EP2609223A2 - Method for increasing the penetration depth of an oxygen stream - Google Patents

Method for increasing the penetration depth of an oxygen stream

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EP2609223A2
EP2609223A2 EP11746203.6A EP11746203A EP2609223A2 EP 2609223 A2 EP2609223 A2 EP 2609223A2 EP 11746203 A EP11746203 A EP 11746203A EP 2609223 A2 EP2609223 A2 EP 2609223A2
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EP
European Patent Office
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oxygen
bed
jet
oxygen jet
flow
Prior art date
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Application number
EP11746203.6A
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German (de)
French (fr)
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EP2609223B1 (en
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Leopold Werner Kepplinger
Johannes Leopold Schenk
Robert Millner
Jan-Friedemann Plaul
Kurt Wieder
Johann Wurm
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Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
SIEMENS VAI METALS TECHNOLOGIES GmbH
Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
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Publication date
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    • C21B3/00General features in the manufacture of pig-iron
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
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    • C21B13/00Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21B5/00Making pig-iron in the blast furnace
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    • C21B5/00Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/001Injecting additional fuel or reducing agents
    • C21B5/003Injection of pulverulent coal
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    • C21B7/00Blast furnaces
    • C21B7/16Tuyéres
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16Introducing a fluid jet or current into the charge

Definitions

  • Crude iron production aggregates enter the oxygen jet of technically pure oxygen for the gasification of carbon carriers present in the bulk.
  • a pig iron production unit such as a blast furnace or a smelting reduction agglomerate such as a melter gasifier used in the method COREX® or FINEX® becomes a reducing gas by gasification of carbon carriers under injection. obtained by a hot blast or oxygen jet, by means of this reducing gas oxidic iron carriers are reduced and subsequently the
  • Melt carburetors are oxygen nozzles on the circumference of the
  • Einschmelzvergasers installed to the oxygen for the gasification of carbon for the production of the reducing gas and providing the energy required to melt the iron carrier as evenly as possible on the circumference of the Blow molten carburetor into the bed of the melter gasifier.
  • liquid pig iron and molten slag are produced.
  • the area of the melter gasifier is created below the
  • Char are called thermally degassed carbon carriers.
  • Charbett is the area in the melter gasifier
  • Race-way in which already gasification of Kohlenstoffträgem takes place, whereby reducing gas is already formed.
  • Race-way is understood to mean the vortex zone in front of the oxygen nozzles, in which the reducing gas is formed from oxygen and carbon carriers.
  • the term vortex zone is the high
  • the incoming oxygen jet creates a cavern in the bed of the charbette.
  • the cavern is formed by the momentum of the incoming oxygen jet
  • Race-way The race way has compared to
  • Charbett which is a fluid bed, a much higher degree of void.
  • the raceway extends according to the arrangement of the oxygen nozzles on the circumference of the
  • the cross-sectional area formed when viewed from above by the length of the race-way is also referred to as an active ring surface, wherein in the term active ring surface actively refers to the fact that drainage of liquid pig iron and liquid slag due to the degree of void of the raceway is particularly well done by the raceway, and that by gasification of
  • Ring area is determined by the length of the race way, and thus by the depth of penetration of the oxygen jet
  • hot blast or oxygen is injected, form in the area of the nozzle race-ways with active ring surface.
  • Meltdown carburetor reduces, whereby the outflow of liquid pig iron and liquid, especially of highly viscous, slag is difficult, which can lead to disturbances due to backflow of liquid pig iron and / or liquid slag before the oxygen nozzles.
  • An increase in the depth of penetration of the oxygen jet into the bed would significantly increase the active area in an oxygen-operated blast furnace as well as in a melter gasifier and thus improve the outflow of liquid pig iron and of liquid slag.
  • the reducing gas flows substantially upwards.
  • fluidized areas are undesirable because optimal phase control of gas and solid is hindered by them.
  • a mixture of material from the upper and from the lower part of the Charbettes can come - so passes, for example, iron oxide from the upper part of the Charbettes in the Lower part of the charbette, and finished and partially molten iron from the lower part of the charbette is transported to its upper part.
  • Meltdown gasifier and blast furnaces operated with oxygen increase the risk of the formation of fluidized areas while maintaining the same penetration depth.
  • Melt carburetor is in the range of the entry of the oxygen jet in the bed, so the race-way, due to the high flow velocity - the
  • Flow rate of the oxygen jet would increase the mechanical stress of the char.
  • the mechanical stress would be due to momentum transfer between the particles of the oxygen beam and the components of the Charbette - so the Char - and in the sequence Increase momentum transfer between the components of the charbette with each other.
  • the characteristic for this is the impulse force, which represents the specific impulse per unit area.
  • Oxygen velocity can be achieved.
  • Oxygen jet is significantly lower in a blast furnace operated with oxygen compared to the penetration depth of hot blast in a hot blast furnace of the same power. This is because the mass flow of introduced gas in the oxygen flow is lower because not as in the hot air along with the required amount of oxygen, a large amount of nitrogen is introduced. In the case of a blast furnace operated with oxygen would have to achieve a penetration, which is present in a hot blast furnace of the same power, the
  • Oxygen velocity can be increased in comparison to the speed of the hot blast - it would, however, as described above, to increased mechanical destruction of the Coke in the blast furnace due to momentum transfer and correspond by fine grain formation to a lower gas permeability of the fixed bed in the blast furnace.
  • the object of the present invention is to provide a method for introducing an oxygen jet into the bed of a pig iron production unit, in which the abovementioned disadvantages are avoided.
  • Oxygen is increased in size.
  • Technically pure oxygen has an oxygen content of at least 85% by volume, more preferably at least 90% by volume
  • the pig iron production unit is a smelting reduction unit such as a
  • the penetration depth is increased by increasing the volume flow to mass flow ratio.
  • Mass flow and volumetric flow refer to a given operating condition; So it means mass flow and volumetric flow at the prevailing pressure and temperature conditions in the given operating condition.
  • Constant mass flow is to be understood in the technical sense of the plant and also includes the control of a given operating condition - such as given by melting, heat demand, type of raw materials used, pressure, temperature determined - occurring fluctuations of up to +/- 10% from the value desired at a given operating condition.
  • a given operating condition such as given by melting, heat demand, type of raw materials used, pressure, temperature determined - occurring fluctuations of up to +/- 10% from the value desired at a given operating condition.
  • the oxygen jet enters the bed at a flow rate.
  • the temperature of the oxygen jet is increased.
  • volume flow increased to mass flow.
  • the temperature of the oxygen jet is increased while the flow rate remains constant.
  • Oxygen jet kept constant. At enlarged
  • Penetration depth and entrance surface is then reduced the impulse force. As a result, correspondingly less fine grain is formed.
  • the diameter of the oxygen nozzles to be used at the elevated temperature is made correspondingly larger.
  • Pig iron production in which. the pig iron production unit is used, resulting process gases such as top gas from a reduction shaft; For example, natural gas - with oxygen through a burner, and mixing the resulting hot gas with the. Oxygen.
  • the mixing in this case takes place with the oxygen in the combustion chamber of the burner to the
  • thermal oil or nitrogen for example, thermal oil or nitrogen
  • preheating over hot flue gases from combustion of fuels this can also be done, for example, via hot flue gases from existing plants such as coal drying plants, reduction gas furnaces, power plants.
  • preheating by steam it is possible, for example, to use condensation or counterpressure steam heat exchangers.
  • Supply of heated oxygen can be made directly from the oxygen production plant used for its supply. It can therefore also in an oxygen production plant accumulating warm oxygen, with or without
  • the oxygen in the oxygen production plant by indirect heat exchange of the oxygen with hot process air of the
  • the oxygen is adiabated by
  • the heating of oxygen can also be done in two stages, for example by first preheating to, for example, 100-150 ° C at low. Oxygen pressure, takes place, and in subsequent episodes an adiabatic compression to about 300 ° C is performed. The preheating of the oxygen can after another
  • Embodiment of the method according to the invention by means of preheating of oxygen by means of a plasma torch and mixing done with not so preheated oxygen.
  • an oxygen production plant primarily an Air Separation Unit ASU.
  • ASU Air Separation Unit
  • compressors such as Main Air Compressor MAC, Booster Air Compressor (BAC) available.
  • BAC Booster Air Compressor
  • Aircompensators are coupled.
  • the oxygen jet enters the bed at an inlet pressure selected to cause the reducing gas formed by the flow of the reducing gas formed during the reaction of the oxygen to pass through the charbette to the settling space
  • Pressure loss can be overcome.
  • the inlet pressure is reduced while maintaining the mass flow. In order to be able to continue the process of pig iron production, at the same time
  • the pressure in the calming room lowered or the Charbett reduced in order to reduce the pressure loss.
