Wynalazek dotyczy sposobu eksploatacji pie¬ ca, w którym wsad poddaje sie redukcji, a zwla¬ szcza pieca szybowego, jak na przyklad pieca w którym dokonuje sie redukcji metalu, pieca wielkiego, pieca na zelazo gabczaste itp. Takie piece, wzglednie piece szybowe zasila sie zwy¬ kle stalym paliwem, jak w wegiel, a zwlasizcza koks. W znanych piecach tego rodzaju czesc paliwa stalego stanowi wylacznie srodek re¬ dukcyjny. Potrzebna ilosc paliwa stalego skla¬ da sie ilosciowo z paliwa koniecznego do spa¬ lania oraz z paliwa potrzebnego do redukcji.Istota niniejszego wynalazku polega na tym, ze w piecach tego rodzaju gazy redukujace, zwlaszcza gaz ziemny, wzglednie oleje lub ro¬ pe naftowa wdmuchuje sie w postaci rozpylo¬ nej, albo w stanie gazowym powyzej dysz, przez które doprowadza sie do pieca powietrze spalania. Gazy redukujace wdmuchuje sie do strefy reakcyjnej pieca jako srodek redukuja¬ cy, zastepujac w ten sposób czesc paliwa sta¬ lego. To wdmuchiwanie gazów redukujacych do strefy reakcyjnej pieca powyzej dysz powietrz¬ nych rózni sie w zasadzie od eksploatacji pie¬ ca zasilanego paliwem gazowym, w którym to wypadku gaz spala sie z powietrzem bezposre¬ dnio przed wprowadzeniem do pieca, sluzac ja¬ ko material ogrzewajacy. W mysl wynalazku wprowafdza sie przeto gazy redukujace lub tym podobne w takiej wysokosci nad dyszami do¬ prowadzajacymi powietrze spalania do pieca, aby w miejscu wlotu nie bylo wolnego tlenu, dzieki czemu gazy redukujace zostaja w ca¬ losci wykorzystane do redukcji wsadu.W ten sposób wynalazek umozliwia zaoszcze¬ dzenie paliwa stalego, co ma znaczenie w kra¬ jach, niedysponujacych wystarczajacymi zaso¬ bami stalego paliwa oraz w przypadkach, gdy decyduja koszty transportowe. Przede wszyst¬ kim jednak dzieki wynalazkowi osiaga sie te korzysc, iz przez doprowadzenie srodka reduk¬ cyjnego, w postaci gazów redukujacych albo olejów w postaci par w stanie rozpylonym albo gazowym do strefy redukcyjnej, umozliwia siew znacznym stopniu regulowanie przebiegu pro¬ cesu, a przez to znacznie lepsze opanowanie procesu przy zasilaniu pieca stalym materia¬ lem redukujacym, tj. paliwem stalym.W mysl wynalazku fazy redukujace lub tym podobne mozna rozprowadzac równomiernie po obwodzie pieca przynajmniej w jedlnej pozio¬ mej plaszczyznie pieca, powyzej dysz doprowa¬ dzajacych powietrze. W ten sposób osiaga sie rzeczywiscie prawidlowe rozdzielenie gazów w przekroju pieca, przez co mozna oddzialywac w duzym stopniu na przebieg reakcji w piecu.W ramach niniejszego wynalazku przebieg reakcji w piecu mozna odpowiednio regulowac przez dobór wzglednie dowolna zmiane tejm- peratury wdmuchiwanych do pieca gazów re¬ dukujacych. Przez podwyzszenie temperatury wdimuchiwanych gazów redukujacych mozna przyspieszyc reakcje, a przez obnizenie tempe¬ ratury mozna ja hamowac. Stopien podgrzania gazów redukujacych lub tym podobnych moz¬ na dla danego procesu z góry przewidywac, a podgrzanie mozna osiagnac w prosty sposób w znanych wymieniaczach ciepla. Jesli jednak przebieg reakcji w toku procesu ma byc re¬ gulowany w sposób zmienny, wydaje sie korzy¬ stne dla osiagniecia szybkiej zmiany tempera¬ tury wdmuchiwanego powietrza redukujacego prowadzic proces w taki sposób, iz do pieca do¬ prowadza sie gazy redukcyjne lub tym podo¬ bne o wysokiej i niskiej temperaturze, a wyso¬ kosc temperatury w strefie reakcyjnej mozna regulowac przez zmiane ilosci wdmuchiwanego gazu o wysokiej lub niskiej temperaturze, przy czym gazy redukujace lub tym podobne o wy¬ sokiej lub