EP4477766A1 - Modifiziertes kühlelement für den einsatz in einem hochofen, damit bestückter hochofen sowie ein verfahren zum betreiben eines hochofens - Google Patents

Modifiziertes kühlelement für den einsatz in einem hochofen, damit bestückter hochofen sowie ein verfahren zum betreiben eines hochofens Download PDF

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EP4477766A1
EP4477766A1 EP23179454.6A EP23179454A EP4477766A1 EP 4477766 A1 EP4477766 A1 EP 4477766A1 EP 23179454 A EP23179454 A EP 23179454A EP 4477766 A1 EP4477766 A1 EP 4477766A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blast furnace
channel
cooling element
coolant
mounting base
Prior art date
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Pending
Application number
EP23179454.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Schubert
Boris Kohnen
Matthias Weinberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority to EP23179454.6A priority Critical patent/EP4477766A1/de
Publication of EP4477766A1 publication Critical patent/EP4477766A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/10—Cooling; Devices therefor
    • 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
    • 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
    • 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 specially adapted for furnaces of these types
    • F27B1/24—Cooling arrangements
    • 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
    • C21B2005/005—Selection or treatment of the reducing gases

Definitions

  • the invention relates to a cooling element for use in a blast furnace, a blast furnace equipped therewith and a method for operating a blast furnace.
  • Cooling elements also called staves, for use in blast furnaces are, in addition to cooling pipes in the walls of a blast furnace, essential for protecting the blast furnace from overheating during operation.
  • the cooling elements are installed above the blast furnace's tuyeres, for example, see WO 2022/058770 A1 and WO 2022/058773 A1 .
  • the present invention was based on the object of providing an improvement and/or increase in efficiency for blowing a reducing gas into a blast furnace.
  • the invention is solved by a cooling element having the features of claim 1, by a blast furnace equipped with at least one cooling element having the features of claim 6 and by a method for operating the blast furnace having the features of claim 7.
  • the invention relates to a cooling element for use in a blast furnace comprising a body in which at least one coolant channel is integrated, and a mounting base connected to the body or a mounting base integral with the body formed mounting base, wherein the at least one integrated coolant channel in the region of the mounting base has an inlet point for introducing a coolant and an outlet point for discharging the introduced coolant, wherein at least one additional channel is integrated in the body, which has at least one inlet point in the region of the mounting base and at least one outlet point on the front side of the body.
  • the cooling elements (staves) in question here are attached to the inside of the wall of the blast furnace and line the furnace shell towards the inside of the furnace.
  • the design and/or geometry of the cooling element can be different, with a body having at least one integrated coolant channel.
  • the body can be integral with a mounting base, i.e. in one piece, or the body can alternatively be connected to a mounting base.
  • the mounting base serves to connect to the wall.
  • the cooling element can have at least two or more than two coolant channels that are separate from one another and not connected to one another in the body, in order to ensure that cooling can be ensured via the remaining coolant channels even if there is a fault in one coolant channel.
  • individual coolant channels can be temporarily (additionally) supplied with a cooling medium if, for example, temperature peaks need to be reduced.
  • the inlet and outlet points of the respective coolant channels preferably have connection points/connectors.
  • Water is preferably used as the coolant.
  • the coolant (water) is introduced at the inlet point in a cold state, flows along the coolant channel inside the body, which has a temperature due to operation and thus, as it flows through, the coolant is heated by heat exchange and is discharged as warm/hot coolant at the outlet point and thus at the end of the coolant channel.
  • the heat contained in the warm/hot coolant is either conducted via heat exchangers or cooling towers in order to effect recooling.
  • the recooled coolant is either made available again as cold coolant (closed cooling circuit) or, in the case of water, is fed into the environment as a coolant.
  • Corresponding cooling circuits in blast furnaces are also well known in the specialist world.
  • the body of the cooling element is cast from copper or a copper alloy or a comparable alloy with good heat conduction.
  • the Body made of a welded or assembled construction, see for example Internet PDF from “ stahl und eisen” (2016), Issue 7, Pages 35-41 Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf “New type of plate cooler for blast furnace A at Salzgitter Flachstahl ".
