DE3418488C2 - - Google Patents
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- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/0006—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state
- C21B13/0013—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state introduction of iron oxide into a bath of molten iron containing a carbon reductant
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- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von flüssigem
Roheisen und Schlacke sowie Reduktionsgas in einem Abstichgenerator.
Das nach diesem Verfahren erzeugte flüssige
Roheisen ist von seiner chemischen Zusammensetzung her als
auch bezogen auf sein Temperaturniveau zu einer direkten
Weiterverarbeitung zu Stahl, beispielsweise in einem Sauerstoffkonverter
geeignet. Durch geeignete Prozeßführung ist
auch die Herstellung von Gießereiroheisen für die Erzeugung
von Eisenwerkstoffen zweiter Schmelze möglich. Das Verfahren
gestattet es zugleich, ein hochwertiges Reduktionsgas zur
Herstellung von Eisenschwamm zu erzeugen, der seinerseits
im Abstichgenerator eingesetzt, zur Roheisenerzeugung dient.
Das Verfahren stellt somit eine Alternative zum Hochofenprozeß
dar.
Bekannt sind Verfahren zur Vergasung von Kohle und/oder Koks,
bei denen mit bewegtem Festbett der zu vergasenden stückigen
Brennstoffe gearbeitet wird, dessen Höhe über der Ebene der
Zufuhr des sauerstoffhaltigen Vergasungsmittels (Düsenebene)
ein mehrfaches des inneren Durchmessers des Reaktors in der
Düsenebene beträgt und bei dem sich die nicht vergasenden
Anteile des Brennstoffes (Asche) im Bereich der Hochtemperaturzone
vor den Düsen verflüssigen, im Gestell des Generators
sammeln und periodisch abgestochen werden. Führt man
einem solchen Generator gleichzeitig mit dem Brennstoff Erz
oder Eisenschwamm zu, so nähert man sich dem Grundprinzip
des Hochofens. Bekanntermaßen ist die Verwirklichung eines
solchen Verfahrensprinzips, das vordergründig zur Roheisenerzeugung
mit hoher spezifischer Leistung dienen soll, an
den Einsatz eines hochfesten metallurgischen Kokses ausreichend
großer Stückigkeit (vorzugsweise größer 25 mm) und
Festigkeit gebunden, um eine intensive und über den Schachtquerschnitt
gleichmäßige Durchgasung der über der Düsenebene
befindlichen Möllersäule zu gewährleisten.
Die begrenzte Verfügbarkeit von Kokskohlen für die Herstellung
eines hochfesten metallurgischen Kokses führte zur Entwicklung
des Niederschachtofenverfahrens, das zum überwiegenden
Teil mit Braunkohlenhochtemperaturkoks betrieben wurde.
Die geringe Schachthöhe dieser Öfen bedingte einen geringen
Grad der Gasausnutzung und somit einen erhöhten Brennstoffverbrauch.
Ausgehend von den im Hochofen verwirklichten Prinzipien der
Gasreduktion im Gegenstrom im Schacht sowie der Vergasung
eines festen Brennstoffes vor den Formen eines Einschmelzvergasers
(Hochofengestell) wurden neue Verfahren entwickelt
mit der Zielstellung, nichtbackende oder minderwertige Kohlen
zur Roheisenherstellung anstelle metallurgischen Kokses
einzusetzen.
Entsprechende Verfahrensentwicklungen beinhalten die Kopplung
eines sogenannten Einschmelzvergasers oder Abstichgenerators
mit einem Reduktionsschacht.
Während die Verfahrensentwicklung für die Reduktion stückiger
Eisenerze mittels heißer Reduktionsgase im Gegenstrom
im Schacht in einem Temperaturbereich von 750-900°C zu
einer Reihe ausgereifter Verfahren führte, weisen die bisher
bekannten verfahrenstechnischen Lösungen für das Schmelzen
des Eisenschwammes in einem Einschmelzvergaser noch eine
Reihe von Unzulänglichkeiten auf. Diese Unzulänglichkeiten
sind im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß kein ausreichender
Wärmeaustausch zwischen Gas und Feststoff in
der Hochtemperaturzone erreicht wird.
Entsprechend DE-OS 28 43 303 wird im Einschmelzvergaser, in
den feinkörnige Kohle oder Koks zugeführt werden, durch ein
oberhalb der Schmelze in der Düsenebene eingeblasenes sauerstoffhaltiges
Vergasungsmittel ein Kohlefließbett gebildet,
in dem am Kopf des Einschmelzvergasers zugeführte Eisenschwammpartikel
merklich abgebremst und in der Hochtemperaturzone
um einen im wesentlichen Betrag ihrer Temperatur erhöht
werden.