niskiej temperaturze wprowadza sie do pieca w stanie zmieszanym albo od¬ dzielnymi dyszami. Zakresy temperatur wdmu¬ chiwanych gazów dobiera sie przy tytm tak, iz gazy posiadaja wyzsze lub nizsze temperatury niz temperatura panujaca w danej strefie pieca, do którego wdmuchuje sie gazy. Podwyzszenie temperatury wdmuchiwanych gazów lub tym podobnych ponad poziom temperatury w da¬ nej strefie pieca spowoduje znaczne przyspie¬ szenie przebiegajacych w tej strefie reakcji chemicznych, podczas gdy przy wdmuchiwa¬ niu chlodniejszych gazów lub tym podobnych stopien zahamowania reakcji zalezec bedzie od róznicy miedzy temperatura panufjaca w da¬ nym poziomie pieca a temperatura gazów wdmuchiwanych. W mysl wynalazku gazy re¬ dukujace mozna przed ich wejsciem do pieca pod¬ grzac do temperatury panujacej w miejscu wdmuchiwania do pieca wzglednie do tempera¬ tury, w której zachodzi reakcja. W ten sposób gazy redukujace mozna przygotowac do potrze¬ bnego do reakcji stanu] poza obrebem pieca.Przez dobór wysokosci osadzenia dysz wdmu¬ chujacych gazy redukujace do pieca oraz dobór temperatury wdmuchiwanego gazu lub tp. czyn¬ nika, mozna osiagnac dowolne przesuniecie lufo przestawienie stref reakcyjnych, a jednoczes¬ nie ich intensyfikacje. Przez wybór lub zmia¬ ne wysokosci stref, w których nastepuje wdmu¬ chiwanie gazów redukujacych oraz kierunku wdmuchiwania mozna wedlug wynalazku prze¬ suwac w prosty sposób strefe reakcyjna. Moz¬ na umiescic szereg dysz do wdmuchiwania ga¬ zów redukujacych na róznych wysokosciach stref pieca szybowego, które mozna dowolnie uruchamiac lub wylaczac tak, iz w zaleznosci od tego, do których dysz doprowadzane beda gazy redukujace, mozna uzyskac doplyw gazów w wyzszej lub nizszej strefie pieca. Dysze moz¬ na umiescic równiez w jednym szeregu, pro¬ mieniowo skosnie do góry i w dól albo skosnie w dól, przy czym gazy redukujace doprowa¬ dza sie dowolnie do odpowiednich zespolów dysz. Mozna ostatecznie uchodzacy z dysz stru¬ mien gazowy skierowac w góre albo w dól i przez to przesuwac strefe reakcji, przy czym odchylenie strumienia gazowego lub podobnego czynnika mozna osiagnac za pomoca ruchomych dysz. Wynalazek u|mozliwia równiez poziome przesuwanie centrum reakcji w zakresie jednej strefy pieca, wzglednie tez równomiernie roz¬ lozyc na caly przekrój poprzeczny szybu pieca dzialania reakcji na jednej wysokosci danej strefy. W mysl wynalazku mozna to osiagnac w ten sposób, iz strumienie gazów redukuja¬ cych, doprowadzone na jednej wysokosci pie¬ ca, posiadaja rózne predkosci i cisnienia. Im wyzsze jest cisnienie przed dysza, wzglednie wieksza jest predkosc gazów redukujacych wy¬ plywajacych z dysz, tym dalej do srodka docie¬ raja gazy redukujace. Im mniejsze jest cisnie¬ nie przed dysza, a tym samym niniejsza jest predkosc przeplywu! wdmuchiwanych gazów re¬ dukujacych, tym wiekszy jest przeplyw gazów w poblizu plaszcza. Taki wzmozony przeplyw gazów w poblizu plaszcza mozna równiez osia¬ gnac przez styczne wdmuchiwanie, przy czym sile wdmuchiwania podtrzymywuje sie przy po¬ mocy duzego cisnienia gazów. Wysokie cisnie¬ nie gazów przed dysza moze byc w tym przy¬ padku korzystne w celu zapewnienia swobod¬ nego przelotu gazów przez dysze. W ten spo¬ sób mozna opanowac prace pieca w calym prze¬ kroju. W mysl wynalazku czesc gazów redujku- — 2 —jacych wdtmuchiwac mozna mniej wiecej pro¬ mieniowo pod zwiekszonym cisnieniem, a dru¬ ga czesc równiez w przyblizeniu promieniowio pod zmniejszonym cisnieniem, albo tez pod wyzszym, cisnieniem lecz w