  • the manufacture of cooling elements for use in blast furnaces is well known in the professional world.
  • At least one additional channel is integrated in the body of the cooling element, which has at least one entry point in the region of the mounting base and at least one exit point on the front side of the solid body.
  • the additional channel is designed to introduce a reducing gas as a substitute reducing agent and thus directly or indirectly into the interior of the furnace in order to reduce the use of coke and thus reduce CO2 emissions during iron production in the blast furnace.
  • the advantage compared to the state of the art is that the cooling element already provides integrated channels for not only cooling but also for introducing a replacement reducing agent, thus making the installation of additional components unnecessary. Furthermore, the cooling performance of the cooling element can be improved by the (cold) reducing gas absorbing heat as it passes through the additional channel and at the same time, the heat absorption can bring the reducing gas to a temperature that can have a beneficial effect on the process of introducing the reducing gas into the interior of the furnace.
  • Hydrogen is preferably used as the reducing gas, which can preferably be obtained from a known electrolysis with particularly preferred use of a renewably generated electricity.
  • Other reducing gases which do not originate from fossil sources and/or do not use fossil fuels can also be used, see also " Measures for decarbonization of the blast furnace process through the use of hydrogen" by Can Yilmaz, thesis, TU Clausthal 2018 .
  • the front side is the side facing away from the mounting base and, when installed, towards the interior of the oven.
  • the at least one channel is designed as a straight through-channel.
  • the straight through-channel enables an uncomplicated construction of the cooling element and thus a direct passage of the reducing gas with little flow loss. If the channel/through-channel is sufficiently large and thus designed to accommodate and guide a blowing lance, an indirect reducing gas passed through the blowing lance can, for example, reach deeper into the furnace interior by appropriately inserting and positioning the tip/nozzle of the blowing lance.
  • several branch channels branch off from the at least one channel in the direction of the front side and thus form several exit points from which the reducing gas passed through the cooling element on the front side can flow into the interior of the furnace.
  • the at least one channel has at least two entry points. This means that a channel can be fed with reducing gas from at least two inlets.
  • a further teaching of the invention relates to a blast furnace comprising at least one cooling element according to the invention.
  • known cooling elements are modified according to the invention so that their arrangement and assembly inside the blast furnace can also be implemented simply and in a known manner.
  • the area in which the cooling element according to the invention or preferably several circulating cooling elements are attached to the interior of the blast furnace armor depends on the dimensions and design of the blast furnace.
  • the cooling elements are preferably arranged in the area of the reduction and/or carbonization zone of the blast furnace. The exact arrangement/positioning can be determined by the expert and optionally verified by simulation. Ideally, however, an area above the "cohesive zone" can be selected, since from this point, viewed in the direction of flow in the blast furnace, the feedstocks are in solid form.
  • the existing cooling elements can also be replaced by cooling elements according to the invention as part of a relining of the blast furnace.
  • the invention relates to a method for operating a blast furnace which is fed from above with iron ore as iron carrier, coke as reducing agent and fuel and additives as slag formers and optionally flux, hot air is blown in from below via tuyeres in order to obtain pig iron and slag in the area of the melting zone of the blast furnace, wherein at least one reducing gas is also introduced to at least partially reduce the iron ore, which is blown in above the tuyeres.
  • hydrogen is fed in through the at least one additional channel as a reducing gas.
  • Tapping is carried out in discrete sequences, i.e. pig iron and slag are drained from the blast furnace and the pig iron is placed in a portable collecting container that has been previously positioned in a predetermined collecting position.
  • a tapping opening on the underside of the blast furnace can be opened for a suitably long period of time, from which pig iron and slag then flow out.
  • a distributor trough can be provided below the tapping opening, which guides the flowing pig iron to a defined position, under which a collecting container designed as a so-called collecting ladle can be positioned.
  • Collecting ladles can, for example, be provided as part of a ladle carriage known to those skilled in the art.