  • Constant mass flow is to be understood in terms of plant technology and also includes the fluctuations occurring by regulation to a given operating state of up to +/- 10 x% of the value that is desired for a given operating condition. At a reduced compared to an initial value
  • the temperature of the oxygen jet entering the bed is at least 200 ° C, preferably at least 250 ° C.
  • the flow rate of the oxygen jet entering the bed is preferably in the range from 100 m / s to the speed of sound, preferably in the range from 150 to 300 m / s.
  • the speed of sound is below the
  • Oxygen jet an injection of carbon carriers in solid or liquid or gaseous form, for example coal / oil / gas, in the oxygen jet before, in the
  • the effect is achieved that by gasification of these carbon carriers an effectively larger gas volume is formed in the raceway and introduced into the bed, as if only the oxygen flow enters the bed - because the introduced gas volume is composed of the incoming
  • Oxygen jet and the resulting gas during gasification - called resulting gas jet With the same amount of oxygen entering the bed, an increase in the ratio of the volume flow to the mass flow of the incoming, resulting gas jet is thus achieved.
  • the quantities of the injection and the purity of the oxygen jet into which it is injected, or in which its raceway is injected, are chosen so that the resulting gas jet is still technically pure oxygen.
  • Coal is fed, for example, as coal dust.
  • Oil is supplied, for example, finely atomized.
  • the natural gas is preferably on the temperature of
  • Oxygen streams preheated In the case of natural gas, in the process of pig iron production to which the oxygen contributes, the reducing gas or export gas formed is to be understood.
  • Figures 4, 5 and 6 show by way of example and schematically how the temperature of the oxygen jet can be increased at a constant flow rate.
  • FIG. 1 shows an example of that in a
  • Oxygen beam increases.
  • the mass flow is constant.
  • FIG. 1 shows, for example, that with an increase in the ratio of the volume flow to the mass flow of about 90%, from just under 0.22 to just under 0.42 m 3 / kg, the penetration depth of the
  • Oxygen beam increases by almost 15%. This applies to both flow rates shown.
  • Figure 2 shows an example that the
  • Penetration depth of an oxygen jet in the bed of a melter gasifier increases when the ratio volumetric flow to mass flow of the oxygen jet is increased.
  • the mass flow of the oxygen jet is constant. So that the flow rate remains the same at elevated temperature of the oxygen jet, larger diameters of the oxygen nozzles are used at higher temperatures - abbreviated to Nozzledia in the figure. From the figure 2 It can be seen that with constant mass flow and constant flow velocity, the penetration depth increases with increasing temperature. As increasing temperature over decreasing density means larger volume results in an increasing penetration depth with enlargement of the
  • FIG. 3 shows that the ratio of volume flow to mass flow of an oxygen jet increases with decreasing inlet pressure or with increasing temperature.
  • FIGS 4, 5 and 6 show by way of example and schematically how the temperature of the oxygen jet can be increased at a constant flow rate.
  • an oxygen nozzle is schematically indicated in each case on the right edge of the image.
  • Figure 4 shows schematically how oxygen 1 is heated by a gaseous fuel - in this case
  • Pig iron production unit is used, resulting top gas 2 from a reduction shaft, not shown - is burned with a portion of the oxygen 1 in a burner 3, and the hot gas obtained during combustion with the unburned oxygen 1 is mixed.
  • the mixing takes place in this case in the combustion chamber 4 of the burner 3, in order to minimize the influence of temperature on the lining of the oxygen-carrying lines.
  • the pressure of Oxygen beam remains the same, only the temperature rises.
  • FIG. 5 shows schematically how oxygen 1 is heated by using indirect heat exchangers 5.
  • indirect heat exchangers 5 In the indirect
  • Heat exchanger 5 transfers heat from vapor 6 to the oxygen, with the pressure of the oxygen jet remaining the same.
  • Figure 6 shows schematically how a heating of. Oxygen 1 takes place in two stages. First, a preheating at low pressure of the oxygen jet by means of an indirect
  • Heat exchanger 5 and 6 steam made, and then there is an adiabatic compression of the thus preheated oxygen in a compressor 7. It is before preheating the
  • Oxygen beam decreases. After the subsequent preheating of the intermediate pressure oxygen is the
  • Oxygen during the adiabatic compression "brought back to the initial pressure and thereby heated to the desired temperature.

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Abstract

The invention relates to a method for increasing the penetration depth of an oxygen stream having a volume flow and a mass flow entering the bed of an iron ore production unit, preferably a melt reduction unit or melter gasifier or an oxygen-blowing furnace, said stream comprising technically pure oxygen for gasifying carbon carriers present in the bed, characterized in that the ratio of volume flow to mass flow of the oxygen stream is increased.

Description

Beschreibung description
Bezeichnung der Erfindung Verfahren zur Erhöhung der Eindringtiefe eines Description of the invention Method for increasing the penetration depth of a
SauerstoffStrahles  oxygen stream
Gebiet der Technik Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Technical Field The invention relates to a method for increasing the
Eindringtiefe eines mit einem Volumsstrom und einem Penetration depth of one with a volume flow and a
Massestrom. in die Schüttung eines Mass flow. into the bed of one
Roheisenerzeugungsaggregates eintrete den SauerstoffstrahI es von technisch reinem Sauerstoff zur Vergasung von in der Schüttung vorhandenen Kohlenstoffträgern .  Crude iron production aggregates enter the oxygen jet of technically pure oxygen for the gasification of carbon carriers present in the bulk.
Stand der Technik State of the art
Bei der Herstellung von Roheisen in einem In the production of pig iron in one
Roheisenerzeugungsaggregat, wie beispielsweise einem Hochofen oder einem Schmelzreduktionsaggragat wie etwa einem bei den Verfahren COREX® oder FINEX® genutzten Einschmelzvergaser, wird ein Reduktionsgas durch Vergasung von Kohlenstoffträgern unter Einblasen. eines Heißwindes oder SauerstoffStrahles gewonnen, Mittels dieses Reduktionsgases werden oxidische Eisenträger reduziert und in weiterer Folge wird das A pig iron production unit such as a blast furnace or a smelting reduction agglomerate such as a melter gasifier used in the method COREX® or FINEX® becomes a reducing gas by gasification of carbon carriers under injection. obtained by a hot blast or oxygen jet, by means of this reducing gas oxidic iron carriers are reduced and subsequently the
erhaltene reduzierte Material zu Roheisen erschmolzen. obtained reduced material melted into pig iron.