Ein solcher Einschmelzvergaser erfüllt einerseits die Funktion
des Erzeugers eines hochwertigen Reduktionsgases, das
im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht.
Die im Vergaser herrschenden Temperaturverhältnisse gewährleisten
eine außerordentliche schnelle Entgasung der eingebrachten
Kohle, die mit einem Zerplatzen (Zerfallen) auch
größerer Kohleteilchen einhergeht, sowie das vollständige
Kracken der bei der Entgasung freiwerdenden Kohlenwasserstoffe.
Das so entstehende Reduktionsgas wird im vorgeschalteten
Reduktionsschacht aus der ersten Hitze zur Erzeugung
von Eisenschwamm eingesetzt.
Andererseits ermöglicht das Temperaturniveau in der Hochtemperaturzone
des Fließbettes zwar theoretisch ein Aufschmelzen
und Überhitzen des Eisenschwammes sowie der Kohlenasche
und der Zuschläge, jedoch ist gerade der in dieser Zone erreichbare,
für das Temperaturniveau der Schmelzprodukte
(Schlacke und Roheisen) entscheidende Grad der Überhitzung
zugleich eine Funktion der Verweilzeit der zu schmelzenden
und zu überhitzenden Materialien in dieser Zone.
Insbesondere auf Grund der geringen Verweilzeit größerer
Eisenschwammpartikel in der Hochtemperaturzone des Kohlefließbettes
wurde bei der praktischen Realisierung des Verfahrens
entsprechend DE-OS 28 43 303 nur ein ungenügendes
Temperaturniveau der Schmelzprodukte erreicht, wodurch einerseits
Probleme hinsichtlich der Trennung von Roheisen
und Schlacke sowie der Ausnutzung der Entschwefelungsfähigkeit
der Schlacke auftreten und andererseits auf Grund des
ungenügenden Wärmeaustausches zwischen Eisenschwamm und
Kohlefließbett bzw. Gas hohe bzw. überhöhte (bis zu 1400°C)
Kopfgastemperaturen in Kauf genommen werden müssen, was einer
Verschlechterung des Wärmewirkungsgrades gleichkommt. Außerdem
ist die Erzeugung von Roheisensorten mit höherem Siliziumgehalt,
insbesondere von Gießereiroheisen unter diesen Bedingungen
praktisch nicht möglich. All diese Bedingungen verschlechtern
sich in dem Maße, wie die spezifische Schlackenmenge
ansteigt, was den Anwendungsbereich eines solchen Verfahrens
stark einengt.
Das Ziel der Erfindung ist die Verringerung der technisch-technologischen
Probleme, die aus einem ungenügenden Temperaturniveau
der Schmelzprodukte, insbesondere bei einem Durchsatz
von Eisenschwamm mit einem hohen Gangartanteil in einem
Eisenschmelzvergaser mit einem Kohle/Koks-Fließbett resultieren,
bei gleichzeitig positiver Beeinflussung des Energieverbrauches
durch die Verbesserung des Wärmewirkungsgrades.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Erzeugung von flüssigem Roheisen und Reduktionsgas in einem
Abstichgenerator zu entwickeln, bei welchem die Verweilzeit
der Eisenschwammpartikel in der Hochtemperaturzone soweit
ausgedehnt wird, daß ein Temperaturniveau der Schmelzprodukte
von über 1400°C bei gleichzeitiger Verringerung der Kopfgastemperatur
erreicht wird.
Der Lösung der Aufgabenstellung gehen folgende Überlegungen
voraus:
Die Verweilzeit größerer - nicht an der Wirbelung teilnehmender - Eisenschwammpartikel in der Zone hoher Temperaturen wird bei gegebener Korngröße des Brennstoffes durch den Staudruck der Brennstoffpartikel (Dichte des Fließbett-Wirbelbett- Systems) und den Auftrieb bestimmt. Diese beiden Größen hängen im Komplex unter der oben genannten Voraussetzung gegenläufig von der Gasgeschwindigkeit ab.