  • the slag is also tapped accordingly, either parallel to the tapping of the pig iron or at a different time, for example via another/additional tapping opening.
  • the throughput speed of the reducing gas can be influenced so that the higher it is set, the deeper it can be fed into the interior of the furnace, in particular without having to expect a high level of edge penetration of the reducing gas.
  • the throughput speed can be between 10 and 800 m/s, in particular up to 500 m/s, preferably up to 300 m/s, preferably up to 220 m/s.
  • the determination can be made, for example, depending on the throughput quantity, ie reduction gas consumption in l/min, for example, and the cross-section, e.g. dimensioning of the channel and/or the exit points,
  • a high gas velocity has the advantage of better penetration of the furnace interior across the furnace cross-section. Velocities close to the speed of sound can also have the advantage of strong momentum transfer, which can loosen adhesions in the furnace and generally improve the reduction in the furnace.
  • the reduction gas can also be introduced in pulses. A continuous supply is by no means necessary.
  • reducing gas can be fed in per ton of pig iron produced, which preferably reduces coke and coal consumption by approx. 1 to 20% and thus also reduces CO 2 emissions.
  • the cooling element (1) on the left-hand side in plan view (top) and in front view (bottom) is designed conventionally.
  • the cooling element (1) which is manufactured for use in a blast furnace (not shown), comprises a body (6) in which at least one coolant channel (2) is integrated, and a mounting base (3) connected to the body (6) or a mounting base (3) integrally formed with the body (6).
  • the at least one integrated coolant channel (2) has an inlet point (2.1) for introducing a coolant and an outlet point (2.2) for discharging the introduced coolant in the area of the mounting base (3).
  • the cooling element (1) is connected, for example, to an armoring of the blast furnace (not shown) from the inside via the mounting base (3).
  • the principle sketches in the middle and right in Figure 1 each show a modified cooling element (1) according to the invention.
  • at least one additional channel (4, 5) is integrated in the body (6), which has at least one inlet point (4.1, 5.1) in the area of the mounting base (3) and at least one outlet point (4.2, 5.2) on the front side (7) of the body (6).
  • the at least one channel (4) is designed as a straight through-channel, see. Figure 1 , middle illustration.
  • the channel (4) can either be directly flowed through by a reducing gas (not shown) or alternatively, if the channel/through-channel is sufficiently large and is thus designed to accommodate and guide a blowing lance, an indirect reducing gas can pass through the blowing lance (5), shown in dashed lines, into the furnace interior. so that the starting point (5.2), for example tip or nozzle, can also be varied in depth.
  • several branch channels branch off from the at least one channel (4) in the direction of the front side (7) and thus form several exit points (4.2) from which the reducing gas (not shown) can be fed into the interior of the furnace, see.
  • Figure 1 right illustration.
  • the at least one channel (4) can have at least two inlet points (4.1), the second inlet point is shown in dashed lines, in order to be able to ensure, for example, the same outflow conditions from all outlet points (4.2).
  • FIG 2 is a schematic diagram, shown in section (left) and in front view (right), of an alternative embodiment of a cooling element (1).
  • the cooling element (1) is narrower in its extension, thus small in its thickness and not as in Figure 1 , which would protrude like a tongue into the interior of the furnace when installed (not shown).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein modifiziertes Kühlelement für den Einsatz in einem Hochofen, einen damit bestückten Hochofen sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Hochofens.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kühlelement für den Einsatz in einem Hochofen, einen damit bestückten Hochofen sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Hochofens.
  • Im Zuge der Bestrebungen, den CO2-Ausstoß in Zusammenhang mit Stahlherstellung zu reduzieren, ist es bekannt, zusätzlich Wasserstoff oder ein vergleichbares Reduktionsgas über die sogenannten Blasformen in den Hochofen einzubringen, welches Teile des standardmäßig über den Möller eingebrachten Kokses zur Reduktion des Eisenerzes substituiert, vgl. beispielhaft DE 10 2021 202 698 A1 . Auch das Einblasen von Reduktionsgasen oberhalb der Blasformen ist bekannt, s. beispielhaft DE 10 2015 014 234 A1 .
