DE3689946T2 - Verfahren zur verbeserten gewinnung von eisen in einem schachtofen. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf die Eisenerzeugung mittels eines Schachtschmelzofens. Derartige Schachtöfen sind für moderne Hochöfen typisch, bei denen eine Charge aus Koks, Erz (gewöhnlich mit einem Anteil von Sintermaterial und vielleicht pelletisiertem Material) und aus verschiedenen Additiven in die Gicht des Ofens eingeführt wird, wobei die erforderliche Verbrennung und Verschmelzung im Ofen durch heiße Gebläseluft bewirkt wird, die in den Ofen über Düsen aus der Ringleitung in die Rastzone des Ofens eingeblasen waren. Das Produkt eines solchen Ofens ist Eisen, welches vom Herd in der Nähe der Basis des Ofens abgezogen wird.
• Es ist bei Hochöfen bereits vorgeschlagen worden, an den Düsen in die Gebläseluft Brennstofföl oder andere Kohlenwasserbrennstoffe einzuführen, um den thermischen Eingang anzureichern und zur verstärken und um demgemäß die erforderliche Koksmenge des Ofens zu verringern. Außerdem ist vorgeschlagen worden, Kohle in Granulatform oder in Pulverform oder in Form eines Pulvers oder eines Wasserschlamms als derartigen Brennstoff zu benutzen. Es wurde weiterhin vorgeschlagen, die Gebläseluft mit mäßigen Mengen von Sauerstoff anzureichern, um die Schmelzleistungsfähigkeit des Ofens zu verbessern. All diese Vorschläge haben jedoch nur zum Ziel, die Standardoperation des Hochofens zu erhöhen und zu verbessern. Die Arbeitsweise des Hochofens wird mit einer derartigen Verbesserung in normaler Weise betrieben, wenn auch hoffentlich mit einer größeren Produktionswirksamkeit und/oder verbesserter Wirtschaftlichkeit.
• Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schachtschmelzofenanordnung vorzusehen, die eine verbesserte Arbeitsweise gewährleistet, zusammen mit einem verbesserten Verbrauch von Kohle und Sauerstoff.
• Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Eisenerzeugung mittels eines Schachtschmelzofens, umfassend die Schritte der Zufuhr von Eisenerz und Koks zur Gicht des Ofens und des Einblasens von Kohle und Sauerstoffin die Schmelzzone des Ofens, und das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Mengen der Kohle- und Sauerstoffeinblasungen innerhalb eines Bereichs von 0,7 bis 0,99 von stöchiometrischen Bedingungen bezüglich der Verbrennung zu Kohlenmonoxid und Wasser ausgewählt werden, wodurch in Kombination die Verbrennung gefördert, die Reaktionstemperatur gesteuert und die Wärme zum Schmelzen geliefert wird.
• Das so erzeugte Kohlenmonoxid und der Wasserstoff wirken als Teil des Reduktionsmittels für das Eisenerz im Schacht.
• Um eine zufriedenstellende Reaktion der eingeblasenen Kohle und des Sauerstoffs zu gewährleisten, können diese allgemein etwa gleichzeitig eingeblasen werden.
• Der Sauerstoff kann unverdünnt oder vermischt mit einer Heißluft eingeblasen werden oder gemeinsam mit der heißen Luft.
• Die Kohle kann irgendeine Zusammensetzung aufweisen, beispielsweise ein Anthrazit, eine verkokte Kohle, eine hochflüchtige Kohle und die Kohle kann eine geeignete Korngröße von beispielsweise 3 mm aufweisen. Die bevorzugte Kohle ist aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten die gewöhnlich für industrielle Zwecke benutzte Kohle.
• Sauerstoff und Kohle können über ein einziges Eingangselement oder durch eine Eingangsbaugruppe, beispielsweise mittels einer Lanze, eingeführt werden oder der Brenner oder die Kohle können getrennt vom Sauerstoff in den Ofen eingeführt werden, beispielsweise mittels getrennter Lanzen und mit einem mäßigen Sauerstoffzusatz, wobei der Sauerstoff mit der Gebläseluft in der oben erwähnten Weise vermischt werden kann. Die Kohle kann Feuchtigkeit enthalten und sie kann in Form eines Schlammes vorliegen, der in den Ofen vorzugsweise benachbart zu einer Sauerstoffinjektionslanze eingeführt wird.