Die Verweilzeit größerer - nicht an der Wirbelung teilnehmender - Eisenschwammpartikel in der Zone hoher Temperaturen wird bei gegebener Korngröße des Brennstoffes durch den Staudruck der Brennstoffpartikel (Dichte des Fließbett-Wirbelbett- Systems) und den Auftrieb bestimmt. Diese beiden Größen hängen im Komplex unter der oben genannten Voraussetzung gegenläufig von der Gasgeschwindigkeit ab.
Beachtet man zugleich die Grenzen für eine mögliche Variation
der Gasgeschwindigkeit (Stabilitätsgrenzen des Fließbett-
Wirbelbett-Systems. Begrenzung des Staubaustrages) so
wird deutlich, daß die Verweilzeit der Eisenschwammpartikel
in der Hochtemperaturzone bei gegebener Korngröße des Brennstoffs
und den jeweiligen Reaktorabmessungen nur in äußerst
engen Grenzen durch die Gasgeschwindigkeit und den Brennstoffüberschuß
im Reaktor beeinflußbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß dem
Patentanspruch 1 gelöst.
Der Einsatz von Brennstoff in einem definierten Überschuß im
Generator führt zur Ausbildung einer Schüttung aus Brennstoff und
Eisenschwammpartikeln in bestimmten Korngrößenverhältnissen
über der vorhandenen Schlackenschicht, was sich erhöhend
auf das Temperaturniveau der Schmelzprodukte und zugleich reduzierend
auf das der Kopfgase auswirkt und somit tritt eine wesentliche
Verbesserung des Wärmewirkungsgrades der Prozeßabläufe
im Generator ein. Dazu muß ein solcher Brennstoffüberschuß
- ausgedrückt durch die im Generator vorhandene unvergaste
Brennstoffmenge, bezogen auf einen Quadratmeter Gestellfläche -
in einer solchen Körnung und einem begrenzten räumlichen
Bereich aufrechterhalten werden, daß die am Generatorkopf
eintretenden (größeren) Eisenschwammteilchen auf ihrem Weg
zum Schlackebad ihre aus dem Fall im Generatorschacht resultierende
kinetische Energie vollständig an die oberhalb des
Schlackebades befindlichen Brennstoffkörner abgeben und sich
somit die Verweilzeit der Eisenschwammteilchen in der Hochtemperaturzone
weitgehend der Verweilzeit von solchen Brennstoffkörnern
nähert, die zunächst nicht an der Bildung des
bekannten Wirbelbett-Fließbett-Flugstaubwolke-Systems teilhaben.
Die Einstellung solcher Verhältnisse erfordert in der
Schüttung die Anwesenheit eines bestimmten minimalen Anteils
festen Brennstoffes, dessen mittlerer Korndurchmesser gleich
oder größer als der der Eisenschwammteilchen ist. Diese
Bedingungen haben zur Folge, daß sich über der Schlackeschicht
eine Schüttung mit einer sich im Bereich der Düsenebene
vor den einzelnen Düsen ausbildenden Zirkulations-
und Auflockerungszone, die zugleich mit dem Bereich höchster
Temperaturen zusammenfällt, ausbildet, die im wesentlichen
speziell an den Randzonen nur durch die kinetische Energie
des durch die Düsen eintretenden Vergasungsmittels sowie
über die ganze Fläche durch die Wirkung der Schwerkraft bewegt
wird. Diese Schüttung, deren Höhe über der Düsenebene
einerseits zur Gewährleistung einer notwendigen minimal erforderlichen
Verweilzeit des Eisenschwammes in der Hochtemperaturzone
mindestens der maximalen vertikalen Ausdehnung
der sich vor den Düsen ausbildenden Zirkulations- oder Auflockerungszone
entsprechen muß und zur Aufrechterhaltung
günstiger Durchgasungsverhältnisse, der Verhinderung eines
vorzeitigen Aufschmelzens des Eisenschwammes oberhalb der
Düsenebene sowie der Aufrechterhaltung der technologisch
minimal erforderlichen Kopfgastemperatur von 800°C jedoch
das Zweifache dieses Wertes nicht überschreiten darf, dient
zugleich als eine Art Ausströmboden für ein sich über ihr
ausbildendes an sich bekanntes Fließbett-Wirbelbett-Flugstaubwolke-
System, in dem sich Kohlendioxid und Wasserdampf
sowie Entgasungsprodukte der Kohle entsprechend der bekannten
Mechanismen mit dem Brennstoffkohlenstoff umsetzen können.
