DE19729624B4

DE19729624B4 - Verfahren und Schachtofen zur thermischen Behandlung eines Rohmaterials

Info

Publication number: DE19729624B4
Application number: DE19729624A
Authority: DE
Inventors: Gerd König; Wolfram KÖNIG; Hubert Dreike
Original assignee: Individual
Current assignee: Dreike Hubert De; Hubert Dreike De; ThyssenKrupp AT PRO Tec GmbH
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1997-07-10
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2017-07-11
Also published as: DE29711593U1; DE19729624A1

Abstract

Verfahren zum Schmelzen von Rohmaterial in einem Schachtofen, insbesondere Kupolofen, bei dem Behandlungsgas, das im wesentlichen aus Luft besteht, über Winddüsen mit einem konstanten Volumenstrom in den Behandlungsraum des Schachtofens eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein weiteres Behandlungsgas, das aus Sauerstoff besteht, zumindest teilweise in Form von gegenüber dem Umgebungsdruck einen hohen Druck aufweisenden Gasimpulsen in den Behandlungsraum eingeleitet wird, wodurch die Einstellung eines Strömungsgleichgewichtes im Behandlungsraum vermieden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen zur Ausführung eines derartigen Verfahrens betreibbaren Schachtofen nach dem Oberbegriff von Anspruch 4.
Derartige Verfahren werden beispielsweise zum Schmelzen von im allgemeinen Roheisen, Koks und ggf. weitere Zuschläge enthaltenden Rohmaterial in Schachtöfen, insbesondere Kupolöfen eingesetzt.
Dazu wird der Behandlungsraum des Kupolofens durch eine in dessen oberem Bereich angeordnete Beschickungsöffnung mit dem Rohmaterial beschickt und unter Einleitung des Behandlungsgases in den so erhaltenen Behandlungsraumbesatz behandelt. Als Behandlungsgas wird dabei im allgemeinen vorgewärmte Luft eingesetzt, die über sogenannte Winddüsen in den unteren Teil des Behandlungsraums eingeleitet wird.

Zur Verbesserung der Verbrennungsbedingungen im Behandlungsraum kann die Verbrennungsluft auch noch mit Sauerstoff angereichert werden, wie dies in DE-Z.: Werner Grimm et al. „Sauerstoffzusatz zum Gebläsewind im Kupolofen" Gießereitechnik 30. Jahrgang, Heft 7/1984 und in DE-Z.: L.D. Stewart, P.G. Trammell, J.A. Hamilton „Sauerstoff im Kupolofen – ein Vergleich zwischen Anreicherung und Direkteindüsung" in Gießereipraxis, Nr. 22/1981, Seite 385 bis 388, beschrieben ist. Beim Einsatz der beschriebenen Verfahren hat es sich gezeigt, daß der Rohmaterialbesatz des Behandlungsraums im allgemeinen eine ungleichmäßige Behandlung erfährt, wobei die Behandlung von Randzonen des Besatzes bereits nach kurzer Zeit abgeschlossen ist, während für die Behandlung des Besatzzentrums eine wesentlich längere Zeit benötigt wird. Ferner ist zu beobachten, daß die Verbrennung des im Rohmaterial enthaltenen Kokses bei der Ausführung der bekannten Verfahren im allgemeinen unvollständig erfolgt. Das führt bei den bekannten Verfahren einerseits zu einem hohen Brennstoffverbrauch und hat andererseits einen unerwünscht hohen Kohlenmonoxidanteil in den bei der Behandlung entstehenden Abgasen zu Folge.

Aus J 70000403B in Derwent Abstract Nr. 70-04450R/03 ist ferner ein Verfahren bekannt, bei dem die Anreicherung des Behandlungsgases mit Sauerstoff pulsierend erfolgt. Dies ergibt eine weiche, niederfrequente Schwingung im Gesamtbild.

Aus der DE-OS 2030468 ist ferner ein Verfahren zum Betrieb von Hochöfen mit gasförmigen Hilfsreduktionsmitteln bekannt, bei denen das Reduktionsgas oberhalb der Blasformebene eingeblasen wird. Der Hochofenwind selbst kann mit Sauerstoff angereichert sein und wir durch die normalen Blasformen des Hochofens eingeblasen. Das Hilfsreduktionsgas wird periodisch zwischen einem Maximum und einem Minimum geändert, wobei die Änderung der beiden Medien so aufeinander abgestimmt wird, daß vornehmlich die Gichtgasmenge konstant bleibt und die optimale Gasgeschwindigkeit in der Gicht entsteht.

