DE19812087C1 - Verfahren zum Erschmelzen von Roheisen und zum Bereiten von Nutzgas in Hochöfen - Google Patents

Abstract

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erschmelzen von Roheisen mit technischem Sauerstoff und rückgeführtem Reduktionsgas, die als Fördergas für Feinkohle durch Formen am Gestell und an der Rast eingebracht werden. Dabei findet keine direkte Reduktion statt, und es bilden sich keine merklichen kohäsiven Schichten. DOLLAR A Erfindungsgemäß fährt dieser Hochofen ohne Heizkoks, nur mit Gestellkoks, indem es die Verfahrenswärme zur Gänze durch flammenloses Verbrennen von Feinkohle allein vor den Formen aufbringt. Zugleich erlaubt das kalte Fördergas sowohl Feinkohle als auch andere staubförmige Feststoffe fernab vom Hochofen einzubringen, und sie gleichmäßig verwirbelt durch die Formen einzuführen. Diese Erfindung erschmilzt Roheisen mit dem Mindestkoks unabhängig von der entnommenen Menge an Nutzgas.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erschmelzen von Roheisen und zum Bereiten von Nutzgas gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekannt ist der Hochofen mit Winderhitzern, der mit Koks und mit Heißwind Roheisen, Schlacke und armes Gichtgas erzeugt. Üblich ist es, einen Teil des Kokses durch Feinkohle zu ersetzen, die man durch die Formen ins Gestell einführt. Dem Heißwind zugesetzter technischer Sauerstoff begünstigt die Anwendung von Feinkohle. Mit heute üblichem reichen Möller fährt ohne Feinkohle der herkömmliche Hochofen mit etwa 480 kg Koks/t Roheisen. Moderne Hochöfen ersetzen bis zu einem Drittel dieser Koksmenge durch Feinkohle.

Die Fachwelt strebt danach, das Roheisen mit möglichst wenig Koks zu erschmelzen, d. h. mit möglichst viel Feinkohle zu fahren. Mit Heißwind aber fällt das nicht gerade leicht. Beim Zumischen nämlich zündet der Heißwind die Feinkohle schon innerhalb der Formen, und gefährdet sie. Dann hemmt zugleich die große Zähigkeit des heissen Windes deutlich das Verwirbeln der Feinkohle mit ihm. Beim Austreten aus den Formen ist daher die Feinkohle mit dem Heißwind bei weitem noch nicht gleichmässig vermischt, was ihre Vergasung stark verzögert, und sie weit in den Ofen hinein verschleppt. Diese Erschwernisse wachsen schneller mit dem Einbringen von grösseren Mengen von Feinkohle, und hemmen stärker das Senken des Kokssatzes.

Doch der sinkende Koksverbrauch mindert im Hochofen kaum den Anteil der direkten Reduktion, und auch nicht das Ausmaß der kohäsiven Schichten. Die in jedem Falle stark ausgeprägten kohäsiven Schichten zwingen den Hochöfner den Koks gesondert in Schichten zu gichten, die ausreichend grosse Fenster frei halten. Wenig Koks ergibt schmale Schichten, und läßt nur enge "Koksfenster" frei, die im Hochofen den Druckverlust unerträglich hoch machen können.

Im Gestell des herkömmlichen Hochofens verformt der Heißwind entscheidend das Gefüge der Koksschüttung. Das Wesentliche dazu erläutert Fig. 1. Der Heißwind tritt mit grosser Geschwindigkeit durch die Blasform 1 ein, und bildet von ihrem Maul ab den Wirbelweg 2, der bis etwa 120 cm tief in die Koksschüttung hinein reicht. Nahe der Rast fällt aus dem Bereich der Schüttung heraus Rastkoks 3 in die "Quelle" des Wirbelweges 2, dieser wird vom Strahl des Heißwindes mitgerissen, von seiner Wucht zerschlagen, entlang dieser Strecke vielfach verwirbelt, und dabei vom Heißwind lebhaft vergast. Der entlang des Wirbelweges 2 kreisende Wirbelkoks 4 ist deutlich kleiner als der Rastkoks 3, und hat abgerundete Kanten. Das Formengas reißt kleinförmigen Koks mit in die Lücken des Toten Mannes 5 hinein, und verdichtet ihn zum Vogelnest 6. Wie eine Schale umfaßt das Vogelnest 6 von unten und von vorne den Wirbelweg 2, und trennt ihn vom Toten Mann 5. Das Ausmaß des Vogelnestes 6 und seine Durchlässigkeit für Gase und Schmelzen werden nicht von der Menge der eingedüsten Feinkohle beeinflußt. Nur wenige Prozente schlecht vergaster Feinkohle findet man in ihm. Allgemein enthält der Rastkoks 3 etwa 10 bis 20% Kleinkoks unter 10 mm, der Wirbelkoks 4 schon von 15 bis 35%, und das Vogelnest 6 zuletzt 50 bis 60%. Der Tote Mann 5 enthält eher weniger Feinkorn als der Rastkoks 3.

