EP2215418A1 - Verfahren zum herstellen und schmelzen von flüssigem roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten in einem einschmelzvergaser - Google Patents

Verfahren zum herstellen und schmelzen von flüssigem roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten in einem einschmelzvergaser

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EP2215418A1
EP2215418A1 EP08849824A EP08849824A EP2215418A1 EP 2215418 A1 EP2215418 A1 EP 2215418A1 EP 08849824 A EP08849824 A EP 08849824A EP 08849824 A EP08849824 A EP 08849824A EP 2215418 A1 EP2215418 A1 EP 2215418A1
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EP
European Patent Office
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oxygen
gas
oxygen nozzle
outlet openings
containing gas
Prior art date
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EP08849824A
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English (en)
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EP2215418B1 (de
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Leopold Werner Kepplinger
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SIEMENS VAI METALS Technologies GmbH
Posco Holdings Inc
Original Assignee
Siemens VAI Metals Technologies GmbH and Co
Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
Posco Co Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16—Introducing a fluid jet or current into the charge
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/16—Tuyéres
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M11/00—Safety arrangements
    • F23M11/04—Means for supervising combustion, e.g. windows
    • F23M11/042—Viewing ports of windows
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • 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
    • F27B1/16—Arrangements of tuyeres

Definitions

  • the application relates to a method and an apparatus for producing and melting liquid pig iron or liquid steel precursors in a melter gasifier.
  • iron oxides or prereduced iron or mixtures thereof are added to the melter gasifier as iron-containing feedstocks, where they are melted by feeding carbonaceous material as solid carbon carriers and oxygen-containing gas in a fixed bed formed from the solid carbon carriers, the carbonaceous carrier gasifying and CO and H. 2 -containing reducing gas is generated.
  • the supply of the oxygen-containing gas into the fixed bed takes place via a multiplicity of oxygen nozzles, called oxygen nozzle belts, which are distributed over the circumference of the melter gasifier in the region of the melter gasifier hearth.
  • the oxygen nozzles pass through the metal shell of the melter gasifier and are supplied with oxygen-containing gas from outside the melter gasifier.
  • the oxygen-containing gas may be oxygen or an oxygen-containing gas mixture; the terms oxygen-containing gas and oxygen are used synonymously below.
  • the capacity of a melter gasifier for producing liquid pig iron or liquid steel precursors or its melting capacity increases with its volume.
  • the active area of the oxygen nozzle belt becomes smaller and smaller relative to the cross-sectional area of the melter gasifier, since the periphery of the melter gasifier hearth grows only linearly with the diameter of the melter gasifier hearth, but the cross-sectional area increases with the square of the diameter of the melter gasifier. Hearth increases.
  • the number of installable oxygen nozzles as well as the circumference will only increase linearly with the diameter of the melter gasifier hearth, while the melting capacity at least with the square of the Diameter of the melter gasifier hearth increases.
  • the oxygen nozzles used have to conduct an ever greater amount of oxygen-containing gas into the melter gasifier.
  • the hot gas streams in and over a large area above the raceway cause a state of fluidized bed formation or fluidization.
  • EP0114040 a method is described how fluidization of the material located in front of the oxygen nozzles can be avoided by arranging two nozzle planes.
  • the lower oxygen nozzle level a smaller amount of oxygen-containing gas is supplied, so that a fixed bed layer is formed, which allows, as described above for the energy and mass transfer, procedural effect of the countercurrent flow.
  • only a limited amount of oxygen-containing gas can be introduced by means of this process.
  • the oxygen introduced via the upper oxygen nozzle belt produces a fluidized bed.
  • a plant according to the Austrian Patent AT382390B has only a single oxygen nozzle level opening into a fixed bed of coarse-grained feedstock.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device by means of which it is also possible with Einschmelzvergasern large diameter and volume, without weakening the strength of the steel shell of the melter gasifier and to avoid or reduce fluidization of the fixed bed to ensure adequate oxygen supply ,
  • the subject invention avoids the disadvantages discussed above in that in at least one oxygen nozzle oxygen-containing gas is passed in at least two gas streams in the fixed bed. With this measure it is possible, with the same number of passages for oxygen nozzles in the steel jacket of the melter gasifier, to provide more gas streams penetrating into the fixed bed. If at least two gas streams are introduced from all the oxygen nozzles, twice the number of gas streams is created compared to a conventional solution with one gas stream per oxygen nozzle. Thus, the volume flows of introduced gas can be lowered for each raceway, whereby a large-scale fluidization can be avoided or reduced. In case of a Introduction of two equal gas streams per oxygen nozzle, the volume flows of introduced gas, for example, reduced by half compared to the introduction with a gas stream.
  • the volume flows of the introduced gas decrease correspondingly more.
  • the introduction into at least two gas streams can take place at one, several or all oxygen nozzles.
  • Two, three, four, five, six, or seven gas streams per oxygen nozzle can be introduced into the fixed bed.
  • two to four gas streams are introduced, since with such a number the penetration depth of the raceway into the fixed bed is good and the individual raceways do not overlap. With more than seven gas streams, the penetration depths are low and there is a risk of overlapping the individual raceways.
  • the oxygen-containing gas flows as a feed gas stream through the oxygen nozzle before it is introduced into the fixed bed.
  • the at least two gas streams introduced into the fixed bed originate from a single feed gas stream for oxygen-containing gas. In this way, all gas streams introduced from an oxygen nozzle can be simultaneously controlled by controlling the feed gas flow.
  • the at least two gas streams introduced into the fixed bed each originate from a separate feed gas stream. This makes it possible, by controlling the corresponding feed gas flow, to control each of the introduced gas streams individually, independently of other gas streams introduced from the oxygen nozzle.
  • gas streams which have different flow directions emerge from an oxygen nozzle opening.
  • the oxygen-containing gas is thereby introduced over a wider range in the fixed bed, and for each gas flow with a flow direction forms each own raceway with a lower local gas amount, which is the number Raceways increases and minimizes the risk of fluidization.
  • each gas stream exits from its own oxygen nozzle orifice. Since a separate raceway forms before each oxygen nozzle opening, so increases the number of raceways, which is why the volume flow per raceway can be reduced. Correspondingly, the risk of fluidization of the fixed bed is reduced.
  • Adjacent from the oxygen nozzle exiting gas streams may have the same or different flow directions.
  • the flow directions for the gas flows at an angle of up to 45 °, preferably 5 ° to 15 ° to each other. This results in a uniform gasification of the melting and reaction zone before the oxygen nozzles.
