DE4122381A1 - Verfahren zum betreiben eines kupolofens - Google Patents
Verfahren zum betreiben eines kupolofensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines
Kupolofens zur Erzeugung von Gußeisen, bei dem der
Ofenschacht des Rupolofens mit einem entsprechenden
Einsatz gefüllt ist bzw. ständig nachgefüllt wird und
bodenseitig Gußeisenschmelze entnommen wird, wobei dem
Ofenschacht im unteren Bereich Wind, z. B. Luft, und gege
benenfalls zusätzlich Sauerstoff zugeführt und im oberen
Schachtbereich des Gichtgas abgeführt wird und wobei der
Ofenschacht im Betrieb von oben nach unten in eine Be
schickungszone, eine Vorwärmzone, eine Schmelzzone, eine
Windzone sowie eine Herdzone einteilbar ist.
Im Standardbetrieb wird ein Kupolofen beispielsweise mit
einem Einsatz von 500 kg beschickt, der sich aus 440 kg
Roheisen und Schrott, 47 kg Koks und 13 kg Zuschlag
stoffen, z. B. Kalksteinen, zusammensetzt. Dieser Einsatz
sinkt nach und nach im Schacht des Kupolofens ab, erwärmt
sich dabei in der Vorwärmzone durch die im Gegenstrom zum
Einsatz fließenden Gase, wodurch bei ca. 900 bis 1000°C
zunächst die thermische Dissoziation der Zuschlagstoffe,
also die des Kalksteins gemäß der Gleichung
CaCO₃ → CaO+CO₂
erfolgt. In der sich an die Vorwärmzone anschließenden
Schmelzzone beginnt dann das Schmelzen des Eiseneinsatzes.
Die Temperaturen dort sind in der Größenordnung von ca.
1400°C und der im Einsatz befindliche Koks ist in dieser
Ofenzone bereits weißglühend. Dessen Verbrennung erfolgt
jedoch erst in der noch tiefer liegenden Windzone des
Kupolofens, da erst dort der zur Verbrennung notwendige
Sauerstoff vorhanden ist. Aus der Verbrennung des Kokses
gemäß der Gleichung
C+O₂ → CO₂
geht Kohlendioxid hervor, das mit dem von der Windzufuhr
herrührenden Gasstrom im Ofen weitertransportiert wird.
Dieses CO2 durchläuft beim Aufsteigen im Kupolofen die
höher liegende Schmelzzone und wird in dieser von dem
glühenden, dort noch nicht verbrannten Koks gemäß Bou
douerd Reektion reduziert, wodurch Kohlenmonoxid (CO)
entsteht:
CO₂+C ↔ CO.
Dieses Kohlenmonoxid wiederum ist für die Funktion und
Produktqualität des Rupolofens wichtig, da es dem Abbrand
des Einsetzeisens, also der FeO-Bildung, entgegenwirkt und
auch eine vorteilhafte Wirkung bezüglich der Schlackebasi
zität besitzt.
Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die CO-Bildung in der
Schmelzzone stark vom Füllstand des Füllkokses in der Ku
polofensäule abhängt und diese im Gleichgewicht mit dem
Satzkoksanteil steht. D.h. niedriger Füllkoksstand und
ggfs. niedriger Satzkoksanteil bedingen einen sehr
niedrigen CO-Gehalt im oberen Kupolofenbereich. In der
Folge sind auch die oben ausgeführten, vorteilhaften
Effekte nicht mehr gewährleistet. Dies gilt heute um so
mehr, als durch die ökonomisch immer weiter verbesserten
Kupolofenanlagen ohnehin vergleichsweise niedrige
Satzkoksanteile möglich sind.
Die Aufgabenstellung vorliegender Erfindung besteht daher
darin, eine Möglichkeit(en) enzugeben, den CO-Gehalt in
Kupolöfen beeinflussen zu können, diesen unabhängig vom
Füllstand des Kokses im Ofen und vom Anteil des Satzkokses
variieren und auf einen bestimmten gewünschten Wert ein
stellen zu können.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
zur Einstellung eines gewünschten CO-Gehalts im Rupolofen,
insbesondere in der Schmelzzone, ein Kohlengas (CO2 oder
CO) in geeigneter Menge an geeigneter Stelle, vorzugsweise
im Bereich von Wind- oder Schmelzzone, in den Kupolofen
eingebracht wird.