  • Kühlelemente, auch Staves genannt, für den Einsatz im Hochofen sind neben Kühlleitungen in der Wandung eines Hochofens essentiell zum Schutz vor Überhitzung des Hochofens während des Betriebs. Die Kühlelemente werden u. a. oberhalb der Blasformen des Hochofens eingebaut, vgl. beispielhaft WO 2022/058770 A1 und WO 2022/058773 A1 .
  • Die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme zum Einblasen von Reduktionsgasen in Hochöfen bedürfen im Wesentlichen einer Installation von zusätzlichen Bauteilen, so dass diese Systeme verbesserungsfähig sind.
  • Darauf aufbauend lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Verbesserung und/oder Effizienzerhöhung für das Einblasen eines Reduktionsgases in einen Hochofen bereitzustellen.
  • Die Erfindung wird gelöst durch ein Kühlelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch einen mit mindestens einem Kühlelement bestückten Hochofen mit den Merkmalen nach Anspruch 6 und durch ein Verfahren zum Betreiben des Hochofens mit den Merkmalen nach Anspruch 7.
  • Gemäß einer ersten Lehre betrifft die Erfindung ein Kühlelement für den Einsatz in einem Hochofen umfassend einen Körper, in welchem mindestens ein Kühlmittelkanal integriert ist, und einen mit dem Körper verbundenen Montagesockel oder einen mit dem Körper integral ausgebildeten Montagesockel, wobei der mindestens eine integrierte Kühlmittelkanal im Bereich des Montagesockels jeweils eine Eingangsstelle zum Einbringen eines Kühlmittels und eine Ausgangsstelle zum Abführen des eingebrachten Kühlmittels aufweist, wobei in dem Körper mindestens ein zusätzlicher Kanal integriert ist, welcher mindestens eine Eingangsstelle im Bereich des Montagesockels und mindestens eine Ausgangsstelle auf der Stirnseite des Körpers aufweist.
  • Die hier in Rede stehenden Kühlelemente (Staves) sind innenliegend an der Wandung des Hochofens angebracht und kleiden den Ofenpanzer zum Ofeninneren hin aus. Die Ausgestaltung und/oder Geometrie des Kühlelements kann unterschiedlich sein, mit einem Körper mit mindestens einem integrierten Kühlmittelkanal. Der Körper kann integral mit einem Montagesockel, d. h. einstückig, ausgebildet sein oder der Körper ist alternativ mit einem Montagesockel verbunden. Der Montagesockel dient zur Anbindung an der Wandung.
  • Das Kühlelement kann mindestens zwei oder auch mehr als zwei voneinander getrennte und im Körper nicht miteinander verbundene Kühlmittelkanäle aufweisen, um sicher zu gehen, dass auch bei einer Störung bei einem Kühlmittelkanal, die Kühlung über die verbleibenden Kühlmittelkanäle gewährleistet werden kann. Alternativ können einzelne Kühlmittelkanäle temporär (zusätzlich) mit einem Kühlmedium beaufschlagt werden, wenn beispielsweise Temperaturspitzen abgebaut werden müssen.
  • Die Eingangs- und Ausgangsstelle des jeweiligen Kühlmittelkanals weisen vorzugsweise Anschlussstellen/-stutzen auf. Als Kühlmittel wird bevorzugt Wasser verwendet. An der Eingangsstelle wird das Kühlmittel (Wasser) im kalten Zustand eingebracht, strömt entlang des Kühlmittelkanals innerhalb des Körpers, welcher betriebsbedingt eine Temperatur aufweist und somit beim Durchströmen durch Wärmeaustausch das Kühlmittel erwärmt wird und als warmes/heißes Kühlmittel an der Ausgangsstelle und somit am Ende des Kühlmittelkanals abgeführt wird. Die im warmen/heißen Kühlmittel enthaltene Wärme wird entweder über Wärmetauscher oder über Kühltürme geführt, um eine Rückkühlung zu bewirken. Entweder wird das rückgekühlte Kühlmittel wieder als kaltes Kühlmittel bereitgestellt (geschlossener Kühlkreislauf), oder bei Wasser als Kühlmittel der Umgebung zugeführt. Auch entsprechende Kühlkreisläufe bei Hochöfen sind der Fachwelt allgemein bekannt.