  • the larger the angle the better the individual raceways present in front of the same oxygen nozzle are separated from each other; however, as the angle increases, there is a risk of overlapping existing raceways in front of adjacent oxygen nozzles. Therefore, the angle should not be more than 45 °. Which angle is optimal depends on the proximity of adjacent oxygen nozzles to each other. With conventional numbers of oxygen nozzles on the melter gasifier and the resulting distances from 5 ° to 15 ° are particularly favorable.
  • the said angle is the angle between the projections of the flow directions on a horizontal plane.
  • the introduced into the fixed bed gas streams may have the same or different diameters. It is preferred that when using more than two T / EP2008 / 009277
  • Gas flows the gas streams have different diameters.
  • a mean gas stream having a diameter of two gas streams may be flanked with smaller, for both equal, diameters.
  • the middle gas flow then enters the fixed bed and is less likely to overlap its raceway with the raceways of the adjacent smaller gas streams.
  • each oxygen-containing gas feed gas stream is controllable in terms of pressure and, via the flow rate, amount. This ensures that the introduced into the fixed bed gas streams, which are indeed supplied by the Einspeisungsgasströme with oxygen-containing gas, with respect to pressure and, via the flow velocity, amount can be controlled.
  • fine coal is also injected into the fixed bed via the oxygen nozzles.
  • additional carbonaceous material is fed to the fixed bed.
  • the operation of the oxygen nozzles is monitored by goggles.
  • the condition of the oxygen nozzles can be checked and, in the case of unfavorable developments, such as, for example, laying of the oxygen nozzle openings, timely countermeasures initiated or the oxygen nozzle shut down.
  • Another object of the present invention is an oxygen nozzle for feeding oxygen-containing gas into the fixed bed of a melter gasifier or coal gasifier, characterized in that it comprises at least one oxygen feed duct, and at least two oxygen flow outlet ducts with outlet openings, each of the oxygen flow outlet ducts being connected to at least one oxygen feed duct.
  • the oxygen nozzle may also have three, four, five, six, or seven oxygen flow outlet channels. Preferably, it has two to four Sauerstoffstromauslasskanäle, since in such a number, the penetration depth of the raceway formed before them is good in the fixed bed and the individual raceways do not overlap. With more than seven oxygen flow outlet channels, the penetration depths are low and there is a risk of overlapping the individual raceways.
  • at least two oxygen flow outlet channels are connected to the same oxygen feed channel. This means that the oxygen feed channel branches into at least two oxygen flow outlet channels.
  • the oxygen flow outlet channels are each connected to a separate oxygen feed channel.
  • Oxygen nozzle orifice
  • the outlet openings form the
  • Sauerstoffstromauslasskanäle each have their own oxygen nozzle opening.
  • the diameters of the individual outlet openings are different in order to adjust the gas volume and penetration depth of the respective raceways to the energetic and geometric requirements in the melter gasifier can.
  • the distance of the circumference of adjacent outlet openings is up to three times the outlet opening diameter of one of the outlet openings. For large outlet port diameters, this is true for the smaller outlet port diameter. In an example with 3 outlet openings, a central outlet opening being flanked by two outlet openings of smaller, respectively equal, diameter, for example this smaller diameter. A greater distance would cause problems in the oxygen nozzle still accommodate enough wall thickness to accommodate cooling channels.
  • the center axes of the sections of the oxygen flow outlet channels ending with the outlet openings form an angle of up to 45 °, preferably 5 ° to 15 °, to one another.
  • the angle should not be more than 45 ", which angle is optimal depends on the proximity of adjacent oxygen nozzles to each other.With usual numbers of oxygen nozzles at the melter carburetor and resulting distances are 5 ° to 15 ° particularly favorable.
  • the said angle is the angle between the projections of the central axes on a horizontal plane.
  • each oxygen feed channel is provided with a regulator for controlling pressure and, via the flow velocity, amount of the oxygen-containing gas fed.
  • the oxygen nozzle comprises a display device for monitoring the oxygen flow outlet channels and their outlet openings.
  • the oxygen nozzle comprises a device for the injection of fine coal.
  • FIG. 1 shows a segment of a cross section of a melter gasifier in the hearth area of the melter gasifier.
  • FIG. 2 shows an oxygen nozzle in cross section.
  • Figure 3a shows schematically a front view of an embodiment of a
  • FIG. 3b shows a longitudinal section of the oxygen nozzle of FIG. 3a
  • Figure 4a shows a front view of an oxygen nozzle
  • Figure 4b shows a plan view of a section along the line AA 1 through the oxygen nozzle shown in Figure 4a.
  • the oxygen nozzles 1a, 1b, 1c shown by way of example are, similar to blow molding in blast furnaces, annularly arranged at a certain distance d above the hearth on the circumference U of the melter gasifier and are supplied with oxygen-containing gas from outside via feed lines (not shown). For better Clarity, only three oxygen nozzles 1a, 1b, 1c are shown.
  • the melter gasifier has the radius R. Due to high gas velocities, generally more than 100 m / s, the raceway described above forms in front of the oxygen nozzles. Here, the reaction takes place with the carbonaceous material, which is highly exothermic and serves to melt the feedstocks. The nozzles must be able to withstand very high temperatures up to more than 2000 ° C.
  • the oxygen-containing gas is introduced at each oxygen nozzle 1a, 1b, 1c in two gas streams in the fixed bed, whereby two raceways 2a, 2b form before each oxygen nozzle 1a, 1b, 1c.
  • the flow directions adjacent emerging gas streams, and thus the corresponding raceways, form an angle to each other in the projection on a horizontal plane, in this case, for example, the plane of the paper.
  • the outlet openings of the Sauerstoffstromauslasskanäle each form their own oxygen nozzle opening.
  • FIG. 2 shows an oxygen nozzle 1 in cross-section.
  • the oxygen nozzle 1 has cooling channels 3 for cooling the tip and the body of the oxygen nozzle. After supplying the oxygen nozzle with oxygen-containing gas from outside the melter gasifier, the oxygen-containing gas flows as feed gas flow through the oxygen feed channel 4 of the oxygen nozzle before passing through the two oxygen flow outlet channels 5a, 5b branching off from the oxygen feed channel 4 Outlet openings 6a, 6b is introduced into the fixed bed.
  • Such showers for monitoring the nozzle function are possible through straight-line oxygen flow outlet channels.
  • Optional devices for injection of fine coal, which penetrate the body of the oxygen nozzle and terminate in the immediate vicinity of the outlet openings on the side of the raceway are not shown.
  • FIG. 3a schematically shows a front view of an embodiment of an oxygen nozzle with two oxygen flow outlet channels, whose outlet openings 8 and 9 each form separate oxygen nozzle openings.
  • the 2 oxygen flow outlet channels are each connected to a separate oxygen feed channel.
