DE3216019A1 - Kohlevergasung und roheisenherstellung und vorrichtung dafuer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Roheisen durch Schmelzen von halbreduziertem Eisen oder reduziertem Eisen mit hohem Wirkungsgrad, wozu Brennstoff, der hauptsächlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff zusammengesetzt ist, und gleichzeitig ein Reduktionsgas verwendet wird, welches hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff zusammengesetzt ist. Der Ofen gemäß der Erfindung wird nachfolgend als Schmelz-Vergasungsofen bezeichnet.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren und ein System für die Herstellung von Roheisen mit einem Hochofenverfahren vergleichbarer hoher Produktivität und gutem Wärmewirkungsgrad bei Verwendung von Einsatzstoffen von geringer Qualität durch die Benutzung einer Kombination eines Schmelz-Vergasungsofens, der Kohle vergasen und reduziertes Eisen schmelzen kann, und eines Reduktionsofens zum Reduzieren von Eisenerzen.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei denen zur Herstellung eines Reduktionsgases aus einem hauptsächlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehenden Brennstoff mit hohem Wirkungsgrad, ein Schmelz-Vergasungsofen benutzt wird.

Zum Stand der Technik des Schmelzens von reduziertem Eisen mit Hilfe eines an Ort und Stelle in einem Ofen erzeugten Reduktionsgases und der Gewinnung des Reduktionsgases gehören folgende Verfahren:

1. Kupolofen-Verfahren

Koks wird mit Heißluft verbrannt um ein Heißgas zu erzeugen,, welches dann nach oben durch eine Kokseinsatzschicht geleitet wird, um eine darin enthaltene Eisenmenge zu schmelzen. Das als Nebenprodukt entstehende Gas hat einen geringen Heizwert und ist reich an N₂ und CO₂«

2. Korfstahl-Verfahren, Westdeutschland (Japanische Offenlegungsschrift Nr. 55-9^08)

Kohle und kohlenwasserstoffartiger Brennstoff werden mittels

-Z-

Sauerstoff und Wasserdampf vergast, um ein Heißgas zu erzeugen, welches dann nach oben durch ein Kohle-Verkohlungs-Wirbelbett geleitet wird, um an der Oberseite desselben befindliches halbreduziertes Eisen zu schmelzen, und das Heißgas wird zurückgewonnen.

3. Stiftersen-Verfahren, Schweden (Japanische Offenlegungsschrift Nr. ^9-110519)

Zusammen mit halbreduziertem Eisen wird Sauerstoff und kohlenwasse-rstoffartiger Brennstoff in eine Kokseinsatzschicht oder eine kohlehaltige Reduktionsmittel-Einsatzschicht eingeblasen, in der der Sauerstoff und der Brennstoff verbrannt werden, um ein Heißgas zu erzeugen, welches zum Schmelzen des Eisens dient. Dann erfolgt eine Gasreformation mittels Wasserdampf und Kohlenstoff unter Ausnutzung der Eigenwärme des Heißgases.

Diese bekannten Verfahren haben folgende Nachteile: Beim Kupolofen-Verfahren hat das als Nebenprodukt gewonnene Gas einen geringen Heizwert und ist reich an N₂ und CO₂ und kann nicht als Reduktionsmittel oder Brenngas verwendet werden.

Beim zweiten Verfahren, welches zum Schmelzen von halbreduziertem Eisen bestimmt ist, wird ein System angewandt, bei dem ein Kohle-Verkohlungs-Wirbelbett geschaffen und eine an der Oberseite desselben befindliche Menge halbreduziertes Eisen mit dem aufsteigenden Heißgas erhitzt und geschmolzen wird. Das genannte Wirbelbett ist jedoch nicht stabil und hat nur geringes Vermögen, das halbreduzierte Eisen zu halten. Folglich ist nicht zu erwarten, daß das halbreduzierte Eisen auf dem genannten Wirbelbett längere Zeit hinweg erhalten bleibt, so daß das Eisen in der kürzestmöglichen Zeit mit einer großen Menge des Heißgases geschmolzen werden muß, was bedeutet, daß der Wärmewirkungsgrad des Schmelzens gering ist.

Beim dritten Verfahren wird halbreduziertes Eisen mit Sauerstoff und Kohlenwasserstoff-Brennstoff durch Blasformen in eine kohle-

haitige Reduktionsmittel-Einsatzschicht geblasen, um den Kohlenwasserstoff-Brennstoff mit Sauerstoff zu verbrennen und auf diese Weise das Heißgas zu erhalten, wobei das Eisen durch die Eigenwärme des entstehenden Heißgases geschmolzen wird. Das zum Schmelzen des halbreduzierten Eisens verbrauchte Gas hat eine höhere Temperatur als der Schmelzpunkt des Eisens. Deshalb wird die Verbrennungswärme des Sauerstoffs und der Kohlenwasserstoffe für das Schmelzen von halbreduziertem Eisen nicht wirksam ausgenutzt. Es ist allgemein bekannt, daß die Herstellung von Roheisen durch Reduzieren und' Schmelzen von Eisenerzen gemäß zwei Produktionsverfahren erfolgt. Bei einem werden Eisenerze in festem Zustand mittels Gas reduziert und anschliessend geschmolzen, während bei dem anderen die Eisenerze erhitzt und geschmolzen und anschließend mit Hilfe eines festen Reduktionsmittels reduziert werden. Typisch für das erste Verfahren ist das Hochofenverfahren und für das zweite das Schmelz-Reduktionsverfahren.

Allerdings hat das Schmelz-Reduktionsverfahren den Nachteil, daß die Reduktion geschmolzener Eisenerze mit dem festen Reduktionsmittel eine beträchtliche endotherme Reaktion beinhaltet, was eine stabile Zufuhr von Wärme in das Reaktionsbad sehr schwer macht. Außerdem verursachen die geschmolzenen Eisenerze eine deutliche Erosion feuerfester Werkstoffe. Es gibt also kein bekanntes Verfahren, welches eine dem Hochofenverfahren vergleichbare Produktivität und Wirtschaftlichkeit ermöglicht.

Wie das Hochofenverfahren ist auf der anderen Seite ein Herstellungsverfahren, bei dem Eisenerze mittels Gas reduziert und anschließend geschmolzen werden, insofern vorteilhaft, als die Gasreduktion von Eisenerzen eine bestimmte exotherme Reaktion ist, die stabil vor sich geht, und daß die Schmelze eine verringerte Menge an Eisenoxiden enthält, so daß es im Vergleich zum Schmelz-Reduktionsverfahren keine oder nur geringe Schwierigkeit durch Erosion feuerfester Stoffe gibt. Außerdem hat das Hochofenverfahren einen sehr hohen Wärmewirkungsgrad, weil die

Gasreduktion und das Schmelzen von Eisenerzen im.gleichen Behältnis durchgeführt wird und der Energieverbrauch verringert werden kann, wenn ein als Nebenprodukt entstehendes Gas für andere Zwecke gewonnen wird.

Es ist jedoch auch bekannt, daß das Hochofenverfahren die Verwendung von hochgradigem Koks, beispielsweise von großer Festigkeit oder geringem Reaktionsvermögen erfordert, um eine gute Permeabilität im Ofen und ein stabiles Absinken der Begichtung im Ofen zu erhalten. Die Herstellung dieser Koksarten erfordert unweigerlich, daß Kohle von hoher Qualität zugeführt und viel Energie bei der Verkokung aufgewandt werden muß.Auch sollten die agglomerierten Eisenerze, die zur Verwendung gelangen, hohe Festigkeit haben und sich durch ihre Erweichungseigenschaften bei hohen Temperaturen auszeichnen.

Es besteht zunehmend größerer Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung von Roheisen mit einer dem Hochofenverfahren vergleichbaren Produktivität und Wärmewirksamkeit und der gleichzeitigen Möglichkeit, Einsatzstoffe von geringer Qualität zu verwenden. Ein derartiges Verfahren ist von großer Bedeutung, wenn man die Zukunft natürlicher Rohstoffe bedenkt, und es sind /■"* schon viele Versuche unternommen worden, ein neues Verfahren zu entwickeln.

Beim Verfahren zur Herstellung von Gas durch das Verbrennen fester Brennstoffe, wie Koks und Kohle ist im allgemeinen der Vergasungswirkungsgrad umso höher je höher die Reaktionstemperatur ist. Mit dem bekannten Vergasungsofen ist es jedoch nicht möglich₍ eine Hochtemperaturverbrennung durchzuführen, da bei steigender Reaktionstemperatür die entstehenden Aschen in eine Schmelze verwandelt werden, die nur sehr schwer zu behandeln ist. Ein typisches Beispiel des erwähnten Vergasungsverfahrens ist das Lurgi-Verfahren, für das ein unter Druck betriebener Ofen mit statischem Bett benutzt wird. Das Lurgi-Verfahren zeichnet sich durch die Verwendung des genannten Ofens aus und

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hat den Vorteil, daß die Vergasungstemperatur nicht höher ist als 1100° C. Außerdem ist die Entfernung von Aschen verhältnismäßig einfach, und die erzeugte Staubmenge ist wesentlich geringer als im Fall eines Ofens mit Wirbelbett usw. Allerdings hat dies Verfahren folgende Nachteile: Die Methanausbeute ist gering, was dazu führt, daß die Methanisierung erheblich belastet ist, so daß kein Gas von hohem Heizwert erhalten werden kann. Es wird weder Peinkohle noch Kokskohle verwendet. Es gibt Schwierigkeiten, wenn die Anlage im Maßstab vergrößert werden muß und dgl. In diesem Zusammenhang sei daran erinnert, daß die Verbrennungstemperatur beim Lurgi-Verfahren nur 1100° C beträgt, so daß der Wirkungsgrad der Vergasung folglich gering ist und das entstehende Gas einen COg-Gehalt von ca. .30 % hat, also ziemlich reich an CO₂ ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung (einen Schmelz-Vergasungsofen) zur Erzeugung eines redu-.zierenden Heißgases in situ zum Schmelzen reduzierten Eisens und zur Gewinnung des Beduktionsgases zu schaffen.

Aufgabe der Erfindung ist auch die Schaffung eines Verfahrens zum Herstellen von Roheisen, welches durch Gewinnung eines nützlichen Reduktionsgases, das als Nebenprodukt anfällt, bei gutem Wirkungsgrad eine Verringerung des Gesamtenergieverbrauchs ermöglicht.

Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Roheisen, ausgehend von Eisenerzen zu schaffen, bei dem zunächst reduziertes Eisen erzeugt und dann mit Hilfe eines Reduktionsgases geschmolzen wird, welches in dem Schmelz-Vergasungsofen entsteht, wobei Energie gespart und das Koksverhältnis verringert werden kann und Einsatzstoffe von geringer Qualität verwendbar sind.

Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur wirtschaftlichen Herstellung eines hauptsächlich

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aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff zusammengesetzten Reduktionsgases durch Verwendung eines hauptsächlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff zusammengesetzten Brennstoffs, beispielsweise eines Festbrennstoffs_#. wie Kohle und Koks zu schaffen.

Sofern in der vorliegenden Beschreibung nichts anderes angegeben ist, soll der Ausdruck "reduziertes Eisen" auch halbreduziertes Eisen umfassen. Der Ausdruck "Schmelz-Vergasungsofen" beschreibt insgesamt einen Ofen, der im wesentlichen dazu bestimmt ist, in situ mittels Sauerstoff einen Brennstoff zu einem reduzierenden Heißgas zu vergasen, um reduzierteis Eisen mit Hilfe einer Kokseinsatzschicht zu schmelzen und das Reduktionsgas zu gewinnen, wenn nicht in der vorliegenden Offenbarung etwas anderes angegeben ist.

Anders als die genannten herkömmlichen Verfahren sieht die Erfindung vor, in einem Schmelz-Vergasungsofen eine Brennstoffmenge, die hauptsächlich Kohlenstoff und Wasserstoff aufweist, mittels Sauerstoff zu einem hauptsächlich aus CO und H₂ zusammengesetzten reduzierenden Heißgas zu verbrennen und zu vergasen und unter Ausnutzung der Eigenwärme des genannten Heißgases reduziertes Eisen mit Hilfe einer Kokseinsatzschicht in geschmolzenes Eisen zu überführen. . .

Im einzelnen arbeitet das (erste) Verfahren zum Herstellen von Eisenschmelze gemäß der Erfindung mit dem Schmelz-Vergasungsofen, der mit einer Kokseinsatzschicht versehen ist, die Hohlräume enthält, in denen das Gas im Gegenstrom zum geschmolzenen Eisen und zur Schlacke strömt, und die Kokseinsatzschicht an ihrer Oberseite eine Menge ungeschmolzenes Eisen enthält. Dabei wird ein Brennstoff, der hauptsächlich Kohlenstoff und Wasserstoff aufweist, mittels Sauerstoff und wahlweise=Wasserdarapf im unteren Bereich der Kokseinsatzschicht verbrannt und vergast, um ein Heißgas zu erzeugen, welches hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff aufweist. Das Heißgas wird veranlaßt, durch die Kokseinsatzschicht anzusteigen und das reduzierte Eisen zu schmelzen, und anschließend wird das Heißgas zurückgewonnen.

Die durch das Schmelzen des reduzierten Eisens entstehende Eisenschmelze und die eisenoxidhaltige Schlacke werden veranlaßt, in Gegenstromberuhrung mit dem durch die Kokseinsatzschicht nach oben strömenden Heißgas abwärtszufließen, und auf diese Weise wird geschmolzenes Roheisen erhalten.

Bei der Gegenstromberuhrung werden die Eisenoxide und andere Metalloxide in der Schlacke durch Koks reduziert und der Kohlenstoff des Kokses in der Eisenschmelze gelöst. Das entstehende geschmolzene Roheisen und die Schlacke sammelt sich im untersten Bereich des Schmelz-Vergasungsofens zum Abstich.

