DE2554559C2

DE2554559C2 - Verfahren zur Verwendung von kohlenstoffhaltigen Stoffen in einem Hochofen

Info

Publication number: DE2554559C2
Application number: DE2554559A
Authority: DE
Inventors: Raymond Huncherange Limpach; Lucien Differdange Lorang
Original assignee: Arbed SA
Current assignee: Arcelor Luxembourg SA
Priority date: 1974-12-06
Filing date: 1975-12-04
Publication date: 1985-09-12
Also published as: LU71434A1; US3966457A; DE2554559A1; FR2293495A1; BE836223A; NL7514115A; GB1535742A; FR2293495B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verwendung von festen kohlenstoffhaltigen Stoffen als Hllfsbrennstoffe In einem Hochofen.

Es ist bekannt, einen Teil des In den Verarbeitungsverfahren von Elsen nötigen Kokses durch sogenannte Hllfsbrenn: toffe zu ersetzen, die man in Schachtöfen durch Einspritzung In die Ströme des heißen Windes In Höhe von Düsen eingibt. Aufgabe dieser Verwendung von Hllfsbrennstoffen Ist es, den von Mal zu Mal knapperen Koks einzusparen, den teuren Koks durch billigere Brennstoffe zu ersetzen sowie ein zusatzliches Betätigungsmittel zur Steuerung des Betriebes der öfen zu erhalten.

Die Hilfsbrennstoffe, die zur Zelt, insbesondere infolge der Einfachheit der Elnsprltztechnik, in größeren Mengen verwendet werden, sind die flüssigen und gasformigen Kohlenwasserstoffe, wie z.B. Heizöl und Erdgas sowie Reformgas.
Eine andere, ältere, jedoch weniger verbreitete

ίο Methode besteht darin, feste Brennstoffe, insbesondere pulverisierte Kohle, in die Hochöfen einzuspritzen. Diese Technik 1st weitaus komplizierter und teurer als die Technik der Eindüsung von flüssigen oder grsförmigen Brennstoffen und hat daher trotz annehmbarer

is metallurgischer Ergebnisse nur wenige praktische Anwendungen gefunden.

Tatsächlich muß die Kohle, damit ihre vollständige Verbrennung in dem sehr engen Raum in den Düsen und in der Verbrennungszone der öfen sichergestellt ist, vor ihrer Eindüsung einer sehr umfangreichen und teuren Aufbereitung unterworfen werden, die zur Auszeichnung der Feuchtigkeit und zur Umwandlung In feines und homogenes Pulver bestimmt ist. Diese Vorbereitungseinrichtungen sowie die Verteilungskreise (Eindüs- und Steuerungskreis) erfordern beträchtliche Arbelts- und Unterhaltskosten. Aus diesen Gründen ist auch die Eindüsung von pulverisierter Kohle für die meisten Anlagen wenig Interessant, trotz der unleugbaren metallurgischen Bedeutung. Hierzu sei folgender

Stand der Technik aufgeführt:

Die DE-AS 22 43 439 beschreibt Einblasbedingungen von Kohlenstaub in einen Hochofen, welche unter anderem eine Explosionsgefahr ausschließen. Hler wird von Kohle in Pulverform ausgegangen, welche auf bekannte Art getrocknet und gemahlen wird.

Ein Artikel In der Zeltschrift »Erdöl und Kohle-Erdgas-Petrochemle«, 18. Jahrgang, Februar 1965, Nr. 2, Seiten 112 bis 118, behandelt den Verbrennungsablauf von Koks- und Kohlenkörnern (siehe insbeson- dere Abbildungen 4 und 5).