Bei den beim. COREX® und FINEX®-Verfahren verwendeten At the. COREX® and FINEX® processes
Einschmelzvergasern sind Sauerstoffdüsen am Umfang des Melt carburetors are oxygen nozzles on the circumference of the
Einschmelzvergasers zwischen Herd und Charbett des Melting gasifier between stove and Charbett of
Einschmelzvergasers eingebaut, um den Sauerstoff für die Vergasung von Kohlenstoff zur Herstellung des Reduktionsgases und Bereitstellung der zum Einschmelzen der Eisenträger erforderlichen Energie möglichst gleichmäßig am Umfang des Einschmelzvergasers in die Schüttung des Einschmelzvergasers einzublasen. Beim Einschmelzen der Eisenträger entstehen flüssiges Roheisen und flüssige Schlacke, Als Herd wird dabei der Bereich des Einschmelzvergasers unterhalb der Einschmelzvergasers installed to the oxygen for the gasification of carbon for the production of the reducing gas and providing the energy required to melt the iron carrier as evenly as possible on the circumference of the Blow molten carburetor into the bed of the melter gasifier. When smelting the iron carriers, liquid pig iron and molten slag are produced. As the hearth, the area of the melter gasifier is created below the
Sauerstoffdüsen bezeichnet, in dem keine Durchströmung durch Reduktionsgas stattfindet. Im Herd befinden sich flüssiges Roheisen, flüssige Schlacke und ein Teil des Chars , Als Char werden thermisch entgaste Kohlenstoffträger bezeichnet. Als Charbett wird dabei der Bereich im Einschmelzvergaser Oxygen nozzles referred to, in which no flow through reducing gas takes place. In the stove are liquid pig iron, liquid slag and part of the char. As Char are called thermally degassed carbon carriers. As Charbett is the area in the melter gasifier
bezeichnet, der oberhalb der Sauerstoffdüsen liegt; er enthält neben flüssigem Roheisen und flüssiger Schlacke sowie Char auch ungeschmolzene und teilreduzierte Eisenträger und Zuschläge. Das Charbett wird vom. Reduktionsgas, das unter Umsetzung des eingebrachten Sauerstoffs gebildet wird, durchströmt. Die durch die Sauerstoffdüsen in den designated, which is above the oxygen nozzles; In addition to liquid pig iron, liquid slag and char, it also contains unmelted and partially reduced iron carriers and additives. The Charbett is from the. Reduction gas, which is formed by reaction of the introduced oxygen flows through. The through the oxygen nozzles in the
Einschmelzvergaser eintretenden Sauerstoffstrahlen bilden im. Inneren des Einschmel zvergasers den sogenannten Race-Way, in dem bereits Vergasung von Kohlenstoffträgem stattfindet, wobei bereits Reduktionsgas entsteht. Unter Race-way wird dabei die Wirbelzone vor den Sauerstoffdüsen verstanden, in der das Reduktionsgas aus Sauerstoff und Kohlenstoffträgern entsteht. Der Begriff Wirbelzone gibt dabei die hoch  Melting gas entering oxygen streams form in the. Inside the Einschmel zvergasers the so-called race-way, in which already gasification of Kohlenstoffträgem takes place, whereby reducing gas is already formed. Race-way is understood to mean the vortex zone in front of the oxygen nozzles, in which the reducing gas is formed from oxygen and carbon carriers. The term vortex zone is the high
turbulenten wirbelschichtähnlichen Strömungsverhältnisse im Bereich des Race-way wieder. Der eintretende Sauerstoffstrahl erzeugt eine Kaverne in der Schüttung des Charbettes . Die Kaverne entsteht durch den Impuls des eintretenden turbulent fluidized bed-like flow conditions in the area of the race-way again. The incoming oxygen jet creates a cavern in the bed of the charbette. The cavern is formed by the momentum of the incoming
Sauerstoffstrahles und durch die Vergasungsreaktion des Oxygen jet and by the gasification reaction of
Sauerstoffs mit dem Char. Der Bereich der Kaverne wird als Race-way bezeichnet. Der Race-way hat im Vergleich zum Oxygen with the Char. The area of the cavern is called Race-way. The race way has compared to
Charbett, das ein Fließbett darstellt, einen deutlich höheren Lückengrad. Der Race-way erstreckt sich entsprechend der Anordnung der Sauerstoffdüsen am Umfang des Charbett, which is a fluid bed, a much higher degree of void. The raceway extends according to the arrangement of the oxygen nozzles on the circumference of the
Einschmelzvergasers im Inneren des Einschmelzvergasers in einer horizontalen Ebene. Die Querschnittsfläche, die bei Betrachtung von oben durch die Länge des Race-ways gebildet wird, wird auch als aktive Ringfläche bezeichnet, wobei sich in dem Begriff aktive Ringfläche aktiv darauf bezieht, dass Drainage von flüssigem Roheisen und flüssiger Schlacke aufgrund des Lückengrades des Race-way besonders gut durch den Race-way erfolgt, und dass durch Vergasung von Melting gasifier inside the melter gasifier in a horizontal plane. The cross-sectional area formed when viewed from above by the length of the race-way is also referred to as an active ring surface, wherein in the term active ring surface actively refers to the fact that drainage of liquid pig iron and liquid slag due to the degree of void of the raceway is particularly well done by the raceway, and that by gasification of
Kohlenstoffträgem entstandenes Reduktionsgas aus dem Race- way in das Charbett eintritt. Die Breite der aktiven  Carbonaceous reducing gas from the raceway enters the charbet. The width of the active
Ringfläche ist durch die Längenerstreckung des Race-way, und damit durch die Eindringtiefe des SauerstoffStrahles Ring area is determined by the length of the race way, and thus by the depth of penetration of the oxygen jet
bestimmt. certainly.
Auen bei einem Hochofen, bei dem durch entsprechende um den Umfang des Hochofens verteilte Düsen, auch Windformen  In the case of a blast furnace, where there are corresponding nozzles distributed around the circumference of the blast furnace, also tuyeres
genannt, Heißwind oder Sauerstoff eingeblasen wird, bilden sich im Bereich der Düsen Race-ways mit aktiver Ringfläche. called, hot blast or oxygen is injected, form in the area of the nozzle race-ways with active ring surface.
Für das Charbett eines Einschmelzvergasers ergibt sich bei der üblichen Verwendung eines SauerstoffStrahls aus technisch reinem Sauerstoff mit einer Temperatur zwischen -15°C und + 45°C, und aufgrund des im Vergleich zu mit Heißwind For the Charbett a melter gasifier results in the usual use of an oxygen jet of technically pure oxygen having a temperature between -15 ° C and + 45 ° C, and because of compared to hot blast
betriebene Hochöfen geringeren Durchmessers der eingesetzten Sauerstoffdüsen, im Vergleich zu dem in einem mit Heißwind betriebenen Hochofen vorliegenden Festbett eine deutlich geringere Eindringtiefe des SauerstoffStrahles in die operated blast furnaces of smaller diameter of the oxygen nozzles used, in comparison to the present in a hot blast furnace operated fixed bed a significantly lower penetration depth of the oxygen jet in the
Schüttung. Damit ergibt sich durch den kürzeren Bulk. This is due to the shorter
beziehungsweise schmäleren Race-Way im Charbett eine im or narrower race-way in Charbett one in
Vergleich zu einem mit Heißwind betriebenen Hochofen Compared to a hot blast furnace
vergleichsweise geringe aktive Ringfläche am Umfang des Einschmel zvergasers , wodurch die Gasdurchlässigkeit für Reduktionsgas in das Charbett beziehungsweise die Drainage von flüssigem Roheisen und flüssiger Schlacke in den Herd vergleichsweise schlechter sind. Weiters wird im Vergleich zum mit Koks betriebenen Hochofen durch den Einsatz von comparatively small active annular area at the periphery of the melts zvergasers, whereby the gas permeability for reducing gas in the Charbett or the drainage of liquid pig iron and liquid slag in the hearth are comparatively worse. Furthermore, compared to the coke-operated blast furnace by the use of
Stückkohle und/oder Kohlebriketts als Kohlenstoffträger der hydraulische Durchmesser der Charmatrix in einem Charcoal and / or coal briquettes as the carbon carrier of the hydraulic diameter of the Charmatrix in one
Einschmelzvergaser verringert, womit das Abfließen von flüssigem Roheisen und von flüssiger, speziell von hochviskoser, Schlacke erschwert wird, was zu Störungen durch Rückstau von flüssigem Roheisen und/oder flüssiger Schlacke vor den Sauerstoffdüsen führen kann. Meltdown carburetor reduces, whereby the outflow of liquid pig iron and liquid, especially of highly viscous, slag is difficult, which can lead to disturbances due to backflow of liquid pig iron and / or liquid slag before the oxygen nozzles.
Eine Erhöhung der Eindringtiefe des SauerstoffStrahles in die Schüttung 'würde sowohl bei einem mit Sauerstoff betriebenen Hochofen als auch bei einem Einschmelzvergaser die aktive Fläche deutlich erhöhen und damit das Abfließen von flüssigem Roheisen und von flüssiger Schlacke verbessern. An increase in the depth of penetration of the oxygen jet into the bed would significantly increase the active area in an oxygen-operated blast furnace as well as in a melter gasifier and thus improve the outflow of liquid pig iron and of liquid slag.
Das Reduktionsgas strömt im wesentlichen nach oben. In The reducing gas flows substantially upwards. In
Strömungsrichtung des Reduktionsgases gesehen nach dem. Race- way, also oberhalb des Race-way, kommt es in der Schüttung eines Einschmelzvergasers oder Hochofens zu unerwünschten fluidisierten Bereichen, auch genannt Blasen- oder Flow direction of the reducing gas seen after the. Raceway, so above the raceway, it comes in the bed of a melter gasifier or blast furnace to undesirable fluidized areas, also called bladder or
Kanalbildung. In diesen Bereichen tritt eine Gasmenge unter hohem Druck in die Schüttung aus Feststoffen ein, und die entstehende Mischung von Feststoffen und Gas verhält sich wie ein Fluid. Die Bildung fluidisierter Bereiche ist  Channeling. In these areas, a quantity of gas enters the bed of solids under high pressure, and the resulting mixture of solids and gas behaves like a fluid. The formation of fluidized areas is
unerwünscht, weil sie zu sogenannten Durchbläsern durch die Schüttung des Einschmelzvergasers beziehungsweise Hochofens führen können. Durchbläser führen zu plötzlich ansteigenden Änderungen der Gasströmung, Staubbelastung und undesirable because they can lead to so-called Durchblas through the bed of the melter gasifier or blast furnace. Blowers lead to sudden increases in gas flow, dust and
Zusammensetzung des aus dem Einschmelzvergaser oder Hochofen ausgeleiteten Gases, was den Betrieb solcher Aggregate schwerer beherrschbar macht. Weiters werden bei Durchbläsern Partikel aus dem Einschmelzvergaser oder Hochofen in Composition of the discharged from the melter gasifier or blast furnace gas, which makes the operation of such aggregates difficult to control. Furthermore, in blowers particles from the melter gasifier or blast furnace in
Leitungen zur Ableitung von Reduktionsgas oder Gichtgas ausgetragen . Lines for the discharge of reducing gas or blast furnace discharged.
