Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Hochofens für die Reduktion von Eisenerzen

Beschreibung

[0001] Hochöfen zur Reduktion von _Eisenerzen in Form von Stückerz, Sinter, Pellets oder dergl. werden üblich derart beschickt, daß das Erz mit und ohne Zuschlag chargenweise getrennt vom Koks aufgegeben wird. Dabei wird so verfahren, daß die Charge vom Glockenverschluß der Gicht aus mehr oder weniger stark gegen einen im Durchmesser verstellbaren Zylinder als Schlagpanzer prallt und von dort mehr oder weniger stark zurückgestoßen wird oder auch praktisch senkrecht nach unten fällt. Dabei trifft das Gut ringförmig auf die Schüttung, rollt zur Mitte und zum Rand und bildet eine Böschung zur Mitte und zum Rande hin mit einer Neigung von normal 30 - 35⁰. Dies ist die übliche Praxis, da in der Ringzone ein stärkeres Absinken der Schüttung als in der Mitte erfolgt und hierdurch die Schichtung nach einem gewissen Absinken ^prak- tisch horizontal ist.

[0002] Die Böschung einerseits zur Mitte und andererseits zum Rande des Schachtes bewirkt, daß das grobe Gut sowohl bei der Erz- als auch bei der Kokscharge bevorzugt zur Mitte und zum Rande rollt und dort die Durchströmung begünstigt. Dies entspricht der herrschenden Praxis, daß eine am Rande und in der Mitte etwas stärkere, ansonsten aber völlig gleichmäßige Durchgasung die besten Betriebsergebnisse erbringt. Auch wird eine vollkommen gleichmäßige Verteilung von Koks und Erz über den gesamten Schachtquerschnitt angestrebt.

[0003] In neuerer Zeit wird als Aufgabe-Vorrichtung eine rotierende Schurre bevorzugt, deren Neigungswinkel je nach Aufgabe von Koks oder Erz geändert werden kann, so daß das Gut in einem engeren oder weiteren Ring auf die Schüttung auftreffen kann, wie z.B. in der deutschen Patentschrift 2320 532 beschrieben ist. An der Art der Verteilung von Koks und Erz über den Schachtquerschnitt wurde jedoch nichts grundsätzliches geändert.

[0004] Es ist bekannt, daß die an dem Blasformen eingeblasene Blasluft mit und ohne Zusatz von Brennstoff und / oder Sauerstoff in den einzelnen Blasformhöhlen bei einer Eindringtiefe bis zu etwa 1,5 m Koks verbrennt und das erzeugte CO₂ und die Luftfeuchtigkeit in der Koksschüttung zu CO und H₂ umgesetzt werden. Hierfür werden üblich 70 - 75% des insgesamt aufgegebenen Kokses + Brennstoffs verbraucht, während für die Aufkohlung des Eisens etwa 5 - 8% und für die Umsetzung der durch die Reduktion des Erzes gebildeten C0₂ am Koks zu 2 CO etwa 20 - 24% benötigt werden. Der starke Verbrauch von etwa 70 - 75% des gesamten Kokses in den Blasformhöhlen mit einer aktiven Länge von je 1,5 - 2,0 m und einem Durchmesser von je etwa 0,8 m bewirkt ein starkes Absinken von Koks in diese Höhlen, wobei die Koksschichten die Erzschichten entsprechend mitnehmen. Somit kommt es in einer Ringzone, die unten von den Blasformhöhlen gebildet wird und sich nach oben hin radial erweitert, zu einem stark bevorzugten Absinken der Koks- und erzschichten, während in der Blasformenebene außerhalb der Blasformhohlen nur sehr wenig Koks verbraucht wird und dort somit auch keine Erzschichten absinken.

[0005] Die in den Blasformhöhlen gebildeten Formengase aus CO + H₂ neben N₂ verteilen sich von den Blasformhöhlen aus über den gesamten Schachtquerschnitt, wobei zur Mitte hin und teils auch am Rande und zwischen den Blasformhöhlen die Strömung erheblich verstärkt ist, da dort überwiegend bis ausschließlich Schichten aus stückigem Koks vorliegen, der nur in sehr geringem Maße an den Reaktionen teilnimmt, während oberhalb der Blasformhöhlen abwechselnd Koks- und teils reduzierte Erzschichten auftreten, die einen größeren Strömungswiderstand bieten. Es treffen somit in der Ringzone oberhalb der Blasformhöhlen schnell abwärts sinkende Koks- und Erzschichten auf spezifisch geringere Mengen von Formen- bzw. Schachtgasen. Damit stehen in der Ringzone spezifisch erheblich kleinere Mengen an Wärme und an CO + H₂ für die Reduktion zur Verfügung als in der Mitten- und Randzone. Zwangsläufig kann die Reduktion oberhalb der Blasformhöhlen nicht zu Ende geführt werden und tritt das Eisenerz nur teils reduziert und ungeschmolzen in die Blasformhöhlen ein. Hierdurch kommt es zur Reduktion und zur Schmelze des Eisens und der Schlacke in der Blasformenebene, was einen höheren C-Verbrauch und Luftverbrauch zur Folge hat.