  • the associated oxygen flow outlet channels and oxygen feed channels have the same direction. When projected onto a horizontal plane, the two directions of the oxygen flow outlet channels cross each other.
  • Figure 3b shows a longitudinal section of the oxygen nozzle of Figure 3a with cooling channels 10 for cooling the body and tip of the oxygen nozzle.
  • FIG. 4a shows a front view of an oxygen nozzle in which the outlet openings 11, 12, 13, 14 of the oxygen flow outlet channels lie within an oxygen nozzle opening 15.
  • the oxygen nozzle opening is slit-shaped and arranged horizontally.
  • Figure 4b shows a plan view of a section along the line A-A 'through the oxygen nozzle shown in Figure 4a.
  • This value indicates the amount of pig iron that is produced daily during normal operation. -Special hearth load (tons / m 2 , day).
  • melter gasifier with conventional oxygen nozzles, in which per oxygen nozzle, a gas stream of oxygen-containing gas is introduced into the fixed bed: EP2008 / 009277
  • Example 1 A melter gasifier with an absolute melting capacity of 1000 tons of pig iron / day is characterized by the following parameters:
  • Example 2 Melt carburetor with an absolute melting capacity of 2500 tonnes of pig iron / day is characterized by the following parameters: Total number of raceways 28
  • Example 3 Melt carburetor with an absolute melting capacity of 4000 tonnes of pig iron / day is characterized by the following parameters: Total number of raceways 30
  • Example 4 Melt carburetor with an absolute melting capacity of 5800 tons of pig iron / day is characterized by the following parameters: Total number of raceways 34
  • Step Example! 5 melter gasifier with an absolute melting capacity of 2500 tonnes of pig iron / day
  • Example 6 melter gasifier with an absolute melting capacity of 4000 tons pig iron / day
  • oxygen nozzles according to the invention can be retrofitted into existing melter gasifier plants without changing the melter gasifier.

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Abstract

Die vorliegende betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen und Schmelzen von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten in einem Einschmelzvergaser unter Einleitung von sauerstoffhaltigem Gas durch Sauerstoffdüsen in das Festbett. Erfindungsgemäß werden bei mindestens einer Sauerstoffdüse mindestens zwei Gasströme eingeleitet. Dadurch wird die Gefahr des Fluidisierens des Festbettes vermindert und die Zahl der Raceways erhöht.

Description

Verfahren zum Herstellen und Schmelzen von flüssigem Rohelsen oder flüssigen Stahlvorprodukten in einem Einschmelzvergaser
Die Anmeldung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen und Schmelzen von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten in einem Einschmelzvergaser.
Bei derartigen Verfahren werden Eisenoxide oder vorreduziertes Eisen oder deren Mischungen als eisenhaltige Einsatzstoffe dem Einschmelzvergaser zugegeben und dort unter Zufuhr von kohlenstoffhaltigem Material als festen Kohlenstoffträgern und sauerstoffhaltigem Gas in einem aus den festen Kohlenstoffträgern gebildeten Festbett erschmolzen, wobei die Kohienstoffräger vergast und ein CO- und H2-haltiges Reduktionsgas erzeugt wird. Die Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases in das Festbett erfolgt über eine Vielzahl von über den Umfang des Einschmelzvergasers im Bereich des Einschmelzvergaser-Herdes verteilten Sauerstoffdüsen, genannt Sauerstoffdüsengürtel. Die Sauerstoffdüsen durchsetzen den Metallmantel des Einschmelzvergasers und werden von außerhalb des Einschmelzvergasers mit sauerstoffhaltigem Gas beliefert. Bei dem sauerstoffhaltigen Gas kann es sich um Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch handeln; die Begriffe sauerstoffhaltiges Gas und Sauerstoff werden im folgenden synonym verwendet.
Die Kapazität eines Einschmelzvergasers zum Herstellen von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten beziehungsweise seine Schmelzleistung nimmt mit seinem Volumen zu. Eine Vergrößerung des Durchmessers, das heisst eine steigende Querschnittsfläche des Einschmelzvergasers, lässt bei gegebener Höhe das Volumen steigen. Bei der Kapazitätssteigerung von Einschmelzvergasern durch Querschnittflächenvergrößerung wird der aktive Bereich des Sauerstoffdüsengürtels relativ zur Querschnittsfläche des Einschmelzvergasers immer kleiner, da der Umfang des Einschmelzvergaser-Herdes nur linear mit dem Durchmesser des Einschmelzvergaser-Herdes wächst, die Querschnittsfläche aber mit dem Quadrat des Durchmessers des Einschmelzvergaser-Herdes zunimmt. Da der Abstand der Sauerstoffdüsen voneinander im Sauerstoffdüsengürtel aus Festigkeitsgründen des Metallmantels des Einschmelzvergasers nicht beliebig klein ausgeführt werden kann, wird die Anzahl der installierbaren Sauerstoffdüsen ebenso wie der Umfang nur linear mit dem Durchmesser des Einschmelzvergaser-Herdes zunehmen, während die Schmelzleistung mindestens mit dem Quadrat des Durchmessers des Einschmelzvergaser-Herdes steigt. Das hat zur Folge, dass die zum Einsatz kommenden Sauerstoffdüsen eine immer größere Menge sauerstoffhaltigen Gases in den Einschmelzvergaser leiten müssen.
Da die Eindringtiefe des Sauerstoffstrahls in das Koks- oder Charbett des Festbettes, der sogenannte Raceway, im Einschmelzvergaser mit zunehmender Gasmenge nicht wesentlich länger wird, ergibt sich der Nachteil einer sehr hohen örtlichen Gasmenge. Durch die Expansion des Gasstrahles durch die stark exotherme Vergasungsreaktion
C + 1/2 O2 => CO ΔH = - 110 kJ/mol
welche bei Temperaturen von über 2500 0C abläuft, verursachen die heißen Gasströme im und in weiten Bereichen über dem Raceway einen Zustand der Wirbelschichtbildung beziehungsweise Fluidisierung.
In diesem fluiddynamischen Strömungsregime werden Feststoff partikel in intensive Bewegung gebracht, so dass sich diese ähnlich einer Flüssigkeit verhalten. Aus diesem Grund wird aus dem in Schachtöfen üblichen, für den Energie- und Stoffaustausch vorteilhaften Gegenstrom ein für die im Einschmelzvergaser ablaufenden Reduktions- und Schmelzvorgänge ungünstiger Kreuz-Gegenstrom. Als weiterer Nachteil kommt hinzu, dass es in diesen Bereichen zu keinem ausgeprägtem Festbett mehr kommt, welches für den idealen Gas-Feststoff-Gegenstrom notwendig ist. Dadurch wird Material, wie Eisenerz und Eisenschwamm, mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie Reduktionsgrad und Temperatur, mit ebenfalls in unterschiedlichen Zuständen befindlichen Schlacken, Zuschlagstoffen und entgaster Kohle (Char) vermischt. Ein geregelter Energie- und Stoffaustausch ist dadurch nur sehr unvollkommen möglich.