Außerdem sind fluidisierte Bereiche unerwünscht, da eine optimale Phasenführung von Gas und Feststoff durch sie behindert wird. In fluidisierten Bereichen kann es zu einer Vermischung von Material aus dem oberen und aus dem unteren Bereich des Charbettes kommen - so gelangt beispielsweise Eisenoxid aus dem oberen Bereich des Charbettes in den unteren Bereich des Charbettes, und fertigreduziertes und teilweise schon geschmolzenes Eisen aus dem unteren Bereich des Charbettes wird in dessen oberen Bereich transportiert. Bei Einbringung einer größeren Gasmenge, speziell einer größeren Sauerstoffmenge in die Schüttung, bei In addition, fluidized areas are undesirable because optimal phase control of gas and solid is hindered by them. In fluidized areas, a mixture of material from the upper and from the lower part of the Charbettes can come - so passes, for example, iron oxide from the upper part of the Charbettes in the Lower part of the charbette, and finished and partially molten iron from the lower part of the charbette is transported to its upper part. When introducing a larger amount of gas, especially a larger amount of oxygen in the bed, at
Einschmelzvergaser und mit Sauerstoff betriebenen Hochöfen, steigt bei gleichbleibender Eindringtiefe die Gefahr der Entstehung fluidisierter Bereiche. Meltdown gasifier and blast furnaces operated with oxygen increase the risk of the formation of fluidized areas while maintaining the same penetration depth.
Wenn die Eindringtiefe des SauerstoffStrahles gegenüber einem Grundzustand vergrößert wird, kann eine bestimmte Gasmenge über eine im Vergleich zum. Grundzustand vergrößerte Fläche aus dem Race-way in die Schüttung entweichen. Entsprechend werden zur Bildung fluidisierter Bereiche führende Druck- Bedingungen in der Nachbarschaft zu den Sauerstoffdüsen im Vergleich zum Grundzustand räumlich, und zeitlich seltener vorliegen, und. als Resultat, werden fluidisierte Bereiche in der Nachbarschaft der Sauerstoffdüsen weniger groß und weniger häufig vorliegen. When the penetration depth of the oxygen jet is increased from a ground state, a certain amount of gas can be spread over one compared to the ground state. Ground state increased area escape from the raceway into the bed. Correspondingly, in order to form fluidized regions, pressure conditions in the vicinity of the oxygen nozzles will be spatially and temporally rarer compared to the ground state, and. as a result, fluidized areas in the vicinity of the oxygen nozzles will be less large and less frequent.
In einem. Einschmelzvergaser liegt im Bereich des Eintritts des SauerstoffStrahles in die Schüttung, also dem Race-way, auf Grund der hohen Strömungsgeschwindigkeit - die im In one. Melt carburetor is in the range of the entry of the oxygen jet in the bed, so the race-way, due to the high flow velocity - the
Vergleich zu einem Hochofen um ein Vielfaches höher ist - , der chemischen und. thermischen Volumsexpansion, und auf Grund der kleineren Chargröße im Vergleich zur mittleren Größe des Koks im Hochofen, eine Wirbelzone vor. Gemäß bekannter Compared to a blast furnace is many times higher, the chemical and. thermal volume expansion, and due to the smaller size compared to the average size of the coke in the blast furnace, a vortex zone before. According to known
Gesetzmäßigkeiten, wird praktisch keine Erhöhung der Regularities, will be virtually no increase in
Eindringtiefe durch höhere Strömungsgeschwindigkeit des SauerstoffStrahles erzielt . Eine Erhöhung der Penetration depth achieved by higher flow velocity of the oxygen jet. An increase in the
Strömungsgeschwindigkeit des SauerstoffStrahles würde die mechanische Beanspruchung des Chars erhöhen . Die mechanische Beanspruchung würde sich durch Impulsübertragung zwischen den Teilchen des SauerstoffStrahles und den Bestandteilen des Charbettes - also des Chars - sowie in der Folge durch Impulsübertragung zwischen den Bestandteilen des Charbettes untereinander erhöhen. Durch infolge des durch die Flow rate of the oxygen jet would increase the mechanical stress of the char. The mechanical stress would be due to momentum transfer between the particles of the oxygen beam and the components of the Charbette - so the Char - and in the sequence Increase momentum transfer between the components of the charbette with each other. As a result of by the
Impulsübertragung beziehungsweise die dadurch hervorgerufene mechanisehe Beanspruchung hervorgerufenen Abriebes Impulse transmission or the resulting mechanisehe stress caused abrasion
beziehungsweise Zerfall des Cnars würde mehr Feinkorn in der Wirbelzone gebildet werden. or decay of the cnar, more fines would be formed in the vortex zone.
Für den Zerfall des Cnars ist der pro Flächeneinheit  For the decay of the cnar is the per unit area
übertragene spezifische Impuls die bestimmende Größe. Die Kenngröße dafür ist die Impulskraft, welche den spezifischen auf eine Flächeneinheit bezogenen Impuls darstellt. transmitted specific impulse the determining size. The characteristic for this is the impulse force, which represents the specific impulse per unit area.
Mehr Feinkorn in der Wirbelzone führt jedoch zu einer  However, more fine grain in the vortex zone leads to a
Verminderung des hydraulischen Durchmessers der Wirbelzone des Race-ways, was wiederum das Abfließen von flüssigem Reduction of the hydraulic diameter of the vortex zone of the Race-way, which in turn leads to the drainage of liquid
Roheisen und von flüssiger Schlacke durch die aktive Cast iron and liquid slag through the active
Ringfläche verschlechtert. Ring surface deteriorated.
Im Falle eines Festbettes in einem Hochofen kann eine In the case of a fixed bed in a blast furnace, a
Erhöhung der Eindringtiefe durch Erhöhung der Increasing the penetration depth by increasing the
Sauerstoffgeschwindigkeit erzielt werden. Oxygen velocity can be achieved.
Dabei besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen einem mit Heißwind betriebenen Hochofen und einem mit Sauerstoff betriebenen Hochofen. Die Eindringtiefe des There is a significant difference between a hot blast furnace and a blast furnace operated with oxygen. The penetration depth of the
SauerstoffStrahles ist bei einem mit Sauerstoff betriebenen Hochofen im Vergleich zur Eindringtiefe von Heißwind in einem mit Heißwind betriebenen Hochofens gleicher Leistung deutlich geringer. Das deshalb, weil der Massestrom von eingebrachtem Gas beim Sauerstoffström geringer ist, da nicht wie beim Heißwind zusammen mit der benötigten Menge Sauerstoff eine große Menge Stickstoff mit eingebracht wird. Im Falle eines mit Sauerstoff betriebenen Hochofens müßte zur Erzielung einer Eindringtiefe, die bei einem mit Heißwind betriebenen Hochofen gleicher Leistung vorliegt, die  Oxygen jet is significantly lower in a blast furnace operated with oxygen compared to the penetration depth of hot blast in a hot blast furnace of the same power. This is because the mass flow of introduced gas in the oxygen flow is lower because not as in the hot air along with the required amount of oxygen, a large amount of nitrogen is introduced. In the case of a blast furnace operated with oxygen would have to achieve a penetration, which is present in a hot blast furnace of the same power, the
Sauerstoffgeschwindigkeit im Vergleich zur Geschwindigkeit des Heißwindes erhöht werden - dabei käme es jedoch, wie vorab beschrieben, zu erhöhter mechanischen Zerstörung des Kokses im Hochofen infolge Impulsübertragung und entsprechen durch Feinkornbildung zu einer geringeren Gasdurchlässigkeit des Festbettes im Hochofen. Oxygen velocity can be increased in comparison to the speed of the hot blast - it would, however, as described above, to increased mechanical destruction of the Coke in the blast furnace due to momentum transfer and correspond by fine grain formation to a lower gas permeability of the fixed bed in the blast furnace.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Technische Aufgabe Technical task
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Einbringung eines SauerstoffStrahles in die Schüttung eines Roheisenerzeugungsaggregates bereitzustellen, bei dem die oben genannten Nachteile vermieden werden. The object of the present invention is to provide a method for introducing an oxygen jet into the bed of a pig iron production unit, in which the abovementioned disadvantages are avoided.
Technische Lösung Technical solution
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein This task is solved by
Verfahren zur Erhöhung der Eindringtiefe eines  Method for increasing the penetration depth of a
mit einem Volumsstrom und einem Massestrom with a volumetric flow and a mass flow
in die Schüttung eines Roheisenerzeugungsaggregates, eintretenden SauerstoffStrahles von technisch reinem in the bed of a pig iron production unit, entering oxygen jet of technically pure
Sauerstoff  oxygen
zur Vergasung von in der Schüttung vorhandenen for the gasification of existing in the bed
Kohlenstoffträgern, Carbon carriers,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Verhältnis Volumsstrom zu Massestrom des that the ratio volumetric flow to mass flow of
SauerstoffStrahles vergrößert wird. Oxygen is increased in size.