• Bei einem Hochofen kann das Einblasen von Kohle und Sauerstoff über eine oder mehrere Lanzen und über Blasformen in die Schmelzzone hinein erfolgen. Bei großen Einspritzmengen von Kohle und Sauerstoff können die üblichen Blasformen durch Sauerstoff- und Kohlebrennerlanzen ersetzt werden, die um den Ofen herum angeordnet sind.
• Wegen der gesteuerten Wärmefreisetzung in der Reaktionszone, was mittels der Erfindung erreicht werden kann, und wegen des Vorhandenseins von Sauerstoff, können in den Ofen Additive über Lanzen eingeführt werden, um die Steuerung der Verfahrenschemie zu unterstützen, zum Beispiel kann feines Eisenerz zur Erzeugung von Eisen mit geringem Siliziumgehalt eingeführt werden oder Zusätze, die eine Entschwefelung bewirken. Es ist auch möglich, größere Mengen von feinem Erz einzublasen, um eine Reduzierung des Erzes zu ermöglichen, das in die Gicht des Ofens eingeführt wird.
• Es hat sich gezeigt, daß durch die Erfindung eine sehr viel kleinere Koksmenge in der Gichtcharge des Ofens mit dem Eisenerz benötigt wird, und die Grenze des Ersatzes des Koks im Ofen durch Sauerstoff- und Kohleeinblasen wird durch die Förderung bestimmt, daß die Kohle innerhalb des Ofens einen Träger bildet und eine Gasdurchlässigkeit besitzt, während die Hochtemperaturreaktionen stattfinden, was zur Folge hat, daß die Beschickung erweicht und schmilzt.
• Außerdem gewährleistet das Einblasen von Sauerstoff, was wenigstens teilweise das Heißlufteinblasen bei einem Hochofen ersetzt, daß die Produktivität des Ofens und der Heizwert der Abgase erhöht werden.
• Die Erfindung hat weiter den Vorteil, daß bestehende Hochöfen mit einem verbesserten Wirkungsgrad weiter benutzt werden können.
• Schließlich ist festzustellen, daß außer der Erhöhung des Heizwertes der Abgase diese erzeugten Heizgase besser ausgenutzt werden können, weil eine größere Menge verdampfbarer Bestandteile in Natur von Kohlenwasserstoffen in der Kohle vorliegt als im Koks, der in der Charge benutzt wird.
• Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachstehend zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
• In der Zeichnung zeigen:
• Fig. 1 ist ein Schnitt eines geraden Schachtofens, der die Betriebsmerkmale gemäß der Erfindung ohne irgendeinen Lufteinblasring aufweist,
• Fig. 2 ist eine Schnittansicht der Sauerstoff-/Kohle- Brennerlanzenanordnung gemäß Fig. 1,
• Fig. 3 ist ein Querschnitt eines Hochofens, der die Betriebsmerkmale der vorliegenden Erfindung umfaßt,
• Fig. 4 ist eine isometrisches Diagramm der Heißlufteinblasformen, denen zusätzlich Sauerstofflanzen und Kohlelanzen beigegeben wurde, um nach der Erfindung arbeiten zu können,
• Fig. 5 ist eine schematische Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Blasformen gegenüber der Ausbildung gemäß Fig. 4, und
• Fig. 6 ist eine schematische Schnittansicht eines Teils einer weiteren Ausführungsform bzw. einer Abwandlung der Blasformen gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4.
• Fig. 1 veranschaulicht eine Anwendung der Erfindung bei einem geraden Schachtofen. In dieser Figur wurde die allgemeine Anordnung des Hochofens weggelassen und es ist ein Überkopfschaftofen 6 dargestellt, dem die Beschickung aus Erz und einer begrenzten Menge Koks zugeführt wird. Eine im einzelnen in Fig. 2 dargestellte Brenneranordnung 7 wird benutzt, um eine Kombination von Sauerstoff und Kohle einzublasen, die in einer Schmelzzone über dem Herd 8 des Ofens brennt und das Erz ausschmelzen läßt, um Eisen zu erzeugen, das danach bei 9 abgezapft wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde das Einblasen heißer Luft völlig weggelassen.
• Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besitzt die Brenneranordnung eine wassergekühlte Hülse 25 und eine doppelte konzentrische Rohranordnung. Das innere Rohr 26 führt Kohle über eine Zuführungsleitung 27 zu, während das äußere Rohr 28 Sauerstoff von einer Zuführungsleitung 29 erhält. Die Düsen der Rohre 26 und 28 stehen in den Ofen über die Hülse 25 derart ein, daß eine Vermischung und Verbrennung von Kohle und Sauerstoff innerhalb des Ofens stattfinden kann. Die Spitze des Rohres 28 ist zum Schutz mit einer Wasserkühlung 30 versehen.
• Es können auch andere Ausbildungen vorgesehen werden, wobei auch Kohle derart eingeführt werden kann, daß die Kühlung des Sauerstoffträgers verbessert wird, und hiervon kann der Aufbau umgeben werden. Bei einer solchen Anordnung würde die Kohle über den Umfang des Sauerstoffstromes in Form eines Ringes oder in Form mehrerer diskreter Strahlen eingeführt.
• Bei einem typischen Betriebsbeispiel mit einer Kohle-/Lufteinblasrate über Kohlenlanzen mit 550 kg pro thm (äquivalent einer Trockenkohleeinspritzrate von 486 kg pro thm) und einer Sauerstoffeinspritzrate von 0,44 Tonnen pro thm, war eine Reduktion von Koks in der Beschickung von 490 kg pro thm auf 109 kg pro thm möglich, wobei zufriedenstellende Schmelztemperaturen und ein zufriedenstellender Betrieb beobachtet wurden. Bei diesem Ausführungsbeispiel betrugen die Mengen von Kohle- und Sauerstoffeinspitzungen 0,98 der stöchiometrischen Bedingungen im Hinblick auf die Verbrennung zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff.
• Nunmehr wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Hier ist ein Hochofen 1 üblicher Konstruktion dargestellt, der gemäß einer normalen Betriebsweise an der Gicht mit einer Beschickung 2 versehen wird, die auf einer Mischung von Eisenerz (mit einem Anteil von Sintermaterial und Eisenerzpellets) und Koks und anderen relativ geringfügigen Zusätzen besteht. Diese Beschickung bewegt sich durch den Ofen nach unten und wird an der Schmelzzone 4 von einem Heißluftstrom getroffen, der über Glasformen 3 von einem Ringrohr 5 zugeführt wird, und dieser Heißgasstrom besteht normalerweise aus heißer Luft. Zusätzlich zu dem Heißgasstrom, der in den Ofen über die Blasformen 3 eintritt, können die Blasformen gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4, 5 oder 6 zum Einspritzen von Sauerstoff und Kohle benutzt werden. Gemäß einem praktischen Ausführungsbeispiel können 30 kg Kohle pro Minute durch jede Blasform des Ofens und bis zu 15 m³ Sauerstoff pro Minute eingeblasen werden (dies ergab einen Sauerstoffgehalt in jeder Blasform bis zu 33%). Mit diesem Einspritzen wurde die Koksmenge in der Beschickung beträchtlich vermindert und die Schmelzwirksamkeit durch den erhöhten Anteil von Wärme verbessert, die durch die Verbrennung der Kohle im Sauerstoff eingeführt wurde. Bei einem typischen Einführungsbeispiel dieser Erfindung erfolgte eine Kohle-/Lufteinspritzung über Kohlenlanzen mit einer Rate von 300 kg pro thm (äquivalent einer Trockenkohleeinspritzungsrate von 265 kg pro thm) und es wurde Sauerstoff mit einer Rate von 0,276 Tonnen pro thm eingespritzt. Hierbei ergab sich eine Verminderung von Koks in der Beschickung von 490 kg pro thm auf 283 kg pro thm und es ist eine Verminderung des Einblasvolumens von 1104 nm³ pro therm auf 693 nm³ pro therm möglich, wobei sich zufriedenstellende Schmelztemperaturen und ein befriedigendes Betriebsverhalten ergaben. Bei diesem Ausführungsbeispiel betrugen die Mengen von Kohle- und Sauerstoffinjektionen 0,99% des stöchiometrischen Wertes bezogen auf die Verbrennung zu Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde ein Hochofen benutzt, der mit einer Beschickung vom 75% Sintermaterial und 25% Pellets arbeitete.
