DE4139236A1 - Verfahren und vorrichtung zum schmelzen von roheisen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum schmelzen von roheisenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen von Roheisen gemäß
Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Kupolofen gemäß Oberbegriff
Anspruch 10 zur Durchführung des Verfahrens.
Üblicherweise wird Roheisen in Hochöfen erschmolzen, ein Weg, der
regelmäßig mit hohen Investitionskosten verbunden ist. Hochofenprozesse
lassen sich dabei wirtschaftlich mit kleineren Kapazitäten kaum
durchführen, darüber hinaus eignen sich diese Anlagen kaum für eine
intermetierende Arbeitsweise. Hinsichtlich der Verwendung von
Brennstoffen sind Hochöfen in besonderem Maße eingeengt und erfordern
teuren Koks, wobei zum Verkoken geeignete Kohle nicht immer in dem
großen Maße vorhanden ist und dabei einen hohen Kostenfaktor darstellt.
In Eisengießereien ist das Schmelzen von Eisen in Kupolöfen üblich.
Gemöllert wird hier regelmäßig Gußeisen, Eisenschrott und Stahlschrott
und die zugehörigen Zuschläge wie etwa Kalkstein.
Aus der Schrift DE OS 22 04 042 ist ein Verfahren zum Schmelzen von
Metall, insbesondere Eisen bekannt, bei dem ein senkrechter Schachtofen
Verwendung findet, der ein poröses Wärmetauscherbett aufweist. Erhitzt
wird der Schachtofen durch Brennergase, die einen Brennstoffüberschuß
von über 10% aufweisen und die nach oben durch das aus feuerfestem
Material bestehenden Wärmetauscherbett geleitet werden. Dieses Verfahren
zum Schmelzen von Metall kommt ohne Verwendung von Koks aus.
Nachteil des aus dieser Schrift bekannten Gegenstandes ist der hohe
Energieverbrauch und seine zu geringe Leistung. Darüber hinaus ist das
bekannte Verfahren nur geeignet zum Schmelzen von Eisen in
Eisengießereien, aber nicht vorgesehen zur Erzeugung von Roheisen.
Die Erfindung verfolgt das Ziel, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Erzeugung von Roheisen zu schaffen, bei der nichtverkokbare Kohle gerade
für die Reduzierung erforderlichen Menge Verwendung finden und beliebige
Brennstoffe zur Wärmeerzeugung in energiesparender Weise zum Einsatz
kommen.
Gelöst wird das Problem durch die gekennzeichneten Merkmale des
Verfahrensanspruches 1 und des Vorrichtungsanspruchs 11.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Schmelzen von Roheisen kommen
selbstgängige Agglomerate zum Einsatz. Diese Agglomerate bestehen aus
feinkörnigem Eisenerz, feinkörniger nichtverkokbarer Kohle und einem
Bindemittel, z. B. Polyvinylacetat. Diese Materialien werden zu relativ
dichten und großen Körpern, vorzugsweise in Form von Briketts bepreßt.
Diese Briketts werden in einem Schachtofen, einem sogenannten kokslosen
Kupolofen, chargiert. Ein solcher Schachtofen besitzt im unteren Drittel
einen Rost, auf dem sich die Möllersäule abstützt. Unterhalb des Rostes
sind Brenner angeordnet, die mit Öl, Gas oder Feststoffen betrieben
werden. Diese stöchiometrisch betriebenen Brenner erzeugen vollständig
verbrannte Gase. Diese Gase steigen im Gegenstrom zu den Agglomeraten
durch die Möllersäule des Schachtofens und verlassen den Ofen an der
Gicht.
Die Agglomerate werden kalt chargiert und bei ihrem Niedergehen durch
die Verbrennungsgase auf eine Temperatur um etwa 1000°C erhitzt. Je nach
Reaktivität der Kohle beginnt bei dieser Temperatur bei den
selbstgängigen Agglomeraten die Reduktionsreaktion. Die Kohlen- und
Wasserstoff enthaltenden Bindemittel injizieren bzw. beschleunigen die
Reduktion. Die Reduktion läuft dabei im Agglomerat unabhängig von der
Atmosphäre im Ofen in den Raum ab. Durch die relativ dichte Oberfläche
der gepreßten Agglomerate dringen nahezu keine oxidierenden
Verbrennungsgase in die Agglomerate ein. Somit können diese Gase auch
nicht das frisch reduzierte Eisen reoxidieren oder sich mit dem für die
Reduktion benötigten Kohlenstoff umsetzen und diesen für die Reduktion
bzw. für das Aufkohlen der Agglomerate entziehen.