kierunku pod ka¬ tem do stycznej, przy czym stosunek pierwszej czesci gazów do drugiej dobiera sie tak, iz przeplyw gazów jest mniej wiecej równomier¬ ny w calym przekroju pieca.Prady wirowe powietrza tworzace sie przed dyszami powietrznymi przy wdmuchiwaniu po¬ wietrza moga byc regulowane w kazdym przy¬ padku, za pomoca strumienia gazu wdmuchiwa¬ nego powyzej dysz powietrznych w taki sposób, iz osiaga sie równomierny przeplyw gazów re¬ dukujacych poprzez szyb pieca.Istota wynalazku polega na tym, ze przez wdmuchiwanie gazów redukujacych powyzej dysz powietrznych, a wiec oddzielnie od po¬ wietrza spalania, obniza sie cisnienie CO2, a w ten sposób zwieksza sie zdolnosc reakcyjna atmosfery piecowej. Dzieki temu, iz srodek re¬ dukujacy wedlug niniejszego wynalazku dopro¬ wadza sie w postaci gazu, wzglednie w postaci rozpylonych par olejów albo gazów olejowych do strefy reakcyjnej, osiaga sie prawie nieogra¬ niczone mozliwosci kierowania reakcja. Postac gazowa srodka redukujacego umozliwia przy tym sterowanie przebiegiem reakcji w piecu w sposób dokladny, nawet wtedy gdy podczas przebiegu procesu zmieniaja sie warunki pracy.Przesuwanie strefy reakcyjnej moze nastapic przez odpowiednie umieszczenie dysz dla ga¬ zów redukujacych, przez zmiane kierunku dysz oraz przez dobór predkosci przeplywu w dy¬ szach, wzglednie cisnienia gazów redukujacych przed dyszami zarówno w kierunku poziomym jak i pionowym, przez co mozna osiagnac ró¬ wnomierny przeplyw gazów przez piec i tym samym rozlozenie reakcji na caly przekrój po¬ przeczny pieca. Stosowanie gazowego srodka re¬ dukcyjnego stwarza równiez mozliwosc regulo¬ wania intensywnosci reakcji w poszczególnych czesciach przekroju pieca i korygowania prze¬ biegu reakcji. We wszystkich przypadkach na¬ stepuje jednak wdmuchiwanie srodka reduku¬ jacego do strefy powyzej dysz doprowadzaja¬ cych powietrze, w której nie ma juz wolnego tlenu]. Powietrze wdmuchiwane dyszami po¬ wietrznymi spala bezposrednio przed dyszami stale paliwo na CO2, który na skutek panuja¬ cej temperatury i w obecnosci wolnego wegla C zostaje natychmiast zredukowany na CO.Przez wtlaczanie gazów redukujacych do pieca zmniejszone zostaje cisnienie CO2, który tworzy sie wskutek redukcji tlenku metalu przez CO, a przez to zostaje zwiekszona zdolnosc reakcyj¬ na gazów, bez zuzywania paliwa stalego.W mysl wynalazku przez wdmuchiwanie tle¬ nu i pary wodnej wzglednie pary wodnej w stre¬ fie dysz doprowadzajacych do pieca powietrze spalania, zwlaszcza przez domieszanie tlenu i pa¬ ry wodnej wzglednie pary wodnej do powietrza spalania mozna tez oddzialywac na polozenie, i rozmiar strefy redukcyjnej w piecu. Dodawanie tlenu wzglednie pary wodnej do powietrza spala¬ nia jest jako takie w piecach szybowych znane, jednakze stosowanie tego zabiegu w ramach ni¬ niejszego wynalazku daje specjalne korzysci.Przez dodanie tlenu do powietrza spalania otrzy¬ muje sie miniejsza ilosc spalin (dzieki mniejszej zawartosci N2), przez co powstaje wyzsza tem¬ peratura w strefie zgazowania wzglednie spala¬ nia, a z drugiej zas strony nastepuje znacznie szybsze ochlodzenie unoszacych sie gazów wsku¬ tek mniejszej objetosci, jaka te gazy posiadaja.A zatem nastepuje skurczenie sie strefy reak¬ cyjnej przy jednoczesnym podniesieniu tempe¬ ratury. Dodajac pare wodna do powietrza spa¬ lania powoduje sie rozklad jej przy zetknieciu z rozzarzonym koksem na H2 i CO2, przy czym ten ostatni przy daiszyim zetknieciu z rozzarzonym weglem ulega redukcji do CO. Powyzsza dyso- cjacja pary wodnej