Das dichter gepackte Vogelnest 6 drosselt das im Wirbelweg 2 entstehende Reduktionsgas beim Fließen in den Toten Mann 5 hinein. Dadurch verformt es vorne den Wirbelweg 2 nach oben, und verlagert damit im Toten Mann 5 die Gasströmung. Von oben her tröpfeln Schlacke und Eisen aus der Koksschüttung in den Wirbelweg 2 hinein, nur träge versickert die Schmelze durch das dichtere Vogelnest 6, mit Tümpeln am Boden ist zu rechnen. Reste von Sauerstoff, Kohlensäure und Wasserdampf, die entlang des ganzen Wirbelweges 2 vorhanden sind, oxidieren zum Teil die tröpfelnde Schmelze. ("Oxidierender Wirbelweg"). Das Vogelnest 6 verschlechtert deutlich auch das Fließen der Schmelzen innerhalb der Koksschüttung, die metallurgische Arbeit innerhalb des Gestells wird unruhig, und die feuerfeste Zustellung mag leiden. Solche Schmelzen gefährden auch die Blasformen.

Der neuere Stand der Technik ist aus den DE-OS 22 61 766 und DE 37 02 875 C1 bekannt. Beide Verfahren arbeiten mit technischem Sauerstoff und rückgeführtem Reduktionsgas statt mit Heißwind. Ihr Schachtgas enthält sehr wenig Stickstoff, der aus den Brennstoffen stammt, und den technischer Sauerstoff einschleppt. Beide heizen also mit schierem Reduktionsgas, und beide fahren daher ohne direkte Reduktion. Keine Boudouard-Reaktion schwächt das Gefüge des Kokses der Schüttung, und es entstehen auch keine kohäsiven Schichten. Obgleich diese "stickstofflosen" Hochöfen den Koks der direkten Reduktion sparen, und mehr Feinkohle verkraften, "verheizen" sie noch beträchtliche Mengen an Koks vor den Formen im Gestell, und vermeiden keineswegs ganz den oxidierenden Wirbelweg mit seinen Nachteilen. Diese "stickstofflosen" Hochöfen haben noch keinen Eingang in die Betriebe gefunden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, vor den Formen im Gestell den oxidierenden Wirbelweg 2 zu vermeiden. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bekannt ist, technischer Sauerstoff vergast feine Steinkohle zu Kohlenmonoxid und zu Wasserstoff, und diese Teilverbrennung erreicht Temperaturen, wie das Gestell des Hochofens sie verlangt.

Gefunden wurde, daß die genannten "stickstofflosen" Hochöfen mit Feinkohle, die zu 90% unter 0,1 mm gemahlen ist, den gesamten Heizkoks zu ersetzen vermögen. ("Heizkoksloser Hochofen")

Doch im Gestell muß genug gegichteter Koks verbleiben, um den Möller zu tragen, sowie um das Abfließen der Schmelzen zu sichern. ("Koksschwelle"). Den Löwenanteil dieses Gestellkokses verbraucht die Kohlung des Roheisens, viel weniger die (direkte) Reduktion seiner Begleiter, und andere Reaktionen.

Die "Koksschwelle" liegt zumeist deutlich unterhalb von 100 kg Koks/t Roheisen. So wenig Koks macht das getrennte Gichten von Erz und Koks hinfällig, denn man erhält dabei zu schmale Koksschichten. Beim Niedersinken des Möllers reissen sie auseinander, von "Koksfenstern" ist nicht mehr die Rede. Vorteilhafter ist es, vor dem Gichten Erz und Koks zu mischen, und sie zusammen zu gichten. Für diese Arbeit ist kleinerer Koks willkommener als der herkömmliche grobe. Zumeist ist Kleinkoks auch fester, weil er besser stabilisiert ist. "Stickstofflose" Hochöfen fahren mit viel weniger Gestellgas als der herkömmliche mit Heißwind, daher prallt ihr Heizgas mit um vieles geringerer Wucht auf den Koks der Schüttung.