In der EP0114040 wird ein Verfahren beschrieben, wie durch Anordnung von zwei Düsenebenen eine Fluidisierung des vor den Sauerstoffdüsen befindlichen Materials vermieden werden kann. Dabei wird der unteren Sauerstoffdüsenebene eine geringere Menge von sauerstoffhaltigem Gas zugeführt, so dass eine Festbettschicht gebildet wird, welche den, wie oben beschrieben für den Energie- und Stoffaustausch vorteilhaften, verfahrenstechnischen Effekt der Gegenstromführung ermöglicht . Mittels dieses Verfahrens kann jedoch nur eine begrenzte Menge an sauerstoffhaltigem Gas eingebracht werden. Der über den oberen Sauerstoffdüsengürtel eingebrachte Sauerstoff erzeugt eine Wirbelschicht. Eine Anlage nach der österreichischen Patentschrift AT382390B besitzt nur eine einzige Sauerstoffdüsenebene mündend in ein Festbett aus grobkörnigem Einsatzmaterial. Dieser Weg ist aber nur bei Herddurchmessern bis etwa 7 m erfolgreich, da bei höheren Durchmessern der einleitend erläuterte Effekt der Fluidisierung auftritt, da die einzubringende Menge an sauerstoffhaltigem Gas zu groß ist, um ein stabiles Festbett zu ermöglichen. Ein weiteres limitierendes Kriterium ist, dass bei Einsatz von unbehandelter Kohle diese bei der Pyrolyse in kleinere Korngrößen zerfällt, welche ebenfalls eine Fluidisierung erleichtern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mittels derer es auch bei Einschmelzvergasern mit großem Durchmesser und Volumen möglich ist, ohne Schwächung der Festigkeit des Stahlmantels des Einschmelzvergasers und unter Vermeidung oder Verminderung einer Fluidisierung des Festbettes eine ausreichende Sauerstoffzufuhr zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein
Verfahren zum Herstellen und Schmelzen von Roheisen und Stahlvorprodukten in einem
Einschmelzvergaser in einem Festbett unter Zufuhr von Eisenoxiden oder vorreduziertem
Eisen oder deren Mischungen, und von kohlenstoffhaltigem Material, unter Vergasung des kohlenstoffhaltigen Materials mittels über Sauerstoffdüsen eingeleitetem sauerstoffhaltigem Gas, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das sauerstoffhaltige Gas bei mindestens einer Sauerstoffdüse in mindestens zwei Gasströmen in das Festbett. des
Einschmelzvergasers oder Kohlevergasers eingeleitet wird.
Die gegenständliche Erfindung vermeidet die oben diskutierten Nachteile dadurch, dass bei mindestens einer Sauerstoffdüse sauerstoffhaltiges Gas in mindestens zwei Gasströmen in das Festbett geleitet wird. Mit dieser Maßnahme ist es möglich, bei gleicher Anzahl von Durchlässen für Sauerstoffdüsen im Stahlmantel des Einschmelzvergasers mehr in das Festbett eindringende Gasströme bereitzustellen. Werden aus allen Sauerstoffdüsen jeweils mindestens zwei Gasströme eingeleitet, wird gegenüber einer herkömmlichen Lösung mit einem Gasstrom pro Sauerstoffdüse die doppelte Anzahl von Gasströmen geschaffen. Damit können die Volumsströme an eingebrachtem Gas für jeweils einen Raceway abgesenkt werden, wodurch eine großräumige Fluidisierung vermieden oder vermindert werden kann. Im Falle einer Einleitung von zwei gleich starken Gasströmen pro Sauerstoffdüse werden die Volumsströme an eingebrachtem Gas beispielsweise auf die Hälfte abgesenkt im Vergleich zur Einleitung mit einem Gasstrom. Werden aus einer, mehreren oder allen Sauerstoffdüsen mehr als zwei Gasströme pro Sauerstoffdüse eingeleitet, vermindern sich die Volumsströme an eingebrachtem Gas entsprechend stärker. Die Einleitung in mindestens zwei Gasströmen kann bei einer, mehreren oder allen Sauerstoffdüsen erfolgen. Es können zwei, drei, vier, fünf, sechs, oder sieben Gasströme pro Sauerstoffdüse in das Festbett eingeleitet werden. Bevorzugt werden zwei bis vier Gasströme eingeleitet, da bei einer solchen Anzahl die Eindringtiefe des Raceways in das Festbett gut ist und die einzelnen Raceways nicht Überlappen. Bei mehr als sieben Gasströmen sind die Eindringtiefen gering und es besteht die Gefahr der Überlappung der einzelnen Raceways.
Nach Belieferung der Sauerstoffdüse mit sauerstoffhaltigem Gas von ausserhalb des Einschmelzvergasers strömt das sauerstoffhaltige Gas als Einspeisungsgasstrom durch die Sauerstoffdüse, bevor es in das Festbett eingeleitet wird.
Nach einer Ausführungsform des Verfahrens entspringen die mindestens zwei in das Festbett eingeleiteten Gasströme aus einem einzigen Einspeisungsgasstrom für sauerstoffhaltiges Gas. Auf diese Weise lassen sich alle aus einer Sauerstoffdüse eingeleiteten Gasströme gleichzeitig durch Kontrolle des Einspeisungsgasstromes kontrollieren.
Nach einer anderen Ausführungsform des Verfahrens entspringen die mindestens zwei in das Festbett eingeleiteten Gasströme jeweils aus einem eigenen Einspeisungsgasstrom. Das ermöglicht es, durch Kontrolle des entsprechenden Einspeisungsgasstromes jeden der eingeleiteten Gasströme einzeln, unabhängig von weiteren aus der Sauerstoffdüse eingeleiteten Gasströme, zu kontrollieren.