Zur Behebung dieser Mängel der bekannten Verfahren wurde bereits vorgeschlagen, den zur Anreicherung der Verbrennungsluft verwendeten Sauerstoff mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit in den Behandlungsraum einzuleiten, um so im Besatzzentrum bessere Verbrennungsbedingungen zu erhalten. Derartige Verfahren sind beispielsweise in der US 4 324 583 angegeben. Bei der Ausführung des so verbesserten Behandlungsverfahrens hat es sich jedoch gezeigt, daß die Strömungsgeschwindigkeit des eingeleiteten Sauerstoffs bereits in einer geringen Entfernung von der Stelle, an der eine entsprechende Sauerstoffleitung in den Behandlungsraum mündet, fast auf Null abfällt, so daß auch mit dem durch Erhöhung der Sauerstoffeinleitungsgeschwindigkeit weitergebildeten Behandlungsverfahren keine wesentliche Verbesserung der Behandlungsbedingungen im Besatzzentrum erreicht werden kann.

Aus der Zement-Kalk-Gips, 42. Jahrgang Nr. 1/1989, S.24, wie auch aus JP 031 91 006 A , JP 02 0049 08 A , SU 337402 und SU 827 546 ist es bekannt, das Behandlungsgas impulsförmig in den Behandlungsraum einzuleiten, was aber noch nicht zu einer zufriedenstellenden Lösung der erläuterten Probleme geführt hat.

Angesichts der vorstehend erläuterten Probleme im Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur thermischen Behandlung eines Rohmaterials der eingangs erläuterten Art bereitzustellen, mit dem bei gleichzeitiger Reduzierung der durch die Behandlung entstehenden Abgasmenge eine Verringerung der zur Behandlung benötigten Brennstoffmenge erreichbar ist, sowie eine zur Ausführung eines derartigen Verfahrens einsetzbare Ofenanlage bereitzustellen.

In verfahrensmäßiger Hinsicht wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs erläuterten Art gelöst, bei dem zusätzlich ein weiteres Behandlungsgas, das aus Sauerstoff besteht, zumindest teilweise in Form von gegenüber dem Umgebungsdruck einen hohen Druck aufweisenden Gasimpulsen in den Behandlungsraum eingeleitet wird, wodurch die Einstellung eines Strömungsgleichgewichtes im Behandlungsraum vermieden wird.

Diese Lösung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß durch eine impulsförmige Gaseinleitung des zusätzlichen Behandlungsgases, durch die die Einstellung eines Strömungsgleichgewichts im Behandlungsraum verhindert wird, Strömungsbedingungen erhalten werden, unter denen die durch die mit den Gasimpulsen erzeugten kurzen Druckstöße erhaltenen hohen Strömungsgeschwindigkeiten in dem Behandlungsraum über große Strecken aufrechterhalten werden. Auf diese Weise kann eine der Belüftung der Randzonen des Behandlungsraumbesatzes entsprechende Belüftung des Besatzzentrums erreicht werden, die eine gleichmäßigere und effektivere Behandlung bzw. Verbrennung des Rohmaterials bei gleichzeitiger Reduzierung der dabei entstehenden Schadstoffmengen und der dazu benötigten Brennstoffmengen ermöglicht. Gleichzeitig kann auf diese Weise eine höhere Flexibilität des aus Behandlungsgas und Rohmaterial bestehenden Schmelzaggregates und somit eine bessere Einstellung der Reaktionsbedingungen während der thermischen Behandlung erreicht werden, wodurch schließlich eine Erhöhung der Schmelzleistung und verringerte Abbrände erhalten werden können.

Ein zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneter Schachtofen ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß er eine Gaseinleitungseinrichtung aufweist, die zusätzlich mit einer in der Winddüse angeordneten Gaseinleitungslanze versehen ist, deren Mündung im Mündungsbereich der Winddüse angeordnet ist, und daß über die Gaseinleitungslanze, die an einem Druckbehälter für Gas angeschlossen ist, in den Behandlungsraum ein weiteres aus Sauerstoff bestehendes Behandlungsgas zumindest teilweise in Form von gegenüber dem Umgebungsdruck einen hohen Druck aufweisenden Gasimpulsen einleitbar ist.

Eine weitere vorteilhafte Verfahrensgestaltung (Ansprüche 2 und 3) sieht vor, daß das aus Sauerstoff bestehende Behandlungsgas zusätzlich zu der Einleitung in Form von Gasimpulsen auch mit konstantem Volumenstrom eingeleitet wird. So kann das im wesentlichen aus Luft bestehende Behandlungsgas mit Sauerstoff angereichert werden. Dabei können sowohl der in Form von Gasimpulsen eingeleitete Sauerstoff als auch der mit einem konstanten Volumenstrom eingeleitete Sauerstoff durch dieselbe Gaseinleitungsöffnung in den Behandlungsraum eingeleitet werden.