  • Der Körper des Kühlelements ist beispielsweise aus Kupfer respektive aus einer Kupferlegierung oder einer vergleichbaren gut wärmeleitenden Legierung gegossen. Alternativ kann der Körper aus einer geschweißten bzw. zusammengebauten Konstruktion, vgl. beispielsweise Internet-PDF aus "stahl und eisen" (2016), Heft 7, Seite 35-41 Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf "Neuartiger Plattenkühler für den Hochofen A bei Salzgitter Flachstahl", gefertigt sein. Die Herstellung von Kühlelementen für den Einsatz in Hochöfen ist der Fachwelt allgemein bekannt.
  • Im Körper des Kühlelements ist erfindungsgemäß mindestens ein zusätzlicher Kanal integriert, welcher mindestens eine Eingangsstelle im Bereich des Montagesockels und mindestens eine Ausgangsstelle auf der Stirnseite des massiven Körpers aufweist.
  • Der zusätzliche Kanal ist dafür ausgelegt, ein Reduktionsgas als ein Ersatzreduktionsmittel und damit mittelbar oder unmittelbar ins Ofeninnere einzubringen, um den Einsatz von Koks zu reduzieren und damit den CO2-Ausstoß bei der Eisenherstellung im Hochofen zu reduzieren.
  • Der Vorteil im Vergleich zum Stand der Technik ist zudem, dass bereits das Kühlelement integrierte Kanäle neben der Kühlung auch zum Einbringen eines Ersatzreduktionsmittels bereitstellt und damit die Installation von zusätzlichen Bauteilen nicht erforderlich macht. Des Weiteren kann die Kühlleistung des Kühlelements verbessert werden, indem das (kalte) Reduktionsgas Wärme beim Durchleiten durch den zusätzlichen Kanal aufnimmt und gleichzeitig durch die Wärmeaufnahme das Reduktionsgas auf eine Temperatur gebracht werden kann, welche sich vorteilhaft auf den Prozess beim Einleiten des Reduktionsgases in das Ofeninnere auswirken kann.
  • Als Reduktionsgas wird vorzugsweise Wasserstoff verwendet, welches bevorzugt aus einer bekannten Elektrolyse unter besonders bevorzugter Verwendung eines regenerativ erzeugten Stroms gewonnen werden kann. Auch weitere Reduktionsgase, welche nicht aus fossiler Natur entstammen und/oder nicht unter Anwendung fossiler Brennstoffe, können verwendet werden, vgl. auch "Maßnahmen zur Dekarbonisierung des Hochofenprozesses durch Einsatz von Wasserstoff" von Can Yilmaz, Dissertation, TU Clausthal 2018.
  • Unter Stirnseite ist die der Seite des Montagesockels abgewandte und im eingebauten Zustand zum Ofeninneren weisende Seite gemeint.
  • Gemäß einer Ausführung ist der mindestens eine Kanal als ein gerader Durchgangskanal ausgeführt. Der gerade Durchgangskanal ermöglicht zum Einen einen unkomplizierten Aufbau des Kühlelements und damit ein unmittelbares Durchleiten des Reduktionsgases mit wenig Strömungsverlusten. Ist der Kanal/Durchgangskanal ausreichend groß dimensioniert und damit zur Aufnahme und Durchführung einer Blaslanze ausgebildet, kann zum Anderen ein mittelbares, durch die Blaslanze hindurchgeleitetes Reduktionsgas beispielsweise tiefer ins Ofeninnere durch entsprechendes Einschieben und Positionieren der Spitze/Düse der Blaslanze gelangen.