Aus der DE-OS 14 33 357 ist bekannt, Kohlenstoffträger, wie beispielsweise Kohle, Koks, Braunkohle und Torf, mit einem Zündmittel, wie öl, Methan, Butan, Koksofengas oder Wasserstoff, In den Verbrennungsraum eines Hochofens einzutragen. Die durch das Zündmittel freigesetzte Wärme soll hier die gleichzeitig eingeführten Kohlenstoffträger mindestens auf Zündtemperatur bringen.
Aus der DE-OS 16 08 382 1st ein Verfahren zum

so Einführen von Koks In einen Hochofen bekannt, bei dem die Kohle mechanisch zerkleinert, getrocknet und anschließend bei niedriger Temperatur (bis 315⁰C) in den Hochofen eingeführt wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verwendung von festen Brennstoffen

unter Ersetzen eines Teils des Kokses zu schaffen, das den Einsatz dieser Brennstoffe In einem weniger umfangreichen Aufbereitungszustand gestattet und

ν einen optimalen Ertrag sicherstellt. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung versteht man unter festen Brennstoffen feste kohlenstoffhaltige Stoffe im

Rohzustand, insbesondere Kohle und Braunkohle mit

verschiedenen Gehalten an flüchtigen Bestandteilen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

daß die festen, sich In einem körnigen Zustand befindenden, flüchtige oder vergasbare Bestandteile enthaltenden Brennstoffe zunächst In wenigstens einen Behälter eingeführt werden, dessen Temperatur über 800⁰C

liegt, wo sie unter Wirkung der explosiven Ausdehnung der verflüchtigbaren Bestandteile zerplatzen, und daß die gebildeten Partikel anschließend In die Verbrennungszonen des Hochofens befordert werden.

Tatsächlich zerplatzen die Brennstoffkörner bei plötz- s llchem Kontakt mit einer heißen Atmosphäre von einer Temperatur, die höher als 800° C und beispielsweise zwischen 900" C und 1300° C liegt, unter der Wirkung der explosiven Ausdehnung der verflüchtigbaren Bestandteile in feine Partikel. Die verflüchtigbaren, für den thermischen Zerfall der Brennstoffe verantwortlichen Bestandteile sind im wesentlichen Wasser und flüchtige Stoffe, die in den Brennstoffen enthalten sind, oder mit denen die Brennstoffe besonders Imprägniert sind.

Man kann also die festen kohlenstoffhaltigen Stoffe ohne vorherige komplizierte oder teure Behandlung verwenden. Auch enthalten sie vorteilhaft ihre natürliche Feuchtigkeit oder auch das Oberflächenwasser, das ihnen Infoige einer Waschbehandlung oder eines hydraulischen Transportes anhaftet. Die Gehalte an flüchtigen Stoffen sind vorzugsweise erhöht, d. h. man kann vorteilhaft als Hilfsbrennstoffe alle bekannten nicht verkokbaren oder schlecht verkokbaren Kohlen verwenden. Die Korngröße kann sehr grob sein, z. B. von 0,1 bis 20 mm für mindestens 80% der Körner, so daß die Grobzerkleinerungsarbeit auf ein Minimum reduziert wird.

Der Behälter zur Durchführung des thermischen Zerfalls der Im Hochofen verwendeten Hilfsbrennstoffe, d. h. Im wesentlichen Kohlen und Braunkohle, kann ein heißer Behälter sein, getrennt von dort, wo der pulverisierte Brennstoff zu den Einspritzpunkten in den Verbrennungszonen des Ofens befördert wird.

In einem Hochofen kann der thermische Zerfall zweckmäßig auch in dem Verteilungskreis des Heißwindes selbst stattfinden. Zu diesem Zweck wird der Brennstoff vorzugsweise in Irgendeiner geeigneten Welse, beispielsweise auf mechanische oder auf pneumatische Weise, in die abwärts führenden Leitungen des Heißwindes von der Ringleitung bis zu den Windformen eingebracht, wodurch Krümmer und Winddüsen umfaßt sind. Die Windleitungen haben so die Funktion eines Behälters zum thermischen Zerfall, da die Brennstoffkörner bei plötzlichem Kontakt mit heißer Luft von einer Temperatur zwischen beispielsweise 900° C und 1300° C in kleinere Partikel zerfallen. Infolgedessen brennen diese Partikel bei Kontakt mit heißer Luft in Höhe der Windformen. Diese Verbrennung wird durch die gleichzeitige Verbrennung von flüchtigen, durch den Brennstoff freigesetzten Stoffen noch verstärkt. Die vollständige Umwandlung des festen Brennstoffes in gasförmige Reaktionsprodukte 1st vor dem Kontakt mit der Beschickung des Ofens vollendet.