In Abhängigkeit der Größe und der Dichte der Agglomerate läßt sich das
Eindiffundieren des CO2 während der Durchsatzzeit in der Weise
beeinflussen, daß nur im Oberflächenbereich Eindiffundieren stattfindet.
Insgesamt muß nur mit einem geringen Kohlenstoffabbrand gerechnet
werden.
Beim weiteren Absinken der Beschickung wird diese in Roheisen und
Schlacke aufgeschmolzen. Das schmelzflüssige Material wird zunächst bei
dem Kontakt mit dem keramischen Bett überhitzt und fällt in Tropfenform
in das Gestell des Kupolofens.
Dabei befindet sich das herabtropfende Roheisen im Gegenstrom zu den
unterhalb des Rostes erzeugten, vollkommen verbrannten Gasen. In
Abhängigkeit von der Intensität des Kontaktes der Roheisentropfen mit
den Gasen findet eine Reoxidation statt. Die Reoxidation ist dabei um so
geringer, je kleiner die Abgasgeschwindigkeit ist, da bei zu hohen
Abgasgeschwindigkeiten es zu einem feinen Versprühen der Eisentropfen
mit der nachteiligen Folge einer Vergrößerung der spezifischen
Oberfläche kommen kann.
Zur Verringerung der Abgasgeschwindigkeit werden relativ große
Agglomerate eingesetzt, um den aufströmenden Gasen über ein großes
Lückenvolumen eine große Durchtrittsfläche anzubieten. Vorzugsweise
kommen hier Briketts zum Einsatz.
Als weitere Maßnahmen zur Minimierung der Reoxidation des Roheisens
durch Reduzierung der Abgasgeschwindigkeit wird in einer vorteilhaften
Ausgestaltung der Schacht des Kupolofens mit erhöhtem Gegendruck
betrieben. Weitere Maßnahmen sind das Vorwärmen der Verbrennungsluft und
das Anreichern der Verbrennungsluft mit Sauerstoff.
Das durch die Reduktionsreaktion in der Beschickungssäule entstehende
Kohlenmonoxid wird durch innerhalb der Beschickung über Seitendüsen
zugeführten Sauerstoff nachverbrannt. Hierdurch wird ein Teil der für
die Reaktion im mittleren oberen Bereich des Schachtes ablaufenden
Reaktion bereitgestellt.
Zur Durchführung des Verfahrens kommt ein konstruktiv einfacher
Schachtofen zum Einsatz. Die Investitions- wie auch die
Instandhaltungskosten sind im Vergleich zur Roheisenerzeugung in einem
Hochofen gering. Der Energieverbrauch gestaltet sich gerade durch den
Verzicht auf Koks deutlich kostengünstiger.
Ein Beispiel des zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen
Schachtofens ist in der beiliegenden Zeichnung dargelegt. Es zeigt
Die Fig. 1 einen Kupolofen 10 mit einem Metallmantel 11 in einer
Feuerfestauskleidung 12. Im Schacht 18 befindet sich im Kopf eine
Beschickungseinrichtung 13 und eine Abgasöffnung 14. Im Gestell 19 ist
eine Abstichöffnung 15 mit einer anschließenden Abstichrinne 16 und
einem Schlackeabstich 17 vorgesehen.
Zwischen dem Schacht 18 und dem Gestell 19 ist ein senkrecht zur
Ofen-Mittenachse I angeordneter Rost 20 vorgesehen. Dieser Rost 20
besteht aus parallel geführten Rohren 21, die an eine nicht weiter
dargestellte Kühlmittelzufuhr 22 und eine Kühlmittelabfuhr 23
angeschlossen sind.
Unterhalb des Rostes 20 sind Brenner 30 vorgesehen, deren Brennerkammer
im Bereich der Feuerfestauskleidung 12 angeordnet ist. Die Brenner 30
weisen eine Windzufuhr 31 und eine Brennstoffzufuhr 52 auf. Die
Windzufuhr 31 kann an eine Luftvorwärmung angeschlossen sein. Darüber
hinaus ist eine Sauerstoffanreicherung vorsehbar.
Die Verbrennungsgase verlassen als Abgase 34 den Schacht 18 über die
Abgasöffnung 14.
Am Schacht 18 sind Seitendüsen 40 vorgesehen, mit denen eine
Sauerstoffzufuhr 41 durchführbar ist.
Chargiermaterial 60 wird über eine im Ofenkopf angeordnete
Beschickungseinrichtung 70 in den Schacht 18 eingebracht. Die
Beschickungseinrichtung 70 weist dabei einen Verschluß 71, einen
Schieber 72 und eine darunter angeordnete Schurre 73 auf. Durch den
Verschluß 71 und den Schieber 72 ist die Aufrechterhaltung des
Gegendrucks auch während des Möllerns möglich.