Der (erste) Schmelz-Vergasungsofen zum Durchführen des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens, welches auf die Herstellung geschmolzenen Roheisens und die Vergasung des Brennstoffs abgestellt ist, weist folgendes auf:
einen Ofenhauptkörper,

einen oberen Einlaß für die Begichtung von reduziertem Eisen, Koks und Hilfseinsatzstoffen und einen Gasauslaß, wobei Einlaß und Auslaß im oberen Teil des Ofenhauptkörpers angeordnet sind, Auslässe für den Abstich von geschmolzenem Roheisen und Schlacke im unteren Teil des Ofenhauptkörpers, eine Kokseinsatzschicht, die im Hauptteil des Ofenhauptkörpers vorgesehen ist und Hohlräume enthält, durch die Gas in Gegenstromberuhrung mit Eisenschmelze und Schlacke fließt, und die an ihrer Oberseite einen ungeschmolzenen Vorrat an durch den Einlaß eingefülltem Material enthält,

eine Blasform oder Blasformen zum Einblasen von Sauerstoff, Brennstoff, der hauptsächlich Kohlenstoff und Wasserstoff aufweist, land gegebenenfalls einem Schlackebildner und/oder Wasserdampf die in der Seitenwand an einer dem unteren Bereich der Kokseinsatzschicht entsprechenden Stelle vorgesehen ist bzw. sind, und

eine Verbrennungszone oder Verbrennungszonen, die vor der Blasform bzw. den Blasformen angeordnet ist bzw. sind, einenSchmelzbereich, der auf der Kokseinsatzschicht abgestützt ist und einen Vorrat an reduziertem Eisen, Koks und Hilfsein-

-Ersatzstoffen aufweist, die durch den Einlaß an der Oberseite eingeführt wurden, sowie

ein Gestell, welches im untersten Bereich des Ofenhauptkörpers ausgebildet ist.

Das zweite Verfahren gemäß der Erfindung ist eine Abwandlung des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Vergasung von Brennstoff im wesentlichen außerhalb des Außenumfanges des unteren Bereichs der Kokseinsatzschicht erfolgt.

Der zum Durchführen des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens konstruierte Ofen hat eine Mittelöffnung bzw. Öffnungen in der Seitenwand oberhalb der Blasform bzw. Blasformen, durch die Festbrennstoff und gegebenenfalls Schlackebildner usw. eingeführt werden, und eine Verbrennungszone bzw. Verbrennungszonen, die aus einer Charge Pestbrennstoff gebildet ist bzw. sind und im wesentlichen außerhalb des Außenumfangs des unteren Bereichs der Kokseinsatzschicht vorgesehen ist bzw. sind.

Das dritte und vierte Verfahren gemäß der Erfindung (für die Vergasung von Brennstoff) ist grundsätzlich analog zum ersten bzw. zweiten Vergasungsverfahren, bei dem die vom Brennstoff verbleibende Asche geschmolzen und verschlackt wird und gemeinsam, d.h. mit Hilfe von Eisenschmelze nach unten fließt, und sich die entstehende Eisenschmelze und Schlacke im untersten Bereich des Ofens für den Abstich ansammelt. Diese abgewandelten Verfahren eignen sich am besten für die Vergasung von Festbrennstoffen wie Kohle, Koks usw. und werden unter Verwendung des ersten oder zweiten Schmelz-Vergasungsofens durchgeführt. Das erhaltene Reduktionsgas ist ein Heißgas, welches hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff aufweist und als Brennstoff, Reduktions- oder Zufuhrgas als Rohmaterial verwendbar ist.

Das fünfte oder sechste Verfahren gemäß der Erfindung sieht die Verwendung einer Kombination des ersten oder zweiten Schmelz-Vergasungsofens mit einem Schachtreduktionsofen (erstes oder

ίο

zweites Verfahren) vor, wobei das aus dem Schmelz-Vergasungs«. ofen gewonnene Reduktionsgas in den Schachtreduktionsofen eingeführt wird, in welchem Eisenerze zu reduziertem Eisen reduziert werden, und das reduzierte Eisen dem Schmelz-Vergasungsofen zugeführt wird, in welchem es zu geschmolzenem Roheisen . umgewandelt wird. Der Schachtreduktionsofen kann entweder mit beweglichem oder mit statischem Bett arbeiten.

Mit dem fünften und sechsten Verfahren kann Eisenschmelze mit. einer Energiemenge, die der im Hochofenverfahren benötigten entspricht oder geringer ist, und unter Verwendung einer Beschickung aus Einsatzstoffen deren Qualität und/oder Güte geringer ist als die für Hochofenverfahren nötige und mit einem im Vergleich zu diesem Verfahren niedrigeren Koksverhältnis geschaffen werden.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß verwendeten Schmelz-Vergasungsofensι

Fig. 2 einen Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel eines Schmelz-Vergasungsofens;

Fig. 3 ein Fließschema zur Erläuterung der Herstellung von Roheisen mit einer Kombination aus einem Schmelz-Vergasungsofen und einem Schachtreduktionsofenj

Fig. ^- ein Fließschema ähnlich Fig. 3 unter Verwendung des Schmelz-Vergasungsofens gemäß Fig. 2f

Fig. 5-einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel

eines Schmelz-Vergasungsofens; ..""-■■

Fig. 6 eine graphische Darstellung des Verhältnisses verschiedener Parameter, einschließlich der Menge an Koks,

".-..- Kalkstein, hergestelltem Roheisen, erzeugtem Gas und Verbrennungsgas pro Nm^ an O₂, die entsprechend der zugeführten Menge Kohle unterschiedlich sind.

Erster Schmelz-Vergasungsofen und Verfahren.

Eine Kokseinsatzschicht trägt an ihrer Oberseite eine Menge reduzierten Eisens, welches durch aufsteigendes Heißgas geschmolzen wird, wobei die Eigenwärme des Heißgases wirksam ausgenutzt wird. Die Kokseinsatzschicht soll das reduzierte Eisen auf hohem Niveau halten und eine zufriedenstellende Eisenschmelze erzeugen, wenn sowohl die durch das Schmelzen des reduzierten Eisens entstehende Eisenschmelze als auch die eisenoxidhaltige· Schlacke durch die Kokseinsatzschicht im Gegenstrom zum aufsteigenden Heißgas, welches Eisenoxide reduziert und Eisenschmelze aufkohlt, nach unten fließt.

Gemäß der Erfindung wird der hauptsächlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff zusammengesetzte Brennstoff mittels Sauerstoff und wahlweise Wasserdampf zu einem Verbrennungsgas vergast, welches hauptsächlich oder vorzugsweise im wesentlichen aus CO und H~ besteht. Die Gründe hierfür sind folgende:

1. Das erzeugte Gas ist ein Heißgas von hohem'Heizwert und ein Reduktionsgas, welches hauptsächlich aus CO und Hp besteht. Die Vierwendung von Luft ist deshalb nicht bevorzugt, weil das dabei entstehende Gas einen hohen Np-Gehalt {%) erhält. Die Gewinnung und weitere Nutzung dieses heißen Reduktionsgases trägt

^ viel zur Verbesserung des Nutzeffektes der Gesamtenergie bei.

2. Wenn Sauerstoff verwendet wird, kann ein Gas erhalten werden, das eine ausreichend hohe Temperatur zum Schmelzen reduzierten Eisens hat und in den Ofen mit normaler Temperatur eingeblasen wird. Die Verwendung von Luft hingegen erfordert eine Vorerwärmung bei ca. 500° C oder mehr.

3. Wasserdampf wird nach Bedarf zum Steuern der Temperatur des erzeugten Gases verwendet und ist verantwortlich für eine Zunahme des Wasserstoffgehaltes des erzeugten Gases, wenn ein kohlenstoffreicher Brennstoff, wie Kohle oder KoKs verwendet wird.

Der Ausdruck "Brennstoff" bezieht sich auf Festbrennstoffe, wie Kohle oder Koks, Flüssigbrennstoffe, wie Schweröl oder Teer und

gasförmige Brennstoffe, wie Erdgas, Kokereigas und dgl. Vorzugsweise wird als Brennstoff Kohle, Koks (insbesondere pulverisierte Kohle, Gruskoks) usw., d.h. ein Pestbrennstoff verwendet.

Wenn als Brennstoff Kohle verwendet wird, hat das in den Verbrennungszonen entstehende Heißgas, welches hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht, folgende Zusammensetzung: CO: 60 - 75 %t. H₂: 25 - 35 % und GO₂ plus N₂: ca. 5 %.

Es sei allerdings erwähnt, daß die Zusammensetzung des Heißgases je nach den verwendeten Mengen an Brennstoff und eingeblasenem Wasserdampf usw. mehr oder weniger stark schwanken kann. Die maximalen Temperaturen in den Verbrennungszonen liegen im Großenordnungsbereich von 2000 bis 2500° C, üblicherweise um 2300° C. In diesem Fall hat das nach dem Schmelzen von reduziertem Eisen gewonnene Gas einen CO-Gehalt, der etwas über dem des genannten Heißgases liegt (welches in den Verbrennungszonen erzeugt wird) und ist z.B. wie folgt zusammengesetzt CO: 65 - 80 %_t CO₂ ρίμβ N₂: 5 % und H₂: 20 - 30 %. Das gewonnene Gas sollte eine Temperatur haben, die normalerweise von 900 bis 1000° C reicht, vorzugsweise um 950 C liegt, je nach der Temperatur der Beschickung, den Betriebsbedingungen und weiteren Faktoren. Das so gewonnene Heißgas von hohem Heizwert wird mit Vorteil in anschließenden Verfahren als Reduktionsgas, Brenngas oder Gas für chemische Stoffe und dgl. eingesetzte

Meistens fließt die entstehende Eisenschmelze durch die Kokseinsatzschicht (die als Wärmebereich dient) mit einer Temperatur von 1500 bis l600° C nach unten und ist üblicherweise wie folgt zusammengesetzt - C: 4,5 %_t Si: 0,2 %_t Mn: 0,2 %, P: 0,12 % und

Rest Fg
S: 0,03 /i,/(bei Verwendung pulverisierter Kohle als Brennstoff und halbreduzierten Eisens als Beschickung). Während die Eisenschmelze· durch die Kokseinsatzschicht nach unten fließt, wird sie von der Schlacke entschwefelt, deren Basizität auf einen geeigneten Wert eingestellt wird (ca. 1,0 bis l,5)_f um dann

schließlich in einem Gestell gesammelt zu werden, welches im untersten Bereich des Ofenhauptkörpers gebildet ist und die untere Zone der Kokseinsatzschicht umfassen kann.

Die Ofenbeschickung ist reduziertes Eisen, und es wird zusätzlich Koks nachgefüllt, um den Koksverlust der Kokseinsatzschicht wieder aufzufüllen, und es wird eine gegebene Menge eines Schlackebildners (Flußmittel), z.B. Kalkstein, der nachfolgend zu den Zuschlagen gerechnet wird, zum Einstellen der Fließfähigkeit und Basizität der Schlacke hinzugefügt. Zu den Zuschlagen gehören weitere bekannte Zusätze, die für die Herstellung von Roheisen verwendet werden.

In dem Schmelz-Vergasungsofen gemäß der Erfindung wird mit Vorteil ein reduziertes Eisen verwendet, welches eine Metallisierung bzw. einen Metallgehalt (M.Fe/T.Fe - metallisches Eisen/ Gesamteisen) von ca» 75 % oder mehr hat und ein Gemisch aus reduziertem Eisen mit Erzen sein kann.

Als Sauerstoff dient vorzugsweise reiner Sauerstoff (Reinheit 99 % oder mehr), obwohl aus wirtschaftlichen und anderen Gründen auch industrieller Sauerstoff mit einem Sauerstoffgehalt von 96 bis 97 % oder selbst ca. 90 % oder mehr verwendet werden kann.

Die Hohlräume oder Zwischengitterräume in der Kokseinsatzschicht können von einer Art sein, daß das ansteigende Heißgas, in Gegenströmungsberührung mit der abwärts fließenden Eisenschmelze gelangt, die durch das Schmelzen von reduziertem Eisen und eisenoxidhaltiger Schlacke gebildet ist. Der verwendete Koks kann einen Durchmesser von 30 mm oder mehr haben, eine Größe, die je nach der Größe des verwendeten Ofens, den Betriebsbedingungen und weiteren Faktoren veränderlich ist. Die Höhe der Kokseinsatzschicht wird unter Berücksichtigung der Aufkohlung des geschmolzenen Eisens, d.h. der Auflösung von Kohlenstoff des Kokses in der Eisenschmelze, der Reduktion der Oxide in der Schlacke und weiterer Faktoren bestimmt und kann, gemessen von

der Höhe der Blasformen von ca. K bis 5 m betragen, wenn der Ofen eine tägliche Produktionskapazität von 2000 Tonnen hat.

Die Kokseinsatzschicht ist ausreichend fest,- um an ihrer Oberseite die Beschickung aus reduziertem Eisen, Koks und Zuschlagen, wie Kalkstein usw. zu halten und nimmt den Hauptbereich des Ofens in Anspruch. Es sei noch erwähnt, daß auch Halbkoks verwendet werden kann.

Vor der Blasform bzw. den Blasformen, die vorzugsweise radial in der Ofenseitenwand im unteren Bereich der Kokseinsatzschicht gebildet sind, ist eine Anzahl Verbrennungszonen oder Zonen für die Vergasung von Brennstoff geschaffen. Die Temperatur in den Verbrennungszonen wird durch eine durch die Blasformen eingeführte Wasserdampfmenge auf gegebene Werte gesteuert.

Im horizontalen Querschnitt hat die Kokseinsatzschicht je nach dem Querschnitt des Ofens möglicherweise die Form eines Kreises oder Polygons. Außerhalb jeder Verbrennungszone mündet die Blasform, durch die Brennstoff und Sauerstoff und nötigenfalls Dampf sowie gegebenenfalls ein Schlackebildner, wie pulverisierter Kalkstein eingeblasen wird.

Die Kokseinsatzschicht trägt eine Last von ihrem oberen Bereich in der Mitte ihres unteren Bereichs und ist mit Hohlräumen versehen, deren Größe es sowohl dem Gas als auch der Schlacke ermöglicht hindurchzufließen. Im untersten Bereich des Ofens ist ein Gestell vorgesehen, in welchem sich Eisenschmelze und Schlakke ansammeln.

Die Kokseinsatzschicht bildet die Wände der Verbrennungszonen und wird bei der Verbrennung und Vergasung des Brennstoffs aufgebraucht. Deshalb wird im allgemeinen eine zusätzliche Koksmenge durch den Einlaß an der Oberseite gemeinsam mit frischem reduziertem Eisen nachgefüllt.

Wenn nötig wird ein Schlackebildner, z.B. Kalkstein durch den Einlaß an der Oberseite eingeführt, um die Basizität, das Fließvermögen, die Entschwefelungswirkung usw. der Schlacke einzustellen.