[0006] Anders ist die Lage in der Mitten- und Randzcne. Dort trifft eine spezifisch hohe Menge an Formengasen zunächst nur auf Koks und bereits geschmolzenes, abtropfelndes, reduziertes Eisen, daneben auf abtröpfelnde Schlackenschmelze, und erst in höheren Schachtzonen auf Erze, die noch nicht reduziert und geschmolzen sini. Erst dann wird Koks durch Umsatz von bei der Reduktion geölidetem GO₂ am Koks zu 2 GO verbraucht. Das Absinken des Kokses in der Schachtmitte ist durch den kleinen Verbrauch zwangsläufig sehr gering und ist nur dort stärker, wo Koksschichten in den "Schlund" oberhalb der Blasformhöhlen absinken. Die Koksschüttung in der Mittenzone erwärmt sich entsprechend stark, die aufsteigenden Gase kühlen sich nur langsam und erst in den oberen Zonen stärker ab.

[0007] Die in der Mittenzone hoch liegende Reduktions- und Schmelzzone führt zu einem frühen Aufzehren der anstehenden Erzschicht, so daß darunter nur noch Koksschichten mit erheblich geringerem Strömungswiderstand vorliegen, in denen Koks nur zum Aufkohlen des Eisens verbraucht wird. In diesen Erscheinungen liegt die Ursache für die Ausbildung des "Toten Mannes" in Form eines Kegels in der Schachtmitte, der gar nicht so "tot" ist. In ihm herrscht eine verstärkte Gasströmung gegenüber der Ringzone, wobei das CO geringer ausgenutzt wird. Da der Kegel nach oben spitzer wird, müssen die in ihm hochsteigenden Schachtgase teils seitlich ausweichen, so daß es zu größeren Querströmungen und Vermischungen kommen kann.

[0008] Es bestehen somit zwischen der Mitten- und Randzone gegenüber der Ringzone starke Unterschiede hinsichtlich der Gasströmung, der Wärme- und CO-Ausnutzung, der Reduktion und dem Schmelzen des Eisens und der Schlacke. Diese Unterschiede führen zwangsläufig insgesamt zu einem spezifisch höheren Koksverbrauch, zu einer spezifisch höheren Windmenge und damit zu einer verminderten Schacntleistung.

[0009] In der deutschen Auslegeschrift 1 758 372 wird ein Verfahren beansprucht, Brennstoff in der Mitte und einer Ringzone an der Wand und Möller in der Ringzone dazwischen aufzugeben. Dazu werden im Oberteil ringförmige Trennwände und ein Abzug von Gichtgasen aus 2 Zonen empfohlen.

[0010] In der deutschen Auslegeschrift 1 252 214 wird ein Verfahren beansprucht, Heizkoks der Körnung 5 - 50 mm in einer Menge von etwa 400 kg/t Roheisen in der Randzone und daneben in der Mittenzone Möller und Reduktions-und Kohlungskoks in der Körnung 50 - 80 mm in einer Menge von etwa 200 kg / t RE aufzugeben.

[0011] Die Erfindung setzt sich zum Ziel, die Unterschiede zwischen den einzelnen Zonen weitgehend auszugleichen. Ein gewisser Ausgleich wird durch das bekannte Einblasen von Brennstoffdurch die Blasformen erreicht, wobei Koks eingespart wird und das Absinken der Schüttung in der Ringzone verlangsamt wird. Erfindungsgemäß werden Maßnahmen durchgeführt, den Strömungswiderstand in der Mitten-und Randzone zu verstärken und in der Ringzone zu vermindern. Ferner sind der Mitten- und Randzone überdurchschnittlich Erz und damit entsprechend unterdurchschnittlich Koks aufzugeben, um die Wärme und das CO der dort aufsteigenden Schachtgase besser auszunutzen. In der Mittenzone kann nur Koks für die Umsetzung von C0₂ zu 2 C0 und zum Aufkohlen des Eisens in einer Menge von 100 bis 200 kg C / t des dort erzeugten Roheisens verbraucht werden. Entsprechend ist der Mittenzone und ähnlich der Randzone Erz in verstärkter Menge zuzuführen, wobei hier auch bevorzugt das feinere Erz mit größerem Strömungswiderstand eingesetzt werden kann. Dabei soll der Koks auch vorzugsweise kleinstückiger sein, als er der Ringzone zugeführt wird. Zweckmäßig wird hierzu der dem Hochofen zur Verfügung stehende Koks in 2 Kornklassen getrennt und zwar in eine Körnung von z.B. oberhalb 50 und unterhalb 50 mm.