Der feste Brennstoff und/oder das möglicherweise zu seinem Transport dienende Gas können zweckmäßig vorerwärmt werden. Die Temperatur des Brennstoffes vor seiner Einführung in den Zerfall-Behälter muß jedoch unterhalb der Temperatur zur Freisetzung der flüchtigen Stoffe bleiben.

Vorteilhaft und um den thermischen Schock zu beschleunigen, kann die Temperatur an der Einbringstelle der Kohle durch Beifügung von Sauerstoff und/oder von einem brennbaren, flüssigen oder gasförmlgen Fluid oder auch durch jede andere starke Hitzequelle (z. B. Laser oder Plasma) auf ein höheres Niveau als das des Heißwindes gebracht werden.

Das zum Transport und zur Elndusung der Brennstoffkörner dienenden Gas kann ein sauerstoffhaltlges Gas auf Sauerstoffbasis sein, beispielsweise Luft oder CO₂ enthaltender Rauch, oder ein brennbares Gas auf Kohlenwasserstoffbasis, Kohlenmonoxid- oder Wasserstoffbasis oder auch eine Mischung der drei Bestandteile.

Zur Bindung der in den benutzten Brennstoffen enthaltenen Asche und des Schwefels kann dem eingespritzten Brennstoff die eiforderilche Menge Kalk oder jeder andere Stoff beigegeben werden, der die Bindung des Schwefels und die Bildung - ausgehend von der Asche - einer der in dem Ofen selbst gebildeten Schlacke ähnlichen Schlacke sicherstellt.

Beispiel

Ein Beispiel zur Durchführung der !Erfindung bezüglich der Verarbeitung von Elsen In einem Hochofen wird nachstehend beschrieben.

Hochofen:

Durchmesse» des Gestells: 9,0 m Nutzvolumen: 1768 m³ Düsen für den Hauptwind: 20 Düsen für den Zusatzwind: 14

durchschnittliche Eisenproduktion: 100 bis 105 t/h

Thomaselsen aus Agglomerat auf Brauneisensteinbasis Hochofen-Gicht mit Gegendruck Betriebsbedingungen: Schmelzbett: 100% selbstschmelzend agglomeriert mit

41,3% Fe

Temperatur des Heißwindes: 1200° C Anreicherung des Windes mit Sauerstoff von 99,60%:

50 m³ N/t Elsen (= trockener Wind angereichert mit 24,2% O₂)

Kohleeinspritzung:

Art: Gasflammkohle
Menge: 150 kg/t Elsen
Analyse: H₂O: 5%
Aschen: 6%

flüchtige Stoffe: 33% trocken
Korngröße: 0 bis 20 mm im gesichteten. Zustand
Temperatur der Flamme vor den Winddüsen: vorteilhaft höher als 2050° C; die Einspritzung von 150 kg solcher Kohle, die als t/Eisen definiert Ist, ergibt eine Flammentemperatur von 2150° C, wenn der Heißwind auf 1200° C erhitzt und er mit 24,2% Sauerstoff angereichert wird.

Eindüsbedingungen:

Die Einführung der Kohle kann - angesichts ihres thermischen Zerfalls In einem heißen Behälter vor der Beförderung zu der Verbrennungszone des Ofens - an verschiedenen Stellen des heißen Wind stromes stattfinden.