Für den "heizkokslosen" Hochofen ist kennzeichnend, daß die Feinkohle schon innerhalb der Formen im kalten Fördergas, (im technischen Sauerstoff, der zumeist mit Umlaufgas gemischt ist), vollständig aufgewirbelt, und gleichmässig in Schwebe ist. Diese Suspension der Feinkohle im kalten Fördergas ist explosiv, zündet unmittelbar beim Austreten aus dem Maul der Formen im heißen Ofen, vergast dabei vollständig zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Zum Anblasen des kalten Ofens zündet eine Hilfsflamme das kalte Gemisch beim Austreten aus dem Maul, die Formen arbeiten danach wie Brenner, das weitere Aufheizen zum Betriebszustand wird mit der Zusammensetzung der Suspension gesteuert.

Solches "Heizgas" enthält keine oxidierenden Teile, und bildet daher im Betrieb keine oxidierenden Wirbelwege. Das heiße schiere Reduktionsgas zerschlägt kaum Koks, bildet keine Vogelnester, und vergast keinen Koks. In der Koksschüttung fließen daher die Schmelzen unbehindert, und das Gestellgas entfaltet sich in ihr frei.

Fördergas und Feinkohle lassen sich fernab vom Hochofen mischen, und danach zu den Formen bringen. Sehr bald nach der Inbetriebnahme sind die toten Ecken der Leitungen mit Feinkohle gefüllt, und nach wenigen Sekunden schon erhalten die Formen die gleich "konzentrierte" Mischung, selbst falls sie gezwungen sind, unterschiedliche Mengen zu schlucken. Arbeitet der Hochofen mit einer Ringleitung, dann muß in ihr vor jeder Form das beladene Fördergas so schnell strömen, daß in ihm die Feinkohle in Schwebe verbleibt. Vorteilhaft ist es, dafür Gebläse innerhalb der Ringleitung vorzusehen. ("Maulwurfsbläser").

Bekannt ist, mit der Feinkohle auch andere Stäube einzuspeisen. Beispiele sind: Kalk, Flußmittel, Feinerz, Schwammeisen, und Reststäube. Vorteile davon sind: das Roheisen wird besser entschwefelt, Silizium wird in ihm erniedrigt, die Schlacke trägt mehr Alkalien aus, und die Schmelzleistung steigt. Mit Heißwind vermag der Hochofen diese Vorteile nur in recht bescheidenem Ausmaß zu erzielen.

Beim herkömmlichen Hochofen ist das gutgeschriebene Gichtgas an seine Schmelzleistung starr gekoppelt. Die "stickstofflosen" Hochöfen nach DE-OS 22 61 766 und DE-OS 37 02 875 C1 hingegen liefern Nutzgas in wählbaren Mengen, die nicht von ihrer Schmelzleistung abhängen, und auch nicht von der Menge an Gestellkoks.

Die genannten Vorteile zeigen den grossen Fortschritt, den diese Erfindung bietet. Besonders bei kleineren "stickstofflosen" Hochöfen kommt sie vorteilhafter zum Tragen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Erschmelzen von Roheisen in Hochöfen aus Eisenerz mit Koks und mit Feinkohle, die mit technischem Sauerstoff, dem aus Gichtgas gewonnenes Reduktionsgas zugemischt ist, durch gemeinsame Formen in das Gestell und in die Rast kalt eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Wärme beim Austritt aus den Formen im Ofen allein durch das Teilverbrennen von im kalten Formengas suspendierter Feinkohle vor und innerhalb der heissen Schüttung aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördergas aus technischem Sauerstoff allein besteht.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nicht brennbare, staubförmige Feststoffe mit der Feinkohle gemischt durch die Formen in das Gestell eingebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Feinkohle und nicht brennbare staubfeine Feststoffe fernab vom Hochofen dem. Fördergas zugespeist werden, und danach dieses Gemisch auf die Formen verteilt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Ringleitung Gebläse angeordnet sind, welche das Fördergas in ihr so schnell in Bewegung halten, daß keine Art von Staub sich absetzt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochofen ausschließlich mit einer vollständigen Mischung aus Eisenerz und Hüttenkoks begichtet wird.