  • Gemäß einer alternativen Ausführung gehen von dem mindestens einen Kanal mehrere Abzweigkanäle in Richtung der Stirnseite ab und bilden somit mehrere Ausgangsstellen, aus welchen das durchgeleitete Reduktionsgas das Kühlelement auf der Stirnseite ins Ofeninnere strömen kann. Bevorzugt weist der mindestens eine Kanal mindestens zwei Eingangsstellen auf. Das bedeutet, dass ein Kanal von mindestens zwei Eingängen mit Reduktionsgas gespeist werden kann.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung betrifft einen Hochofen umfassend mindestens ein erfindungsgemäßes Kühlelement.
  • Wie bereits ausgeführt, werden bekannte Kühlelemente erfindungsgemäß modifiziert, so dass auch deren Anordnung und Montage im Inneren des Hochofens einfach und in bekannter Weise umgesetzt werden können.
  • Der Bereich, in welchen das erfindungsgemäße Kühlelement oder die vorzugsweise mehreren umlaufenden Kühlelemente im Inneren an die Panzerung des Hochofens angebracht werden, hängt von der Dimension und Ausführung des Hochofens ab. Vorzugsweise werden die Kühlelemente im Bereich der Reduktions- und/oder Kohlungszone des Hochofens angeordnet. Die genaue Anordnung/Positionierung kann der Fachmann ausloten und optional durch Simulation verifizieren. Idealerweise kann jedoch ein Bereich oberhalb der "kohäsiven Zone" gewählt werden, da ab dieser Stelle, im Hochofen in Strömungsrichtung betrachtet, die Einsatzstoffe in fester Form vorliegen. Des Weiteren können auch im Rahmen einer Neuzustellung des Hochofens die bisherigen Kühlelemente durch erfindungsgemäße Kühlelemente ersetzt werden.
  • Die Erfindung betrifft gemäß einer weiteren Lehre ein Verfahren zum Betreiben eines Hochofens, welcher von oben mit Eisenerz als Eisenträger, Koks als Reduktionsmittel und Brennstoff und Zuschlägen als Schlackenbildner und optional Flussmittel beschickt wird, von unten Heißwind über Blasformen eingeblasen wird, um im Bereich der Schmelzzone des Hochofens Roheisen und Schlacke zu gewinnen, wobei zum zumindest teilweisen Reduzieren des Eisenerzes zusätzlich auch mindestens ein Reduktionsgas eingebracht wird, welches oberhalb der Blasformen eingeblasen wird. Unter Verwendung eines Hochofens bestückt mit mindestens einem erfindungsgemäßen Kühlelements wird Wasserstoff durch den mindestens einen zusätzlichen Kanal als Reduktionsgas eingespeist.
  • In diskreter Folge wird ein Abstich vorgenommen, das heißt es wird Roheisen und Schlacke aus dem Hochofen abgelassen und das Roheisen in ein transportables Auffangbehältnis gegeben, das zuvor einer vorgegebenen Auffangposition positioniert worden ist. Beispielsweise kann für einen geeignet langen Zeitraum eine Abstichöffnung an der Unterseite des Hochofens geöffnet werden, aus welcher sodann Roheisen und Schlacke auslaufen. Unterhalb der Abstichöffnung kann beispielsweise eine Verteilerrinne vorgesehen sein, welche das fließende Roheisen zu einer definierten Position leitet, unter welcher ein als sogenannte Auffangpfanne ausgebildetes Auffangbehältnis positioniert werden kann. Auffangpfannen können beispielsweise als Bestandteil eines der Fachperson bekannten Pfannenwagens bereitgestellt werden. Auch die Schlacke wird entsprechend abgestochen, entweder parallel oder zeitlich versetzt zum Abstich des Roheisens, beispielsweise über einen andere/weitere Abstichöffnung.
  • Das Vorsehen von "grünem" Wasserstoff als Reduktionsgas ermöglich eine Reduzierung von Koks und Kohle als "klassisches" Reduktionsmittel und trägt somit zum Einen zur teilweisen Reduzierung von fossilen Einsatzstoffen und zum Anderen zur Senkung des CO2-Ausstoßes bei.