Die Kokseinsatzschicht erreicht normalerweise in ihrem unteren Bereich eine Temperatur von ca. 1800 - 2000° C und in ihrem oberen Bereich eine Temperatur von ca. 1600 - I650 C. Das reduzierte Eisen und der Koks wird entweder abwechselnd oder als Gemisch durch die Gicht des Ofens von oben zugeführt, um eine Schicht aus reduziertem Eisen (oder im Gemisch mit Koks) an der Oberseite der Kokseinsatzschicht zu bilden und dann allmählich durch das aufsteigende Heißgas geschmolzen zu werden. Das gewählte reduzierte Eisen kann eine Korngröße von 5 mm oder mehr haben, um eine gute Durchlässigkeit zu gewährleisten und seine Mitnahme durch die Gasströmung zu vermeiden.

Wenn die oben beschriebene grundlegende Anordnung gewählt wird, gelten die in den Beispielen 1 und 2 angegebenen grundlegenden Parameter für das erste Verfahren gemäß der Erfindung (reiner Sauerstoff, pulverisierte Kohle als Brennstoff und halbreduziertes Eisen als Ausgangsbeschickung).

Im Betrieb kann der Druck im Ofen eine niedrige Höhe von z.B.

1 kg/cm oder mehr haben, wenn der Druck für die weitere Verwendung des gewonnenen Gases vernachlässigt wirdi er kann aber 'für die üblichen Zwecke zwischen 3 und 5 kg/cm schwanken.

Mit der Erfindung kann also ein Brennstoff, der hauptsächlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff zusammengesetzt ist, wie Kohle oder Schweröl mittels Sauerstoff und, nötigenfalls Wasserdampf vergast werden, um reduziertes Eisen an der Oberseite einer Kokseinsatzschicht zu Schmelzeisen zu schmelzen und ein Heißgas zu gewinnen, welches hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff zusammengesetzt ist. Die Erfindung ist nicht nur für das Schmelzen von reduziertem Eisen usw. wirksam sondern auch geeignet für die Verwendung von Brennstoff, wie Kohle, die

-Indirekt verbrannt und vergast wird. Außerdem wird das gewonnene Gas in vorteilhafter Weise für weitere Zwecke verwendet.

Von dem bekannten Hochofenverfahren unterscheidet sich die Erfindung dadurch, daß eine größere Menge Brennstoff, z.B. pulverisierte Kohle, Teer oder Schweröl durch reinen Sauerstoff vergast wird, um reduziertes Eisen zu schmelzen. Weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend aufgeführt.

1. Ca. 60 % oder mehr des gesamten Brennstoffeinsatzes kann ein anderer Brennstoff als Koks sein.

2. Durch die Blasformen können größere Mengen pulverisierter Kohle und anderer Brennstoffe geblasen werden.

3. Die Koksreaktion wird nicht verschlechtert, da das Schmelzen von (halb) reduziertem Eisen angestrebt wird. Das ermöglicht die Verwendung von Koks geringer Festigkeit.

k. Es kann auch Halbkoks verwendet werden. Dabei kann ein HaIbköksprodukt als solches verwendet werden, das den Schritt der Herstellung von noch damit gemischtem reduziertem Eisen verläßt.

5. Der verwendete Ofen hat einen einfachen Aufbau und geringe Größe.

6. Der Schwefelgehalt in der Eisenschmelze kann auf 0,03 % oder weniger gehalten werden, da die Zusammensetzung der Schlacke durch Zusatz eines Schlackebildners, wie Kalkstein usw. steuerbar ist.

7. Der Wärmewirkungsgrad des Verfahrens ist durch den Wärmeaustausch im Gegenstromverfahren zwischen dem heißen Verbrennungsgas und der Eisenschmelze und Schlacke,der mit Hilfe der Kokseinsatzschicht, d.h. durch dieselbe erfolgt, erhöht.

8. Praktische Untersuchungen haben gezeigt, daß sich das resultierende COp auf 1 - 2 % im gewonnenen Gas beläuft (durch die Blasformen geblasener Kohlenstaub; O„ : ..Kohlenstaub

ο ι ■ ■■ -

verhältnis = 1 Nnr:l kg).

Die Erfindung soll anhand der folgenden Beispiele noch näher erläutert werden. Die Beispiele beziehen sich auf erfindungsgemäß konstruierte Pfen oder Systeme oder berechnete Betriebsda-

die

ten,/für die praktische Verwendung auf der Basis von Testergebnissen hochgerechnet wurden.

Beispiel 1

Der in Fig. 1 gezeigte Ofen 1 hat einen Einlaß 2, durch den halbreduziertes Eisen und Koks eingeführt wird, sowie einen Gasauslaß 3 im oberen Bereich, in der Seitenwand eine Vielzahl von Blasformen k zum Einblasen von Sauerstoff und Wasserdampf sowie pulverisierter Kohle und gegebenenfalls pulverisierten Kalksteins, und im unteren Bereich Auslässe 5 und 6 für Eisenschmelze bzw. Schlacke. Der Ofen 1 ist im wesentlichen zylindrisch und hat in seinem unteren Teil einen etwas größeren Durchmesser, während in seinem oberen Teil der Einlaß 2 und der Gasauslaß 3 angeordnet ist. Die Blasformen h sind in der Seitenwand des oberen Teils des Ofens mit dem größeren Durchmesser vorgesehen, während der Auslaß 5 für die Eisenschmelze (Abstichloch) und der Auslaß 6 (Schlackenstich) von oben gesehen in der Seitenwand des Ofens unterhalb der Blasformen k ausgebildet ist.

Der Ofen 1 wird durch seinen Einlaß 2 an der Oberseite mit einer Koksmenge begichtet, nachdem zuvor eine Kokseinsatzschieht b eingefüllt wurde, die Hohlräume aufweist. Auf dieser Kokseinsatzschieht b wird eine Schicht a angeordnet, die eine Menge reduzierten Eisens in ungeschmolzenem Zustand enthält, während sich unterhalb der Kokseinsatzschieht b eine geschmolzene Schlackeschicht c und eine geschmolzene Eisenschicht d befindet. Vor den Blasformen befindet sich im unteren Bereich aer Kokseinsatzschieht eine Vielzahl von Verbrennungszonen e.

Der Ofen hat typischerweise die folgenden Abmessungen: Innendurchmesser der Blasformen: 190 mm Anzahl Verbrennungszonen vor den Blasformen: h Innendurchmesser im oberen Bereich der Kokseinsatzschieht: k m Innendurchmesser .im unteren Bereich der Kokseinsatzschieht: 6 m Abstand zwischen.der Schicht des aufgegebenen reduzierten Eisens

- γι -

und der Höhe der Blasformen: 5m.

Durch die Blasformen b werden Sauerstoff 9 und Peinkohle 10 in den Ofen 1 geblasen, und reduziertes Eisen 7 und Koks 8 (mit einer Teilchengröße von ^O mm oder mehr) wird gemeinsam mit Kalkstein 13 durch den Einlaß 2 an der Oberseite zugeführt. Der Ofen arbeitet mit einem Innendruck (innerhalb der Verbrennungszonen) von'5 kg/cm . Das erzeugte Gas 12 wird durch den Gasauslaß 3 gewonnen, und die Eisenschmelze mit einer Temperatur von 1500° C wird durch den im Gestell vorgesehenen Auslaß 5 abgegeben. Die Schlacke wird gelegentlich durch den Auslaß 6 abgeführt. In der folgenden Tabelle 1 sind die Betriebsdaten, die die Mengen zu verwendender Stoffe und Brennstoffe angeben, sowie die erhaltenen Produkte zusammengefaßt.

Das reduzierte Eisen 7 hat eine Korngröße von 5 bis 15 mm und einen Metallgehalt (M.Fe/T.Fe) von 90 %, der verwendete Sauerstoff hat eine Reinheit von 99 %, der verwendete Koks hat einen festen Kohlenstoffgehalt von 88,9 % und einen-Aschegehalt von 10,6 %_t und die pulverisierte Kohle hat einen Kohlenstoffgehalt von 52,1 %_t einen Verflüchtigungsgehalt von 30 %_y, einen Aschegehalt von 15»0 % und einen Feuchtigkeitsgehalt von 2,2 %. Die Zusammensetzung des reduzierten Eisens geht aus Tabelle 2 hervor. ·

Tabelle 1
Betriebsdaten (pro 1 Tonne Fe in Eisenschmelze)

Sauerstoff 3 73,2 Nm³ )

Kohlenstaub ^56,1 kg \ durch Blasformen k geblasen Kalksteinpulver 108,9 kg )

Reduziertes Eisen 1288,8 kg) _{durch Einlaß}-₂ eingeführt

Koks 241,2 kg?

3A

Gewonnenes Gas

CO
CO,

< H

Temperatur

Heizwert

ßohei senschmelze C
Si

Mn.

( S
Schlacke

1209,7 Nm³

7 ζ Il ⁰L (Jf^ 7°

1,9 %

22,3 %

0,4 % durch Gasauslaß 3 gewonnen

950 ⁰C

2850

1048 4 % 0,2 % 0,2 % 0,12 % 0,03 % 408,8 kg

kcal/Nmkg durch Auslaß 5 abgeführt

Basizität 1,2

Zusammensetzung

Tabelle

T.Pe PeO M.Fe 77,6 10 69,8 SiO₂ 7,06

CaO 6,89

Beispiel 2

Ein Ofen ähnlich dem Ofen 1 gemäß Beispiel 1 wird hauptsächlich mit reduziertem Eisen (M.Fe/T.Fe:85 %) und Halbkoks (81,5 % fester Kohlenstoffgehalt, 8 % Verflüchtigungsgehalt und 10,5 % Asche) betrieben. Zusätzlich wird Wasserdampf durch die Blasformen eingeblasen. Die Ergebnisse gehen aus Tabelle 3 hervor.

Sauerstoff

Kohlenstaub

Wasserdampf

Tabelle 328 Nm³/t«Fe 393,5 kg/t-Fe 7,2 kg/t·Fe

Reduziertes Eisen 1349 kg/t-Pe Halbkoks 205 kg/t-Fe erhaltene Eisenschmelze 1050 kg

C 4,5 %

Si 0,2 %

Mn 0,2 %

P 0,12 %

S 0,03 #

Temp. 1500° C

Gewonnenes Gas GO CO₂ H₂ N₂ Temperatur' Heizwert

1082 Nm³/t«Fe Schlackemenge 38? kg

67,6 %

2,0 % halbreduziertes Eisen

30,0 % T.Pe 74,15 %

0,4 % M.Pe 63,03 %

PeO 14,3 %

950 2813

kcal/Nm³ SiO,

CaO

6,8 % 10,2 %

Zweiter Schmelz-Vergasungsofen und Verfahren. Das zweite Verfahren gemäß der Erfindung ist eine Abwandlung des ersten Verfahrens, bei dem die Vergasung von Brennstoff in einer Verbrennungszone bzw. in Verbrennungszonen erfolgt, die im wesentlichen außerhalb des unteren Bereichs der Kokseinsatzschicht liegen. Der für die Durchführung des zweiten Verfahrens ausgelegte Ofen hat eine mittlere Öffnung bzw. Öffnungen in der Ofenwand oberhalb der Blasform bzw. Blasformen, durch die Festbrennstoff und gegebenenfalls ein Schlackebildner usw. eingeführt wird. In einer Schicht des durch die mittleren Öffnungen eingeführten Festbrennstoffs (nachfolgend als "Pestbrennstoffcharge" bezeichnet), die im wesentlichen außerhalb des unteren Bereichs der Kokseinsatzschicht liegt, ist eine Verbrennungszone bzw. Verbrennungszonen gebildet.

Fig. 2 zeigt schematisch einen zweiten Schmelz-Vergasungsofen la, der gegenüber dem in Fig. 1 gezeigten₍ersten Ofen abgewan-. delt ist. Wie schon gesagt, hat der Ofen la eine Vielzahl mittlerer öffnungen 15, die oberhalb der Blasformen 4 in etwa waagrechten Wandbereichen eines Durchmessersprungs des Ofens ausgebildet sind und durch die Festbrennstoff, wie Koks oder Kohle, Schlackebildner, wie Kalkstein und dgl. eingeführt werden. Vor den Blasformen 4 sind mehrere Verbrennungszonen e in der durch die öffnungen 15 zugeführten Festbrennstoffcharge ausgebildet. Der durch die Öffnung 15 zugeführte Koks (d.h. Brennkoks) kann von der für Brennstoffe zur Verfügung stehenden Güte sein.

Als Festbrennstoff kann nur Kohle durch die Öffnungen 15 züge-

32160Ί9

- .20 -

führt werden. Es sollte jedoch darauf geachtet werden, dais die Pestbrennstoffcharge, d.h. die Kohleschicht g nicht durch Überhitzen hängen bleibt, indem Wasserdampf 11 durch die Öffnungen 15 in die Nähe derselben geblasen wird, wenn nötig.

Wie beim ersten Ofen kann pulverisierter Brennstoff, z.B. Kohlenstaub oder Gruskoks oder ein anderer flüssiger oder gasförmiger Brennstoff durch die Blasformen k nach Bedarf (jedoch bevorzugt) eingeblasen werden. Besonders bevorzugt ist das Einblasen von Kohlenstaub oder Feinkohle. Beim Einblasen von Kohlenstaub, Gruskoks usw. durch die Blasformen k wird gleichzeitig ein Schlackebildner 13^a» z.B. Kalkstein in Pulverform eingeblasen, um die rasche Schlackebildung zu fördern, das Pließvermögen zu verbessern und die Abgabe aus den Verbrennungszonen e zu erleichtern.

Das zweite Verfahren (Ofen) hat den zusätzlichen Vorteil, daß der Pestbrennstoff, z.B. Kohle, Koks und dgl. in größerer Menge als beim ersten Verfahren für die Vergasung verwendet wird, daß der Koksverbrauch im unteren Bereich der Kokseinsatzschicht geringer ist, weil die Verbrennungszonen aus Schichten g und von diesen umgeben gebildet werden, die mit dem durch die mittleren Öffnungen I5 zugeführten Festbrennstoff gefüllt sind.