Beispielsweise durch die Zufuhr von Kohlenmonoxid in die
Schmelzzone 3 des Kupolofens wird erreicht, daß gerade in
der Zone, in der ohnehin CO durch Reduktion gebildet wird,
das CO-Niveau erhöht wird. Auf diese Weise läßt sich mit
bereits wenigen Kubikmetern pro Stunde das CO-Niveau in
der Schmelzzone im Kupolofen effektiv erhöhen, um insbe
sondere die Phasen niedriger CO-Bildung, beispielsweise bei
niedrigem Füllkoksstand, in weitreichendem Ausmaß auszu
gleichen. Kohlenmonoxid stellt prinzipiell allerdings ein
teures Liefergas dar und das Verfahren wird demzufolge in
dieser Form nicht bevorzugt zur Anwendung kommen.
Im wesentlichen die gleichen Effekte werden mit einer
Kohlendioxidzugabe in der Windzone des Kupolofens erreicht,
denn durch die CO2-Zugabe wird dem durch die Verbrennung
des Kokses entstehenden CO2-Gas ein weiterer Anteil CO2
hinzugefügt und aus dem so vergrößerten CO2-Angebot in
der Schmelzzone, in der ja eine CO2-Reduktion gemäß der
Boudouard Reaktion erfolgt, eine größere Menge Kohlenmono
xid erzeugt. In der Folge steigt wiederum des CO-Niveau
mit den positiven Wirkungen wie Abbrendvermeidung und
vorteilhafter Schlackenbildung. Beispielsweise die konstan
te Zufuhr von CO2-Gas, aber auch die von CO, in die
Windzone des Kupolofens ist deshalb eine günstige Variante
des erfindunsgemäßen Verfahrens.
Eine andere vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens besteht darin, daß das Kohlengas in der Wind
zone in mengengeregelter Weise eingebracht wird, so daß
ein etwa gleichbleibendes CO-Niveau im Kupolofen erzielt
wird. Die Einregelung eines etwa gleichbleibenden Niveaus
an CO kann dadurch erreicht werden, daß mit abnehmender
Füllkokshöhe die Kohlengaszugabe entsprechend erhöht wird.
In einer weiteren und weitergehenden Erfindungsvariante
wird eine Kohlengas-Zugabe in einer Größenordnung
durchgeführt wird, die eine Absenkung der Satzkoksmenge
zuläßt. Dabei handelt es sich um Gaszufuhrmengen in der
Größenordnung von 30 bis 500 m3 pro Stunde, abhängig
von der Größe der Satzkoksreduzierung und der Ofengröße.
Auf diese Weise werden Einsparungen an Satzkoks in einer
Größenordnung von 1 bis 3% mit dem weiteren Vorteil
möglich, daß Schmelzleistungserhöhungen erzielt werden,
denn nach dem Netzdiagramm von Jungblut bedeutet weniger
Satzkoks eine höhere Schmelzleistung.
Im allgemeinen ist die Anwendung von CO2 in den meisten
Varianten der Erfindung aus preislichen und technischen
Gründen vorteilhaft, es kann jedoch auch die gleichzeitige
Zufuhr von CO und CO2 günstig sein. Da in der Windzone
eines Rupolofens eingebrachtes CO2 als Kühlgas wirkt,
kann, bei zu starker Kühlwirkung, eine gleichzeitige
CO-Zugabe zur CO2-Zufuhr vorteilhaft sein (CO verbrennt
in der Windzone, liefert also Energie und erhöht gleich
zeitig so auch die CO2-Menge, die wiederum zur Reduktion
zur Verfügung steht).
Zuverlässig, mit gleichbleibender Zusammensetzung und mit
optimaler Dosierbarkeit werden die Kohlengase in Speicher
behältern für die erfindungsgemäßen Anwendungen bereit
gestellt. Eine manchmal vorteilhafte Möglichkeit besteht
darin, die Kohlengase, vor allem CO2, aus Brennerab
gasen, insbesondere den Abgasen des Kupolofen-Rekuperator-
Brenners, zu gewinnen und so zumindest ein Teil der
benötigten Gasmenge bereitzustellen.
Anhand der Figur soll beispielhaft die Erfindung näher
erläutert werden.
Die Figur zeigt einen Kupolofen, an dem eine Ausführung
der Erfindung gezeigt ist. Zunächst ist ein Kupolofen
schacht 11 mit einer Beschickungsöffnung 12, einer Gicht
bühne 13, einem Windring 14 mit Winddüsen 15a und 15b,
einer Bodenklappe 16 sowie einem Eisenabstich 17 und
einem Schleckenabstich 18 gezeigt.
Innerhalb des Ofens sind mit den Ziffern 1 bis 5 sowie
zugehörigen gestrichelten Linien die Gattierungszone 5,
die Vorwärmzone 4, die Schmelzzone 3, die Windzone 2 und
letztlich die Herdzone 1 angedeutet.
In den Winddüsen 15a und 15b für den Ofenwind sind Lanzen
20a,b angeordnet, die außerhalb des Ofens mit einer Sauer
stoffversorgung und einer Kohlendioxidversorgung verbunden
sind.