Um den Sauerstoff in Form gegenüber dem Umgebungsdruck einen hohen Druck aufweisenden Gasimpulsen in den Behandlungsraum einzuleiten, kann vorrichtungsmäßig vorteilhaft (Anspruch 5) eine Druckleitung vorgesehen sein, über die die Gaseinleitungslanze an den Druckbehälter angeschlossen ist. Dabei kann zum Absperren der Druckleitung ein Schnellschlußventil vorgesehen sein. Für den mit konstantem Volumenstrom eingeleiteten Sauerstoff kann vorrichtungsmäßig (Anspruch 6) eine weitere Gasleitung für Sauerstoff vorgesehen sein, an den die Gaseinleitungslanze angeschlossen ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Schachtofens (Anspruch 7) ist die Mündung der Gaseinleitungslanze etwa im Zentrum des Mündungsbereichs der Winddüse angeordnet. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform (Anspruch 8) erstrecken sich die Gaseinleitungslanzen in den Winddüsen koaxial zu dem jeweiligen Mündungsbereich der Winddüse.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, auf die hinsichtlich aller erfindungswesentlichen und in der Beschreibung nicht weiter herausgestellten Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. In der Zeichnung zeigt:
1 eine Schnittansicht eines zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Kupolofens und
2 eine schematische Darstellung der Gaseinleitungseinrichtung des in 1 dargestellten Kupolofens.
Der in 1 dargestellte Kupolofen weist einen schachtförmigen Behandlungsraum 10 auf, der über eine im oberen Bereich des Ofens angeordnete Beschickungsöffnung 12 mit einem beispielsweise aus Roheisen, Koks und ggf. weiteren Zuschlägen bestehenden Rohmaterial beschickt werden kann. Das so in den Behandlungsraum 10 gelangte Rohmaterial kann mit einer im unteren Bereich des Kupolofens angeordneten Gaseinleitungseinrichtung 20 von unten belüftet werden. Zum Abziehen der während der Behandlung des Rohmaterials im Behandlungsraum 10 entstehenden Abgase ist im oberen Bereich des Kupolofens eine Abgasleitung 14 angeordnet.
Die Gaseinleitungseinrichtung 20 umfaßt eine den Behandlungsraum umlaufende Ringleitung 22 und eine Anzahl von daran angeschlossenen und in den Behandlungsraum mündenden Gasleitungen in Form von sogenannten Winddüsen. Die Ringleitung 22 dient zur gleichmäßigen Verteilung der ggf. mit über die Abgasleitung 14 aus dem Behandlungsraum 10 abgezogenen Abgasen vorgewärmten Verbrennungsluft. Wenngleich der in 1 dargestellte Kupolofen nur zwei Winddüsen 24 zum Einleiten der Verbrennungsluft in den Behandlungsraum 10 aufweist, kann die Gaseinleitungseinrichtung 20 je nach Größe des Behandlungsraums auch bis zu zwölf gleichmäßig über den Umfang der Ringleitung 22 verteilte Winddüsen umfassen. Die Winddüsen 24 sind in ihrem unteren Bereich jeweils mit einer zur Einleitung von Sauerstoff in den Behandlungsraum 10 ausgelegten Gaseinleitungslanze 26 versehen.
Wie der schematischen Darstellung in 2 zu entnehmen ist, sind die Gaseinleitungslanzen 26 in die Winddüsen 24 eingesetzt und erstrecken sich koaxial zu einem in eine Wand 11 des Behandlungsraums 10 eingesetzten Mündungsbereich 24a der jeweiligen Winddüse 24, wobei die Mündungen 26a der Gaseinleitungslanzen 26 etwa im Zentrum der jeweiligen Winddüsenmündung angeordnet sind.
Die in 2 dargestellte Gaseinleitungslanze 26 ist über eine Druckleitung 28 an einen Druckbehälter 30 angeschlossen, in dem unter hohem Druck stehender Sauerstoff enthalten ist. Die Druckleitung 28 ist mit einem Schnellschlußventil 32 versehen, das zum Absperren der Druckleitung 28 ausgelegt ist. Durch entsprechende Betätigung des Schnellschlußventils 32 kann der im Druckbehälter 30 enthaltene Sauerstoff in Form von einen hohen Druck aufweisenden Gasimpulsen in den Behandlungsraum 10 eingeleitet werden.
Wie 2 weiter zu entnehmen ist, kann an die Gaseinleitungsleitungslanze 26 auch noch eine weitere Gasleitung 34 angeschlossen sein, um die durch die Winddüse 24 in den Behandlungsraum 10 eingeleitete Luft mit Sauerstoff anzureichern. Dazu wird der Sauerstoff über die Leitung 34 und die Gaseinleitungslanze 26 mit einem konstanten Volumenstrom in den Behandlungsraum 10 eingeleitet, wobei dem konstanten Volumenstrom die durch entsprechende Betätigung des Schnellschlußventils 32 erhaltenen Gasimpulse überlagert werden können.
Bei der erfindungsgemäßen Ofenanlage kann jeder Gaseinleitungslanze 26 ein Druckbehälter 30 mit einem entsprechenden Schnellschlußventil 32 zugeordnet sein. Daneben ist es jedoch auch möglich, für alle Gaseinleitungslanzen 26 einen gemeinsamen Druckbehälter 30 mit nur einem diesem zugeordneten Schnellschlußventil 32 zu verwenden.
Mit der erfindungsgemäßen Ofenanlage können neben den eingangs bereits erläuterten Vorteilen auch noch eine Steigerung der Temperatur der Schmelze sowie durch eine Reduzierung der benötigten Windmenge eine Steigerung der Windtemperatur erreicht werden. Unter diesen Bedingungen kann das mit einer derartigen Anlage ausgeführte Behandlungsverfahren so gesteuert werden, daß Abfallstäube (ggf. unter Beimischung geringer Brennstoffmengen) dem Schmelzaggregat wieder zugeführt und verbraucht bzw. verschlackt werden.

