabemischung 4 zugeleitet.
  • Alternativ kann die Aufgabemischung 4 auch in einem Mischbett oder einer Mischtrommel hergestellt werden, indem die Rohkohle und das Zundermaterial miteinander vermischt und über einen Dosierbunker der Mühle aufgegeben werden (nicht dargestellt). Zweckmäßig ist es, die Aufgabemischung 4 aus Rohkohle 6 und Walzenzunder 7 in einem vorgebbaren Mischungsverhältnis der Mühle 2 zuzuführen.
  • In einem zweiten Verfahrensschritt erfolgt die Vermahlung der Aufgabemischung 4 zu einer einblasfertigen Brennstoffmischung 10. Dies erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einer Luftstrom- Wälzmühle 2 und im Inertbetrieb. Unter Zuführung eines in einem Heißgaserzeuger 11 auf die erforderliche Trocknungstemperatur erhitzten Inert- bzw. Heißgases 9 wird die Aufgabemischung 4 einer Mahl-Trocknung unterzogen. Das Heißgas 9 kann vorteilhaft im Kreislauf gefahren werden (nicht dargestellt), und der Heißgaserzeuger 11 kann z.B. mit Gichtgas betrieben werden.
  • Es ist von besonderem Vorteil, dass die Vermahlung der Brennstoff-Zunder-Aufgabemischung 4 in der Mühle 2 in gleicher Weise wie die Vermahlung von Rohkohle zu Kohlenstaub durchgeführt werden kann. Der aufgegebene Walzenzunder 7 hat in der Regel eine Vorbehandlung zur Reduzierung des Wasseranteils und des anhaftenden Öls durchlaufen. Durch die Mahl-Trocknung der Aufgabemischung 4 in der Mühle 2 mit integriertem Sichter 3 wird mit dem einblasfertigen Brennstoff-Zunder-Gemisch 10 ein Brennstoffsystem hergestellt, welches den Hochofenprozess optimiert.
  • In einem nachgeschalteten Filter 12, beispielsweise einem Gewebe- oder Schlauchfilter, wird die staubförmige Brennstoff-Zunder-Mischung 10 abgeschieden und gelangt über ein Zellrad 18 in einen Silobehälter 20.
  • Der Silobehälter 20 symbolisiert mit den weiteren Einrichtungen zur pneumatischen Zuführung des einblasfertigen Brennstoff-Zunder-Gemisches 10 den dritten Verfahrensschritt. Dieser beinhaltet die Silolagerung, die Regelung der pneumatischen Zuführung des einblasfertigen Brennstoff-Zunder-Gemisches 10 mit Hilfe eines Stickstoff-Druckbehälters 21, Sendegefäßen oder Zuführbehältern 22, 23 und eines Verteilungsbehälters 24 sowie einer Verbindungsleitung bzw. Förderleitung 25. Von dem Verteilungsbehälter 24 gehen entsprechend der Anzahl der Blasformen 27 Injektionsleitungen 26 für die Blasformen 27 ab, über welche das einblasfertige Brennstoff- bzw. Rohkohle-Zunder-Gemisch 10 zusammen mit dem Heißwind eingeblasen wird.
  • Aufgrund der hohen Temperaturen von etwa >2000°C im Bereich der Blasformen des Hochofens verbrennt der Kohlenstoff des Brennstoffes zu Kohlenmonoxid, welches das Eisenoxid der Erze unter Bildung von Kohlendioxid zu Eisen reduziert. Da es sich bei den Zunderpartikeln des Brennstoff-Zunder-Gemischs vornehmlich um Eisenoxide handelt, werden diese ebenfalls reduziert.
  • Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Brennstoffgemisches, bestehend aus einer einblasfertigen Brennstoff-Zunder-Mischung, ist darin zu sehen, dass die Reduktionsmittelmenge für den Zunder gegenüber einer vergleichbaren Menge aufzugebenden Erzes, bezogen auf den Metallinhalt, geringer ist. Gleichzeitig wird eine Verwertung eines Beiproduktes erreicht. Vorteilhaft ist auch, dass insbesondere ölkontaminiertes Zundermaterial eingesetzt werden kann. Es hat sich außerdem gezeigt, dass die Zuführung des erfindungsgemäßen Brennstoff-Zunder-Gemisches über die Blasformen des Hochofens zu einer Optimierung des Hochofenprozesses, z.B. durch Erhöhung der Abbrandbeschleunigung des Reduktionsmittels, vornehmlich der eingedüsten Kohle und zumindest partiell auch des Kokses führt. Weitere Vorteile sind die rationelle, effektive Herstellung und Zuführung der erfindungsgemäßen Brennstoffmischung.