Technisch reiner Sauerstoff weist einen Sauerstoffgehalt von zumindest 85 Vol%, besonders bevorzugt zumindest 90 Vol% auf Technically pure oxygen has an oxygen content of at least 85% by volume, more preferably at least 90% by volume
Bevorzugterweise ist das Roheisenerzeugungsaggregat ein Schmelzreduktionsaggregat wie beispielsweise ein Preferably, the pig iron production unit is a smelting reduction unit such as a
Einschmelzvergaser oder ein sauerstoffblasender Hochofen. Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung Melter gasifier or an oxygen blast furnace. Advantageous Effects of the Invention
Die Eindringtiefe wird dadurch erhöht, dass das Verhältnis Volumsstrom zu Massestrom vergrößert wird. The penetration depth is increased by increasing the volume flow to mass flow ratio.
Massestrom und Volumsstrom beziehen sich auf einen gegebenen Betriebszustand; es sind also Massestrom und Volumsstrom bei den bei dem gegebenen Betriebszustand herrschenden Druck und Temperaturbedingungen gemeint. Mass flow and volumetric flow refer to a given operating condition; So it means mass flow and volumetric flow at the prevailing pressure and temperature conditions in the given operating condition.
Durch die Erhöhung der Eindringtiefe des Sauerstoffstrahles in die Schüttung wird die aktive Ringfläche des By increasing the penetration depth of the oxygen jet into the bed, the active ring area of the
Einschmelzvergasers vergrößert. Somit ergibt sich, eine Enlarged carburetor enlarged. This results in a
niedrigere Strömungsgeschwindigkeit von Reduktionsgas, wenn dieses durch das Charbett nach oben strömt. Damit wird lower flow rate of reducing gas as it flows up through the charbet. This will be
einerseits eine für in einem Einschmelzvergaser vorliegende Wirbelschichten typische, jedoch ungewünschte Blasenbildung verringert, und andererseits der Wärme- und Stoffaustausch zwischen dem Reduktionsgas und der Schüttung im on the one hand, reduces the formation of bubbles, which is typical but undesired for fluidized beds present in a melter gasifier, and on the other hand, the heat and mass transfer between the reducing gas and the bed in the
Einschmelzvergaser verbessert . Melt carburetor improved.
Die zum Abfließen von flüssigem Roheisen und von flüssiger Schlacke zur Verfügung stehende Fläche wird vergrößert, womit, ein für die zur Einbringung des SauerstoffStrahles in den Einschmelzvergaser verwendeten Sauerstoffdüsen kritischer Rückstau dieser Flüssigkeiten verringert wird. Zudem ergeben sich durch die erfindungsgemäße Erhöhung der Eindringtiefe des SauerstoffStrahles bessere metallurgische Bedingungen im Herd - beispielsweise besserer Phasenaustausch zwischen festen und flüssigen Phasen von Schlacke und Roheisen - und gegenüber einer geringeren Eindringtiefe verbesserte Abstichbedingungen - es treten weniger Störungen beim Abstichprozess auf.  The area available to drain liquid pig iron and liquid slag is increased, thus reducing critical backflow of these liquids for the oxygen nozzles used to introduce the oxygen jet into the melter gasifier. In addition, resulting from the inventive increase in the penetration depth of the oxygen jet better metallurgical conditions in the stove - for example, better phase exchange between solid and liquid phases of slag and pig iron - and compared to a lower penetration depth improved Abstichbedingungen - there are fewer disturbances in the tapping process.
Vorzugsweise wird bei gleichbleibendem Massestrom der Preferably, with a constant mass flow of
Volumsstrom erhöht. In diesem Fall wird pro Zeiteinheit eine gleichbleibende Menge Sauerstoff in die Schüttung eingebracht. Volume flow increased. In this case, a constant amount of oxygen is introduced into the bed per unit time.
Gleichbleibender Massestrom ist dabei im anlagentechnischen Sinne zu verstehen und umfasst auch die durch Regelung auf einen gegebenen Betriebszustand - wie beispielsweise durch gegebene Schmelzleistung, Wärmebedarf, Art der eingesetzten Rohstoffe, Druck, Temperatur, bestimmt - hin auftretenden Schwankungen von bis zu +/- 10 % von dem Wert, der bei einem gegebenen Betriebszustand gewünscht ist. Constant mass flow is to be understood in the technical sense of the plant and also includes the control of a given operating condition - such as given by melting, heat demand, type of raw materials used, pressure, temperature determined - occurring fluctuations of up to +/- 10% from the value desired at a given operating condition.
Der Sauerstoffstrahl tritt mit einer Strömungsgeschwindigkeit in die Schüttung ein. The oxygen jet enters the bed at a flow rate.
Nach einer Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Temperatur des Sauerstoffsstrahles erhöht.  According to one embodiment of the method according to the invention, the temperature of the oxygen jet is increased.
Durch die Erhöhung der Temperatur wird das Verhältnis By increasing the temperature, the ratio becomes
Volumsstrom zu Massenstrom erhöht. Volume flow increased to mass flow.
Vorteilhafterweise kann durch den damit verbundenen Eintrag von Energie in das Roheisenerzeugungsaggregat anders  Advantageously, by the associated entry of energy into the pig iron production unit differently
gearteter Energieeintrag, beispielsweise über type of energy input, for example via
Brennstoffzugäbe in das Roheisenerzeugungsaggregat, Fuel feeds into the pig iron production unit,
eingespart werden. be saved.
Nach einer weiteren Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Temperatur des Sauerstoffsstrahles bei gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit erhöht. According to another embodiment of the method according to the invention, the temperature of the oxygen jet is increased while the flow rate remains constant.
Dabei ist gleichbleibende Strömungsgeschwindigkeit im It is constant flow velocity in
anlagentechnischen Sinne zu verstehen und umfasst auch die durch Regelung auf einen gegebenen Betriebszustand hin auftretenden Schwankungen von bis zu +/- 10 % von dem Wert der bei einem gegebenen Betriebszustand gewünscht ist. Understand system engineering meaning and also includes the occurring by regulation to a given operating condition variations of up to +/- 10% of the value that is desired for a given operating condition.
Durch die Maßnahme, die Strömungsgeschwindigkeit By the measure, the flow rate
gleichbleibend zu erhalten, wird der durch die Strömungsgeschwindigkeit begründete Impuls des to obtain consistent, the by the Flow speed established pulse of
SauerstoffStrahls konstant gehalten. Bei vergrößerter Oxygen jet kept constant. At enlarged
Eindringtiefe und Eintrittsfläche wird dann die Impulskraft verringert. Dadurch wird entsprechend weniger Feinkorn gebildet. Penetration depth and entrance surface is then reduced the impulse force. As a result, correspondingly less fine grain is formed.
Um bei einer gegenüber einem Ausgangswert erhöhten Temperatur des Sauerstoffstrahles bei gleichbleibender In order at a relative to an initial value elevated temperature of the oxygen jet at a constant
Strömungsgeschwindigkeit einen konstanten Massenfluss zu gewährleisten, obwohl bei einer Zunahme der Temperatur dieFlow rate to ensure a constant mass flow, although with an increase in the temperature
Dichte des SauerstoffStrahles abnimmt, wird der Durchmesser der bei der erhöhten Temperatur einzusetzenden Sauerstoffdüsen entsprechend größer ausgeführt . Density of the oxygen beam decreases, the diameter of the oxygen nozzles to be used at the elevated temperature is made correspondingly larger.
Weiters ist es empfehlenswert, die Sauerstoffdüsen innen zu isolieren beziehungsweise die Sauerstoffzuleitung zu den  Furthermore, it is recommended to isolate the oxygen nozzles inside or the oxygen supply to the
Sauerstoffdüsen zu isolieren und/oder so auszuführen, dass die Wärmeverluste gering sind.  To isolate oxygen nozzles and / or perform so that the heat losses are low.
Zur Erhöhung der Temperatur des SauerstoffStrahles wird er vor dem Eintritt in die Schüttung des Roheisenerzeugungsaggregates vorgewärmt . To increase the temperature of the oxygen jet, it is preheated before it enters the bed of the pig iron production unit.
Dies kann mittels einer einzelnen oder mehrerer der nachfolgend genannten Verfahren in Kombination geschehen:  This can be done in combination by means of one or more of the following methods:
- Verbrennung eines festen, flüssigen oder gasförmigen  - combustion of a solid, liquid or gaseous
Brennstoffes - beispielsweise aus dem Prozess zur Fuel - for example, from the process to
Roheisenerzeugung, in dem. das Roheisenerzeugungsaggregat eingesetzt wird, anfallende Prozessgase wie beispielsweise Topgas aus einem Reduktionsschacht; bespielsweise Erdgas - mit Sauerstoff über einen Brenner, und Vermischung des dabei erhaltenen heißen Gases mit dem. Sauerstoff.  Pig iron production in which. the pig iron production unit is used, resulting process gases such as top gas from a reduction shaft; For example, natural gas - with oxygen through a burner, and mixing the resulting hot gas with the. Oxygen.