Erfindungsgemäß wird nun ein Kupolofenbetrieb durch
geführt, bei dem ein Einsatz, wie er in der Einleitung
beschrieben ist, eingesetzt wird. Lediglich die Satz
koksmenge ist wesentlich reduziert und liegt mit ca. 37 kg
(ca. 7% vom Einsatzgewicht) deutlich niedriger. In der
Winddüsenebene werden dem Kupolofen über die Lanzen 20e und
20b jetzt 200 m3 Kohlendioxid pro Stunde zugeführt. Das
entspricht bei ca. 10 Sätzen Einsatz, die den Ofen pro
Stunde durchlaufen, einer Gasmenge von 20 m3 pro Einsatz.
Der Hauptteil des aus dem Satzkoks im Ofen entstehenden
CO2 wird so durch unmittelbare Zufuhr von CO2-Gas er
setzt. Die Gaszufuhr kann mit geringem apparativem Aufwand
- Installation eines Ventils und eines Durchflussmessers
in die CO2-Zufuhr - konstant ausgeführt werden. Auch
eine mit der Zugabe der Einsätze synchronisierte Gaszufuhr
etwa vom Sägezahntyp ist vergleichsweise einfach, wobei
ausgehend von einem niedrigsten Zufuhrwert kurz nach der
Beschickung des Ofens mit einem neuen Einsatz die Gasmenge
linear bis zu einem Höchstwert bei der nächsten Beschic
kung gesteigert wird, wobei jedoch insgesamt die gleiche
Gasmenge wie bei konstanter Zufuhr eingehalten wird.
Zudem kann beim gezeigten Kupolofen Sauerstoff ebenfalls
über die Lanzen 20a und b zugeführt werden, die Windmenge
in Korrelation damit geeignet reduziert werden und so
höhere Ofentemperaturen trotz Satzkoksreduzierung und
CO2-Zugabe aufrechterhalten werden.
Ingesamt ergibt sich mit der erfindungsgemäß vorgeschla
genen Kohlengaszugabe ein weiteres Parameter im Kupolofen
betrieb, mit dem auf vielfache Weise vorteilhaft auf die
in einem Kupolofen ablaufenden Prozesse eingewirkt werden
kann.
Claims (8)
1. Verfahren zum Betreiben eines Kupolofens zur Erzeugung
von Gußeisen, bei dem der Ofenschacht des Kupolofens
mit einem entsprechenden Einsatz gefüllt ist bzw.
ständig nachgefüllt wird und bodenseitig Gußeisen
schmelze entnommen wird,
wobei dem Ofenschacht im unteren Bereich Wind, z. B. Luft, und ggfs. Zusatzsauerstoff zugeführt und im oberen Schachtbereich das Gichtgas abgeführt wird und
wobei der Ofenschacht im Betrieb von oben nach unten in eine Beschickungszone, eine Vorwärmzone, eine Schmelzzone (3), eine Windzone (4) sowie eine Herdzone einteilbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung eines gewünschten CO-Gehalts im Kupolofen und insbesondere in der Schmelzzone ein Kohlengas (CO2 oder CO) in geeigneter Menge an geeigneter Stelle, vorzugsweise im Bereich von Wind- oder Schmelzzone, in den Kupolofen eingebracht wird.
wobei dem Ofenschacht im unteren Bereich Wind, z. B. Luft, und ggfs. Zusatzsauerstoff zugeführt und im oberen Schachtbereich das Gichtgas abgeführt wird und
wobei der Ofenschacht im Betrieb von oben nach unten in eine Beschickungszone, eine Vorwärmzone, eine Schmelzzone (3), eine Windzone (4) sowie eine Herdzone einteilbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung eines gewünschten CO-Gehalts im Kupolofen und insbesondere in der Schmelzzone ein Kohlengas (CO2 oder CO) in geeigneter Menge an geeigneter Stelle, vorzugsweise im Bereich von Wind- oder Schmelzzone, in den Kupolofen eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kohlengas in der Windzone des Kupolofens in
konstanter Menge eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Kohlengas in der Windzone in mengengeregelter Weise
eingebracht wird, so daß ein etwa gleichbleibendes
CO-Niveeu im Kupolofen erzielt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Kohlengas-Zugabe in einer
Größenordnung durchgeführt wird, die eine Absenkung der
Satzkoksmenge zuläßt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kohlengas Kohlendiopid ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
gleichzeitig zum Kohlendioxid auch Kohlenmonopid
eingeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das/die Kohlengas(e) in Speicher
behältern bereitgestellt wird/werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das/die Kohlengase zumindest
teilweise aus Brennerabgasen, insbesondere den Abgasen
des Kupolofen-Rekuperator-Brenners, gewonnen wird.
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