DE1508013A1

DE1508013A1 - Verfahren zum Betrieb von Hochoefen

Info

Publication number: DE1508013A1
Application number: DE19661508013
Authority: DE
Inventors: Joseph Degen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-09-19
Filing date: 1966-09-19
Publication date: 1970-06-04

Description

DIPL-PHYS. HERBERT SCHAUMBUR6 6078 GRAVENBRUCH

bei Frankfurt a. M. Schönbornfinfl 7

Anmelder: Josef Degen, Burgbrohl über Andernach Titel: Verfahren zum Betrieb von Hochöfen

Die Erzeugung hochwertigen Roheisens und die unmittelbare Erzeugung von Stahl in einem Blas-Hochofen in nur einem Arbeitsgang war stets das Ziel der Rationalisierungsbestrebungen im Eisenhüttenwesen. An Überlegungen, Gedanken und Versuchen in dieser Richtung hat es nie gefehlt, bis heute konnte jedoch kein wirtschaftliches Verfahren gefunden werden.

Es muß berücksichtigt werden, daß bereits heute eine Welt - Überkapazität der Eisen- und Rohstahlerzeugung vorhanden ist. Das stetige Wachstum dieser Erzeugung hat unweigerlich zur Folge, daß der Kampf der Eisen- und Stahlindustrie um ihre Wettbewerbsfähigkeit auf dem Weltmarkt immer schärfere Formen annehmen wird. Deshalb ist es notwendig.

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ein neues wirtschaftliches Verfahren zu finden, das eine Verbesserung* der Qualität des Stahls im Hinblick auf eine größere Verwendungsmöglichkeit sowie eine Senkung der Gestehungskosten "bringt. Das "bedeutet aber, daß die gesamte Eisen- und Stahlindustrie gezwungen ist, sich nach neuen, wirtschaftlicheren Verfahren umzusehen, die gegenüber den bereits bekannten Verfahren die Ansprüche des Verbrauchers und P die Rentabilitätsforderungen besser erfüllen, und zwar ohne Kapazitätsausweitung durch Verwendung bestehender und bewährter Einrichtungen.

Aussicht auf Erfolg kann daher nur ein ein— ; faches und billiges Verfahren haben. Der Blashochofen stellt in seiner heutigen Porm bekanntlich die wirtschaftlichste und zugleich auch die betriebssicherste Anlage dar, welche die Erzeugung von großen Mengen Roheisen ermöglieht. Der Bau von weiteren großen Blashochöfen in der ganzen Welt kann nur als schlüssiger Beweis für die Richtigkeit dieser Ansicht angesehen werden. Aus diesem Grunde bedient sich das erfindungsgemäße Verfahren des altbewährten und ausgereiften Hochofens mit seiner fast idealen Erzreduktion, um nicht nur hohe Investitionskosten zu vermeiden, sondern auch schnellste Erzeugung zu sichern und jedes Risiko auszuschließen.«

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, mit. dem es in wirtschaftlicher Weise möglich ist» hochwertiges Roheisen oder auch Stahl direkt in einem Blashochofen zu erzeugen. Dies wird gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, daß zur Gewinnung von hochwertigem Roheisen oder von Stahl die Eisenschmelze im Gestell des Hochofens durch schräg/tangentiale Anordnung der Blasformen in rotierende Bewegung versetzt

und durch schräg auf die Schmelze gerichtete ™

Frischformen gefrischt wird. Diese Betriebsweise, bei der ein ringförmiger und geschlossener Schmelzraum vorhanden ist, und die Schmelzprodukte durch die starken Strömungskräfte und hohen Temperaturen der aus den Blasformen austretenden Verbrennungsgase in eine rotierende Bewegung versetzt werden, hat außer der Einleitung verbesserter metallurgischer "Vorgänge eine Erhöhung der leistung, eine Gütesteigerung und eine Senkung der Gestehungskosten zur Folge.

Werden die schräg/t angential oder radial vorgesehenen Blasformen auch in vertikaler Lage, vorzugsweise in eine Richtung schräg nach unten zur Ofenachse hin, angeordnet, so treffen die Verbrennungsgase mit großer Energie und hohen Temperaturen auf das Schmelzbad auf und lösen dabei Frischreaktionen aus, wie dies in ähnlicher Form bei dem bekannten Siemens - Martin - Verfahren der Fall ist.