Bevorzugterweise findet die Vermischung in diesem Fall mit dem Sauerstoff in der Brennkammer des Brenners statt, um den  Preferably, the mixing in this case takes place with the oxygen in the combustion chamber of the burner to the
Temperatureinfluss auf die Ausm.aue.rung von den Sauerstoff führenden Leitungen zu minimieren. Vermischung von Sauerstoff mit Dampf und/oder heißem Temperature influence on the Ausm.aue.rung of the oxygen-carrying lines to minimize. Mixing of oxygen with steam and / or hot
Stickstoff in Mischkammer oder an der Einblasstelle  Nitrogen in mixing chamber or at the injection point
- Verwendung von indirekten Wärmetauschern, beispielsweise  - Use of indirect heat exchangers, for example
- unter Vorwärmung durch Nutzung von Abwärme von  - under preheating by using waste heat from
COREX®/FINEX®-Prozessgasen,  COREX® / FINEX® process gases,
- unter Vorwärmung durch Dampf,  under preheating by steam,
- unter Vorwärmung durch sonstige Wärmeträger wie  - under preheating by other heat transfer media such as
beispielsweise Thermoöl oder Stickstoff,,  for example, thermal oil or nitrogen ,,
unter Vorwärmung über heiße Rauchgase aus Verbrennung von Brennstoffen, Das kann beispielsweise auch über heiße Rauchgase aus bestehenden Anlagen wie beispielsweise Anlagen zur Kohletrocknung, Reduktionsgasöfen, Kraftwerken erfoIgen. Bei Vorwärmung durch Dampf können beispielsweise Kondensationsoder Gegendruckdampfwärmetauscher eingesetzt werden. Die  under preheating over hot flue gases from combustion of fuels, this can also be done, for example, via hot flue gases from existing plants such as coal drying plants, reduction gas furnaces, power plants. In the case of preheating by steam, it is possible, for example, to use condensation or counterpressure steam heat exchangers. The
Dampfquellen müssen jedenfalls eine hone Verfügbarkeit, In any case, steam sources must have a high availability,
aufweisen . exhibit .
Lieferung von erwärmtem Sauerstoff kann direkt von der für seine Bereitstellung eingesetzten Sauerstofferzeugungsanlage erfolgen. Es kann also auch in einer Sauerstofferzeugungsanlage anfallender warmer Sauerstoff, und zwar mit oder ohne  Supply of heated oxygen can be made directly from the oxygen production plant used for its supply. It can therefore also in an oxygen production plant accumulating warm oxygen, with or without
zusätzliche Erwärmung, genutzt werden. Nach einer additional heating, to be used. After a
erfindungsgemäßen Ausführungsvariante wird dabei der Sauerstoff bei der Sauerstofferzeugungsanlage durch indirekten Wärmetausch des Sauerstoffes mit heißer Prozessluft des According to the embodiment of the invention, the oxygen in the oxygen production plant by indirect heat exchange of the oxygen with hot process air of the
Sauerstofferzeugungsprozesses erwärmt. Nach einer anderen Ausführungsvariante wird der Sauerstoff durch adiabate Oxygen production process heated. According to another embodiment, the oxygen is adiabated by
Verdichtung von gasförmigem. Sauerstoff erwärmt. Compression of gaseous. Oxygen heated.
Die Erwärmung von Sauerstoff kann auch 2-stufig erfolgen, indem beispielsweise zuerst eine Vorwärmung auf beispielsweise 100 - 150°C bei niedrigem. Sauerstoffdruck, erfolgt, und in weiterer Folgen eine adiabate Verdichtung auf circa 300 °C durchgeführt wird. Die Vorwärmung des Sauerstoffes kann nach einer weiteren The heating of oxygen can also be done in two stages, for example by first preheating to, for example, 100-150 ° C at low. Oxygen pressure, takes place, and in subsequent episodes an adiabatic compression to about 300 ° C is performed. The preheating of the oxygen can after another
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auch mittels Vorheizung von Sauerstoff mittels eines Plasmabrenners und Vermischung mit nicht derart vorgeheiztem Sauerstoff geschehen. Embodiment of the method according to the invention by means of preheating of oxygen by means of a plasma torch and mixing done with not so preheated oxygen.
Bevorzugt ist es, den Sauerstoff durch Abwärme der It is preferred, the oxygen by waste heat of the
Sauerstofferzeugunganlage und/oder durch Abwärme eines Oxygen generating plant and / or by waste heat of a
Kraftwerkes zu erwärmen. To heat power plant.
Als Sauerstofferzeugungsanlage ist dabei in erster Linie eine Air Separation Unit ASU gemeint. In einer solchen ASU sind eine Vielzahl von Kompressoren wie etwa Main Air Compressor MAC, Booster Air Compressor (BAC) vorhanden. Speziell in Combined Cylce Power Plants sind Gasturbinen vorhanden, die mit  As an oxygen production plant is meant primarily an Air Separation Unit ASU. In such an ASU are a variety of compressors such as Main Air Compressor MAC, Booster Air Compressor (BAC) available. Especially in Combined Cylce Power Plants there are gas turbines with
Luftkompessoren gekoppelt sind. Aircompensators are coupled.
Stromabwärts solcher Kompressoren in Lufterzeugungsanlagen oder Kraftwerken fällt durch Kompression erhitztes Gas an, dessen Wärme als Abwärme an die Umwelt abgegeben wird. Diese Abwärme wird bevorzugterweise zur Erwärmung des Sauerstoffes genutzt, der in das Festbett eines Einschmelzvergaser eingebracht wird. Eine Erhöhung" der Temperatur des SauerstoffStrahles führt zu einem verminderten Bedarf an Kohlenstoffträgem zur Downstream of such compressors in air generators or power plants is compressed gas heated by compression, the heat of which is dissipated as waste heat to the environment. This waste heat is preferably used to heat the oxygen, which is introduced into the fixed bed of a melter gasifier. An increase in "the temperature of the oxygen stream leads to a reduced demand for carbon carriers to
Bereitstellung der zum Einschmelzen der Eisenträger Provision of for melting the iron carrier
erforder1 ichen Energie. Damit wird de Prozess der you need energy. This will be the process of
Roheisenerzeugung kostengünstiger und es werden die Pig iron production cheaper and it will be the
spezifischen Emissionen, speziell von CO2, bei der specific emissions, especially of CO 2 , in the
Roheisenerzeugung vermindert , Reduced iron production,
Der Sauerstoffstrahl tritt unter einem Eintrittsdruck in die Schüttung ein, der so gewählt ist, dass der beim Strömen des bei der Umsetzung des Sauerstoffs gebildete Reduktionsgas über das Charbetts bis zum Beruhigungsraum auftretende The oxygen jet enters the bed at an inlet pressure selected to cause the reducing gas formed by the flow of the reducing gas formed during the reaction of the oxygen to pass through the charbette to the settling space
Druckverlust überwunden werden kann. Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Eintrittdruck bei gleichbleibendem Massenstrom vermindert. Um den Prozess der Roheisenerzeugung weiter ablaufen lassen zu können, wird dabei gleichzeitig Pressure loss can be overcome. According to one embodiment of the method according to the invention, the inlet pressure is reduced while maintaining the mass flow. In order to be able to continue the process of pig iron production, at the same time
beispielsweise der Druck im Beruhigungsraum gesenkt oder das Charbett zwecks Verminderung des Druckverlustes verkleinert. Durch die Verminderung des Eintrittdruckes kann ein höherer Volumenstrom bei gleich bleibendem Massestrom erzielt werde. Gleichbleibender Massestrom ist dabei im anlagentechnischen Sinne zu verstehen und umfasst auch die durch Regelung auf einen gegebenen Betriebszustand hin auftretenden Schwankungen von bis zu +/- 10 x% von dem Wert, der bei einem gegebenen Betriebszustand gewünscht ist. Um bei einer gegenüber einem Ausgangswert verminderten For example, the pressure in the calming room lowered or the Charbett reduced in order to reduce the pressure loss. By reducing the inlet pressure, a higher volume flow can be achieved with a constant mass flow. Constant mass flow is to be understood in terms of plant technology and also includes the fluctuations occurring by regulation to a given operating state of up to +/- 10 x% of the value that is desired for a given operating condition. At a reduced compared to an initial value
Eintrittsdruck des SauerstoffStrahles einen gleichbleibendem Massefluss zu gewährleisten, obwohl bei einer Verminderung des Drucks die Dichte des SauerstoffStrahles abnimmt, wird der Durchmesser der bei dem verminderten Druck einzusetzenden  The pressure of the oxygen jet to ensure a constant mass flow, although with a reduction in pressure, the density of the oxygen jet decreases, the diameter of the used at the reduced pressure
Sauerstoffdüsen entsprechend größer ausgeführt. Oxygen nozzles designed to be larger accordingly.