Da Kohlen auf Grund ihres Gehaltes an flüchtigen Bestandteilen
und ihrer schnellen Aufheizung nach dem Eintritt in den
Generator entgasen und zerfallen, liegt der überwiegende
Teil der eingeführten Kohle in Form von Koksteilchen kleiner
3 mm vor, so daß die oben angeführte Forderung nach Anwesenheit
eines bestimmten minimalen Anteils von Brennstoffen,
deren mittlerer Korndurchmesser gleich oder größer ist als
der der Eisenschwammteilchen, nur durch den teilweisen oder
alleinigen Einsatz von stückigen Produkten der Kohleentgasung
(Koks oder Halbkoks) mit einer bestimmten minimalen
Festigkeit abgesichert werden kann. So sind Veredlungsprodukte
der Braunkohle, wie Braunkohlenschwelkoks und Braunkohlenhochtemperaturkoks
(BHT-Koks) und andere nicht metallurgische
Kokse (Industriekokse) mit ausreichend hoher Reaktionsfähigkeit
in einem Korngrößenbereich von 3-45 mm, vorzugsweise
jedoch in einem Kornband von 3-25 mm sehr gut für
den Einsatz im Abstichgenerator geeignet.
Die gefundene verfahrenstechnische Lösung ermöglicht auch
den Einsatz von Braunkohlenbriketts als Brennstoff, da am
Kopf des Vergasers zugeführte Briketts ähnlich wie die Eisenschwammteilchen
ihre aus dem freien Fall resultierende kinetische
Energie zunächst vollständig an die oberhalb der
Schlackeschicht befindliche Schüttung abgeben und somit die
Gewähr dafür gegeben ist, daß sie thermisch weitgehend vorbereitet
in die Hochtemperaturzone eintreten.
Dadurch wird einerseits die Zufallsgeschwindigkeit sowie der
Grad des Zerfalls der Briketts stark vermindert und andererseits
einem wesentlichen Abfall des Temperaturniveaus in
der Hochtemperaturzone entgegengewirkt. Um die Wärmeverluste
mit dem Kopfgas und die Wärmeverluste durch die Wände im
oberen Teil des Generators zu verringern, wird die maximal
zulässige Temperatur der Kopfgase bei 1100°C begrenzt. Durch
Veränderung des Verhältnisses zwischen den Anteilen von
stückigen, entgasten Kohlen und unentgasten, ungetrockneten
und/oder getrockneten Kohlen im Brennstoffeinsatz vorzugsweise
im Bereich von 2-0,3 sowie Variation des Brennstoffüberschusses
im Bereich von 0,5-3,0 t/m² ist nicht nur die
Möglichkeit gegeben, die maximal zulässige Temperatur der
Kopfgase einzuhalten, sondern auch im Bereich 800-1100°C
zielgerichtet zu beeinflussen. Auch diese Maßnahmen lassen
sich auf die eingangs dargestellte neugefundene Erkenntnis
zurückführen.
Um ein direktes und sofortiges Eintreten der Eisenschwammteilchen
nach ihren Eintrag am Kopf des Generators in die
sich vor den Düsen ausbildende Zirkulations- oder Auflockerungszone
zu verhindern, sind die Aufgabeeinrichtungen so
anzuordnen, bzw. zu steuern, daß der Eisenschwamm möglichst
im Bereich des zwischen zwei benachbarten Düsen gelegenen
"toten" Feldes der Schüttung auftrifft. Unter Beachtung der
horizontalen Ausdehnung der Zirkulations- oder Auflockerungszone
vor den Düsen sollte der Durchmesser des auf die
Schüttungsfläche projizierten Aufgabekreises des Eisenschwammes
²/₃ des Durchmessers des Gestells im Bereich der Düsenebene
nicht überschreiten.
Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in
Fig. 1: Einen Längsschnitt durch einen Abstichgenerator
sowie die Darstellung des inneren Profils des
Generators.
Fig. 2: Eine graphische Darstellung der ermittelten Abhängigkeiten
der Generatorgastemperatur sowie der
Roheisen- und Schlackentemperatur vom mittleren
Korndurchmesser des Brennstoffs im Generator.
Entsprechend Fig. 1 weist das innere Profil des dargestellten
Abstichgenerators einen unteren zylindrischen Abschnitt als
Gestell 1 auf. Das Gestell 1 dient zur Aufnahme der flüssigen
Schmelzprodukte Schlacke 4 und Roheisen 5 und der darüberliegenden
Schüttung 6, innerhalb der die Vergasung des
Brennstoffes mit dem durch die Düsen 7 zugeführten Vergasungsmittel
im Bereich der sich unmittelbar vor den Düsen 7 ausbildenden
Zirkulationszone 8 stattfindet. Das Gestell 1 ist
mit einem Roheisenstich 2 und einem Schlackenstich 3 versehen.