Die genannten Verbrennungszonen werden wie folgt gebildet. Wenn zum Verringern des KoksVerbrauchs in Form von Kokskohle, Kohlenstaub verbrannt wird, indem Kohlenstaub gemeinsam mit Sauerstoff und Wasserdampf durch die Blasformen eingeblasen wird, erhält das Verbrennungsgas einen außerordentlich hohen Gehalt an CO₂ und H₂O, wenn die Verbrennungszonen nicht mit Koks oder Kohle gefüllt sind, was dazu führt, daß Koks aus der Kokseinsatzschicht durch Umsetzung verbraucht wird. Wenn die Verbrennungszonen mit Koks oder Kohle dicht gefüllt sind, wird hingegen der CO₂- und H₂O-Gehalt im Verbrennungsgas durch Umsetzung mit Koks oder Kohle in der Verbrennungszone zu CO und H₂-GaS umgewandelt, so daß ein hoher Heizwert erzielt wird. Allerdings bestehen in der Verbrennungszone Widerstände oder Hindernisse

-ZL-

gegen die Erzeugung eines Verbrennungsgasstroms und die im Stirnbereich der Öffnungen der Blasformen zu bildenden Laufbahnen werden so stark gestört, daß keine stabile Verbrennung sichergestellt ist. Beim zweiten Verfahren werden diese Schwierigkeiten überwunden, denn die Verbrennungszonen werden aus Koks oder Kohle (Pestbrennstoff) gebildet bzw. damit gefüllt, um ein Verbrennungsgas von hohem Heizwert zu erhalten. Außerdem werden in der Kokseinsatzschicht, die mit durch den Einlaß an der Oberseite zugeführtem Koks gefüllt ist, dessen Korngröße größer ist als die des Kokses in der Verbrennungszone, stirnseitige und untere Laufbahnen gebildet, um die Verbrennung zu stabilisieren und die Umsetzung des im Verbrennungsgas erzeugten CO₂ in den Verbrennungszonen mit Koks zu fördern, damit ein an CO reiches Gas mit außerordentlich niedrigem CO?- Gehalt erzeugt wird.

Die Kokseinsatzschicht b sollte durch Nachfüllen einer gegebenen Koksmenge durch den Einlaß 2 an der Oberseite stets konstant gehalten werden.

Die aus dem Pestbrennstoff, wie Koks, Kohle und dgl. in den Verbrennungszonen anfallende Asche wird mittels eines Schlacke-. bildners 13, z.B. Kalkstein oder Löschkalk, der den Verbrennungszonen von oben zugeführt wird, auf stabile Weise verschlackt und fließt durch die Verbrennungszonen nach unten zum Boden des Ofens. Durch wahlweises Regulieren des Verhältnisses an CaO, welches durch Wärmezersetzung von Kalkstein zu SiO₂* einem Hauptbestandteil der aus Koks, Kohle und dgl. entstehenden Asche hergestellt wird, kann das Kalksteinzufuhrverhältnis beispiels-. weise bis zu ca. 1,5 eingestellt werden.

Das Verbrennungsgas steigt auf durch die Kokseinsatzschicht, deren Korngröße 50 mm oder weniger beträgt, und schmilzt das reduzierte Eisen an der Oberseite derselben. Gleichzeitig fließt die sich bildende Schlacke durch die Kokseinsatzschicht zum Boden des Ofens nach unten. Hierzu ist unten im Ofen ein Gestell d ausgebildet, welches in einen oberen Teil zur Aufnahme der

Schlacke c, die aus dem reduzierten Eisen und der aus den Verbrennungszonen kommenden Asche resultiert, und einen unteren Teil unterteilt ist, der die Roheisenschmelze aufnimmt.

Der in Fig. 2 schematisch gezeigte Ofen la, d.h. der zweite Ofen zum Durchführen des zweiten Verfahrens ist ein schachtartiger Ofen mit einem Ofenhauptkörper, einer Vielzahl von Blasformen 4 in der Seitenwand, durch die Sauerstoff, Wasserdampf und Kohlenstaub eingeblasen wird, einer Vielzahl von mittleren Öffnungen 15 in der Seitenwand oberhalb der Blasformen zum Einführen von Festbrennstoff, wie Koks, Kohle, Kalkstein usw., einem Einlai3 2 an der Oberseite zur Begichtung mit dem Of'engang, der reduziertes Eisen 7, Koks 8 und dgl. umfaßt, sowie,mit einem Gasauslaß 3 im oberen Bereich und einem Auslaß 5 für Eisenschmelze sowie einem Auslaß 6 für Schlacke im unteren Bereich. Vor den Blasformen 4 ist eine Vielzahl von Verbrennungszonen e in Schichten g gebildet, die mit durch die mittleren Öffnungen 15 zugeführtem Koks, Kohle, Kalkstein und dgl.^gefüllt sind. In den Verbrennungszonen wird der durch die Blasformen eingeblasene Kohlenstaub gemeinsam mit der Koks- und Kohlebeschickung mit Hilfe von gleichzeitig durch die Blasformen 4 eingeblasenem Sauerstoff und Wasserdampf verbrannt. Vor den Verbrennungszonen befindet sich ein Heizbereich, der einen Teil, der Kokseinsatzschicht b aufweist, die mit durch den Einlaß 2 zugeführtem Koks gefüllt ist. Oberhalb des Heiz- oder Wärmebereichs befindet sich ein Schmelzbereich in der Schicht aus reduziertem Eisen, welches gleichfalls durch den Einlaß 2 zugeführt wurde. Das aus dem Heizbereich herabfließende_/geschmolzene Roheisen und die Schlacke sowie die in den Verbrennungszonen gebildete geschmolzene Asche wird im Gestell d aufgenommen.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß der Druck des Gases in diesem Ofen mittels eines Druckregulierventils einstellbar ist, welches an der vom Gasauslaß 3 wegführenden Gasgewinnungsleitung vorgesehen ist.

Mit diesem zweiten Verfahren gemäß der Erfindung kann ein reduzierendes Heißgas von außerordentlich niedrigem COp-Gehalt erzeugt und gewonnen werden, und bei Verwendung der Anordnung mit den Zonen zum Verbrennen von Koks, Kohle, Kalkstein und Kohlenstaub sowie dem Heizbereich in der Kokseinsatzschicht, d.h. dem Bereich vor den Verbrennungszonen, in dem das Gas mit der Schmelze in Gegenströmungsberührung tritt, kann die Eisenschmelze zu einem Roheisen umgewandelt werden, welches einen geringen Schwefelgehalt hat. Ferner kann durch Verwendung eines beweglichen Betts, dessen Inhalt momentan erneuert oder nachgefüllt werden kann, die Vergasung von Kohle und das Schmelzen von reduziertem Eisen kontinuierlich über eine lange Zeit hinweg durchgeführt werden.

Der zweite Ofen kann mit den folgenden unterschiedlichen Betriebsbedingungen gefahren werden.

Betrieb I. ·

Betrieb zur Umwandlung von durch den Einlaß an der Oberseite zugeführtem reduziertem Eisen zu pulverisiertem reduziertem Eisen. -

Obwohl· dieser Betrieb Änderungen, je nach dem Durchsatz unterliegt, mit dem Gas durch den Schmelzbereich fließt, besteht keine Möglichkeit, daß bei einer Gasströmungsgeschwindigkeit von 1 m/s körnchenförmiges^ reduziertes Eisen selbst mit einer Korngröße von 10 mm oder weniger vom Gas mitgerissen wird und durch den Gasauslaß austritt. Im Gegenteil, dies reduzierte Eisen wird rascher geschmolzen als zu Pellets verarbeitetes reduziertes Eisen, weil es eine so kleine Korngröße hat. Der erfindungsgemäße Ofen ist also für diesen Betrieb anwendbar. Wenn reduziertes Eisen mit kleinerer Korngröße verwendet wird, können zufriedenstellende Ergebnisse erhalten werden, wenn die erzeugte Gasmenge dadurch verringert wird, daß weniger Sauerstoff durch die Blasformen eingeblasen wird oder daß der Gasdurchsatz durch den Schmelzbereich herabgesetzt wird, indem der Druck im Ofen auf 5 kg/cm oder höher gehalten wird.

Betrieb II.

Der Ofen gemäß der Erfindung kann auch ohne Zufuhr von Koks und Kohle durch die mittleren Öffnungen betrieben werden, ü.h. in einem Zustand, bei dem die Verbrennungszonen nicht gefüllt sind. In diesem Fall ist es möglich, auf stabile Weise mit Hilfe der Wärmeabstrahlung aus dem unteren Bereich der Kokseinsatzschicht des Heizbereichs im Stirnbereich der Verbrennungszonen den durch die Blasformen zugeführten Kohlenstaub zu verbrennen.

Allerdings sollte in diesem Fall so viel Kohlenstaub wie möglich benutzt werden, da der einen Teil des Wärmebereichs bildende Koks von dem in den Verbrennungszonen erzeugten CO^-Gas verbraucht wird. Eine Erhöhung der Kohlenstaubmenge führt zu' einer beträchtlichen Verminderung der verbrauchten Koksmenge von bis zur Hälfte. Das liegt daran, da die Zufuhr' von Koks allein zum Heizbereich für die gewünschten Ergebnisse ausreichend ist.

Betrieb III.

Der Ofen gemäß der Erfindung ist auch anwendbar, wenn Kalkstein durch die Blasformen eingeblasen wird. Eei dieser Art von Betrieb wird statt der Zufuhr von Kalkstein usw. durch die mittleren Öffnungen oder zur Ergänzung der durch die mittleren Öffnungen zugeführten Kalksteinmenge Kalksteinpulver oder Löschkalk durch die Blasformen k eingeblasen. Das Kalksteinpulver schmilzt rasch und verbessert gemeinsam mit der aus Kohlenstaub resultierenden geschmolzenen Asche das Fließvermögen- der geschmolzenen Asche. Das führt dazu, daß eine geringere Menge Kalkstein verwendet werden kann, die im Vergleich zu der. Kalksteinmenge bei Zufuhr durch die mittleren Öffnungen um ca. 10 20 % geringer sein kann.

Betrieb IV.

Der Ofen gemäß der Erfindung ist auch anwendbar, wenn flüssiger Brennstoff, wie Schweröl, gasförmiger Brennstoff, wie Erdgas oder pulverförmiger Brennstoff, wie pulverisiertes Asphaltpech

als Brennstoff verwendet wird. Diese Brennstoffe, können als Ersatz für Kohlenstaub oder als Gemisch mit Kohlenstaub verwendet werden.

Bei Verwendung von Schweröl als Brennstoff ist es nötig, die durch die Blasformen eingeblasene Menge Wasserdampf zu verringern, da hier mehr Zersetzungswärme absorbiert wird als von Kohlenstaub, Die nötige Menge Schweröl ist jedoch geringer als die Menge Kohlenstaub, da Schweröl größere Mengen an Kohlenstoff und Wasserstoff enthält. Wenn Erdgas oder Asphaltpech verwendet wird, wird die durch die Blasformen zugeführte Was-· serdampfmenge so reguliert, daß das in den Verbrennungszonen erzeugte Gas eine Temperatur oberhalb von 1800° C behält.

Das zweite Verfahren gemäß der Erfindung soll nun anhand des Beispiels 3 näher erläutert werden.

Beispiel 3

In einer Ofenanordnung gemäß Fig. 2 wird unter Beachtung der folgenden Betriebsdaten Kohle vergast und reduziertes Eisen zu Roheisen geschmolzen. In Tabelle ^ ist die Zusammensetzung des verwendeten Kohlenstaubs, Koks und reduzierten Eisens aufgeführt, während Tabelle 5 die Zusammensetzung, Menge,- Temperatur usw. des erhaltene^ geschmolzenen Roheisens und der. gewonnenen Gase enthält,

Betriebsdaten

1. Ofenanordnung

Anzahl Verbrennungszonen (Blasformen): k Wirksame Höhe (vom Boden bis zum Gasauslaß): 10 m Durchmesser des Schmelzbereichs: 5 m
Wirksames Volumen des Ofens: 350 m?

2. Material- und Brennstoffbeschickung Sauerstoff: 28 kNm/Std.

Was se rdampf: 1 t/S td.

Kohlenstaub.: 28 t/Std.

Koks (Zufuhr durch mittlere Öffnungen 15): 10 t/Std,

Koks (Zufuhr durch Oberseiteneinlaß): 8 t/Std. Kohle· (Zufuhr, durch mittlere Öffnungen 15): 3 t/Std.' Kalkstein: 7 t/Std.
Reduziertes Eisen: 110 t/Std.
Druck im Ofen: 5 kg/cm

Tabelle 4
Kohlenstaub C: 75 #, H₂: 5 Ji

durch 200 mesh (74 /im). Sieb: 70 Ji

Koks (Zufuhr durch

mittlere Öffnungen 15) C: 88 %, Korngröße: 15 mm Koks (Zufuhr durch

Oberseiteneinlaß) C: 88 %, Korngröße: 50 mm Reduziertes Eisen Metallgehalt: 85 %_t CaO/SiO₂: 1,3

Korngröße: 10 mm

Tabelle 5 . ·

Geschmolzenes Roheisen C: 4,5 %, Si: 0,5 %% S: - 0,02 %

Temperatur: I5OO⁰ C ,,

Gewonnenes Gas CO: 76 %_f H2: 22 %, S: ^" 200 ppm (Teile

pro Million)

Temperatur: ca. 1000° C, Heizwert: ca. 2950 kcal/Nm3, Staubgehalt: - 10 g/Nm3

Gemäß der Erfindung wird ein Roheisen von hoher Qualität für die Stahlerzeugung erhalten, welches einen Kohlenstoff-Siliziumbzw. Schwefelgehalt von 4,5 %_t 0,5 % bzw. 0,02 % oder weniger hat und das erhaltene Gas von hoher Qualität hat einen Heizwert von ca. 2950 kcal/Nnr, einen Staubgehalt von 10 g/Nnr oder weniger und einen Schwefelgehalt von 200 ppm (Teile, pro Million) oder weniger, wie die Ergebnisse in Tabelle 5 erkennen lassen.

Vergasung von Brennstoff im Schmelz-Vergasungsofen. Drittes und viertes Verfahren.

Das erste und zweite Verfahren (der erste und zweite Ofen) ist für die Vergasung von Brennstoff und die Gewinnung des dabei entstehenden Gases gleichzeitig mit dem Schmelzen von reduziertem Eisen und der Erzeugung einer Eisenschmelze bestimmt. Die Öfen gemäß der Erfindung können aber auch hauptsächlich für die

Vergasung von Brennstoff verwendet werden.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel von Öfen, die für diesen Zweck ausgelegt sind.

Der in Fig. .5 gezeigte Ofen ähnelt grundsätzlich dem zweiten Ofen, denn er hat eine Vielzahl von Blasformen 4, eine Vielzahl von oberhalb der Blasformen 4 angeordneten Öffnungen 15 und eine Vielzahl von Verbrennungszonen e, die im wesentlichen außerhalb des unteren Bereichs der Kokseinsatzschicht b und vor den Blasformen 4 angeordnet und in Schichten g gebildet sind, die mit FestbrennstoffChargen durch die mittleren Öffnungen 15 gefüllt sind. Das erhaltene Gas ist wiederum ein reduzierendes Heißgas, welches hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff zusammengesetzt ist. Um eine wirksame Vergasung des Brennstoffs, wie Kohle zu ermöglichen, muß geschmolzene Asche entfernt werden, die bei Öfen gemäß dem Stand der Technik nicht ohne, weiteres abzuführen war. Gemäß der Erfindung wird die geschmolzene Asche von dem abwärtsströmenden geschmolzenen, reduzierten Eisen.mitgerissen und als Schlacke zusammen mit der Eisenschmelze aus dem Ofen abgeführt.