Nach einer Ausführungsform des Verfahrens treten aus einer Sauerstoffdüsenöffnung Gasströme aus, die verschiedene Strömungsrichtungen aufweisen. Im Vergleich zur herkömmlichen Einleitung eines Gasstromes mit einer Strömungsrichtung aus einer Sauerstoffdüsenöffnung wird das sauerstoffhaltige Gas dadurch über einen breiteren Bereich in das Festbett eingeleitet, und für jeden Gasstrom mit einer Strömungsrichtung bildet sich jeweils ein eigener Raceway mit geringerer örtlicher Gasmenge aus, was die Zahl der Raceways erhöht und die Gefahr der Fluidisierung herabsetzt. 008/009277
Nach einer anderen Ausführungsform des Verfahrens tritt jeder Gasstrom aus einer eigenen Sauerstoffdüsenöffnung aus. Da sich vor jeder Sauerstoffdüsenöffnung ein eigener Raceway bildet, erhöht sich damit die Zahl der Raceways, weshalb der Volumsstrom pro Raceway vermindert werden kann. Enstprechend ist die Gefahr der Fluidisierung des Festbettes vermindert.
Benachbart aus der Sauerstoffdüse austretende Gasströme können gleiche oder verschiedene Strömungsrichtungen haben. Um den von einzelnen Gasströmen hervorgerufenen Raceways genügend Abstand gegeneinander zu gewährleisten, bilden in einer bevorzugten Ausführungsform die Strömungsrichtungen für die Gasströme einen Winkel von bis zu 45°, bevorzugt 5° bis 15°, zueinander bilden. Dadurch kommt es zu einer gleichmäßigen Durchgasung der Schmelz- und Reaktionszone vor den Sauerstoffdüsen. Je größer der Winkel ist, desto besser sind die vor der selbe Sauerstoffdüse vorhandenen einzelnen Raceways voneinander separiert; jedoch steigt mit steigendem Winkel die Gefahr, dass sich vor benachbarten Sauerstoffdüsen vorhandene Raceways überlappen. Deshalb soll der Winkel nicht mehr als 45° betragen. Welcher Winkel optimal ist, hängt von der Nähe benachbarter Sauerstoffdüsen zueinander ab. Bei üblichen Anzahlen von Sauerstoffdüsen am Einschmelzvergaser und daraus resultierenden Abständen sind 5° bis 15° besonders günstig. Der besagte Winkel ist dabei der Winkel zwischen den Projektionen der Strömungsrichtungen auf eine horizontale Ebene.
Durch die bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu bekannten Verfahren mit einem Gasstrom pro Sauerstoffdüse geringeren Volumsströme pro Raceway besteht innerhalb der kreisringförmigen Schmelzzone eines Raceways eine verringerte örtliche Gasströmung. Beispielsweise verringert sich bei Einleitung des gleichen Volumens von sauerstoffhaltigem Gas mit zwei gleich großen Gasströmen statt einem Gasstrom die örtliche Gasströmung auf die Hälfte; bei Einleitung mit mehr als zwei Gasströmen verringert sich die örtliche Gasströmung entsprechend mehr. Durch die Verringerung der örtlichen Gasströmung ist auch in den Zonen unmittelbar über den Raceways die Gasgeschwindigkeit entsprechend geringer, wodurch die Bildung einer unzulässigen Vermischung der Einsatzstoffe minimiert wird und der vorteilhafte Gas- Feststoff-Gegenstrom gewährleistet werden kann.
Die in das Festbett eingeleiteten Gasströme können gleiche oder verschiedene Durchmesser haben. Bevorzugt ist es, dass bei Verwendung von mehr als zwei T/EP2008/009277
Gasströmen die Gasströme verschiedene Durchmesser haben. Beispielsweise kann bei drei benachbarten Gasströmen ein mittlerer Gasstrom mit einem Durchmesser von zwei Gassströmen mit kleineren, für beide gleichen, Durchmessern flankiert werden. Der mittlere Gasstrom tritt dann weiter in das Festbett ein und es ist weniger wahrscheinlich, dass sein Raceway mit den Raceways der benachbarten kleineren Gasströme überlappt. Vorzugsweise ist jeder Einspeisungsgasstrom für sauerstoffhaltiges Gas bezüglich Druck und, über die Strömungsgeschwindigkeit, Menge regelbar. Dadurch wird erreicht, dass die in das Festbett eingeleiteten Gasströme , die ja durch die Einspeisungsgasströme mit sauerstoffhaltigem Gas versorgt werden, bezüglich Druck und, über die Strömungsgeschwindigkeit, Menge regelbar sind.
Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßenVerfahrens wird über die Sauerstoffdüsen auch Feinkohle in das Festbett eingedüst. Dadurch wird dem Festbett zusätzliches kohlenstoffhaltiges Material zugeführt.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßenVerfahrens wird der Betrieb der Sauerstoffdüsen durch Schauvorrichtungen überwacht. Dadurch kann der Zustand der Sauerstoffdüsen überprüft und im Falle ungünstiger Entwicklungen, wie beispielsweise Verlegung der Sauerstoffdüsenöffnungen, rechtzeitig Gegenmaßnahmen eingeleitet oder die Sauerstoffdüse stillgelegt werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Sauerstoffdüse zum Zuführen von sauerstoffhaltigem Gas in das Festbett eines Einschmelzvergasers oder Kohlevergasers, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Sauerstoffeinspeisungskanal, und mindestens zwei Sauerstoffstromauslasskanäle mit Auslassöffnungen aufweist, wobei jeder der Sauerstoffstromauslasskanäle mit mindestens einem Sauerstoffeinspeisungskanal verbunden ist. Die Sauerstoffdüse kann auch drei, vier, fünf, sechs, oder sieben Sauerstoffstromauslasskanäle aufweisen. Bevorzugterweise weist sie zwei bis vier Sauerstoffstromauslasskanäle auf, da bei einer solchen Anzahl die Eindringtiefe des vor ihnen gebildeten Raceways In das Festbett gut ist und die einzelnen Raceways nicht überlappen. Bei mehr als sieben Sauerstoffstromauslasskanäle sind die Eindringtiefen gering und es besteht die Gefahr der Überlappung der einzelnen Raceways. Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sauerstoffdüse sind mindestens zwei Sauerstoffstromauslasskanäle mit demselben Sauerstoffeinspeisungskanal verbundenen. Das heisst, dass sich der Sauerstoffeinspeisungskanal in mindestens zwei Sauerstoffstromauslasskanäle verzweigt.
Nach einer anderen Ausführungsform sind die Sauerstoffstromauslasskanäle jeweils mit einem eigenen Sauerstoffeinspeisungskanal verbundenen.
Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sauerstoffdüse liegen die
Auslassöffnungen der Sauerstoffstromauslasskanäle innerhalb einer einzigen
Sauerstoffdüsenöffnung.
Nach einer anderen Ausführungsform bilden die Auslassöffnungen der
Sauerstoffstromauslasskanäle jeweils eine eigene Sauerstoffdüsenöffnung.