  • Je nach Ausgestaltung und Dimensionierung der Ausgangsstellen verbunden mit dem mindestens einen zusätzlichen Kanal kann die Durchsatzgeschwindigkeit des Reduktionsgases beeinflusst werden, so dass diese je höher sie eingestellt wird, umso tiefer ins Ofeninnere eingespeist werden kann, insbesondere ohne eine hohe Randgängigkeit des Reduktionsgases erwarten zu müssen.
  • Die Durchsatzgeschwindigkeit kann zwischen 10 und 800 m/s, insbesondere bis 500 m/s, vorzugsweise bis 300 m/s, bevorzugt bis 220 m/s betragen. Die Ermittlung kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Durchsatzmenge, d. h. Reduktionsgasverbrauch in beispielsweise l/min, und dem Querschnitt, z. B. Dimensionierung des Kanals und/oder der Ausgangsstellen, erfolgen. Eine hohe Gasgeschwindigkeit hat den Vorteil einer besseren Penetration des Ofeninneren über den Ofenquerschnitt. Geschwindigkeiten am Rande der Schallgeschwindigkeit können zusätzlich den Vorteil einer starken Impulsübertragung haben, wobei Verklebungen im Ofen gelöst werden und die Reduktion im Ofen im Allgemeinen verbessert werden kann. Das Reduktionsgas kann auch in Impulsen eingebracht werden. Eine kontinuierliche Zuführung ist keineswegs notwendig.
  • Pro erzeugter Tonne Roheisen können beispielsweise zwischen 10 und 700 Nm3 Reduktionsgas eingespeist werden, wodurch vorzugsweise der Koks- und Kohleverbrauch um ca. 1 bis 20 % reduziert und damit auch der CO2-Ausstoß gesenkt werden kann.
  • In Figur 1 sind drei Prinzipskizzen zu unterschiedlichen Kühlelementen (1) gezeigt. Das Kühlelement (1) auf der linken Seite in Draufsicht (oben) und in Frontalansicht (unten) ist konventionell ausgeführt. Das Kühlelement (1), welches für den Einsatz in einem nicht dargestellt Hochofen gefertigt ist, umfasst einen Körper (6), in welchem mindestens ein Kühlmittelkanal (2) integriert ist, und einen mit dem Körper (6) verbundenen Montagesockel (3) oder einen mit dem Körper (6) integral ausgebildeten Montagesockel (3). Der mindestens eine integrierte Kühlmittelkanal (2) weist im Bereich des Montagesockels (3) jeweils eine Eingangsstelle (2.1) zum Einbringen eines Kühlmittels und eine Ausgangsstelle (2.2) zum Abführen des eingebrachten Kühlmittels auf. Über den Montagesockel (3) erfolgt beispielsweise die Anbindung des Kühlelements (1) an eine nicht dargestellte Panzerung des Hochofens von innen.
  • Die Prinzipskizzen in der Mitte und rechts in Figur 1 zeigen jeweils ein modifiziertes erfindungsgemäßes Kühlelement (1). Im Unterschied zum konventionellen Kühlelement (1) in der links dargestellten Prinzipskizze ist in dem Körper (6) mindestens ein zusätzlicher Kanal (4, 5) integriert, welcher mindestens eine Eingangsstelle (4.1, 5.1) im Bereich des Montagesockels (3) und mindestens eine Ausgangsstelle (4.2, 5.2) auf der Stirnseite (7) des Körpers (6) aufweist.
  • In einer einfachen erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der mindestens eine Kanal (4) als ein gerader Durchgangskanal ausgeführt, s. Figur 1, mittlere Darstellung. Der Kanal (4) ist entweder unmittelbar mit einem nicht dargestellten Reduktionsgas durchströmbar oder alternativ, wenn der Kanal/Durchgangskanal ausreichend groß dimensioniert und damit zur Aufnahme und Durchführung einer Blaslanze ausgebildet ist, kann ein mittelbares, durch die Blaslanze (5), strichliniert dargestellt, hindurchgeleitetes Reduktionsgas ins Ofeninnere gelangen, so dass auch die Ausgangsstelle (5.2), beispielsweise Spitze oder Düse, in der Tiefe variiert werden kann.