Die Verbrennungszonen e werden durch Einblasen von O₂ oder Wasserdampf durch die Blasformen 4 geschaffen. Durch die mittleren Öffnungen 15 werden gegebene Mengen Koks, Kohle und Kalkstein in die Verbrennungszonen e eingeführt, wo sie verbrannt werden. Das entstehende Heißgas strömt zum Schmelzen des reduzierten , Eisens mittels seiner Eigenwärme durch die Kokseinsatzschicht b nach oben, die Koks von geringem fieaktionsvermögen enthält. Das entstehende reduzierende heiße Verbrennungsgas, welches hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff zusammengesetzt ist, wird am Gasauslaß 3 gewonnen. Die in den Verbrennungszonen e gebildete, geschmolzene Asche, die CaO, einen Hauptbestandteil von Kalk, enthaltende Schmelze und das reduzierte Eisen, welches auf der Kokseinsatzschicht b geschmolzen wurde, fließt durch die Kokseinsatzschicht b nach unten in das Gestell d, um durch die Auslässe 5 bzw. 6 abgestochen zu werden.

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Die bei bekannten Verfahren zum Vergasen von Koks oder Kohle mittels O₂ oder Luft auftretenden Probleme sind gemäß de ^„,Erfindung dadurch vermieden, daß die Verbrennungszonen e mit koks- oder kohlehaltigen Schichten g gefüllt sind, so daß ein Gas von hohem Heizwert erhalten wird, und daß die Kokseinsatzschicht b, die Koks enthält, der in hohem Maße durchlässig ist aber geringes Reaktionsvermögen hat, im Frontbereich der Verbrennungszonen e gebildet ist, so daß eine stabile Verbrennung erhalten wird und das Verbrennungsgas geradewegs durch die Verbrennungszonen e strömt. Wenn das hauptsächliche Ziel die Vergasung von Brennstoff ist, so kann die 'Kokseinsatzschicht b anstelle von Koks Graphitkugeln aufweisen.

Mit dem ein statisches Bett aufweisenden Vergasungssystern gemäß der Erfindung kann ein Gas von hohem Heizwert erhalten werden, dessen Temperatur bis zu 2000° C beträgt. Hierzu erfolgt eine stabile Verbrennung einer nichtverkokenden Kohle oder von schwachem Koks, der durch Halbverkokung einer nichtverkokenden Kohle erhalten wird, die durch ein Bindemittel gehärtet ist. burch die Eigenwärme des erzeugten Heißgases kann außerdem reduziertes Eisen zu Eisenschmelze umgewandelt werden, die die Asche mitreißt, welche vom Koks und der nichtverkokenden Kohle $tammt, und dann als solches auf stabile Weise abgegeben wird, fis sei noch darauf hingewiesen, daß der Ausdruck "statisches Bett" nicht ausschließt, daß die Koks enthaltende Schicht mit Koks nachgefüllt wird, wie oben erwähnt.

Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, die Temperatur des Verbrennungsgases in den mit Koks oder Kohle gefüllten Verbrennungszonen entweder durch Regulieren des durch die Blasformen. 4 eingeblasenen Dampfstroms oder durch Einblasen'von Wasserdampf durch eine gesondert angeordnete Düse 16 zu steuern. Wenn die C0₂-Konzentration in dem gewonnenai Verbrennungsgas ansteigt, kann die durch die Blasformen 4 eingeblasene Menge an Sauerstoff, Luft von normaler Temperatur und Kohlenstaub geregelt werden. .

Diese Ausführungsform soll anhand des folgenden Beispiels näher

MS

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erläutert werden.

Beispiel

In dem in Fig. 5 gezeigten Schmelz-Vergasungsofen wird die Kohle vergast und das reduzierte Eisen zu Roheisen geschmolzen. Fig. 6 zeigt die Menge an gewonnenem Verbrennungsgas, das erhaltene Roheisen, den als Beschickung verwendeten Kalkstein, den eingeblasenen Wasserdampf und den Koks pro Kohlecharge sowie den Heizwert des Verbrennungsgases.

Aus Fig. 6 ist zu entnehmen, daß der Heizwert des erhaltenen Gases umso höher ist, je mehr Kohle verwendet wird, entsprechend einem Unterschied im resultierenden Gasvolumen zwischen Kohle und Koks, und daß das Schmelzvermögen des Gases gleichfalls umso höher ist.

Verfahren zum Herstellen von Roheisen unter Verwendung einer Kombination aus einem Schmelz-Vergasungsofen mit einem Schachtreduktionsofen,

Fünftes und sechstes Verfahren.

Es soll nun ein Verfahren zum Herstellen von Roheisen beschrieben werden, für das eine Kombination des oben beschriebenen Schmelz-Vergasungsofens mit einem Schachtreduktionsofen verwendet wird. ■

In der folgenden Beschreibung soll der Ausdruck "Eisenerze" Stückerze und agglomerierte Erze, wie Eisenoxide in Körnchenform oder in Stückform, z.B. Pellets oder Brickets und dgl. umfassen, wenn nichts anderes angegeben ist.

Wie schon erwähnt, lassen die bekannten Schmelzverfahren außer dem Hochofenverfahren viel zu wünschen übrig und haben den Nachteil, daß das im Schmelzofen gewonnene Gas angesichts einer wirkoamenReduktion von Eisenerzen ungeeignet ist.

Ein typisches Beispiel für bekannte Gasreduktionsöfen zur Reduktion von Eisenerzen ist ein Schachtreduktionsofen. Für den

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Schachtreduktionsofen ist ein besonderes Herstellungsverfahren für das Reduktionsgas nötig, welches speziell für diesen Zweck ausgelegt sein muß. Mit anderen Worten, es muß ein besonderer Brennstoff, beispielsweise mittels Wasserdampf reformiertes Erdgas in diesem Ofen verwendet werden (wie es z.B. von Foster Wheeler Co., Ltd. hergestellt, wird).

Das fünfte und sechste Verfahren gemäß der Erfindung soll dazu dienen, den Energieverbrauch und das Koksverhältnis im Vergleich zum Hochofenverfahren zu senken und die Verwendung einer Beschickung von geringer Qualität und/oder Güte zu ermöglichen. Dies Ziel wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Roheisen erreicht, für das eine Kombination aus einem Gasreduktionsofen und einem Schmelz-Vergasungsofen zum Schmelzen von reduziertem Eisen und zur Erzeugung eines Reduktionsgases verwendet wird.

Als Schachtreduktionsofen kann entweder ein Ofen mit beweglichem Bett oder mit statischem Bett benutzt werden, wobei der Ofen mit beweglichem Bett bevorzugt wird. Es ist jedoch auch möglich, eine Vielzahl von Öfen mit statischem Bett abwechselnd für kontinuierlichen Betrieb einzusetzen. Die genannten Verfahren sollen anhand des Schachtreduktionsofens mit beweglichem Bett näher erläutert werden. '

Der Reduktionsofen mit oeweglichem Bett hat einen Öfenhauptkörper mit einem Einlaß für Eisenerz und einem Gasauslaß im oberen Teil, einer Gaseinspritzöffnung in der Seitenwand und einem, Auslaß für reduziertes Eisen im unteren Teil. Im Ofenhauptkörper ist eine Schicht vorgesehen, die mit körnehenförmigen Eisenoxiden gefüllt ist, welche durch den Eisenerzeinlaß zugeführt sind. Das durch den Gaseinlaß eingeblasene Reduktionsgas fließt nach oben durch die Eisenoxide enthaltende Schicht und reduziert die körnehenförmigen Eisenoxide, so daß körnchenförmiges^, reduziertes Eisen entsteht. Das Reduktionsgas wird am Gasauslaß wiedergewonnen und das entstehende reduzierte Eisen durch den Auslaß im unteren Teil abgestochen.

Bei der Kombination aus dem Schachtreduktionsofen mit beweglichem Bett mit dem Schmelz-Vergasungsofen wird das im letzteren erzeugte Gas als Reduktionsgas im Schachtreduktionsofen verwendet und zurückgewonnen, während das reduzierte Eisen, welches im Schachtreduktionsofen entsteht, in dem Schmelz-Vergasungsofen geschmolzen wird. So wird der Gesamtenergieverbrauch verringert oder begrenzt, und es kann eine Beschickung von geringer Qualität oder Güte verwendet werden.

Im einzelnen wird bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren zur Roheisenherstellung Eisenerz im Schachtreduktionsofen mit einem Reduktionsgas reduziert, welches aus dem Schmelz-Vergasungsofen gewonnen wird, und das reduzierte Eisen wird im Schmelz-Vergasungsofen zu Roheisen geschmolzen. Im Schmelz-Vergasungsofen wird der hauptsächlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff zusammengesetzte Brennstoff mittels Sauerstoff verbrannt und vergast, um ein reduzierendes Heißgas zu erzeugen, welches hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht« Das Heißgas fließt nach oben durch die Kokseinsatzschicht und schmilzt dabei das reduzierte Eisen an der Oberseite dieser Schicht. Das geschmolzene Eisen fließt durch die Kokseinsatzschicht nach unten und wird zu Roheisen umgewandelt. Das Reduktionsgas wird durch den Auslaß an der Oberseite abgezogen und dem Reduktionsofen zugeführt. Es ist klar, daß eine zusätzliche Menge Reduktionsgas aus dem System abgegeben und für andere Zwecke verwendet wird.

Das im Schachtofen reduzierte Eisen hat einen Metallgehalt (M.Fe/T.Fe) von ca. 75 % oder mehr und eignet sich für die Zufuhr zum Schmelz-Vergasungsofen. Wenn nötig,kann ein Gemisch aus reduziertem Eisen mit frischen Eisenerzen dem Schmelz-Vergasungsofen zugeführt werden, wobei das Verhältnis zwischen dem Metallgehalt der Beschickung und der Kapazität des Reduktionsofens in Betracht gezogen wird.

Als Schachtreduktionsofen kann ein Ofen benutzt werden, der eine Hochdruckreduktion ermöglicht, denn das gewünschte, unter

hohem Druck stehende Reduktionsgas kann durch Einstellen des Drucks im Schmelz-Vergasungsofe'n gewonnen werden. Der Schachtreduktionsofen hat vorzugsweise ein bewegliches Bett bzw. _rist von kontinuierlicher Bauart, aber wenn nötig kann auch, ein Reduktionsofen mit statischem Bett verwendet werden. Ein für die Erfindung geeigneter Reduktionsofen mit beweglichem Bett, ist z.B. ein Ofen für das Midrex-Verfahren, Ärmcb-Verfahren, Purofer-Verfahren oder Nippon Steel-Verfahren.

Wie das Fließschema gemäß Fig. 3 zeigt, welches für die Hauptanordnung gemäß der Erfindung beispielhaft ist, wird .eine Menge Eisen 7, die in einem Schachtreduktionsofen 20 reduziert wurde, einem Schmelz-Vergasungsofen 1 nach Kühlung, wenn nötig, zugeführt. Bei der Reduktion arbeitet der Schachtofen mit einer Temperatur im Inneren von 800 - 950° C, vorzugsweise 900° C und einem Druck im Inneren von 2,0 - 2,5 atm unter der Bedingung, daß vorzugsweise ein Hochdruckreduktionssystem angewandt wird. Wenn nötig,wird eine Menge frischer Eisenerze Ik vorerhitzt. Der erste oder zweite Schmelz-Vergasungsofen ist gleichermaßen anwendbar (für das fünfte bzw. sechste Verfahren). ..

In Fig. 4 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (das sechste Verfahren) schematisch gezeigt, für das ein Schmelz-Vergasungsofen la mit einem Schachtreduktionsofen 20a mit beweglichem Bett kombiniert ist. Durch einen Auslaß 24 am Boden des Schachtreduktionsofens 20a abgegebenes reduziertes Eisen 7 wird wahlweise in einer nicht gezeigten Weise gekühlt und durch.eine Leitung 29 einem Vorratsbehälter 25 zugeführt, in dem es gespeichert wird.

Koks 8 wird dem Schmelz-Vergasungsofen la über eine Rutsche 26 durch den Einlaß 2 in der Oberseite zugeführt, und Zuschläge 13, einschließlich eines Schlackebildners, wie Kalkstein und dgl. werden durch eine Rutsche 27 zugeführt.

Je nachdem ob das im Schmelz-Vergasungsofen erzeugte Gas als

Mb

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Reduktionsgas im Schachtreduktionsofen oder für andere Zwecke verwendet v/erden soll, wird der Schmelz-Vergasungsofen auf

ρ hohem Innendruck gehalten, der von 2 bis 5 kg/cm oder mehr

reicht, vorzugsweise um 5 kg/cm liegt.

Der Schachtreduktionsofen 20a mit beweglichem Bett weist ein bewegliches Bett f auf. Die der Oberseite des Betts f zugeführten Eisenerze oder körnchenförmigen Eisenerze werden durch die aufsteigende Strömung des Reduktionsgases 12 allmählich erwärmt und geschmolzen und zu reduziertem Eisen umgewandelt, und gleichzeitig damit sinken die Eisenerze durch das bewegliche Bett ab und werden durch den Auslaß 2h im Boden abgegeben. Das Reduktionsgas strömt durch einen Gasauslaß 22 und eine Reinigungsvorrichtung 28 und wird als Nebenprodukt gewonnen.

Wenn ein Schachtreduktionsofen mit statischem Bett verwendet wird, erfolgt die Reduktion in einem statischen Bett. Gleichgültig ob der Schachtreduktionsofen ein bewegliches oder ein statisches Bett hat, kann vorzugsweise eine Kühlzone im unteren Teil oder gemäß einer Alternative eine Kühlvorrichtung außen vorgesehen sein, um die Eigenwärme des abgegebenen reduzierten Eisens abzuführen.