wiaze cieplo i przez to obni¬ za temperatujre strefy reakcyjnej, przy czym tworzy sie jednoczesnie na skutek powstawania wolnego H2 in statu nascendi bardzo silnie re¬ dukujacy gaz. Ponadto wskutek dodatkowej wiekszej objetosci gazu (CO i H2) zwieksza sie zawartosc ciepla w gazach wznoszacych sie i po¬ wieksza sie strefe reakcyjna. Dzieki temu przez doprowadzanie tlenu wzglednie pary wodnej do strefy dysz doprowadzajacych powietrze spa¬ lania wzglednie przez nastawienie stosunku tle¬ nia i pary wodnej w .powietrzu spalania, za¬ chodzi moznosc uzyskania strefy redukcyjnej w strefie dysz wdmuchujacych gazy redukuja¬ ce wzglednie utrzymania jej podczas calego przebiegu procesu w strefie dysz, przez które doprowadza sie gazy redukujace. Dzieki temu mozna zmniejszyc ilosc potrzebnych rzedów dysz do doprowadzania gazów redukujacych w róznych wysokosciach pieca szybowego, albo tez mozna przy zachowaniu, tej samej ilosci rzedów polepszyc mozliwosci regulacji procesu. W ten sposób mozna równiez polozenie strefy reakcyj¬ nej dostosowac do polozenia dysz sluzacych do wdmuchiwania srodka redukcyjnego, 00 wyda¬ je sie latwiejsze niz dopasowywanie polozenia dysz do polozenia strefy reakcyjnej. Dzieki te- — I —mu uzyskuje sie przede wszystkim wieksza mo¬ zliwosc zmian i dokladniejsze a przede wszyst¬ kim bezstopniowe dopasowywanie polazenia dysz dla srodka redukcyjnego i polozenia stre¬ fy redukcyjnej. W ten sposób uzyskac mozna zwiekszenie albo zmniejszenie strefy reakcyj¬ nej, a tym samym wplywac na przebieg reakcji.Zachodzi równiez mozliwosc przy wzbogaceniu powietrza tlenem utrzymywania strefy reduk¬ cyjnej w piecu niezaleznie od wzbogacenia po¬ wietrza spalania w tlen, przy czym w mysl wy¬ nalazku do powietrza spalania dodaje sie okolo 20 g pary wodnej na m3 i na kazdy dodatkowy procent tlenu. Przez takie oddzialywanie na strefe reakcyjna odnosnie jej wielkosci i jej polozenia, przy przesuwaniu sie stref reakcyj¬ nych wywolanymi przeszkodami w pracy pie¬ ca, mozna doprowadzic szybko te strefy reak¬ cyjne do pierwotnego ich polozenia. Dzieki te¬ mu zapewnic mozna najkorzystniejsze nieza¬ klócone warunki pracy pieca, a z drugiej zas strony tak przesuwac istrefy reakcji, aby stwo¬ rzyc najlepsze warunki dla wdmuchiwanych gazów redukujacych.Przez wdmuchiwanie do pieca powietrza spa¬ lania wzbogaconego w tlen osiaga sie te ko¬ rzysc, iz wskutek zmniejszenia objetosci po¬ wietrza, ilosc gazów doprowadzanych do pieca nie zostaja nadmiernie powiekszone przez wdmuchiwanie gazów redukujacych. Ma to szczególnie znaczenie, jesli stosuje sie gazy re¬ dukujace lub podobne czynniki o niskiej war¬ tosci opalowej. Gdy chce sie eksploatowac piec szybowy zbudowany dla pracy z paliwem sta¬ lym i wdmuchem powietrza, w którym paliwo stale ,sluzy równiez jako srodek redukujacy, sposobem wedlug niniejszego wynalazku, wów¬ czas wzbogacenie powietrza spalania w tlen da¬ je moznosc utrzymania na stalym poziomie cal¬ kowitej objetosci wdmuchiwanych w jednostce czasu gazów (powietrza, tlenu i gazów reduku¬ jacych lub tym podobnych) i utrzymywanie ich objetosci równej prawie objetosci powietrza wdmauohiwanego przy stosowaniu stalego srod¬ ka redukujacego. Mozna przy tym zmniejszyc objetosc wdmuchiwanego w jednostce czasu po¬ wietrza przy zachowaniu jednakowej ilosci tle¬ nu a dzieki temu, ze calkowita Upsc wdmuchi¬ wanego gazu (lacznie z gazami redukujacymi) pozostaje stala, utrzymac mozna predkosc prze¬ plywu gazów w piecu w granicach w mysl za¬ lozen ustalonych przy budowie