Claims (12)

  1. Brennstoffmischung zur Zuführung in Blasformen bei der Roheisenerzeugung im Hochofen,
    mit wenigstens einem festen Kohlenstoffträger (6) und einem Zundermaterial (7), welche als ein einblasfertiges Brennstoff-Zunder-Gemisch (10) über die Blasformen (27) zuführbar sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das einblasfertige Brennstoff-Zunder-Gemisch (10) eine Kohlenstaub-Zunder-Mischung und pneumatisch förderbar ist und einen Zunderanteil von 3% aufweist.
  2. Brennstoffmischung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kohlenstaub-Zunder-Mischung eine Körnung von 50 bis 80% < 90µm aufweist.
  3. Brennstoffmischung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als ein Ausgangsmaterial für die Kohlenstaub-Zunder-Mischung (10) vorbehandeltes Zundermaterial (7) mit einem Wassergehalt von 2 bis 15%, einem Ölgehalt zwischen 0 und 5% und einer Korngröße bis maximal 50 mm eingesetzt ist.
  4. Brennstoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der Kohlenstaub-Zunder-Mischung (10) als fester Kohlenstoffträger (6) Kohle, eine Kohlemischung, Koks oder ein Kohle-Koks-Gemisch enthalten ist.
  5. Brennstoffmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kohlenstaub-Zunder-Mischung (10) durch gemeinsame Vermahlung von Steinkohle, Braunkohle, granulierter Kohle, einer Kohlenmischung oder einem Gemisch aus Kohle und Petrolkoks und dem Zundermaterial (7) in einer Mühle mit einem integrierten Sichter herstellbar und pneumatisch mit Hilfe eines Fördergases aus Druckbehältern (21) über Sende- oder Zuführbehälter (22, 23) und einen Verteilerbehälter (24) den Injektionsleitungen (26) und Blasformen (27) zuführbar ist.
  6. Brennstoffmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die einblasfertige Kohlenstaub-Zunder-Mischung (10) Zundermaterial (7) mit einem Eisengehalt von 30 bis 80% enthält.
  7. Verfahren zur Herstellung und Zuführung einer Brennstoffmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei welchem wenigstens ein fester Kohlenstoffträger (6) und ein Zundermaterial (7) in einer Mühle (2) vermahlen und gesichtet und als ein einblasfertiges Brennstoff-Zunder-Gemisch (10) über Blasformen (27) einem Hochofen (28) zugeführt werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Mühle (2) eine Aufgabemischung (4) mit einem Zunderanteil von 3% und einem Eisengehalt im Zundermaterial (7) von 30 bis 80% aufgegeben und in einer Mahltrocknung zu einer einblasfertigen, pneumatisch förderbaren Kohlenstaub-Zunder-Mischung (10) mit einer Körnung von 50 bis 80% < 90µm vermahlen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als fester Kohlenstoffträger (6) Kohle, eine Kohlemischung, Koks oder ein Gemisch aus Kohle und Petrolkoks einem gemeinsamen Mahlprozess mit dem Zundermaterial (7) unterworfen wird und die einblasfertige Kohlenstaub-Zunder-Mischung (10) über eine Förder- und Verteilungseinrichtung (20 bis 26) über die Blasformen (27) in den Hochofen (28) eingeblasen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der feste Kohlenstoffträger (6) über eine Zuteilung (15) und das Zundermaterial (7) über eine Zunderzuteilung (14) einer Vormischeinrichtung (5) zugeführt wird, in welcher die Aufgabemischung (4) für die Mühle (2) hergestellt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Vermahlung in einer inertisierten oder luftbetriebenen Mühle (2) durchgeführt wird und zur Mahltrocknung ein Inertgas (9) oder Heißluft, welche in einem Heißgaserzeuger (11) auf die erforderlichen Temperaturen erhitzt wird, zugeführt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass für die Aufgabemischung (4) ein festes Brennstoffmaterial mit einem Heizwert > 3000 kKal/kg, einer Feuchte von etwa 15% und einer Korngröße bis maximal 80 mm und ein vorbehandeltes Zundermaterial (7) mit einem Wassergehalt im Bereich von 2 bis 15%, einem Ölgehalt zwischen 0 und 5% und einer Korngröße bis maximal 50 mm in der Vormischeinrichtung (5) vor der Mühle (2) gemischt werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Aufgabemischung (4) in einer vertikalen Wälzmühle (2) mit integriertem Sichter (3) vermahlen wird und nach der Sichtung die einblasfertige Kohlenstaub-Zunder-Mischung (10) mit dem Zunderanteil von 3% und der Körnung von 50 bis 80% < 90µm pneumatisch mit Hilfe eines Fördergases oder eines Gasgemisches aus einem Druckgasbehälter (21) in eine Förderleitung (25) gefördert und über ein kontinuierliches Einschleussystem und eine Verteilungseinrichtung (24) und Injektionsleitungen (26) den Blasformen (27) zugeführt wird.
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