Das Chargiermaterial besteht aus Agglomeraten, vorzugsweise aus
Brikett.
Die Möllersäule des Chargiermaterials 60 stützt sich auf einem
keramischen Bett 50 ab, das auf dem Rost 20 aufliegt. Das keramische
Bett 50 weist dabei Keramikkugeln 51 auf. Diese Keramikkugeln werden
entsprechend ihres Verschleißes nachgemöllert und befinden sich zwischen
den Agglomeraten 61.
Während des Schmelzprozesses wird das Chargiergut 60 verflüssigt, es
strömt als Schmelzgut 62 durch die auf dem Rost 20 angeordneten
Keramikkugeln 51 und fällt in Form von Tropfen in den im Gestell 19
befindlichen Sumpf, bestehend aus Schlacke 63 und Metallschmelze 64.
In dem aufgeführten Beispiel ist ein kontinuierliches Abstechen
möglich.
Nicht dargestellt sind Ofenverschlüsse zum intermitierenden Abstechen
des Schmelzgutes. Ebenfalls nicht gesondert dargestellt ist die
Möglichkeit der Aufrechterhaltung des Gegendruckes an der Gicht mittels
Doppelverschlüssen beispielsweise in Form von Glocken.
Claims (10)
1. Verfahren zum Schmelzen von Roheisen bestehend aus folgenden
Schritten:
- a) Einführen von kalten, aus feinkörnigem Eisenerz, nichtverkokbarer Kohle und Bindemitteln bestehenden Agglomeraten mit einem Mindestvolumen von 0,3 dm3 in eine anfängliche Reduktionszone im oberen Teil eines Kupolofens.
- b) Abwärtsströmenlassen der Agglomerate mit möglichst großem Lückenvolumen.
- c) Erwärmen der Agglomerate mittels der den Kupolofen durchströmenden Gase auf eine Temperatur über 1000°C zur Auslösung einer von der Ofenatmosphäre unabhängigen Reduktionsreaktion der Agglomerate.
- d) Weiteres Niedersinken der reduzierten Agglomerate und Aufschmelzen in flüssiges Roheisen und Schlacke, dabei Erhitzen des flüssigen Roheisens über Schmelztemperatur durch Kontakt mit durch Verbrennungsgase erhitzten Kugeln eines keramischen Bettes.
- e) Durchströmen des keramischen Bettes und Herabfallen des flüssigen Roheisens in Form von Tropfen in das Gestell des Kupolofens.
- f) Abschließendes kontinuierliches oder intermittierendes Abstechen des von der Schlacke trennbaren Roheisens.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Druck des Gases der anfänglichen Reduktionszone im oberen
Teil des Kupolofens größer 1,3 bar gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zur Erzeugung der Verbrennungsgase eingesetzte Luft
vorgewärmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Luft mit Sauerstoff angereichert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Brennstoff der in den Kupolofen eingebrachten
Verbrennungsgase vollständig verbrannt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Brennstoff Gase, Öl oder staubförmige Kohle zum Einsatz
kommt.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß Agglomerate eingesetzt werden, die zur Reduzierung der
Behinderung des im Gegenstrom befindlichen Verbrennungsgases die
Form von Briketts aufweisen.
8. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß den Verbrennungsgasen in dem Bereich, in dem die Reduktion der
Agglomerate stattfindet, Sauerstoff zur Nachverbrennung der aus der
Reduktionsreaktion entstehenden Kohlenmonoxide zugeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Ausgleich des Verschleißes des keramischen Bettes Kugeln
nachchargiert werden.
10. Kupolofen zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-9
mit einer am Gestell vorgesehenen Absticheinrichtung, einem auf
gekühlten Gittern angeordneten keramischen Bett, auf dem die im
Schacht befindliche kokslose Möllersäule aufliegt und in
Strömungsrichtung vor dem keramischen Bett angeordneten Brennern,
dadurch gekennzeichnet,
daß an den Brennern eine Einrichtung zur Vorwärmung und/oder zur
Sauerstoffanreicherung der Verbrennungsluft vorgesehen ist,
daß im Schacht mindestens eine Lanze zum Einbringen von Sauerstoff
ins Ofeninnere angeordnet ist und
daß der Ofenkopf Bauteile zum Möllern unter Gegendruck besitzt.
Priority Applications (3)
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- 1991-11-25 DE DE4139236A patent/DE4139236C2/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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