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Hierbei wird der in den Verbrennungsgasen enthaltene Sauerstoff mit Hilfe der sich bildenden und die Eisenbegleitelemente aufnehmenden Schlacke oxydierend verbraucht. Durch die starken Strömungskräfte und die hohen Temperaturen der Verbrennungsgase beim Aufblasen auf das Roheisenbad steht dieses in ständiger Berührung mit den Sauerstoffanteilen der Verbrennungsgase, wodurch die Umwandlung des Bades in Stähle von Siemens - Martin - Güte erfolgt. Sollten die Sauerstoffanteile der Verbrennungsgase nicht für den Frischvorgang ausreichen, so kann dieser Fehlbetrag durch ein größeres Angebot an Windmengen durch die Blasformen ausgeglichen werden. Natürlich ist es auch möglich, durch Zusatz von Sauerstoff die Wirkung der Verbrennungsgase und der Frischvorgänge erheblich zu steigern.

Bekanntlich gehen die heutigen Bestrebungen im Siemens - Martin- Verfahren in zunehmendem Maße dahin, Sauerstoff als Zusatz zur Anreicherung der Verbrennungsluft zu verwenden oder eine Sauerstofflanze im Brennerkopf anzubringen oder das Frischen mit einer Sauerstofflanze im Ofen selbst vorzunehmen. Ferner wurden spezielle Brenner entwickelt, die sowohl gasförmige oder flüssige Brennstoffe als auch Sauerstoff zuführen. Alle diese Maßnahmen haben zum Ziel, die Leistung zu steigern, die Produktionszeit zu verkürzen und die Erzeugnisse zu verbessern.

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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein wesentlicher Nachteil des heutigen Siemens Martin - Verfahrens vermieden, der darin besteht, daß es wegen der Widerstandsfähigkeit der feuerfesten Baustoffe nicht möglich ist, die Herdtemperatur wesentlich über 1.700° C zu steigern. Auch die unterschiedliche Wärmeabgabe am Anfang und Ende des Herdes, die großen Strahlungs- und Wandverluste sowie weitere Verluste durch das Türöffnen, durch den Bintritt von Falschluft, durch Kühlungen, durch Regeneratoren und durch Umstellungen wirken sich nachteilig aus.

Die zusätzlichen Frischformen gemäß der Erfindung zwischen den Hauptblasformen und den Schlackenformen, die in vertikaler lage, vorzugsweise in eine Richtung schräg naoh unten zur Ofenachse hin, angeordnet sind, ermöglichen die Zuführung von unverbrauchter atmosphärischer luft, säuerstoffangereicherter Luft oder von Sauerstoff unter verschiedenen Temperatur- und Druckverhältnissen. Der Wind wird mit kinetischer Wirkung in das Schmelzbad ein- oder auf dieses aufgeblasen, um ein Windfrischverfahren auszulösen, das dem bekannten Thomas - Verfahren ähnlich ist und zur Qualitätsverbesserung der Stähle führt. Es ist bekannt, daß bei der kinetischen Einwirkung von atmosphärischer Luft auf das geschmolzene Eieenbad zunächst die darin enthaltenen Fremdkörper oxydiert werden.

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Bei Anwendung höherer Temperaturen ist zudem noch die Möglichkeit gegeben, durch Oxydation des flüssigen Eisens den Phosphor ebenfalls aus dem Eisenbad zu entfernen und in die Schlacke überzuführen. TJm das Schmelzbad in brauchbaren Stahl umzuwandeln, wird der Prozeß so geführt, daß eine vollkommene Reaktion zwischen dem Windsauerstoff und dem Bad eintritt, eine ausreichende Menge Wind

fe in der Zeiteinheit zur Verfügung steht und zuletzt die erforderliche Wärme im Bad entwickelt wird« Das normale Thomas - Verfahren arbeitet bekanntlich bei der Stahlerzeugung mit atmosphärischer Luft. Zum Frischen von Thomas - Roheisen wird jetzt auch sauerstoffangereicherte Iaift und reiner Sauerstoff verwendet. Einen entscheidenden Anstoß hat nun das frischen von Thomas - Roheisen mit Sauerstoff dadurch erhalten, daß der Kalk als Kalkstaub mit dem Sauerstoff zusammen über eine Düse dem Bad als Schlackenbildner zugeführt wird» Das Angebot an Sauerstoff