Es wird vorzugsweise ein Reduktions.ofen mit beweglichem Bett benutzt, da dann der Schmelz-Vergasungsofen kontinuierlich arbeiten kann. Jedoch kann auch eine Vielzahl von Schachtreduktionsöfen mit statischem Bett wahlweise in kontinuierlicher Weise betrieben werden, indem ihnen nacheinander Reduktionsgas zugeführt wird.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung.kann das Reduktionsgas, welches bei einem herkömmlichen Schachtreduktionsofen gesondert hergestellt werden muß, an Ort und Stelle produziert werden, nämlich im Schmelz-Vergasungsofen. Außerdem kann es mit erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck gewonnen werden, so daß beträchtliche Energieeinsparungen im Vergleich zum herkömmlichen Schachtreduktionsofen möglich sind. So hält unter dem Gesichts-

punkt des Wärmewirkungsgrades selbst ein kleiner Ofen gemäf3 der Erfindung den Vergleich mit einem großen Hochofen aus.

Als ein hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff zusammengesetztes und im wesentlichen von N₂ freies Reduktionsgas ist das im Schmelz-Vergasungsofen erzeugte Gas ein stark reduzierendes Heißgas, welches den Reduktionswirkungsgrad des Reduktionsofens stark verbessert. Bei der Zufuhr des Reduktionsgases kann der Druck im Schmelz-Vergasungsofen im Einklang mit dem nötigen Druck im Schachtreduktionsofen eingestellt werden.

Der Schmelz-Vergasungsofen ist nicht nur zum Schmelzen von reduziertem Eisen wirksarr^ sondern eignet sich auch für die direkte Verwendung von Brennstoffen, wie Kohle, Koks (besonders von geringer Qualität) usw. durch Verbrennung und Vergasung.

Grundsätzlich unterscheidet sich die Erfindung vom bekannten Hochofenverfahren dadurch, daß eine große Menge eines festen Brennstoffs, wie Kohlenstaub oder Koksgrus oder flüssiger Brennstoff, beispielsweise Schweröl oder Teer einerseits durch reinen Sauerstoff vergast wird, um reduziertes Eisen zu schmelzen, und das aus dem Schmelz-Vergasungsofen gevfonnene Gas andererseits als Reduktionsgas im Schachtreduktionsofen zum Reduzieren von Eisenerzen benutzt wird.

Bei dieser Anordnung gemäß der Erfindung ist aus folgenden Gründai der Schmelz-Vergasungsofen im Abstand mit dem Schachtreduktionsofen zusammengeschlossen.

Wie beim Hochofen soll mit der Erfindung Roheisen auf stabile Weise mit hohem Wirkungsgrad durch die Gasreduktion von Eisenerzen, gefolgt von einem Schmelzvorgang erzeugt werden. Wenn die Gasreduktion und das Schmelzen von Eisenerzen und die Verbrennung und Vergasung von Koks in einem einzigen Reaktor durchgeführt wird, wie das beim Hochofen der Fall ist, wird der Koks und die Kohle Stoßen und anderen Belastungen ausgesetzt, während sie der Oberseite des Ofens zugeführt werden und im Ofen absin-

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ken, denn das Intervall (die Höhe) zwischen der Gicht des Ofens und dem Niveau der Blasformen beträgt ca. 25 m. Die Erze werden an der Oberseite des Ofens mittels Gas reduziert und im Schmelzbereich etwa 20 m unterhalb der Oberseite des Ofens geschmolzen, so daß sie einer Belastung von ca. 25 t/m unterliegen. Unter dieser Last ziehen sich im Schmelzverfahren die heißen Erze zusammen und bilden eine Schicht, der es an Durchlässigkeit fehlt und die als kohärente Zone bezeichnet wird, die den Ab-• stieg schwierig macht, beispielsweise durch Hängen oder Rutschen und dgl. Aus diesem Grund sollten massive Erze verwendet werden, die ausgezeichnete Erweichungseigenschaften bei hohen Temperaturen haben und keine große kohärente Zone bilden. Auch der Koks unterliegt in ähnlicher Weise Stoßen und anderen Belastungen, und wenn er im Zeitpunkt der Verbrennung an den-Mündungen der Blasformen eine Qualitätsverschlechterung erlitten hat, leidet darunter die Durchlässigkeit. Aus diesem Grund sollte Koks von großer Festigkeit verwendet werden.

Aus diesem Grund wird erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Erze zunächst im Schachtreduktionsofen reduziert' und dann im Schmelz-Vergasungsofen 1 geschmolzen werden. Im Schmelz-Vergasungsofen 1 können Erze verwendet werden, deren Erweichungseigenschaften bei hohen Temperaturen minderwertig sind, denn das reduzierte Eisen wird ohne Belastung im Schmelzbereich a oberhalb des Heizbereichs b geschmolzen, den die Kokseinsatzschicht b bildet. Es kann auch Koks von geringer Festigkeit verwendet, werden, da der durch die mittleren Öffnungen 15 oberhalb der Blasformen zugeführte Koks in den Verbrennungszonen vor den Blasformen rasch ausbrennt. Koks von geringer Festigkeit ist außerdem deshalb verwendbar, weil der durch den Einlaß 2 in der Oberseite zugeführte Koks, der den Heizbereich b bestimmt, nur durch die Aufkohlungsreaktion mit geschmolzenem Eisen und Schlacke verbraucht wird, die beide durch die Kokseinsatzschicht nach unten fließen, und durch die Reduktionsreaktion von SiOp usw., so daß der Koks keinen Belastungen und Stoßen ausgesetzt wird, wie beim Absinken im Hochofen.

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Weitere Vorteile des fünften und sechsten Verfahrens gemäß der Erfindung sind folgende:

1. Das Einblasen von Sauerstoff durch die Blasformen des Schmelz-Vergasungsofens ermöglicht das Einblasen einer großen Menge Kohlenstaub (der in einer Menge bis zu 1 bis 1,5 kg/Nur an O₂ verwendbar ist) und anderen Brennstoffs. So kann ca. 60 % oder mehr des Gesamtbrennstoffs, d.h. des Koks für den Hochofen durch andere Brennstoffe ersetzt werden.

2. Da das Schmelzen von reduziertem Eisen keine Verschlechterung der Koksreaktion mit sich bringt, kann Koks von geringer Festigkeit oder Halbkoks als Beschickung verwendet werden.

3. Angesichts eines Reduktionsgases von hohem Heizwert kann der Schmelz-Vergasungsofen einen einfachen Aufbau und geringe Größe und der Schachtreduktionsofen geringe Größe haben, was die .Vorrichtungskosten senkt.

k. Es wird ein hoher Wärmewirkungsgrad erzielt, weil eine Wärmeübertragung vom reduzierenden Heißgas zum körnchenförmigen, reduzierten Eisen auf der Kokseinsatzschicht erfolgt, um das körnchenförmige, reduzierte Eisen im Schmelz-Vergasungsofen zu schmelzen, und weil ein Gegenstrom-Wärmeaustausch zwischen dem Gas und den Erzen im Schachtreduktionsofen erfolgt.

5. Wegen des raschen Schmelzens von reduziertem Eisen wird im Schachtreduktionsofen und im Schmelz-Vergasungsofen praktisch kein oder nur ein geringes Schmelzband gebildet. Folglich können Eisenerze oder agglomerierte bzw. gesinterte Erze von geringer Qualität verwendet werden.

6. Selbst wenn Eisenerze von geringer Qualität verwendet werden, kann ein körnchenförmiges reduziertes Eisen von hohem· Metallgehalt von 85 bis 96 % und mehr erhalten werden und dem Schmelz-Vergasungsofen als solches zugeführt werden, da auch ein Schachtreduktionsofen vorgesehen ist.

7. Das Gesamtsystem einschließlich des Schachtreduktionsofens ermöglicht einen stabilen Betrieb und eine leichte Steuerung.

8. Das im Schmelz-Vergasungsofen gewonnene Reduktionsgas kann als solches dem Schachtreduktionsofen zugeführt werden, so daß eine gesonderte Herstellung und Behandlung des Reduktionsgases (reformieren und behandeln, um das Reduktionsgas auf hohen Druck

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und hohe Temperatur zu "bringen) wegfällt, was zu einer deutlichen Senkung der benötigten Energie und Kosten führt.

Kurz gesagt, ermöglicht es die Anordnung,bei der der Schmelz-Vergasungsofen vom Reduktionsofen mit beweglichem Bett getrennt ist, Koks von geringer Festigkeit und Eisenerze von geringer Qualität zu verwenden, deren Erweichungseigenschaften bei hohen Temperaturen minderwertig sind.

Sauerstoff und Kohlenstaub werden im Schmelz-Vergasungsofen aus den folgenden Gründen verwendet.

Die Verbrennung von Kohlenstaub schwankt stark je nach der Verbrennungstemperatur und der Sauerstoffkonzentration des Verbrennungsgases. Eine einprozentige Zunahme an Sauerstoffkonzentration führt zu einem etwa 6 ^igen Anstieg der Verbrennungsleistung. Wenn also in einen Hochofen eine Luftmenge eingeblasen wird, deren Sauerstoffgehalt ca. 21 % beträgt, so ist die pro Nm-^ Sauerstoff verwendete Kohlenstaubmenge auf ca.. 0,3 0,4 kg beschränkt. Die Erfindung ermöglicht jedoch die Verwendung von Kohlenstaub in einer Menge von ca. 1 - 1,5 kg pro Nm^ an Sauerstoff, was eine deutliche Senkung des Verbrauchs an zu verbrennendem Koks ermöglicht.

Das durch Verbrennung erzeugte Gas sollte eine Temperatur von mindestens 1500° C haben, um reduziertes Eisen zu schmelzen. Folglich muß im Fall eines Hochofens die verwendete Luft in einem Ofen erhitzt werden. Wenn Sauerstoff verwendet wird, wie im Fall der vorliegenden Erfindung, hat das erzeugte Gas eine ausreichend hohe Temperatur weil die pro Einheit der Verbrennungsieaktion erzeugte Gasmenge beschränkt ist. Das hat den zusätzlichen Vorteil, daß kein Heißofen nötig ist wie beim Hochofenverfahren.

Außerdem kann Sauerstoff in den Schmelz-Vergasungsofen eingeblasen werden, wenn flüssiger Sauerstoff als Sauerstoffquelle ver-

wendet wird, der so vergast wird, daß ein Gas mit" einem Druck

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von 2-5 kg/cm (überdruck) erhalten wird, ohne daß irgendein Gebläse nötig ist, was beim Hochofenverfahren unverme'idlic'ii ist. ^;-^; -

Die Erfindung bietet gegenüber dem Hochofenverfahren folgende Vorteile: Der Verbrauch an Energie ist geringer, das Koksverhältnis ist deutlich abgesenkt, es können Beschickungen von geringer Qualität verwendet werden, weil das genannte Schmelzband nicht auftritt, da die Zubereitung des reduzierten Eisens und das Schmelzen desselben in getrennten Öfen vorgenommen werden.

Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens soll anhand von Beispiel 5 näher erläutert werden.

Beispiel 5 ι

Roheisen wird mit dem Kombinationssystem gemäß Fig. 4 hergestellt, wozu ein Schmelz-Vergasungsofen und zwei Reduktionsöfer mit beweglichem Bett verwendet werden. Einzelheiten zu den Öfer. sind aus den nachfolgenden Betriebsdaten zu entnehmen.

Betriebsdaten A. Schmelz-Vergasungsofen

Wirksames Ofenvolumen: 350 m^J

Anzahl Blasformen: k

Oberseiteneinlaß für Koks und reduziertes Eisen: 1 Mittlerer Einlaß für Koks, Kohle und Kalkstein: 1 Verbrennungszonen: k

Innendurchmesser des unteren Bereichs: 5 m Innendurchmesser des Schmelzbereichs: 5 m Höhe des Schmelzbereichs: 10 m

Gäsauslaß: 1

Innendruck: 3~5 kg/cm
B. Reduktionsofen mit beweglichem Bett Wirksames Ofenvolumen: I50 nr
Innendurchmesser: 5m

Erzeinlaß: 1

Gaseinlaß (ca. 10 m unterhalb Erzeinlaß): 1 Auslaß für reduziertes Eisen: 1

Gasauslaß: 1

Innendruck: 3^5 kg/cm

Durch die Blasformen werden in den Schmelz-Vergasungsofen 28 KNm-fystd. Sauerstoff, 1 t/Std. Dampf und 28 t/Std. Kohlenstaub eingeblasen. Durch die mittleren Öffnungen werden den Brennzonen 10 t/Std. Koks (C: 88 %, Korngröße: 40 mm oder weniger, Trommelindex DI JO = 85 %), 3 t/Std. Kohle (C: 75 %» Korngröße: kO mm oder weniger) und 5 t/Std. Kalkstein zugeführt. Gleiche Mengen reduzierten Eisens werden aus den entsprechenden Auslässen der beiden Reduktionsofen abgegeben, um die Temperatur des den Schmelzvergasungsofen durch den Gasauslaß verlassenden Verbrennungsgases auf ca. 950° C zu halten. Das reduzierte Eisen wird durch den entsprechenden Einlaß und die Leitung 29 dem Schmelz-Vergasungsofen zugeführt. Basische.agglomerierte Erze (T.Fe: 56 %_t durchschnittliche Korngröße: 12 mm) werden den einzelnen Reduktionsofen in einer dem abgegebenen reduzierten Eisen entsprechenden Menge zugeführt. Der Schmelz-Vergasungsofen wird dadurch nachgefüllt, daß durch den Einlaß für reduziertes Eisen 8 t/Std. Koks (C: 88 %_t Korngröße: 40 >mm oder mehr, Trommelindex DI r^ =85$) zugeführt werden, um dadurch das obere Niveau der Kokseinsatzschicht, die den Heizbereich des Schmelz-Vergasungsofens bildet auf einer Höhe von 10 m über dem Boden des Ofens zu halten. Gleiche Mengen an Verbrennungsgas mit einer Temperatur von ca. 950° C, die den Schmelz-Vergasungsofen durch den Gasauslaß verlassen, werden in die beiden Schachtreduktionsöfen mit beweglichem Bett eingeblasen. Nach der Reduktion wird das Gas durch den Gasauslaß zurückgewonnen, gekühlt und einer Entstaubung unterzogen. Das Gas wird auf einen Druck von 2 kg/cm einreguliert, so daß der durch die Blasformen in den Schmelz-Vergasungsofen eingeblasene Sauerstoff einen Druck von 4,5 kg/cm erreicht. Das diesen Ofen durch den Gasauslaß verlassende Gas entspricht 87,5 kNnr/Std. und hat einen CO-Gehalt von 75 %, einen H₂-Gehalt von 22 % und einen Druck von

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3,2 kg/cm . Die aus den beiden Reduktionsofen mit beweglichem Bett durch den jeweiligen Gasauslaß abgezogenen"Gase haben eine Temperatur von ca. 200° C vor dem. Kühlen und Entstauben und eine Zusammensetzung von CO: 39 %, H₂: 12 % und'CO^: 36 %. Die Gesamtmenge der jedem Schachtreduktionsofen mit beweglichem Bett zugeführten Eisenerze beträgt 140,8 t/Std., die Menge des dem Schmelz-Vergasungsofen zugei'ührten reduzierten Eisens 110,8 t/Std., der Wert für T.Fe ist 71,1 % und das Verhältnis von metallischem Eisen zu T.Fe (M.Fe/T.Fe) ist 8$ %. Die Temperatur, bei der der Schmelz-Vergasungsofen begichtet wird, beträgt ca. 500° C. Die Menge an Koks, der durch die mittleren Öffnungen zugeführt wird, beträgt insgesamt 13 t/Std., und die Menge an Kalkstein, der durch dieselben zugeführt wird, beträgt insgesamt 4,3 t/Std. Der dem Schmelz-Vergasungsofen durch den Einlaß für reduziertes Eisen zugeführte Koks beträgt 8 t/Std. Infolgedessen wird durch den Auslaß für Eisenschmelze des Schmelz-Vergasungsofens eine Menge an geschmolzenem Roheisen abgegeben, die 83,3 t/Std. beträgt und eine Zusammensetzungvon C: 4,5 %, Si: 0,5 %_t S: 0,02 % oder weniger und weitere Verunreinigungselemente: 0,5 % insgesamt und eine Temperatur von 1500° C hat. Die gleichzeitig damit abgegebene Schlacke beläuft sich auf eine Menge von 35 t/3td.