[0012] Beim üblichen Glockenverschluß kann ein Mittenabwurf dadurch erreicht werden, daß die Glocke zusätzlich einen zentralen Abgang mit eigenem Glockenverschluß oder besser mit unterem Klappenverschluß mit verbundenem zentralen Fallrohr erhält. Die Glocke wird dann für die Chargierung von Erz und Koks wie üblich betätigt. Zusätzlich wird bei geschlossener Glocke durch den zentralen Abgang Erz der Mittenzone in der gewünschten Menge aufgegeben. Auch kann durch eine entsprechende Ausbildung der Glocke und des verstellbaren Schlagpanzers und der geeigneten Betätigung beider Organe in Verbindung mit der zweckmäßigen Teufe dafür gesorgt werden, daß der Randzone verstärkt Erz, evtl. feinkörniger Art, und / oder Koks feinkörniger Art zugeführt werden.

[0013] Die Aufgabe von zusätzlichen Mengen Erz in der Mitten-und in der Randzone geschieht zweckmäßig in dem Maße, wie ein Voreilen der Temperaturen in der Mitten- und Randzone gegenüber der Ringzone beobachtet wird, und wie der Koksverbrauch optimal sinkt. Zweckmäßig wird der Mitten- und Randzone Koks in einer Menge von nur 100 - 200 kg t Roheisen und bevorzugt in kleinstückiger Körnung aufgegeben, während der Ringzone soviel Koks und bevorzugt in grobstückiger Art zugeführt wird, wie der Hochofen insgesamt benötigt.

[0014] Steht anstelle eines Glockenverschlusses mit Schlagpanzer ein Klappenverschluß mit zentralem Fallrohr und Drehschurre zur Verfügung, deren Neigungswinkel je nach Aufgabe von grobem oder feinem Gut an Koks oder Erz geändert werden kann, wie z.B. in der deutschen Patentschrift 2320 532 beschrieben, so daß der Auftreffort für das Gut in der Mitten-, Ring- und Randzone beliebig eingestellt werden kann, so können die Maßnahmen gemäß der Erfindung mit einfachen Mitteln verwirklicht werden.

[0015] Steht eine rotierende Schurre zur Verfügung, so ist es auch möglich, der Randzone verstärkt Erz und feinkörnigen Koks zwischen zwei Blasformen aufzugeben. Zwischen den Blasformen ist das Absinken der Schüttungen geringer als direkt oberhalb der Blasformen, so daß es hier leichter zum Durchblasen kommen kann. Dies kann unterbunden werden, wenn bei der Aufgabe von Erz bzw. von feinkörnigem Koks auf die Randzone die Drehschurre jeweilig in der Mitte zwischen zwei Blasformen für eine bestimmte Zeit angehalten wird. Diese Maßnahme kann in regelmäßigen Perioden oder auch bei Bedarf, also bei beobachteten Randstörungen, geschehen.

[0016] Wird die Strömung der Schachtgase zu Gunsten der Ringzone verbessert und der Mitten- und Randzone verstärkt Erz anstelle von Koks aufgegeben, so werden der Ringzone mehr Schachtgase zur Verfügung stehen und wird sie gleichzeitig von einem Teil der Reduktionsarbeit entlastet. Das Aufheizen des Erzes und die Reduktion des Erzes können bereits in einer höheren Schachtzone bei tieferen Temperaturen stattfinden. Damit können die Reduktion und evtl. auch das Schmelzen von Eisen und Schlacke verstärkt vor der Blasformenebene abgeschlossen sein und kann die Wärme verzehrende C0₂- Spaltung am Koks besser unterdrückt werden. Diese Verbesserungen der Schachtarbeit vermindern den Wärmebedarf der Formenebene, damit die erforderliche spezifische Luftmenge und den Koksverbrauch und steigern die Leistung des Hochofens bei konstant gehaltener Windmenge um mindestens 5% bei bereits gut geführten und auch um etwa 15% bei bisher schlecht geführten Hochöfen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines Hochofens für die Reduktion von Eisenerzen in Form von Stückerz, Sinter, Pellets oder dergl., dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand in der Mitten- und Randzone des Schachtes gegenüber der Ringzone verstärkt wird, und / oder daß der Mitten- und Randzone spezifisch mehr Erz und weniger Koks als der Ringzone aufgeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Mitten- und Randzone des Schachtes bevorzugt das feinkörnigere Erz zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 + 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Mitten- und Randzone des Schachtes bevorzugt der feinkörnigere Koks zugeführt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 - 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Aufgabevorrichtung für Erz und Koks so ausgebildet ist, daß sie je nach Chargierung von grobkörnigem oder feinerem Erz oder Koks wahlweise bevorzugt in die Mittenzone, die Ringzone oder die Randzone abwirft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Glockenverschluß der Gicht die Glocke zusätzlich mit einem Zentralabgang ausgestattet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Zentralabgang mit unterem Klappenverschluß und verbundenem zentralem Fallrohr.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Chargiervorrichtung mit zentralem Abwurf von Koks und Erz in getrennter Chargierung auf eine Drehschurre mit steuerbarem Neigungswinkel.