w und Kalk wird bis zur Kalksättigung durchgeführt, um die Schlackenarbeit zu erleichtern. Außerdem wird das Prischen mit Sauerstoff und Kohlensäure sowie mit Sauerstoff -Wasserdampf -Gemischen betrieben. Diese Verfahren sind darauf gerichtet, eine leiatungssteigerung, Blaszeitverkürzung und Verbesserung der Stahlgüte su erbringen. Die Nachteile des lästigen Auewurfes, des Staubes und der erhebliohtn Wärmeverlust· werden durch dae erfindungsgemäfl· Verfahrtn ganz vermieden.

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Durch die neuartigen Prischformen selbst oder durch in diese eingebaute Sauerstofflanzen oder durch daneben, darunter, darüber liegende Rohre werden reine Sauerstoffgase in kaltem oder heißem Zustand und veränderlichen Drücken mit kinetischer Wirkung direkt auf das Schmelzbad aufgeblasen und somit fast der gleiche Frisehvorgang wie bei dem bekannten Sauerstoff Aufblas - Verfahren durchgeführt, der zur Umwandlung des Bades in Sauerstoff - Aufblas - j Stähle führt. Die großen Nachteile dieses ™ bekannten Verfahrens liegen in der Beseitigung des braunen Hauches, des Staubes, des Auswurfes und der erheblichen Wärmeverluste, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ganz vermieden werden. Bs ist bekannt, daß der bei Anwendung von Sauerstoff sich bildende Rauch und Staub gegen die Gesetze zur Reinhaltung der Luft verstößt. Die komplizierten Anlagen zur Beseitigung dieser Mangel sind neben dem Verlust an wertvollem Raum sehr teuer und die laufenden Unterhaltungskosten recht hooh.

Leider ist es aus betrieblichen Gründen noch Q

nicht gelungen, einen durchgehenden Betrieb der Sauerstoff-Konverter durchzuführen.

Für die Stahlerzeugung ist es wichtig, daß Organe für die Zuführung von zusätzlichen Oxydations-, Desoxydations- und Zuschlagsmitteln aller Art - auch fein gemahlene Erze und Schrott - durch exaktes Dosieren und Einblasen während der gesamten Blaszeit in das Stahlbad sowie Einrichtungen zur laufenden

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Probeentnahme und Temperaturmessung vorgesehen werden, und zwar in einer günstigen Lage zu dem Schmelzbad, beispielsweise in der Nähe der Frischformen. '

Wenn es sich aus Betriebsgründen als vorteilhaft erweisen sollte, so können auch die Blas- und Frischformen verschiebbar angeordnet werden.

Der Blashochofen erlaubt weiterhin die Anwen-P dung höherer Temperaturen im Gestell und Bad,

wodurch bessere Stahlqualitäten zu erwarten sind. Auch der Vorteil, daß der Prozeß in einer Hitze durchgeführt werden kann, wirkt sich sehr günstig auf die Erzeugnisse aus.

Die Erzeugung und Entnahme von Roheisen und Stahl kann erfindungsgemäß durchlaufend oder in Stufen erfolgen. Ferner können die bekannten Kuppelöfen für das neue Verfahren herangezogen werden, ds ist auch möglich, zunächst den Weg über ein stahlartiges Zwischenprodukt & zu gehen, das dann natürlich einer Weiterbe

handlung unterworfen werden muß.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt den großen Vorteil, daß es sich ohne jeden Zeitverlust, also praktisch sofort, in vorhandene Hochofenanlagen ohne große Kosten leicht installieren läßt. Es ist nur erforderlich, alle oder einen Teil der Blasformen in eine schräg/tangentiale Lage und gegebenenfalls auch schräg zur Ofenachse anzuordnen, sowie

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die Frisehformen mit ihren Organen und Einrichtungen einzubauen. Dadurch wird die Beibehaltung der seit über 100 Jahren bewährten Hochofenanlagen mit ihren Winderhitzern, allen leitungen, Schiebern, Absperrorganen, Rauchkanälen und Kaminen ermöglicht. Durch die Einbeziehung der bestehenden Hochofenanlagen ist das erfindungsgemäße Verfahren in sehr einfacher Weise und ohne große