An dem zylindrischen Teil des Generators schließt
sich ein konischer Teil 9 an, in dessen Bereich sich ein
Fließbett-Wirbelbett-System 10, 11 ausbildet, das im wesentlichen
aus Brennstoffteilchen mit einem Durchmesser besteht,
der kleiner oder gleich dem kritischen Durchmesser
d kr ist. Unter dem kritischen Teilchendurchmesser d kr soll
hier der Durchmesser der Teilchen verstanden werden, für die
die Summe der aerostatischen Auftriebskraft und der aus dem
Widerstand der Stirnflächen der Teilchen resultierenden Auftriebskraft
im aufsteigenden Gasstrom gleich dem Gewicht der
Teilchen ist. Da sich die Leerrohrgeschwindigkeit der Gase
über die Höhe des konischen Teiles 9 verringert, verringert
sich auch d kr, so daß in diesem Bereich gewissermaßen eine
Windsichtung der feinen Brennstoffteilchen über die Höhe
stattfindet. An den konischen Teil 9 schließt sich ein zylindrischer
Absetzraum 12 an, welcher mit den am Kopf des
Generators angeordneten Abzugsrohren 13 für die Ableitung
des Reduktionsgases versehen ist. Im Absetzraum 12 bildet
sich ein Flugstaubwolke-System 14 aus Brennstoffteilchen
aus, deren Durchmesser wesentlich kleiner als d kr für den
gegebenen Generatorquerschnitt ist.
Am Kopf des Vergasers sind symmetrisch zur Generatorachse
auf einem Teilkreis 15, dessen Durchmesser ²/₃ des Gestelldurchmessers
nicht überschreiten soll, Eintrittsöffnungen
16 für die kontinuierliche Zufuhr von Eisenschwamm angeordnet.
Innerhalb dieses Teilkreises 15 befindet sich am Kopf
des Generators mindestens eine Eintrittsöffnung 17 für die
kontinuierliche Zufuhr von festem Brennstoff.
Das Generatorgefäß selbst ist aus einem Stahlblechpanzer 18
mit innenliegenden Kühlelementen 19 und einer entsprechenden
feuerfesten Zustellung 20, durch die das innere Profil des
Generators gebildet wird, ausgeführt.
Der durch die Eintrittsöffnungen 16 kontinuierlich in den
Generator eintretende Eisenschwamm fällt durch den Absetzraum
12 und den konischen Teil 9 des Generators, wobei er einen
zunehmenden Teil seiner aus dem Fall resultierenden kinetischen
Energie an den aufsteigenden Gasstrom und die in ihm
enthaltenen Brennstoffteilchen im Flugstaubwolke-Wirbelbett-
Fließbett-System 14, 11, 10 (in der Reihenfolge des Durchfallens)
abgibt, um bei seinem Auftreffen auf die Schüttung
6 aus Brennstoffteilchen, deren Durchmesser größer als der
kritische Teilchendurchmesser d kr ist, seine kinetische Energie
vollständig an die Teilchen der Schüttung 6 abzugeben
und im weiteren mit der Schüttung 6 in einer im wesentlichen
durch die Schmelzintensität, ausgedrückt durch die je m² Gestellfläche
in der Zeiteinheit vergaste Brennstoffmenge, bei
gegebenem spezifischen Nettobrennstoffverbrauch (Summe des
vor den Düsen vergasten Brennstoffe und des für die direkte
Reduktion verbrauchten Brennstoffs je Mengeneinheit Roheisen)
bestimmten Geschwindigkeit abzusinken und die Hochtemperaturzone
zu durchlaufen. Gleiches trifft auch auf den kontinuierlich
durch die Eintrittsöffnung 17 zugeführten Brennstoff
zu. Jedoch nimmt in Abhängigkeit von der Art des Brennstoffes
und seiner Korngröße nur ein bestimmter Teil an der
Bildung der Schüttung 6 im Gestell 1 teil, während der andere
Teil des Brennstoffes (Korngröße kleiner gleich d kr) an
der Bildung des Fließbett-Wirbelbett-Flugstaubwolke-Systems
10, 11, 14 teilhat. Innerhalb dieses Systems erfolgt eine
Entgasung des Brennstoffes sowie eine Umsetzung des Brennstoffkohlenstoffs
mit Wasser und CO₂. Ein bestimmter Teil
des Brennstoffes wird mit den Generatorgasen ausgetragen.