Nach einer Ausführungsform sind bei Sauerstoffdüsen mit mehr als zwei Sauerstoffstromauslasskanälen die Durchmesser der einzelnen Auslassöffnungen unterschiedlich, um die Gasmenge und Eindringtiefe der jeweiligen Raceways an die energetischen und geometrischen Erfordernisse im Einschmelzvergaser anpassen zu können.
Wenn die Auslassöffnungen der Sauerstoffstromauslasskanäle jeweils eine eigene Sauerstoffdüsenöffnung bilden, ist es bevorzugt dass der Abstand der Umfange benachbarter Auslassöffnungen bis zum dreifachen des Auslassöffnungsdurchmessers einer der Auslassöffnungen beträgt. Bei verscheiden großen Auslassöffnungsdurchmessern gilt das für den kleineren Auslassöffnungsdurchmesser. Bei einem Beispiel mit 3 Auslassöffnungen, wobei eine zentrale Auslassöffnung von zwei Auslassöffnungen mit kleinerem, jeweils gleichem, Durchmesser flankiert ist, beispielsweise dieser kleinere Durchmesser. Ein größerer Abstand würde Probleme dabei bereiten, in der Sauerstoffdüse noch genügend Wandstärke zur Unterbringung von Kühlkanälen unterzubringen.
Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sauerstoffdüse bilden die Mittelachsen der mit den Auslassöffnungen endenden Teilstücke der Sauerstoffstromauslasskanäle einen Winkel von bis zu 45 °, bevorzugt 5° bis 15°, zueinander. Je größer der Winkel ist, desto besser sind die vor der selbe Sauerstoffdüse vorhandenen einzelnen Raceways voneinander separiert; jedoch steigt mit steigendem P2008/009277
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Winkel die Gefahr, dass sich vor benachbarten Sauerstoffdüsen vorhandene Raceways Überlappen. Deshalb soll der Winkel nicht mehr als 45" betragen. Welcher Winkel optimal ist, hängt von der Nähe benachbarter Sauerstoffdüsen zueinander ab. Bei üblichen Anzahlen von Sauerstoffdüsen am Einschmelzvergaser und daraus resultierenden Abständen sind 5° bis 15° besonders günstig.
Der besagte Winkel ist dabei der Winkel zwischen den Projektionen der Mittelachsen auf eine horizontale Ebene.
Vorzugsweise ist jeder Sauerstoffeinspeisungskanal mit einer Regeivorrichtung zur Regelung von Druck und, über die Strömungsgeschwindigkeit, Menge des eingespeisten sauerstoffhaltigen Gases versehen.
Vorzugsweise umfasst die Sauerstoffdüse eine Schauvorrichtung zur Beobachtung der Sauerstoffstromauslasskanäle und ihrer Auslassöffnungen.
Nach einer weitem Ausführungsform umfasst die Sauerstoffdüse eine Vorrichtung zur Eindüsung von Feinkohle.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Figuren, die beispielhaft Ausführungsformen darstellen, beschrieben.
Figur 1 zeigt ein Segment eines Querschnitts eines Einschmelzvergasers im Herdbereich des Einschmelzvergasers.
Figur 2 zeigt eine Sauerstoffdüse im Querschnitt.
Figur 3a zeigt schematisch eine Vorderansicht einer Ausführungsform einer
Sauerstoffdüse mit 2 Sauerstoffstromauslasskanälen,
Figur 3b zeigt einen Längsschnitt der Sauerstoffdüse von Figur 3a
Figur 4a zeigt eine Vorderansicht einer Sauerstoffdüse
Figur 4b zeigt eine Draufsicht auf einen Schnitt längs der Linie A-A1 durch die in Figur 4a gezeigte Sauerstoffdüse.
Die exemplarisch dargestellten Sauerstoffdüsen 1a, 1b, 1c sind, ähnlich wie Blasformen beim Hochofen, in einem bestimmten Abstand d über dem Herd am Umfang U des Einschmelzvergasers kreisringförmig angeordnet und werden von Außerhalb über nicht dargestellte Zuleitungen mit sauerstoffhaltigem Gas versorgt. Zur besseren Übersichtlichkeit werden nur drei Sauerstoffdüsen 1a, 1b, 1c dargestellt. Der Einschmelzvergasers hat den Radius R. Durch hohe Gasgeschwindigkeiten, in der Regel über 100 m/s, bildet sich vor den Sauerstoffdüsen der bereits beschriebene Raceway aus. Hier erfolgt die Reaktion mit dem kohlenstoffhaltigem Material, welche stark exotherm ist und zum Schmelzen der Einsatzstoffe dient. Die Düsen müssen sehr hohen Temperaturen bis über 2000 0C widerstehen können und daher entweder flüssigkeitsgekühlt oder aus geeignetem Refraktärwerkstoffen hergestellt sein. Das Sauerstoffhaltige Gas wird bei jeder Sauerstoffdüse 1a, 1b, 1c in zwei Gasströmen in das Festbett eingeleitet, wodurch sich vor jeder Sauerstoffdüse 1a,1b,1c zwei Raceways 2a, 2b bilden. Die Strömungsrichtungen benachbart austretender Gasströme, und damit die entsprechenden Raceways, bilden in der Projektion auf eine horizontale Ebene, in diesem Fall beispielsweise die Ebene des Papiers, einen Winkel zueinander. Die Auslassöffnungen der Sauerstoffstromauslasskanäle bilden jeweils eine eigene Sauerstoffdüsenöffnung.
Figur 2 zeigt eine Sauerstoffdüse 1 im Querschnitt. Die Sauerstoffdüse 1 hat Kühlungskanäle 3 zur Kühlung der Spitze und des Körpers der Sauerstoffdüse. Zur Kühlung werden diese Kühlungskanäle 3 von Kühlmittel durchflössen.. Nach Belieferung der Sauerstoffdüse mit sauerstoffhaltigem Gas von ausserhalb des Einschmelzvergasers strömt das sauerstoffhaltige Gas als Einspeisungsgasstrom durch den Sauerstoffeinspeisungskanal 4 der Sauerstoffdüse, bevor es durch die beiden vom Sauerstoffeinspeisungskanal 4 abzweigenden Sauerstoffstromauslasskanäle 5a,5b und deren Auslassöffnungen 6a,6b in das Festbett eingeleitet wird.
Über Schaugläser 7 als Schauvorrichtung können die Sauerstoffstromauslasskanäle und ihrer Auslassöffnungen beobachtet werden.
Solche Schauvorrichtungen zum Überwachen der Düsenfunktion sind durch geradlinige Sauerstoffstromauslasskanäle möglich. Optional vorhandene Vorrichtungen zur Eindüsung von Feinkohle, die den Körper der Sauerstoffdüse durchdringen und in unmittelbarer Nähe der Auslassöffnungen auf der Seite des Raceway enden sind nicht dargestellt.