Vorzugsweise beträgt die Temperatur des in die Schüttung eintretenden SauerstoffStrahles zumindest 200°C, bevorzugt zumindest 250°C. Preferably, the temperature of the oxygen jet entering the bed is at least 200 ° C, preferably at least 250 ° C.
Vorzugsweise beträgt die Strömungsgeschwindigkeit des in die Schüttung eintretenden SauerstoffStrahles im Bereich 100 m/s bis Schallgeschwindigkeit, bevorzugt im Bereich 150 - 300 m/s. Dabei ist die Schallgeschwindigkeit unter den The flow rate of the oxygen jet entering the bed is preferably in the range from 100 m / s to the speed of sound, preferably in the range from 150 to 300 m / s. The speed of sound is below the
Druck/Temperaturbedingungen des Sauerstoffs beim Eintrit gemeint . Meant pressure / temperature conditions of the oxygen at the entrance.
Unter 100 m/s Gefahr besteht eine große Gefahr von  Below 100 m / s there is a high risk of danger
Düsenschäden durch Rückströmung von flüssigem Roheisen in die Düsen. Ab Schallgeschwindigkeit ergibt sich ein hoher Nozzle damage due to backflow of molten pig iron into the nozzles. From the speed of sound results in a high
Druckverlust über die Sauerstoffdüsen und hoher Energiebedarf zum Aufbau des für eine solche Geschwindigkeit notwendigen Druckes. Zudem trägt der mit so hohen Geschwindigkeiten verbundene große Impuls des SauerstoffStrahles stark zur unerwünschten Feinkornbildung bei. Pressure loss via the oxygen nozzles and high energy consumption to build up the pressure necessary for such a speed. In addition, the large momentum of the oxygen jet associated with such high velocities greatly contributes to undesirable fine grain formation.
Nach einer vorteilhaften Aus führungs form des According to an advantageous embodiment of the invention
erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zusammen mit dem inventive method is carried out together with the
Sauerstoffstrahl eine Eindüsung von Kohlenstoffträgern in fester oder flüssiger oder gasförmiger Form, beispielsweise Kohle/Öl/Eigengas, in den Sauerstoffstrahl vor dem, im Oxygen jet an injection of carbon carriers in solid or liquid or gaseous form, for example coal / oil / gas, in the oxygen jet before, in the
Bereich des Eintritts des SauerstoffStrahles in die Schüttung gebildeten, Race-way und/oder in dem Race-way. Range of entry of the oxygen jet formed in the bed, race-way and / or in the race-way.
Dabei wird der Effekt erzielt, dass durch Vergasung dieser Kohlenstoffträger ein effektiv größeres Gasvolumen im Race- way gebildet und in die Schüttung eingebracht wird, als wenn nur der Sauerstoffström in die Schüttung eintritt - denn das eingebrachte Gasvolumen setzt sich aus dem eintretenden In this case, the effect is achieved that by gasification of these carbon carriers an effectively larger gas volume is formed in the raceway and introduced into the bed, as if only the oxygen flow enters the bed - because the introduced gas volume is composed of the incoming
Sauerstoffstrahl und dem bei der Vergasung entstehenden Gas zusammen - genannt resultierender Gasstrahl. Bei gleicher in die Schüttung eintretender Menge Sauerstoff wird also eine Erhöhung des Verhältnisses Volumsstrom zu Massestrom des eintretenden, resultierenden Gasstrahles erzielt. Die Mengen der Eindüsung und die Reinheit des SauerstoffStrahles, in den eingedüst wird, beziehungsweise in dessen Race-way eingedüst wird, sind so gewählt, dass es sich bei dem resultierenden Gasstrahl immer noch um technisch reinen Sauerstoff handelt. Oxygen jet and the resulting gas during gasification - called resulting gas jet. With the same amount of oxygen entering the bed, an increase in the ratio of the volume flow to the mass flow of the incoming, resulting gas jet is thus achieved. The quantities of the injection and the purity of the oxygen jet into which it is injected, or in which its raceway is injected, are chosen so that the resulting gas jet is still technically pure oxygen.
Kohle wird beispielsweise als Kohlestaub zugeführt. Coal is fed, for example, as coal dust.
Öl wird beispielsweise fein zerstäubt zugeführt.  Oil is supplied, for example, finely atomized.
Das Eigengas ist bevorzugterweise auf die Temperatur des The natural gas is preferably on the temperature of
SauerstoffStromes vorgewärmt. Unter Eigengas ist beim Prozess der Roheisenerzeugung, zu dem der Sauerstoff beiträgt, gebildetes Reduktionsgas oder Exportgas zu verstehen. Die Angaben Massestrom, Volumsstrom, Temperatur, Druck des SauerstoffStrahles, sowie die Werte für Massestrom, Oxygen streams preheated. In the case of natural gas, in the process of pig iron production to which the oxygen contributes, the reducing gas or export gas formed is to be understood. The data mass flow, volume flow, temperature, pressure of the oxygen jet, as well as the values for mass flow,
Volumsstrom, Temperatur, Druck des SauerstoffStrahles Volumetric flow, temperature, pressure of the oxygen jet
beziehen sich auf die Stelle der Zufuhr des refer to the place of supply of the
SauerstoffStrahles in die Schüttung. Oxygen jet into the bed.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Kurze Beschreibung der Ausführungsformen Short description of the embodiments
Die Figuren 1 bis 3 zeigen anhand von Diagrammen die Figures 1 to 3 show the basis of diagrams
erfindungsgemäß erzielten Effekte. according to the invention achieved effects.
Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen beispielhaft und schematisch, wie die Temperatur des Sauerstoffsstrahles bei gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit erhöht werden kann.  Figures 4, 5 and 6 show by way of example and schematically how the temperature of the oxygen jet can be increased at a constant flow rate.
Die Figur 1 zeigt ein Beispiel dafür, dass bei einer FIG. 1 shows an example of that in a
Vergrößerung des Verhältnisses Volumsstrom zu Massenstrom eines SauerstoffStrahles die Eindringtiefe des Increasing the ratio of volume flow to mass flow of an oxygen jet, the penetration depth of the
SauerstoffStrahles zunimmt. Der Massestrom ist konstant. Oxygen beam increases. The mass flow is constant.
Figur 1 zeigt beispielsweise, dass bei einer Erhöhung des Verhältnisses Volumsstrom zu Massestrom von etwa 90% von knapp 0,22 auf knapp 0,42 m3/kg die Eindringtiefe des FIG. 1 shows, for example, that with an increase in the ratio of the volume flow to the mass flow of about 90%, from just under 0.22 to just under 0.42 m 3 / kg, the penetration depth of the
SauerstoffStrahles um knapp 15% zunimmt. Das trifft auf beide gezeigten Strömungsgeschwindigkeiten zu. Oxygen beam increases by almost 15%. This applies to both flow rates shown.
Auch die Figur 2 zeigt ein Beispiel dafür, dass die Also, Figure 2 shows an example that the
Eindringtiefe eines SauerstoffStrahles in die Schüttung eines Einschmelzvergasers zunimmt, wenn das Verhältnis Volumsstrom zu Massestrom des SauerstoffStrahles vergrößert wird. Penetration depth of an oxygen jet in the bed of a melter gasifier increases when the ratio volumetric flow to mass flow of the oxygen jet is increased.
Der Massestrom des SauerstoffStrahles ist gleichbleibend. Damit bei erhöhter Temperatur des SauerstoffStrahles die Strömungsgeschwindigkeit gleich bleibt, werden bei höheren Temperaturen größere Durchmesser der Sauerstoffdüsen - in der Figur abgekürzt mit Nozzledia - verwendet. Aus der Figur 2 ist zu entnehmen, dass bei gleichbleibendem Massestrom und gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit die Eindringtiefe mit steigender Temperatur zunimmt. Da steigende Temperatur über abnehmende Dichte größeres Volumen bedeutet, ergibt sich eine steigende Eindringtiefe mit Vergrößerung des The mass flow of the oxygen jet is constant. So that the flow rate remains the same at elevated temperature of the oxygen jet, larger diameters of the oxygen nozzles are used at higher temperatures - abbreviated to Nozzledia in the figure. From the figure 2 It can be seen that with constant mass flow and constant flow velocity, the penetration depth increases with increasing temperature. As increasing temperature over decreasing density means larger volume results in an increasing penetration depth with enlargement of the
Verhältnisses Volumsstrom zu Massestrom des Ratio volumetric flow to mass flow of
SauerstoffStrahles . Oxygen jet.
Figur 3 zeigt, dass das Verhältnis Volumsstrom zu Massenstrom eines SauerstoffStrahles mit sinkendem Eintrittsdruck beziehungsweise mit zunehmender Temperatur zunimmt. FIG. 3 shows that the ratio of volume flow to mass flow of an oxygen jet increases with decreasing inlet pressure or with increasing temperature.