Der oben beschriebene Betrieb läßt sich wie folgt tabellarisch zusammenfassen:

Für die Herstellung von einer Tonne Roheisen benötigte Stoffe:

Koks von geringer Qualität: 216 kg ■ ⁱ

Kohle: 36 kg

Kohlenstaub: 336 kg

Sauerstoff: 336 Nm-⁵

Wasserdampf: 12 kg

Kalkstein: 52 kg

Eisenerze (T.Fe: 56 %): I690 kg

Nebenprodukt-Gas von 1664 kcal/Nm . 940 Nrrr Tatsächlich im System verbrauchte Energie: 2568 Meal

Energie für die Sauerstoffbereitung: 572 Meal Gesamtenergie: 3l40 Mcal/t

In diesem Zusammenhang sei daran erinnert, daß das Hochofenverfahren nur eine Energie von 2800 Meal pro Tonne an herzustellendem Roheisen braucht, was um ca. 340 Meal geringer zu sein scheint als der Bedarf gemäß der Erfindung» Jedoch besteht für die zur Vorbehandlung nötige Koksmenge ein großer Energiebedarf von ca. 500 kg/t, d.h. grob gesagt doppelt soviel wie gemäß der Erfindung. Bei Betrachtung der zur Vorbereitung des Koks verbrauchten Energie (erfindungsgemäß: 260 Meal, Hochofenverfahren: 560 Meal) können beide Verfahren im wesentlichen als gleichwertig betrachtet werden. Es liegt aber auch auf der Hand, daß das erfindungsgemäße Verfahren dem Hochofenverfahren deshalb überlegen ist, weil für das Hochofenverfahren Koks von hoher Qualität und agglomerierte bzw. gesinterte Eisenerze nötig sind.

Der Schmelz-Vergasungsofen gemäß der Erfindung kann kleiner und niedriger sein als ein Hochofen, und doch kann ein gewisser kleiner Ofen gemäß der Erfindung mit hoher Leistungsfähigkeit be trieben·werden.

Aus der obigen Beschreibung geht klar hervor, daß die Verfahren und Anordnungen gemäß der Erfindung kommerziell großen Wert haben.

Leerseite

Claims (1)

3215019 u.Z.: Q 990 M2 ( mb) PA Sumitomo Metal Industries, Ltd« 29. April 1982 Osaka, Japan Kohlevergasung und ßoheisenhersteilung und Vorrichtung dafür beanspruchte Prioritäten und Anmeldenummern: 10. Juni 1981 - $6-89275/JAPAN 22. Juni 1981 - 56-96390/JAPAN 28. Dezember 198I - 56-209851/JAPAN 2. April 1982 Pa te ntansprüc he

1. Verfahren zur Herstellung von Roheisen, dadurch gekennzeichnet , daß Brennstoff, der hauptsächlich Kohlenstoff und Wasserstoff aufweist, mittels Sauerstoff und, wenn nötig, Wasserdampf im unteren Bereich einer in einem Ofen vorgesehenen Kokseinsatzschicht verbrannt und vergast wird, um ein reduzierendes Heißgas zu erzeugen, welches hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff aufweist, wobei die Kokseinsatzschicht Hohlräume hat, durch die das Gas in Gegenströmungsberührung mit geschmolzenem Eisen und Schlacke fließt, und ungeschmolzenes reduziertes Eisen an der Oberseite der genannten Schicht abgestützt ist,.

daß das Heißgas veranlaßt wird, sum Schmelzen des reduzierten Eisens durch die Kokseinsatzschicht anzusteigen, in der die entstehende Eisenschmelze und die entstehende eisenoxidhaltige

Schlacke im Gegenstrom zu dem ansteigenden Heißgas nach unten fließt, wobei Oxide des Eisens und anderen Metalls in der Schlacke mittels Koks reduziert werdenund Kohlenstoff des Koks m der Eisenschmelze aufgelöst wird, um die Eisenschmelze, in geschmolzenes Roheisen umzuwandeln, und daß das Heißgas wiedergewonnen wird, während das geschmolzene Roheisen und die Schlacke im untersten Bereich des Ofens gesammelt und das Roheisen und die Schlacke abgegeben wird»

2. Schmelz-Vergasungsofen für die Herstellung von Roheisen und die Vergasung von Brennstoff, gekennzeichnet durch einen Ofenhauptkörper, einen Einlaß (2) in der Oberseite für die Zufuhr von reduziertem Eisen, Koks und Zuschlägen und einen Gasauslaß (3), die beide im oberen Teil des Ofenhauptkörpers vorgesehen sind, Auslässe (5, 6) zur Abgabe von geschmolzenem Roheisen und Schlacke, die im unteren Teil des Ofenhauptkörpers vorgesehen sind,

eine Kokseinsatzschicht (b), die in einem Hauptteil des Ofenhauptkörpers vorgesehen ist und Hohlräume hat, durch die Gas in Gegenstromberührung mit Eisenschmelze und Schlacke fließt, und die eine durch den Einlaß in der Oberseite aufgegebene ungeschmolzene Beschickung trägt,

eine Blasform oder Blasformen (^) zum Einblasen von Sauerstoff, hauptsächlich Kohlenstoff und Wasserstoff aufweisendem Brennstoff und gegebenenfalls einem Schlackebildner und/oder Wasserdampf, die in dem dem unteren Teil der Kokseinsatzschicht (b) entsprechenden Seitenwandbereich vorgesehen ist bzw. sind, und eine Verbrennungszone oder VerbrennungsZonen (e), die vor den Blasformen angeordnet ist bzw. sind, einen Schmelzbereich, der von der Kokseinsatzschicht getragen ist und eine Beschickung aus reduziertem Eisen, Koks und Zuschlägen aufweist, die durch den Einlaß in der Oberseite zugeführt sind, und ein Gestell (d), welches im untersten Teil des Ofenhauptkörpers gebildet ist»

3. Verfahren zur Herstellung von Roheisen und zur Vergasung von Brennstoff,

dadurch gekennzeichnet , daß Brennstoff, der hauptsächlich Kohlenstoff und Wasserstoff aufweist, wenn nötig zusammen mit einem Schlackebildner einer Verbrennungszone oder Verbrennungszonen zugeführt wird, die im wesentlichen außerhalb des Außenumfanges des unteren Bereichs einer in einem Ofen vorgesehenen Kokseinsatzschicht angeordnet ist bzw. sind, wobei die Brennstoffzufuhr wahlweise eine zusätzliche Menge des Brennstoffs aufweist, der durch eine Blasform oder Blasformen, wenn nötig zusammen mit einem Schlackebildner zugeführt wird, vrobei in der Kokseinsatzschicht Hohlräume bestehen, durch die Gas in Gegenstromberührung mit Eisenschmelze und Schlacke fließt_t und die Schicht an ihrer Oberseite ungeschmolzenes, reduziertes Eisen trägt,

da/3 der Brennstoff mittels Sauerstoff und_; wenn nötig ,Wasserdampf zur Erzeugung eines reduzierenden Heißgases verbrannt und vergast wird,

daß das Heißgas veranlaßt wird, zum Heizen und Schmelzen des reduzierten Eisens durch die Kokseinsatzschicht anzusteigen, durch die das entstehende, geschmolzene, reduzierte Eisen und Schlacke nach unten fließen, wobei Oxide von Eisen und anderem Metall, die in der Schlacke enthalten sind, reduziert werden, und

daß das Heißgas an der Oberseite des Ofens gewonnen wird, während das geschmolzene Roheisen und Schlacke zusammen mit in der Verbrennungszone bzw. den Verbrennungszonen gebildeter Schlacke im untersten Bereich des Ofens gesammelt und das Roheisen und die Schlacken abgeführt werden.

*K Schmelz-Vergasungsofen für die Herstellung von Roheisen und die Vergasung von Brennstoff, gekennze lehne t durch einen Ofenhauptkörper, einen Einlaß (2) in der Oberseite zum Einführen von reduziertem Eisen, Koks und Zuschlagen, und einen Gasauslaß (3), die im oberen Teil des Ofenhauptkörpers vorgesehen sind,

ein Gestell (d) und Auslässe (5, 6) für geschmolzenes Roheisen und Schlacke, die im unteren Teil des Ofenhauptkörpers vorgesehen sind, eine Kokseinsatzschicht (b), die in einem Hauptteil des Ofenhauptkörpers vorgesehen ist und Hohlräume hat, durch die Gas in Gegenströmungsberührung mit Eisenschmelze und Schlacke fließt, und die an ihrer Oberseite eine durch den Einlaß zugeführte ungeschmolzene Beschickung trägt, eine Blasform oder Blasformen (4), durch die Sauerstoff und wenn nötig Brennstoff, der hauptsächlich Kohlenstoff und Wasserstoff aufweist, ein Schlackebildner und/oder Wasserdampf einblasbar sind und die in der Ofenseitenwand entsprechend dem unteren Bereich der Kokseinsatzschicht vorgesehen sind,

eine mittlere Öffnung oder Öffnungen (15), die für die Zufuhr von Festbrennstoff und wenn nötig einem Schlackebildner usw. geeignet und in der Ofenseitenwand oberhalb der Blasform bzw. Formen vorgesehen sind,

eine Verbrennungszone oder Verbrennungszonen, die aus dem durch die mittlere Öffnung bzw„ Öffnungen zugeführten Festbrennstoff gebildet ist bzw. sind und vor der Blasform bzw. den Blasformen angeordnet und geeignet sind, ein reduzierendes Heißgas zu bilden, welches hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff aufweist, und

ein Schmelzbereich, der eine Beschickung an reduziertem Eisen, Koks und Zuschlagen aufweist, die durch den Einlaß (2) zugeführt worden sind, und die an der Oberseite der Kokseinsatzschicht getragen ist. .

5ο Verfahren zum Vergasen von Brennstoff, dadurch gekennzeichnet , daß Brennstoff, der hauptsächlich Kohlenstoff und Wasserstoff aufweist, mit Hilfe von Sauerstoff und wenn nötig Wasserdampf in einer Verbrennungszone oder Zonen verbrannt wird, die im unteren Bereich einer in einem Ofen vorgesehenen Kokseinsatzschicht angeordnet ist bzw. sind, wodurch ein reduzierendes Heißgas erzeugt wird, welches hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff aufweist, wobei in der Kokseinsatzschicht Hohlräume enthalten sind, durch die das

Gas in Gegenstromberührung mit geschmolzenem Eisen und Schlacke fließt, und die Schicht an ihrer Oberseite ungeschmolzenes reduziertes Eisen trägt,

daß das Heißgas veranlaßt wird, zum Schmelzen des reduzierten Eisens durch die Kokseinsatzschicht aufzusteigen, in der die entstehende Eisenschmelze und die entstehende eisenoxidhaltige Schlacke im Gegenstrom zu dem ansteigenden Gas fließt, wobei aus dem Brennstoff resultierende Asche in der Verbrennungszone bzw. den Verbrennungszonen geschmolzen und verschlackt wird, damit sie gemeinsam mit dem geschmolzenen Eisen abwärts fließen kann, und

daß das Heißgas gewonnen wird, während das entstehende_/ geschmolzene Roheisen und die Schlacke im untersten Bereich des Ofens gesammelt wird und Roheisen und Schlacken abgegeben werden.

6. Verfahren zum Vergasen von Brennstoff, dadurch gekennzeichnet , daß Brennstoff, der im wesentlichen Kohlenstoff und Wasserstoff aufweist, wenn nötig zusammen mit einem Schlackebildner einer Verbrennungszone bzw. Verbrennungszonen zugeführt wird, die im wesentlichen außerhalb des Außenumfanges des unteren Bereichs einer in einem Ofen vorgesehenen Kokseinsatzschicht angeordnet ist bzw. sind, wobei die Brennstoffzufuhr eine zusätzliche Menge des Brennstoffs aufweist, der wahlweise durch eine Blasform oder Blasformen₈ wenn nötig zusammen mit einem Schlackebildner zugeführt wird, wobei die Kokseinsatzschicht Hohlräume enthält, durch die Gas in Gegenströmungsberührung mit Eisenschmelze und Schlacke fließt, und die Schicht an ihrer Oberseite ungeschmolzenes reduziertes Eisen trägt,

daß der Brennstoff bzw. die Brennstoffe in der Verbrennungszone bzw. den Verbrennungszonen mittels Sauerstoff und wenn nötig Wasserdampf zur Erzeugung eines reduzierenden Heißgases verbrannt und vergast wird. bzw. werden,

daß das Heißgas veranlaßt wird, zum Erhitzen und Schmelzen des reduzierten Eisens durch die Kokseinsatzschicht anzusteigen, in der die entstehende Eisenschmelze und die entstehende eisenoxidhaltige Schlacke im Gegenstrom zu dem ansteigenden Gas

fließt, wobei die aus dem Brennstoff bzw. den Brennstoffen in der Verbrennungszone bzw. den Verbrennungszonen entstehende Asche geschmolzen und verschlackt wird, damit sie zusammen mit der Eisenschmelze nach unten fließen kann, und daß das Heißgas an der Oberseite des Ofens gewonnen wird, während das entstandene^ geschmolzene Roheisen und die Schlacke im untersten Teil des Ofens gesammelt und das Roheisen und die Schlacke abgegeben wird. .