Die Zeit, die für den Wärmeaustausch zwischen Gas und Feststoff
in der Schüttung 6 zur Verfügung steht (Zeit zwischen
dem Auftreffen der Eisenschwammteilchen auf die Brennstoffschüttung
6 und dem Eintreffen der Eisenschwammteilchen in
der Düsenebene) wird bei gegebener Schmelzintensität bestimmt
durch den Brennstoffüberschuß im Reaktor. Untersuchungen
ergaben, daß dieser Brennstoffüberschuß in Abhängigkeit
von der Art des gewählten Brennstoffes und seines sich
im Generator real einstellenden mittleren Korndurchmessers
vorzugsweise 0,5-3 t/m² betragen soll. Dabei gelten die
größeren Werte für Brennstoffe mit kleinerem mittleren Korndurchmesser,
d. h. für Brennstoffe, bei denen ein größerer
Anteil an der Bildung des Fließbett-Wirbelbett-Flugstaubwolke-
Systems 10, 11, 14 teilnimmt und umgekehrt.
Zugleich wird durch den oben angeführten Bereich des Brennstoffüberschusses
und der gewählten Anordnung der Eintrittsöffnungen
16 für den Eisenschwamm verhindert, daß dieser unmittelbar
und nicht ausreichend thermisch vorbereitet in die
sich vor den Düsen 7 ausbildende Zirkulations- und Auflockerungszone
8 eintritt.
Aus den vorangegangenen Erläuterungen ist ersichtlich, daß
die gewählte Ausführung eine definierte Verweilzeit des Eisenschwammes
(und des Brennstoffes) in der Hochtemperaturzone
und somit einen ausreichenden Wärmeaustausch zwischen Gas
und Feststoff gewährleistet.
So ergab sich beim stufenweisen Ersatz eines Steinkohlen-
Anthrazit-Gemisches der Körnung 0-10 mm beim Betrieb eines
Einschmelzvergasers mit 3,6 m Durchmesser im Bereich der
Düsenebene durch Braunkohlenhochtemperaturkoks (BHT-Koks)
der Körnung 3-20 mm der unerwartete Effekt, daß sich entgegen
den ursprünglichen Erwartungen nicht nur keine Erhöhung
der Kopfgastemperatur im Hinblick auf den sich mit steigendem
BHT-Koksanteil verringernden Umfang endothermer Reaktionen
in Verbindung mit der Trocknung der Brennstoffe und ihrer
Entgasung sowie der Zersetzung höherer Kohlenwasserstoffe
eintrat, sondern sich umgekehrt das Temperaturniveau des Kopfgases
von ursprünglich ca. 1200°C stufenweise auf ca. 900°C
bei vollständigem Austausch von Kohle durch BHT-Koks verringerte.
In gleichem Maße trat eine stetige Verbesserung des
Temperaturniveaus der Schmelzprodukte von ca. 1320°C beim
Roheisen auf Werte von über 1500°C ein. Darüberhinaus konnte
ein deutlicher Zusammenhang zwischen dem Brennstoffüberschuß
im Reaktor und den Temperaturen des Kopfgases und der Schmelzprodukte
dahingehend festgestellt werden, daß sich mit größer
werdendem Brennstoffüberschuß (im Bereich 0,5 bis 2,0 t/m²)
die Kopfgastemperaturen verringerten und die Temperatur der
Schmelzprodukte anstieg. Wärmebilanzen erbrachten darüber
hinaus den Beweis dafür, daß sich mit steigendem BHT-Koksanteil
am Brennstoff und mit steigendem Brennstoffüberschuß in
den angeführten Grenzen der thermische Wirkungsgrad des Prozesses
wesentlich verbesserte. Diese überraschenden Effekte
lassen sich nur durch die eingangs dargestellte neugefundene
Erkenntnis erklären.
Anhand eines weiteren Ausführungsbeispieles soll der Zusammenhang
zwischen der Korngröße des eingesetzten Brennstoffes
und den im praktischen Betrieb eines Abstichgenerators mit
3,6 m Gestelldurchmesser erzielten Temperaturen des Generatorgases
(gemessen am Generatorkopf) und der Temperatur der
Schmelzprodukte dargestellt werden.