Figur 3a zeigt schematisch eine Vorderansicht einer Ausführungsform einer Sauerstoffdüse mit 2 Sauerstoffstromauslasskanälen, deren Auslassöffnungen 8 und 9 jeweils eigene Sauerstoffdüsenöffnungen bilden. Die 2 Sauerstoffstromauslasskanäle sind jeweils mit einem eigenen Sauerstoffeinspeisungskanal verbunden. Die zusammengehörigen Sauerstoffstromauslasskanäle und Sauerstoffeinspeisungskanäle haben die gleiche Richtung. Bei Projektion auf eine horizontale Ebene überkreuzen sich die beiden Richtungen der Sauerstoffstromauslasskanäle.
Der Vorteil dieser Ausführungsform ist die Einzelregelbarkeit des Gasstromes durch jede der Auslassöffnungen 8 und 9. Figur 3b zeigt einen Längsschnitt der Sauerstoffdüse von Figur 3a mit Kühlkanälen 10 zur Kühlung von Körper und Spitze der Sauerstoffdüse.
Figur 4a zeigt eine Vorderansicht einer Sauerstoffdüse, bei der die Auslassöffnungen 11,12,13,14 der Sauerstoffstromauslasskanäle innerhalb einer Sauerstoffdüsenöffnung 15 liegen. Die Sauerstoffdüsenöffnung ist schlitzförmig und horizontal angeordnet. Figur 4b zeigt eine Draufsicht auf einen Schnitt längs der Linie A-A' durch die in Figur 4a gezeigte Sauerstoffdüse. Durch die drei Leitbleche 16,17,18 werden vier Sauerstoffstromauslasskanäle 19,20,21,22 begrenzt. Die aus diesen austretenden Gasströme besitzen verschiedene Strömungsrichtungen.
Im Nachfolgenden werden Kennwerte für Einschmelzvergaser unterschiedlicher
Schmelzleistung gegenübergestellt:
Dabei haben die verwendeten Begriffe die folgenden Bedeutungen::
-Absolute Schmelzleistung (Tonnen/Tag)
Dieser Wert gibt die Menge an Roheisen an, welche im Normalbetrieb täglich erzeugt wird. -Spezifische Herdbelastung (Tonnen/m2,Tag).
Das ist die auf einen Quadratmeter Herdfläche des Einschmelzvergasers bezogene absolute Schmelzleistung an Roheisen. Dieser Wert charakterisiert die Energieintensität einer Schmelzreduktionsanlage. -Einzel-Schmeizleistung eines Raceways (Tonnen/Tag).
Dieser Wert charakterisiert die Schmelzleistung an Roheisen eines einzelnen
Raceways.
Vorteilhafte Bedingungen herrschen, wenn die Zahlenwerte für Einzel-Schmelzleistung eines Raceways und für Spezifische Herdbelastung etwa gleich sind.
Beispiele für Einschmelzvergaser mit herkömmlichen Sauerstoffdüsen, bei denen pro Sauerstoffdüse ein Gasstrom von sauerstoffhaltigem Gas in das Festbett eingeleitet wird: EP2008/009277
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Beispiel 1 : Ein Einschmelzvergaser mit einer absoluten Schmelzleistung von 1000 Tonnen Roheisen/Tag ist durch folgende Parameter gekennzeichnet:
Gesamtzahl der Raceways 20
Gesamtzahl der Sauerstoffdüsen 20
Absolute Schmelzleistung 10001/ d
Herddurchmesser 5,5 m
Einzel-Schmelzleistung eines Raceways 501/ d
Spezifische Herdbelastung 451/ m2,d
Beispiel 2: Einschmelzvergaser mit einer absoluten Schmelzleistung von 2500 Tonnen Roheisen/Tag ist durch folgende Parameter gekennzeichnet: Gesamtzahl der Raceways 28
Gesamtzahl der Sauerstoffdüsen 28
Absolute Schmelzleistung 25001/ d
Herddurchmesser 7,5 m
Einzel-Schmelzleistung eines Raceways 89 V d
Spezifische Herdbelastung 571/ m2,d
Beispiel 3: Einschmelzvergaser mit einer absoluten Schmelzleistung von 4000 Tonnen Roheisen/Tag ist durch folgende Parameter gekennzeichnet: Gesamtzahl der Raceways 30
Gesamtzahl der Sauerstoffdüsen 30
Absolute Schmelzleistung 40001/ d
Herddurchmesser 8,9 m
Einzel-Schmelzleistung eines Raceways 1331/ d
Spezifische Herdbelastung 651/ m2,d
Beispiel 4: Einschmelzvergaser mit einer absoluten Schmelzleistung von 5800 Tonnen Roheisen/Tag ist durch folgende Parameter gekennzeichnet: Gesamtzahl der Raceways 34
Gesamtzahl der Sauerstoffdüsen 34
Absolute Schmelzleistung 58001/ d
Herddurchmesser 10,2 m
Einzel-Schmelzleistung eines Raceways 171 t/d
Spezifische Herdbelastung 71 1/ m2,d Wie aus den Beispielen zu ersehen ist, steigt die Einzel-Schmelzleistung eines Raceways überproportional zu den spezifischen Herdbelastungen an.
Höhere Schmelzleistungen bedingen einen höheren Energieeintrag, welcher durch einen höheren Kohlenstoffumsatz mit Sauerstoff erreicht wird. Proportional mit der Erhöhung der zugeführten Menge von Sauerstoff steigt die erzeugte Vergasungsgasmenge an Kohlenmonoxid an. Zunehmende Gasmengen ergeben immer stärkere Ausbildungen von fluidisierten Zonen oberhalb der Raceways, was einen nachteiligen Effekt auf die Stabilität des Stoff- und Energieaustausches im Einschmelzvergaser hat. Um die günstigen Bedingungen, wie sie im Beispiel 1 und 2 gezeigt sind, auch für größere Einheiten erreichen zu können, wären mehr Sauerstoffdüsen als sie bei den derzeitigen Anlagen aus Stabilitätsgründen möglich sind, vorzusehen.
Erfindungsgemäß werden an Stelle von Sauerstoffdüsen, aus denen nur ein Gasstrom austritt, solche installiert, aus denen mindestens zwei Gasströme in das Festbβtt eingeleitet werden. Damit kann die durch den Umsatz von sauerstoffhaltigem Gas mit kohlenstoffhaltigem Material freigesetzte Energie pro eingeleitetem Gasstrom herabgesetzt werden. Gleichzeitig wird der Energieeintrag gleichmäßiger über den Umfang des Einschmelzvergasers verteilt.