Claims

Verfahren zum Schmelzen von Rohmaterial in einem Schachtofen, insbesondere Kupolofen, bei dem Behandlungsgas, das im wesentlichen aus Luft besteht, über Winddüsen mit einem konstanten Volumenstrom in den Behandlungsraum des Schachtofens eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein weiteres Behandlungsgas, das aus Sauerstoff besteht, zumindest teilweise in Form von gegenüber dem Umgebungsdruck einen hohen Druck aufweisenden Gasimpulsen in den Behandlungsraum eingeleitet wird, wodurch die Einstellung eines Strömungsgleichgewichtes im Behandlungsraum vermieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Sauerstoff bestehende Behandlungsgas zusätzlich zu der Einleitung in Form von Gasimpulsen auch mit konstantem Volumenstrom eingeleitet wird, um das Behandlungsgas, das im wesentlichen aus Luft besteht, mit Sauerstoff anzureichern.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in Form von Gasimpulsen eingeleitete Sauerstoff und der mit einem konstanten Volumenstrom eingeleitete Sauerstoff durch dieselbe Gaseinleitungsöffnung in den Behandlungsraum eingeleitet werden.
Schachtofen, insbesondere Kupolofen, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Behandlungsraum (10), der eine Beschickungsöffnung (12) für das Rohmaterial aufweist, und mit einer Gaseinleitungseinrichtung (20), die Winddüsen (24) aufweist, die in den Behandlungsraum des Schachtofens münden und über die ein im wesentlichen aus Luft bestehendes Behandlungsgas in konstantem Volumenstrom in den Behandlungsraum (10) einleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinleitungseinrichtung (20) zusätzlich mit einer in der Winddüse (24) angeordneten Gaseinleitungslanze (26) versehen ist, deren Mündung (26a) im Mündungsbereich (24a) der Winddüse (24) angeordnet ist, und daß über die Gaseinleitungslanze (26), die an einen Druckbehälter (30) für Gas angeschlossen ist, in den Behandlungsraum (10) ein weiteres aus Sauerstoff bestehendes Behandlungsgas zumindest teilweise in Form von gegenüber dem Umgebungsdruck einen hohen Druck aufweisenden Gasimpulsen einleitbar ist.
Schachtofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinleitungslanze (26) über eine Druckleitung (28) an den Druckbehälter (30) angeschlossen ist und daß die Druckleitung (28) ein zu ihrem Absperren einsetzbares Schnellschlußventil (32) aufweist, durch das bei Betätigung der im Druckbehälter (30) enthaltene Sauerstoff in Form von gegenüber dem Umgebungsdruck einen hohen Druck aufweisenden Gasimpulsen in den Behandlungsraum (10) einleitbar ist.
Schachtofen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinleitungslanze (26) an eine weitere Gasleitung (34) für Sauerstoff angeschlossen ist, um die durch die Winddüse (24) in den Behandlungsraum (10) eingeleitete Luft mit Sauerstoff, der mit konstantem Volumenstrom zuführbar ist, anzureichern.
Schachtofen nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (26a) der Gaseinleitungslanze (26) etwa im Zentrum des Mündungsbereichs (24a) der Winddüse (24) angeordnet ist.
Schachtofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Gaseinleitungslanzen (26) in den Winddüsen (24) koaxial zu dem jeweiligen Mündungsbereich (24a) der Winddüse (24) erstrecken.