  • In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung gehen von dem mindestens einen Kanal (4) mehrere Abzweigkanäle in Richtung der Stirnseite (7) ab und bilden somit mehrere Ausgangsstellen (4.2), aus denen das nicht dargestellte Reduktionsgas ins Ofeninnere eingespeist werden kann, s. Figur 1, rechte Darstellung. Der mindestens eine Kanal (4) kann mindestens zwei Eingangsstellen (4.1), die zweite Eingangsstelle ist strichliniert dargestellt, aufweist, um beispielsweise aus allen Ausgangsstellen (4.2) gleiche Ausströmbedingungen sicherstellen zu können.
  • In Figur 2 ist eine Prinzipskizze, im Schnitt (links) und in Frontalansicht (rechts) dargestellt, zu einer alternativen Ausführungsform eines Kühlelements (1) gezeigt. Im Vergleich zu der Ausführung in Figur 1 ist das Kühlelement (1) in seiner Erstreckung schmaler, somit in seiner Dicke klein ausgeführt und nicht wie in Figur 1, welches zungenartig im nicht dargestellten eingebauten Zustand ins Ofeninnere reinragen würde.

Claims (7)

  1. Kühlelement (1) für den Einsatz in einem Hochofen umfassend einen Körper (6), in welchem mindestens ein Kühlmittelkanal (2) integriert ist, und einen mit dem Körper (6) verbundenen Montagesockel (3) oder einen mit dem Körper (6) integral ausgebildeten Montagesockel (3), wobei der mindestens eine integrierte Kühlmittelkanal (2) im Bereich des Montagesockels (3) jeweils eine Eingangsstelle (2.1) zum Einbringen eines Kühlmittels und eine Ausgangsstelle (2.2) zum Abführen des eingebrachten Kühlmittels aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Körper (6) mindestens ein zusätzlicher Kanal (4, 5) integriert ist, welcher mindestens eine Eingangsstelle (4.1, 5.1) im Bereich des Montagesockels (3) und mindestens eine Ausgangsstelle (4.2, 5.2) auf der Stirnseite (7) des Körpers (6) aufweist.
  2. Kühlelement nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Kanal (4) als ein gerader Durchgangskanal ausgeführt ist.
  3. Kühlelement nach Anspruch 2, wobei der Kanal (4) zur Aufnahme und Durchführung einer Blaslanze (5) ausgebildet ist.
  4. Kühlelement nach Anspruch 1, wobei von dem mindestens einen Kanal (4) mehrere Abzweigkanäle in Richtung der Stirnseite (7) abgehen und mehrere Ausgangsstellen (4.2) bilden.
  5. Kühlelement nach Anspruch 4, wobei der mindestens eine Kanal (4) mindestens zwei Eingangsstellen (4.1) aufweist.
  6. Hochofen umfassend mindestens ein Kühlelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4.
  7. Verfahren zum Betreiben eines Hochofens, welcher von oben mit Eisenerz als Eisenträger, Koks als Reduktionsmittel und Brennstoff und Zuschlägen als Schlackenbildner und optional Flussmittel beschickt wird, von unten Heißwind über Blasformen eingeblasen wird, um im Bereich der Schmelzzone des Hochofens Roheisen und Schlacke zu gewinnen, wobei zum zumindest teilweisen Reduzieren des Eisenerzes zusätzlich auch mindestens ein Reduktionsgas eingebracht wird, welches oberhalb der Blasformen eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hochofen nach Anspruch 6 verwendet wird und Wasserstoff durch den mindestens einen zusätzlichen Kanal (4, 5) als Reduktionsgas eingespeist wird.
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WO2016119770A1 (de) * 2015-01-31 2016-08-04 Karlfried Pfeifenbring Kühlelement für metallurgische öfen sowie verfahren zur herstellung eines kühlelements
WO2022058770A1 (en) 2020-09-15 2022-03-24 Arcelormittal Blast furnace for ironmaking production
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