• Die Fig. 4 bis 6 veranschaulichen andere Ausführungsformen der Sauerstoff- und Kohleeinspritzung. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 besitzt getrennte Lanzen 10, 11, die über Stopfbuchsen 13 und Abschirmungen 14 in ein Hochofenrohr 15 und eine Blasform 12 für die Kohle und den Sauerstoff vorstehen, wobei die Kohle gewöhnlich in Luft in die Lanze 10 eingesaugt wird. Eine solche Anordnung ist einfach und in ihrer Installation und Arbeitsweise in einer Hochofenblasform wirksam.
• Ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 dargestellt. Hier ist eine doppelte konzentrische Lanze aus oxidationsbeständigem Material, beispielsweise aus Inconel, in dem Einlasrohr 16 und der Blasform 17 eines Hochofens angeordnet. In diesem Fall ist das Sauerstoffrohr das äußere Rohr 19 und dieses liegt konzentrisch zur dem inneren Rohr 18, welches die Kohle führt. Eine solche Anordnung ist wiederum einfach in der Herstellung und kann leicht installiert werden und die benachbarte Anordnung der Auslässe von Kohlerohr und Sauerstoffrohr führt zu einer wirksamen Verbrennung der Kohle im Sauerstoff.
• Fig. 6 zeigt eine weitere Ausbildung, wobei Kohle und Sauerstoff getrennt über Öffnungen 21 und 22 eingeblasen werden, die in der Blasform 23 angeordnet sind. Die Kohle und der Sauerstoff können in den Ofen jeweils über eine einzelne Öffnung oder durch mehrere Öffnungen über den Umfang der Blasform eintreten.

Claims (11)

1. Verfahren zur Eisenerzerzeugung mittels eines Schachtschmelzofens, umfassend die Schritte der Zufuhr von Eisenerz und Koks zur Gicht des Ofens und des Einblasens von Kohle und Sauerstoff in die Schmelzzone des Ofens, dadurch gekennzeichnet, daß die Mengen der Sauerstoff- und Kohleeinblasungen innerhalb eines Bereichs von 0,7 bis 0,99 von stöchiometrischen Bedingungen bezüglich der Verbrennung zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff ausgewählt werden, damit sie in Verbindung miteinander die Verbrennung fördern, die Reaktionstemperatur regeln und die Wärme für das Schmelzen liefern.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff unverdünnt eingeblasen wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle eine Korngröße unter 3 mm hat.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff und die Kohle über mindestens ein kombiniertes Eingangselement oder eine kombinierte Eingangsbaugruppe eingeführt werden.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff und die Kohle über mindestens eine Brennerlanze eingeführt werden.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff und die Kohle von separaten Eingangselementen oder -baugruppen eingeführt werden.

7. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff durch ein Trägerelement zu seiner Eingangsbaugruppe geleitet wird und daß die Kohle auf eine solche Weise zugeführt wird, daß die Kühlung des Sauerstoffelements und der Eintrittsbaugruppe verbessert wird.

8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, zur Verwendung mit einem Hochofen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle und der Sauerstoff mittels Lanzen über mindestens einige der Blasformen eingeblasen werden.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Verwendung mit einem Hochofen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle und der Sauerstoff mittels anstelle zumindest einiger der üblichen Hochofenblasformen rund um den Hochofen angeordneter Sauerstoff- und Kohlebrenner eingeblasen werden.

10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Prozeßchemie in Verbindung mit den Kohle- und Sauerstoffeinblasungen Zusätze in den Ofen eingeblasen werden.

11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anteil des gesamten Eisenerzes, mit dem der Hochofen begichtet wird, als Feinerz in Verbindung mit den Kohle- und Sauerstoffeinblasungen eingeblasen wird.