pieca.Jako gaz redukujacy, mozna w mysl wyna¬ lazku wprowadzic do strefy redukcyjnej gaz ziemny, w którym metan przed doprowadze¬ niem go do tej strefy przetworzono przez nie¬ calkowite spalanie z niedomiarem tlenu w tle¬ nek wegla i wodór (CH4 + 1/2 Os = CO + 2H*).Tak przemieniony gaz ziemny nadaje sie spe¬ cjalnie jako srodek redukujacy, a niecalkowi¬ te spalenie przed wprowadzeniem do komory redukcyjnej daje jeszcze te korzysc, iz wdmu¬ chiwany gaz redukujacy zostaje podgrzany.Przy stosowaniu sposobu wedlug wynalazku do eksploatacji wielkich pieców wdmuchuje sie do szybu wielkiego pieca gazy redukujace w je¬ dnej luib kilku poziomych plaszczyznach w wy¬ sokosci 0,5—16 m, najlepiej 4—8 m ponad dy¬ szami, przez które doprowadza sie powietrze spalania do pieca. Stosujac np. przetworzony w opisany wyzej sposób gaz ziemny (CH* + 1/2 O2 = CO + 2 H2) jako gaz redukujacy, mozna w wielkim piecu o zdolnosci produkcyjnej 1000 t surówki na dobe wdmuchiwac 2000—4000 ni3 . takiego gazu ziemnego (CO + 2 H*).Sposób wedlug wynalazku nadaje sie prze¬ de wszystkim do pieców szybowych, mozna go jednak równiez stosowac do pieców bebnowych obrotowych. Przy stosowaniu sposobu wedlug wynalazku w przypadku wielkiego pieca moz¬ na postepowac w sposób nastepujacy: jesli do¬ tychczas stosuje sie jako sirodek redukujacy pa¬ liwo stale, nalezy postepowac jak ponizej. Na¬ lezy zastosowac wsad skladajacy sie z rudy zawierajacej okolo 45*/o Fe (w postaci FeaOs) na ladulnek: 22.000 kg rudy i 100 kg kwarcu na 7.700 kg koksu. Ladunek wprowadza sie czterokrotnie w ciagu jednej godziny. Czas prze¬ pustu jest to czas, w którym szarza przejdzie przez wielki piec — wynosi 12—14 godzin. Piec produkuje w normalnym ruchu (bez wdmuchi¬ wania gazów redukujacych) 1000 t stali suro¬ wej na 24 godziny. Zuzycie koksu wynosi przy normalnym ruchu 800 kg/t stali surowej. Ilosc wtlaczanego powietrza wynosi 100000 m8/godzi- ne przy cisnieniu 1,2 atm i przy temperaturze powietrza wynoszacej 600°C.Zgodnie z sposobem wedlug wynalazku, wdmuchuje sie na wysokosci 6 m powyzej dysz doprowadzajacych powietrze przez 8 dodatko¬ wych dysz 3.600 m3/godzine przetworzonego ga¬ zu ziemnego (CO + 2 H*) o temperaturze 900°C pod cisnieniem 3 atm. Dysze dodatkowe posia¬ daja srednice 30—50 mm (odpowiednio do pred¬ kosci wyplywu gazów redukujacych 150—200 m/sekunde). Aby nie powiekszyc ilosci gazów przez dodatkowe wdmuchiwanie 3.600 m8/godz. gazów redukujacych, to znaczy aby utrzymac predkosc gazów w piecu szybowym na stalym poziomie, trzeba zredukowac ilosc powietrza 4 —spalania do 96.400 m8/godzine, a zawartosc Os w powietrzu podniesc o 1% do 22d/o Oz. Przez to wzbogacenie w tlen strefa spalania skraca sie przy jednoczesnym podwyzszeniu sie tem¬ peratury. To podwyzszenie temperatury dopro¬ wadziloby do zawisniecia wsadu w piecu, to tez w celu unikniecia tego i doprowadzenia strefy spalania wzglednie topnienia i redukcji do pier¬ wotnego polozenia podwyzsza sie w wdmuchi¬ wanym powietrzu zawartosc wody o 20 g/cm8.Równoczesnie zmniejsza sie dodatek koksu o 900 kg (na 6.800 kg na 1 szarze).Osiaga sie przez to, iz zuzycie koksu na 1 t surówki stalowej spada do ca 700 kg. Przy za¬ chowaniu stalego zuzycia koksu zwieksza sie produkcja do 1100—1150 t surówki stalowej na dqbe.Na ogól mozna wdmuchiwane gazy reduku¬ jace podgrzac wstepnie do temperatury od 600 do 1300°C. Najlepiej jest utrzymywac tempe¬ rature w granicach od 800 do 1000°C. Predkosc wylotowa gazów redukujacych uchodzacych z dysz moze wynosic 150—300 m/sekunde. PL