So kann ein Zerfallbehälter auf einer Leitung vorgesehen werden, die parallel zu der Leitung ist, die den Heißwind von den Winderhitzern zur Ringleitung befördert. Diese Verfahrenswelse führt zu einer zentralen Verteilung für alle Hauptdüsen.

Da es vorteilhaft 1st, eine Individuelle und regulier-

bare Zuführung für jede einzelne Düse zu haben, wird die Einführung der Kohle vorteilhaft in Höhe der Windform vorgenommen.

Bei Kontakt mit dem Heißwind erfahren die flüchtigen Stoffe eine plötzliche Ausdehnung, die zu einem s mechanischen Zerfall in Partikel kleiner als 1 mm führt

Ergebnisse des Ablaufs:

10

Aufgabersenge: (Koks mit 85» C und 3% H₂O): 430,3 kg/t Eisen

Aufgabemenge der beschriebenen Kehle: 150,0 kg/t Eisen

Verhältnis des Ersatzes: kg Koks durch kg Kohle: 0,83, is d. h. daß die Aufgabemenge von Koks von 554,8 kg/t Elsen auf 430,3 kg/t Elsen reduziert wurde. Menge der Schlacke: 959 kg/t Eisen Baslzltätslndex: CaO/SiO₂: 1,38

CaO + MgO/SiO₂ + Al₂O₃: 1,039 20

Menge des trockenen Windes (ohne Sauerstoffanreicherung): 1,174 m³N/t Eisen
Temperatur der Ramme vor den Winddüsen: 2150° C.

y Stundenzahl: 25

^;: Elsen 100 t/h

Schlacke 95,9 t/h
ti Koks 43,03 t/h

[I Kohle 15,0 t/h 30

U Feuchter Wind (7,5 g H₂O/m³N): 118.400 m³N/h

if Sauerstoff zur Anreicherung: 5000 m³/h

trockenes Gichtgas: 180 500 m³N/h

t| Blasdruck des Windes im Strom des Hochofens: 3 Bar 3S

H Druck an der Gicht: 2 Bar

^; 40

45

50

55

60

Claims

Patentansprüche:

J. Verfahren zur Verwendung von festen kohlenstoffhaltigen Stoffen als Hllfsbrennstoffe in einem Hochofen, dadurch gekennzeichnet, daß die festen, sich In einem körnigen Zustand befindenden, flüchtige oder vergasbare Bestandteile enthaltenden Brennstoffe zunächst in wenigstens einen Behalter eingeführt werden, dessen Temperatur über 800⁰C liegt, wo sie unter Wirkung der explosiven Ausdehnung der verflüchtigbaren Bestandteile zerplatzen, und daß die gebildeten Partikel anschließend in die Verbrennungszonen des Hochofens befördert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffe in eine Atmosphäre eingeführt werden, deren Temperatur zwischen 900° C und 1300° C Hegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des festen körnigen Brennstoffes zwischen 0,1 und 20 mm für mindestens 80% der Körner Hegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Behälter von den abwärts führenden Leitungen des Heißwindes von der Ringleitung bis zu den Düsen in dem Verteilungskreis des Heißwindes gebildet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Brennstoff vor seinem thermischen Zerfall auf eine Temperatur erhitzt wird, die niedriger ist als die Temperatur zur Freisetzung seiner flüchtigen Bestandteile.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Brennstoff vor seinem thermischen Zerfall in Suspension In ein gasförmiges, von einem Sauerstoffträger und/oder einem Brennstoff gebildetes Fluid gebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der Temperatur des festen Brennstoffes mittels eines In d'e heiße Suspension gebrachten gasförmigen Fluids stattfindet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung des thermischen Schocks des Brennstoffes die Temperatur an der Einbringstelle des Brennstoffes mit Hilfe von Hllfsbrennmlttel auf ein höheres Niveau gebracht wird als das der normalen Umgebungstemperatur.
9 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem festen Brennstoff ein Mittel beigemischt wird, das den Schwefel binden und die Achsen des Brennstoffes verschlakken kann.