7. Kombinationsanlageverfahren für die Herstellung von Roheisen durch Reduktion von Eisenerzen in einem Schachtreduktionsofen mit einem aus einem Schmelz-Vergasungsofen gewonnenen Reduktionsgas und Schmelzen des entstandenen reduzierten Eisens im Schmelz-Vergasungsofen zur Herstellung von Roheisen, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Schmelz-Vergasungsofen

Brennstoff, der hauptsächlich Kohlenstoff und Wasserstoff aufweist, mittels Sauerstoff und wenn nötig Wasserdampf im unteren Bereich einer in dem Ofen vorgesehenen Kokseinsatzschicht verbrannt und vergast wird, um ein reduzierendes Heißgas zu erzeugen, welches hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff aufweist, wobei die Kokseinsatzschicht Hohlräume hat, durch die das Gas in Gegenstromberührung mit Eisenschmelze und' Schlacke fließt, und die Schicht an ihrer Oberseite ungeschmolzenes reduziertes Eisen trägt,

das Heißgas veranlaßt wird, zum Schmelzen von reduziertem Eisen durch die Kokseinsatzschicht anzusteigen, in der die entstehende Eisenschmelze und die entstehende eisenoxidhaltige Schlacke im Gegenstrom zu dem aufsteigenden Heißgas fließt und Oxide von Eisen und anderem Metall in der Schlacke mittels Koks reduziert werden, um Kohlenstoff des Kokses in der Eisenschmelze aufzulösen und dadurch die Eisenschmelze zu geschmolzenem Roheisen umzuwandeln, und

das Heißgas gewonnen wird, während das gebildete, geschmolzene Roheisen und die Schlacke im untersten Bereich des Schmelz-Vergasungsofens gesammelt und abgegeben wird. '

8. Kombinationsanla^everfahren für die Herstellung von Roheisen und die Vergasung von Brennstoff durch Reduzieren-*von Erzen in einem Schachtreduktionsofen mit einem in einem Schraelz-Vergasungsofen gewonnenen Reduktionsgas und Schmelzen des entstehenden reduzierten Eisens im Schmelz-Vergasungsofen zur Herstellung von Roheisen,

dadurch gekennzeichnet , daß in dem Schmelz-Vergasungsoferi

Brennstoff, der hauptsächlich Kohlenstoff und Sauerstoff aufweist, wenn nötig zusammen mit einem Schlackebildner einer Verbrennungszone bzw. Verbrennungszonen zugeführt wird, die im wesentlichen außerhalb des Außenumfangs des unteren Bereichs einer in dem Ofen vorgesehenen Kokseinsatzschicht angeordnet ist bzw. sind, wobei die Brennstoffzufuhr wahlweise eine zusätzliche Menge des Brennstoffs aufweist, der durch eine Blasform oder Blasformen_; wenn nötig zusammen mit einem Schlackebildner zugeführt wird,

die Kokseinsatzschicht Hohlräume enthält, durch die Gas in Gegenströmungsberührung mit Eisenschmelze und Schlacke fließt, und die Schicht an ihrer Oberseite ungeschmolzenes reduziertes Eisen trägt,

der Brennstoff mittels Sauerstoff und wenn nötig Wasserdampf zur Erzeugung eines reduzierenden Heißgases verbrannt und vergast wird,

das Heißgas veranlaßt wird, zum Erhitzen und Schmelzen des reduzierten Eisens durch die Kokseinsatzschicht anzusteigen, durch die das entstehende geschmolzene reduzierte Eisen und Schlacke nach unten fließt, wobei Oxide von Eisen und anderem Metall, die in der Schlacke enthalten sind, reduziert werden, und

das Heißgas an der Oberseibe des Schmelz-Vergasungsofens gewonnen wird, während das gebildete geschmolzene Roheisen und Schlacke, zusammen mit in der Verbrennungszone bzw. den Verbrennungszonen gebildeter Schlacke im untersten Teil des Schmelz-Vergasungsofens gesammelt und aus demselben abgegeben wird.

9* Kombinationsanlage für die Herstellung von Roheisen, gekennze ichne t durch

einen Schmelz-Vergasungsofen (la), der einen Ofenhauptkörper hat, einen Einlaß (2) in der Oberseite für das Einführen von reduziertem Eisen, Koks und Zuschlägen, sowie einen Gasauslaß, die beide im oberen Teil des Ofenhauptkörpers vorgesehen sind, Auslässe für die Abgabe von geschmolzenem Roheisen und Schlakke, die im unteren Teil des Ofenhauptkörpers ausgebildet sind, eine Kokseinsatzschicht, die in einem Hauptteil des Ofenhauptkörpers vorgesehen ist und Hohlräume enthält, durch die Gas in Gegenströmungsberührung mit geschmolzenem Eisen und Schlakke fließt und die an ihrer Oberseite eine durch den Einlaß zugeführte ungeschmolzene Beschickung trägt, eine Blasform oder Blasformen, durch die Sauerstoff, Brennstoff, der im wesentlichen Kohlenstoff und Wasserstoff aufweist und wenn nötig ein Üchlackebildner und/oder Wasserdampf eingeblasen wird und die in dem Seitenwandbereich entsprechend dem unteren Bereich der Kokseinsatzschicht ausgebildet ist bzw. sind, eine Verbrennungszone oder Verbrennungszonen, die vor der Blasform bzw. den Blasformen gebildet ist bzw. sind, einen Schmelzbereich, der auf der Kokseinsatzschicht getragen ist und eine Beschickung aus reduziertem Eisen, Koks und Zuschlagen aufweist, die durch den Einlaß in der Oberseite eingeführt sind, ein Gestell, welches im untersten Bereich des Ofenhauptkörpers ausgebildet ist,

einen Schachtreduktionsofen (20a) für die Reduktion von Eisenerzen, .

eine Leitung, die den Gasauslaß des Schmelz-Vergasungsofens mit einem Reduktionsgas-Blaseinlaß des Schachtreduktionsofens verbindet, und

eine Einrichtung, die dem Schmelz-Vergasungsofen reduziertes Eisen zuführt, welches durch Reduktion der Eisenerze in dem Schachtreduktionsofen mit einem im Schmelz-Vergasungsofen gewonnenen Reduktionsgas geschaffen ist.

10. Kombinationsanlage für die Herstellung von Roheisen, gekennze ichne t durch

einen Schmelz-Vergasungsofen mit einem Ofenhauptkörper, einem

Einlaß in der Oberseite für das Einführen von reduziertem Eisen, Koks und Zuschlägen, und einem Gasauslaß, die beide im oberen Teil des Ofenhauptkörpers vorgesehen sind, Auslassen für dj-e Abgabe von geschmolzenem Roheisen und Schlacke, die im unteren Teil des Ofenhauptkörpers vorgesehen sind, einer Kokseinsatzschicht, die in einem Hauptteil des Ofenhauptkörpers vorgesehen ist und Hohlräume hat, durch die Gas in Gegenstromberührung mit Eisenschmelze und Schlacke fließt,und die an ihrer Oberseite eine durch den Einlaß zugeführte₍ ungeschmolzene Beschickung trägt, einer Blasform oder Blasformen, die zum Durchblasen von Sauerstoff, Brennstoff, der hauptsächlich Kohlenstoff und Wasserstoff aufweist, und wenn nötig einem Schlackebildner und/oder Wasserdampf geeignet ist bzw. sind und in der Ofenseitenwand entsprechend dem unteren Bereich der Kokseinsatzschicht angeordnet ist bzw. sind, einer mittleren Öffnung oder Öffnungen, die geeignet ist bzw. sind, einen festen Brennstoff und wenn nötig einen Schlackebildner usw. zuzuführen und in der Seitenwand oberhalb der Blasform bzw. Blasformen vorgesehen ist bzw. sind, einer Verbrennungszone oder Verbrennungszonen, die aus durch die mittlere Öffnung zugeführtem festen Brennstoff gebildet ist bzw. sind und vor der Blasform bzw. Blasformen angeordnet, ist bzw. sind, wobei die Verbrennungszone.bzw. Zonen geeignet ist bzw. sind,ein reduzierendes Heißgas zu bilden, welches hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff aufweist, und mit einem Schmelzbereich, der eine Beschickung aus reduziertem Eisen, Koks und Zuschlagen aufweist, die durch den Einlaß in der Oberseite eingeführt worden sind, wobei der Schmelzbereich an der Oberseite der Kokseinsatzschicht getragen ist, einen Schachtreduktionsofen für die Reduktion von Eisenerzen,

eine Leitung, die den Gasauslaß des Schmelz-Vergasungsofens mit einem Reduktionsgas-Blaseinlaß des Schachtreduktionsofens verbindet, und

eine Einrichtung zur Zufuhr von reduziertem Eisen in den Schmelz-Vergasungsofen, wobei das reduzierte Eisen durch Reduzieren von Eisenerzen in dem Schachtreduktionsofen mit einem aus dem Schmelz-Vergasungsofen gewonnenen Reduktionsgas geschaffen wird.

-lO-ll . Verfahren, Ofen oder Anlage nach einem der Ansprüche 1 - 10,

dadurch gekennzeichnet , daß die Kokseinsatzschicht durch Zufuhr von Koks nachfüllbar ist.

12. Verfahren, Ofen oder Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der zuzuführende Koks Halbkoks oder Koks ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 und 5-8, dadurch gekennzeichnet , daß durch die Blasform bzw. -formen Sauerstoff geblasen wird.

14. Verfahren, Ofen oder Anlage nach einem der Ansprüche 1 - 10,

dadurch gekennzeichnet , daß der durch die Blasform bzw. Blasformen geblasene Brennstoff fester Brennstoff in Pulverform, flüssiger Brennstoff oder gasförmiger Brennstoff oder ein Gemisch von zwei oder mehr dieser Brennstoffe ist.

15. Verfahren, Ofen oder Anlage nach Anspruch lA, dadurch gekennzeichnet ., daß der pulverförmiger feste Brennstoff Kohlenstaub, Koksgrus, pulverisiertes Pech und dgl. oder ein Gemisch derselben ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,,3 und 5 - 8, dadurch gekennzeichnet , daß zum Steuern der Temperatur des erzeugten Verbrennungsgases wahlweise Wasserdampf durch die Blasform bzw.-formen geblasen wird.

17. Verfahren nach Anspruch 3, 6 oder 8,·

dadurch gekennzeichnet , daß ein fester'Brennstoff durch eine mittlere Öffnung bzw. Öffnungen oberhalb der Blasform bzw. Blasformen in die Verbrennungszone bzw. -Zonen eingeführt wird.

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18. Verfahren nach Anspruch 17*

dadurch gekennzeichnet , daß wahlweise Wasserdampf in die mittlere Öffnung oder einen Pereich in der Nähe derselben geblasen wird.

19· Verfahren oder Anlage nach einem der Ansprüche 7-10, dadurch gekennzeichnet , daß der Schachtreduktionsofen ein Ofen mit beweglichem oder statischem Bett oder eine Kombinationsbauart derselben ist.

20. Verfahren oder Anlage nach Anspruch 19,

dadurch gekennzeichnet , daß der Schachtreduktionsofen ein Ofen mit beweglichem Bett ist.

21. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,

dadurch gekennzeichnet , daß das aus dem Schmelz-Vergasungsofen gewonnene und dem Schachtreduktionsofen zugeführte Gas ein Reduktionsgas ist, welches hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff aufweist.

22. Verfahren, Ofen oder Anlage nach einem der Ansprüche 1-10,

dadurch gekennzeichnet , daß der Schmelz-Vergasungsofen mit hohem Innendruck betrieben wird.

23«■ Verfahren oder Anlage nach einem der Ansprüche 7-10, dadurch gekennzeichnet , daß das aus dem Schmelz-Vergasungsofen gewonnene Gas dem Schachtreduktionsofen unter hohem Druck -zugeführt wird.

24. Ofen oder Anlage nach Anspruch 2, 4, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Schmelz-Vergasungsofen einen oberen Bereich von kleinerem Durchmesser und einen unteren Bereich von größerem Durchmesser aufweist.

25· Ofen oder Anlage nach Anspruch k oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Ubergangsfcereich zwischen dem oberen Bereich und dem unteren Bereich des Schmelz-Vergasungsofens eine entsprechende Anzahl mittlerer Öffnungen vorgesehen ist.

26. Ofen oder Anlage nach Anspruch 2, 4, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbrennungszone bzw. Verbrennungszonen im unteren Bereich mit dem größeren Durchmesser gebildet ist bzw. sind.

27. Verfahren, Ofen oder Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß wahlweise ein pulverförmiger Schlackebildner durch die Blasform bzw. Blasformen eingeblasen wird.

28. Ofen oder Anlage nach Anspruch 4 oder 10,

dadurch gekennzeichnet , daß die Verbrennungszone bzw. -ionen in dem Schmelz-Vergasungsofen aus einer Beschickung von festem Brennstoff gebildet ist bzw. sind.

29· Verfahren, Ofen oder Anlage nach Anspruch 2, 5, 7 oder 9,

dadurch gekennzeichnet , daß die Verbrennungszone bzw. sonen an der unteren Höhe der Kokseinsatzschicht gebildet ist bzw. sind.

30. Verfahren, Ofen und Anlage nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbrennungszone bzw. --Zonen im wesentlichen außerhalb des unteren Bereichs der Kokseinsatzschicht gebildet ist bzw. sind.

31. Verfahren nach Anspruch 1, 3, 5» 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß als Zuschlag zusätzlich ein Schlackebildner gemeinsam mit reduziertem Eisen und Koks durch den Einlaß in der Oberseite zugeführt wird.

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32. Verfahren nach Anspruch 3i 6 oder 8,

dadurch gekennzeichnet , dai3 ein Schlackebildner gemeinsam mit dem festen Brennstoff zusätzlich durch die
mittlere Öffnung zugeführt wird.

33· Verfahren, Ofen oder Anlage nach einem der Ansprüche

1 - 10,

dadurch gekennzeichnet , daß das reduzierte
Eisen durch die Eigenwärme des heißen Reduktionsgases geschmolzen wird.

3^· Verfahren nach Anspruch 32,

dadurch gekennzeichnet , daß der in der Beschickung, der Charge und dem Brennstoff bzw. den Brennstoffen enthaltene Schwefel durch die Schlacke im Schmelz-Vergasungsofen entfernt wird.

35· Verfahren nach Anspruch 17,

dadurch gekennzeichnet , daß der feste Brennstoff Kohle, Koks, Halbkoks oder dgl. oder ein Gemisch derselben ist.