Zum Einsatz gelangten Brennstoffgemische aus Braunkohlenhochtemperaturkoks
und Steinkohle. Zur Charakterisierung der
Korngröße des Brennstoffkorngemisches wird der mittlere Korndurchmesser
d m entsprechend der Methodik nach Rosin, Rammler,
Bennett (Doppelt logarithmisches Körnungsnetz) Copyright 1952
Schäfers Feinpapier, Plauen GDR, Bestell-Nr. 605 T) angewendet.
Dem Generator wurde Eisenschwamm mit 85% Eisen und einem
Metallisierungsgrad von 95% mit einer Temperatur von 800°C
zugeführt. In Auswertung der praktischen Versuche wurde für
die Abhängigkeit der Generatorgastemperatur t G vom mittleren
Korndurchmesser d m des Brennstoffes folgende Abhängigkeit
gefunden:
t G = 800 + 1271,3 exp - 0,242 · d m (1)
Für die Abhängigkeit der Roheisentemperatur t RE vom mittleren
Korndurchmesser wurde gefunden
t RE = 800 + 1271,3 · 0,56 · (1 - exp - 0,242 · d m) (2)
und für die Abhängigkeit der Schlackentemperatur t S 1 vom
mittleren Korndurchmesser wurde gefunden
t S 1 = 800 + 1360 · 0,56 (1 - exp - 0,242 · d m) . (3)
Diese empirischen Ausdrücke (Geltungsbereich 4,5 d m 12,0
in mm), gefunden für konkrete Bedingungen, spiegeln sehr
gut die bekannten Gesetzmäßigkeiten des Wärmeaustausches
zwischen Gas und Feststoff wieder. Auf der Fig. 2 sind die
für das Ausführungsbeispiel gefundenen Abhängigkeiten
graphisch für den Geltungsbereich dargestellt. Zugleich
sind 3 Arbeitspunkte, bei denen mit gleichem Brennstoffüberschuß
(1,0 t/m²) gearbeitet wurde, besonders gekennzeichnet:
Arbeitspunkt I d m = 5,45 mm (Koks: Kohle 0,5)
Arbeitspunkt II d m = 7,60 mm (Koks: Kohle 2,0)
Arbeitspunkt III d m = 9,75 mm (nur Koks)
Arbeitspunkt II d m = 7,60 mm (Koks: Kohle 2,0)
Arbeitspunkt III d m = 9,75 mm (nur Koks)
Um unter den Bedingungen der Arbeitspunkte I und II gleiche
Generatorgastemperaturen und Temperaturen der Schmelzprodukte
wie im Arbeitspunkt III zu erzielen, muß mit einem gegenüber
dem Ausgangszustand um das 1,79 bzw. 1,28fache höherem
Brennstoffüberschuß gearbeitet werden.
Wird im Arbeitspunkt III dagegen beispielsweise mit einem gegenüber
dem Ausgangszustand um das 1,17fache höherem Brennstoffüberschuß
gearbeitet, so stellt sich eine Gastemperatur
von 880°C und eine Roheisentemperatur von 1470°C und eine
Schlackentemperatur von 1514°C ein.
Der Wärmewirkungsgrad des Prozesses η im Abstichgenerator,
ausgedrückt durch das Verhältnis der Differenz der insgesamt
im Reaktor durch (unvollständige) Vergasung des Brennstoffes
freigesetzten Wärmemenge und der Wärmeverluste mit den den
Generator verlassenden Gasen zu der insgesamt im Reaktor
durch Vergasung des Brennstoffes freiwerdenden Wärmemenge
läßt sich für das gewählte Ausführungsbeispiel wie folgt darstellen:
Ausgehend von den für das gewählte Ausführungsbeispiel dargestellten
Zusammenhängen lassen sich die erforderlichen
Parameter für die Brennstoffkorngröße und den Brennstoffüberschuß
ableiten, um das Verfahren mit einem möglichst hohen
Wärmewirkungsgrad η zu verwirklichen.
Da der Wärmewirkungsgrad η bei gegebenem Metallisierungsgrad
des Eisenschwamms und gleicher Anfangstemperatur (Eintrittstemperatur)
praktisch nicht vom Gangartgehalt des Eisenschwamms
abhängt, ermöglicht das Verfahren eine vorteilhafte
Verarbeitung von Eisenschwamm auch mit hohem Gangartanteil
(bis zu 30%).