Beispiele mit erfindungsgemäßen Sauerstoffdüsen:
Beispie! 5: Einschmelzvergaser mit einer absoluten Schmelzleistung von 2500 Tonnen Roheisen/Tag
Bei guter Möllerverteilung sind erfindungsgemäße Sauerstoffdüsen zur Erzielung guter Bedingungen im Festbett nicht unbedingt nötig, bei ungünstigen Rohstoffen ist eine 50 %- ige Erhöhung der eingeleiteten Gasströme von 28 auf 42 vorteilhaft. Dies kann durch abwechselnde Anordnung von herkömmlichen und erfindungsgemäßen Sauerstoffdüsen erreicht werden:
Gesamtzahl der Sauerstoffdüsen 28
Gesamtzahl der Raceways 42
Damit ergeben sich folgende Kenngrößen: Einzel-Schmelzleistung eines Raceways 591/ d
Spezifische Herdbelastung 571/ m2,d Es werden durch diese Maßnahme die beiden Zahlenwerte wieder angepasst.
Beispiel 6: Einschmelzvergaser mit einer absoluten Schmelzleistung von 4000 Tonnen Roheisen/Tag
In diesem Fall ist bei Verwendung herkömmlicher Sauerstoffdüsen die Abweichung der Zahlenwerte für Einzel-Schmelzleistung eines Raceways und für Spezifische Herdbelastung sehr unterschiedlich, nämlich 133 zu 65. In diesem Fall ist eine Verdoppelung der Anzahl der Raceways anzustreben. Dies ist durch ausschließliche Verwendung von erfindungsgemäßen Sauerstoffdüsen, aus denen jeweils 2 Gasströme in das Festbett eingeleitet werden, erreichbar.
Gesamtzahl der Sauerstoffdüsen 30
Gesamtzahl der Raceways 60
Es ergeben sich folgende Kenngrößen:
Spezifische Schmelzleistung der Einzeldüse 67 1/ d
Spezifische Herdbelastung 651/ m2,d
Es werden durch diese Maßnahme die beiden Zahlenwerte wieder angepasst
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Sauerstoffdüsen liegt darin, dass sie in vorhandene Einschmelzvergaser-Anlagen ohne Änderung der Einschmelzvergaser nachgerüstet werden können.
,1a,1b,1c Sauerstoffdüse a,2b Raceway
Kühlungskanal
Sauerstoffeinspeisungskanala,5b Sauerstoffstromauslasskanal
Auslassöffnung
Schaugläser
Auslassöffnung
Auslassöffnung
Kühlkanal 1 Auslassöffnung
Auslassöffnung
Auslassöffnung
Auslassöffnung
Sauerstoffdüsenöffnung
Leitblech
Leitblech
Leitblech
Sauerstoffstromauslasskanal
Sauerstoffstromauslasskanal
Sauerstoffstromauslasskanal
Sauerstoffstromauslasskanal

Claims

Ansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen und Schmelzen von Roheisen und Stahlvorprodukten in einem Einschmelzvergaser in einem Festbett unter Zufuhr von Eisenoxiden oder vorreduziertem Eisen oder deren Mischungen, und von kohlenstoffhaltigem Material, unter Vergasung des kohlenstoffhaltigen Materials mittels über Sauerstoffdüsen eingeleitetem sauerstoffhaltigem Gas, dadurch gekennzeichnet, dass das sauerstoffhaltige Gas bei mindestens einer Sauerstoffdüse in mindestens zwei Gasströmen in das Festbett des Einschmelzvergasers oder Kohlevergasers eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Gasströme aus einem einzigen Einspeisungsgasstrom für sauerstoffhaltiges Gas entspringen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Gasströme jeweils aus einem eigenen Einspeisungsgasstrom für sauerstoffhaltiges Gas entspringen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Strömungsrichtungen aufweisende Gasströme aus einer Sauerstoffdüsenöffnung austreten.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gasstrom aus einer eigenen Sauerstoffdüsenöffnung austritt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtungen benachbart austretender Gasströme einen Winkel von bis zu 45 °, bevorzugt 5° bis 15°, zueinander bilden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von mehr als zwei Gasströmen die Gasströme verschiedene Durchmesser haben.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einspeisungsgasstrom für sauerstoffhaltiges Gas bezüglich Menge und Druck regelbar ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass über die Sauerstoffdüsen auch Feinkohle in das Festbett eingedüst wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb der Sauerstoffdüsen durch Schaulöcher überwacht wird.
11. Sauerstoffdüse zum Zuführen von sauerstoffhaltigem Gas in das Festbett eines Einschmelzvergasers oder Kohlevergasers, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Sauerstoffeinspeisungskanal, und mindestens zwei Sauerstoffstromauslasskanäle mit Auslassöffnungen aufweist, wobei jeder der Sauerstoffstromauslasskanäle mit mindestens einem Sauerstoffeinspeisungskanal verbunden ist.
12. Sauerstoffdüse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Sauerstoffstromauslasskanäle mit demselben Sauerstoffeinspeisungskanal verbundenen sind.
13. Sauerstoffdüse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffstromauslasskanäle jeweils mit einem eigenen Sauerstoffeinspeisungskanal verbundenen sind.
14. Sauerstoffdüse nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen der Sauerstoffstromauslasskanäle innerhalb einer einzigen Sauerstoffdüsenöffnung liegen.
15. Sauerstoffdüse nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen der Sauerstoffstromauslasskanäle jeweils eine eigene Sauerstoffdüsenöffnung bilden.
16. Sauerstoffdüse nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit mehr als zwei Sauerstoffstromauslasskanälen die Durchmesser der einzelnen Auslassöffnungen unterschiedlich sind.
17. Sauerstoffdüse nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Umfange benachbarter Auslassöffnungen bis zum dreifachen des Auslassöffnungsdurchmessers einer der Auslassöffnungen beträgt.
18. Sauerstoffdüse nach Anspruch 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachsen der mit den Auslassöffnungen endenden Teilstücke der Sauerstoffstromauslasskanäle einen Winkel von bis zu 45 °, bevorzugt 5° bis 15°, zueinander bilden.
19. Sauerstoffdüse nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sauerstoffeinspeisungskanal mit einer Regelvorrichtung zur Regelung von Druck und Menge des eingespeisten sauerstoffhaltigen Gases versehen ist.
20. Sauerstoffdüse nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schauvorrichtung zur Beobachtung der Sauerstoffstromauslasskanäle und ihrer Auslassöffnungen umfasst.
21. Sauerstoffdüse nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, sie eine Vorrichtung zur Eindüsung von Feinkohle umfasst.
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