Die Basis für die präsentierten Figuren waren ein. Massestrom von 2200 NmVh von reinem Sauerstoff, und ein Absolutdruck am Austritt des Sauerstoffs aus der Sauerstoffdüse von 5,5 The basis for the presented figures was a. Mass flow of 2200 NmVh of pure oxygen, and an absolute pressure at the exit of the oxygen from the oxygen nozzle of 5.5
beziehungsweise 4,5 bar. or 4.5 bar.
Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen beispielhaft und schematisch, wie die Temperatur des Sauerstoffsstrahles bei gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit erhöht werden kann. Dabei ist jeweils am rechten Bildrand schematisch eine Sauerstoffdüse angedeutet . Figures 4, 5 and 6 show by way of example and schematically how the temperature of the oxygen jet can be increased at a constant flow rate. In this case, an oxygen nozzle is schematically indicated in each case on the right edge of the image.
Figur 4 zeigt schematisch, wie Sauerstoff 1 dadurch erwärmt wird, dass ein gasförmiger Brennstoff - in diesem Fall Figure 4 shows schematically how oxygen 1 is heated by a gaseous fuel - in this case
aus dem Prozess zur Roheisenerzeugung, in dem das from the process of pig iron production, in which the
Roheisenerzeugungsaggregat eingesetzt wird, anfallendes Topgas 2 aus einem, nicht dargestellten Reduktionsschacht - mit einem Teil des Sauerstoffs 1 in einem Brenner 3 verbrannt wird, und sich das bei der Verbrennung erhaltende heiße Gas mit dem unverbrannten Sauerstoff 1 vermischt. Die Vermischung findet in diesem Fall in der Brennkammer 4 des Brenners 3 statt, um den Temperatureinfluss auf die Ausmauerung von den Sauerstoff führenden Leitungen zu minimieren. Der Druck des SauerstoffStrahles bleibt dabei gleich, nur die Temperatur steigt . Pig iron production unit is used, resulting top gas 2 from a reduction shaft, not shown - is burned with a portion of the oxygen 1 in a burner 3, and the hot gas obtained during combustion with the unburned oxygen 1 is mixed. The mixing takes place in this case in the combustion chamber 4 of the burner 3, in order to minimize the influence of temperature on the lining of the oxygen-carrying lines. The pressure of Oxygen beam remains the same, only the temperature rises.
Figur 5 zeigt schematisch, wie Sauerstoff 1 durch Verwendung indirekter Wärmetauscher 5 erwärmt wird. Im indirekten FIG. 5 shows schematically how oxygen 1 is heated by using indirect heat exchangers 5. In the indirect
Wärmetauscher 5 wird Wärme von Dampf 6 auf den Sauerstoff übertragen, wobei der Druck des SauerstoffStrahles gleich bleibt . Figur 6 zeigt schematisch, wie eine Erwärmung von. Sauerstoff 1 zweistufig erfolgt. Zuerst wird eine Vorwärmung bei niedrigem Druck des SauerstoffStrahles mittels eines indirekten  Heat exchanger 5 transfers heat from vapor 6 to the oxygen, with the pressure of the oxygen jet remaining the same. Figure 6 shows schematically how a heating of. Oxygen 1 takes place in two stages. First, a preheating at low pressure of the oxygen jet by means of an indirect
Wärmetauschers 5 und Dampf 6 vorgenommen, und dann erfolgt eine adiabate Verdichtung des derart vorgewärmten Sauerstoffs in einem Kompressor 7. Dabei wird vor der Vorwärmung der Heat exchanger 5 and 6 steam made, and then there is an adiabatic compression of the thus preheated oxygen in a compressor 7. It is before preheating the
Sauerstoffstrahl durch adiabate Entspannung in einer Oxygen jet through adiabatic relaxation in one
EntSpannungsvorrichtung 8 von einem Anfangsdruck auf einen Zwischendruck entspannt, wobei die Temperatur des EntSpannungsvorrichtung 8 relaxed from an initial pressure to an intermediate pressure, wherein the temperature of the
SauerstoffStrahles abnimmt. Nach der darauffolgenden Vorwärmung des unter dem Zwischendruck stehenden Sauerstoffs wird derOxygen beam decreases. After the subsequent preheating of the intermediate pressure oxygen is the
Sauerstoff dann bei der adiabaten Verdichtung" wieder auf den Anfangsdruck gebracht und dabei auf die gewünschte Temperatur erwärmt . Oxygen during the adiabatic compression "brought back to the initial pressure and thereby heated to the desired temperature.
Liste der Bezugszeichen List of reference numbers
Sauerstoff 1Oxygen 1
Topgas 2Topgas 2
Brenner 3Burner 3
Brennkammer 4Combustion chamber 4
Wärmetauscher 5Heat exchanger 5
Dampf 6Steam 6
Kompressor 7Compressor 7
Entspannungsvorrichtung 8 Relaxation device 8

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Erhöhung der Eindringtiefe eines 1. Method for increasing the penetration depth of a
mit einem Volumsstrom und einem Massestrom with a volumetric flow and a mass flow
in die Schüttung eines Roheisenerzeugungsaggregates, into the bed of a pig iron production unit,
bevorzugterweise eines preferably one
Schmelzreduktionsaggregates/Einschmelzvergasers oder eines sauerstoffblasenden Hochofens,  Smelting aggregate / melter gasifier or an oxygen blowing blast furnace,
eintretenden SauerstoffStrahles von technisch reinem Entering oxygen jet of technically pure
Sauerstoff oxygen
zur Vergasung von in der Schüttung vorhandenen for the gasification of existing in the bed
Kohlenstoffträgern, Carbon carriers,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Verhältnis Volumsstrom zu Massestrom des that the ratio volumetric flow to mass flow of
SauerstoffStrahles vergrößert wird. Oxygen is increased in size.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei gleichbleibendem Massestrom der Volumsstrom erhöht wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that is increased at a constant mass flow of the volume flow.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der3. The method according to any one of claims 1 to 2, wherein the
Sauerstoffstrahl mit einer Strömungsgeschwindigkeit in die Schüttung eintritt, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxygen jet enters the bed at a flow rate, characterized in that the
Temperatur des Sauerstoffsstrahles erhöht wird. Temperature of the oxygen beam is increased.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Sauerstoffsstrahles bei gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit erhöht wird. 4. The method according to claim 3, characterized in that the temperature of the oxygen jet is increased at a constant flow rate.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des SauerstoffStrahles mittels einer einzelnen oder mehrerer der nachfolgend genannten Verfahren in Kombination erhöht wird: 5. The method according to any one of claims 3 to 4, characterized in that the temperature of the oxygen jet is increased by means of a single or more of the following methods in combination:
- Verbrennung eines festen, flüssigen oder gasförmigen  - combustion of a solid, liquid or gaseous
Brennstoffes mit Sauerstoff über einen Brenner, und Vermischung des dabei erhaltenen heißen Gases mit dem Sauerstoff, - Vermischung von Sauerstoff mit Dampf und/oder heißem Fuel with oxygen through a burner, and mixing the resulting hot gas with the oxygen, - Mixing of oxygen with steam and / or hot
Stickstoff in Mischkammer oder an der Einblasstelle, Nitrogen in the mixing chamber or at the injection point,
- Verwendung von indirekten Wärmetauschern,  - use of indirect heat exchangers,
- Vorheizung von Sauerstoff mittels eines Plasmabrenners und Vermischung mit nicht derart vorgeheiztem Sauerstoff.  - Preheating of oxygen by means of a plasma torch and mixing with not so preheated oxygen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Sauerstoffstrahl unter einem Eintrittsdruck in die Schüttung eintritt, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittdruck bei gleichbleibendem Massenstrom vermindert wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the oxygen jet enters the bed at an inlet pressure, characterized in that the inlet pressure is reduced at a constant mass flow.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des in die Schüttung eintretenden SauerstoffStrahles zumindest 200°C, bevorzugt zumindest 250°C beträgt. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the temperature of the oxygen jet entering the bed is at least 200 ° C, preferably at least 250 ° C.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des in die Schüttung eintretenden SauerstoffStrahles im Bereich 100 m/s bis Schallgeschwindigkeit, bevorzugt im Bereich 150 - 300 m/s, liegt. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the flow rate of the oxygen jet entering the bed in the range 100 m / s to the speed of sound, preferably in the range 150 - 300 m / s.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusammen mit dem Sauerstoffstrahl eine Eindüsung von Kohlenstoffträgern in fester oder flüssiger oder gasförmiger Form, in den Sauerstoffstrahl vor dem, im Bereich des Eintritts des SauerstoffStrahles in die Schüttung gebildeten, Race-way und/oder in den Race-way erfolgt. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that together with the oxygen jet an injection of carbon carriers in solid or liquid or gaseous form, in the oxygen jet before, formed in the region of the entry of the oxygen jet into the bed, Race way and / or done in the race way.
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