Claims (7)
1. Verfahren zur Erzeugung von flüssigem Roheisen und Reduktionsgas
in einem Abstichgenerator, bei dem der in den Generator
eingeführte, feste Brennstoff durch das über dem Niveau
der Schmelze eingeblasene, sauerstoffhaltige Vergasungsmittel
bei einem so hohen Temperaturniveau vergast wird, daß sowohl
die Koksasche, als auch der in den Generator eingeführte
Eisenschwamm, der mit Hilfe des im Generator erzeugten Reduktionsgases
produziert wird, aufgeschmolzen und überhitzt werden
und sich als flüssige Schmelzprodukte im Gestell des Generators
sammeln und periodisch abgestochen werden, dadurch gekennzeichnet,
daß durch eine dosierte Brennstoffzufuhr im Generator
stets ein solcher Brennstoffüberschuß, ausgedrückt
durch die im Generator vorhandene unvergaste Brennstoffmenge,
bezogen auf einen Quadratmeter Gestellfläche des Generators,
in einer solchen Körnung aufrechterhalten wird, daß sich
eine auf der Schlacke (4) schwimmende, im wesentlichen nur
durch die kinetische Energie des durch die Düsen (7) eintretenden
Vergasungsmittels sowie die Wirkung der Schwerkraft
bewegte Schüttung (6) aus Brennstoff- und Eisenschwammpartikeln
ausbildet, deren Höhe mindestens der maximalen vertikalen
Ausdehnung der sich vor den Düsen (7) ausbildenden Zirkulationszone
(8) entspricht, jedoch maximal das zweifache
dieses Wertes beträgt, in der die aus dem Fall der in den
Generator zugeführten Eisenschwamm- und Brennstoffteilchen
resultierende kinetische Energie dieser Teilchen vollständig
an die in der Schüttung (6) vorhandenen Teilchen abgegeben
wird und die zugleich einen Anströmboden für ein sich oberhalb
dieser Schüttung ausbildendes, an sich bekanntes Fließbett/
Wirbelschicht/Flugstaubwolke-System (10; 11; 14),
des vorwiegend aus Brennstoffteilchen besteht, bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Brennstoffüberschuß Werte im Bereich von 0,5 bis 3,0 t/m²
annimmt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet,
daß stückige Entgasungsprodukte von Kohlen, wie Industriekoks,
Braunkohlenschwelkoks und Braunkohlenhochtemperaturkoks
in einem Korngrößenbereich von 3 bis 45 mm eingesetzt
werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
als Brennstoff stückige Entgasungsprodukte von Kohlen oder
Gemische von stückigen Entgasungsprodukten von Kohlen mit
unentgasten und ungetrockneten und/oder getrockneten Kohlen,
wie Gemische von Braunkohlenhochtemperaturkoks und
Braunkohlenbriketts im Verhältnis von 2 bis 0,33 in den
Generator eingeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die maximale Temperatur der den Generator verlassenden Reduktionsgase
1100°C beträgt und im Bereich 800 bis 1100°C
durch Steuerung des Verhältnisses zwischen der eingesetzten
Menge stückiger Entgasungsprodukte von Kohlen und der eingesetzten
Menge unentgaster und ungetrockneter und/oder getrockneter
Kohlen und/oder Variation des Brennstoffüberschusses
im Bereich von 0,5-3,0 t/m² auf einen gewünschten
Wert eingestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Generator als Eisenträger Eisenschwamm mit einem Gangartanteil
bis zu 30% zugeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der dem Generator zugeführte Eisenschwamm der Schüttung (6)
in einem auf ihre Oberfläche projizierten Aufgabekreis (15)
von Zweidrittel des Gestelldurchmessers und im Bereich
des zwischen zwei benachbarten Düsen (7) gelegenen Feldes
aufgegeben wird.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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---|---|
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Family
ID=5547864
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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AT387038B (de) * | 1986-11-25 | 1988-11-25 | Voest Alpine Ag | Verfahren und anlage zur gewinnung von elektrischer energie neben der herstellung von fluessigem roheisen |
DE3785851D1 (de) * | 1987-02-16 | 1993-06-17 | Moskovskij Institut Stali I Splavov, Moskau/Moskva, Ru | |
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-
1984
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- 1984-05-22 AT AT0169384A patent/AT388749B/de not_active IP Right Cessation
- 1984-06-01 HU HU215084A patent/HU190310B/hu unknown
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
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Owner name: EKO STAHL AG, O-1220 EISENHUETTENSTADT, DE |
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