Unkosten billigst einzuführen, wobei die %

erforderlichen Umänderungen sofort, also ohne jeden Zeitverlust, erfolgen können. Bei mehr als einer vorhandenen Hochofeneinheit kann der Umbau während des Betriebes durchgeführt werden, ohne daß ein wesentlicher Produktionsausfall eintritt. Die relativ geringen Kosten für die Umstellung werden in allerkürzester Betriebszeit infolge erheblicher Senkung der Gestehungskosten für die Erzeugnisse getilgt.

Das ganze bisher investierte Kapital bleibt d

erhalten und wirksam. Die geringen Aufwendungen für die Umstellungen sind also für ;Jeden Betrieb durchaus tragbar und vor allen Dingen risikolos.

Die großen Vorteile der Erfindung treten damit deutlich zutage -und haben ihren Grund hauptsächlich darin, daßlas in einer großen Ofeneinheit möglich iet, nicht nur bette· Roheisen, sondern auoh die verschiedenartigsten Stähle zu erzeugen. Das macht dieses Verfahren

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absolut krisenfest, da es sich, je nach. Nachfrage sofort dem benötigten Erzeugnis anpassen läßt.

Die Ausbildung eines Hochofens zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist an Ausführungsbeispielen in der Zeichnung in sch.ematisch.er Form dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Rast und das Gestell eines Hochofens,

Fig. 2 den Grundriß des Hochofens nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Hochofens,

Fig. 4 den Grundriß dee Hochofens nach Fig.

Fig. 5 und 6 verschiedene Möglichkeiten der Anordnung der Formen.

Der Längsschnitt durch den unteren !Teil eines Blashochofens naoh Fig. 1 enthält die Ebenen Ψ der Not-, Haupt- und Schlaekenformen für die rechte und linke Seit«. Auf der linken Seite sind die Notformen a und Hauptformen b, die sich in einer horizontalen Lage befinden, in sohräg/tang'entialer Richtung angeordnet (siehe linke Seite des Grundriseee in flg. 2). Die Schlaokenformen ο sind auf beiden Selten in ihrer horizontalen La«β radial angeordnet. Weiter ist auf der linken Seit« da» Abstich- > Iooh d vorgesehen. Aue der gemeinsamen Hoohofenringleitung e wird auf der linken Seite

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durch, die leitung f den Notformen a und durch die Leitung g den Hauptformen b heißer Wind verschiedener Zusammensetzung zugeführt. Auf der rechten Seite sind dagegen die Achsen der Notformen a und Haupt formen b in vertikaler Richtung h-, nach unten zur Ofenachse hin gerichtet. Aus der Hochofenringleitung e wird ebenfalls auf der rechten Seite durch die

Leitung f den Notformen a und durch die Λ

Leitung g den Hauptformen b heißer Wind verschiedener Zusammensetzung zugeführt. Natürlich können auch durch die Hauptblasformen b Nachlieferungen von sauerstoffhaltigen Verbrennungsstoffen für Frischvorgänge erfolgen. Aus betrieblichen Gründen ist es zweckmäßig, die Blasformen verschiebbar anzuordnen. Die Organe für die Zuführung von zusätzlichen Oxydations-, Desoxydations- oder sonstiger Zuschlagsmittel sowie Einrichtungen für die Probeentnahme und Temperaturmessung können , in Höhe, der Badoberfläche angeordnet " wer d, en.

Auf der linken Seite des Grundrisses in Pig. 2 ist die schräg/tangentiale Anordnung der Blasformen dargestellt, deren Achsen in Richtung ku einen Kreis i tangieren. Auf der rechten Seitej* haben dagegen die Notformen a und Hauptformen to

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eine tangentiale lage 3, wobei die Aufprallflächen der Hauptformen b besonders angedeutet sind.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 kommt die Ebene der Frischformen k neu hinzu, welche zwischen der Ebene der Hauptformen b und der Ebene der Schlackenformen c angeordnet ist. Auf der linken Seite sind die Notformen a, die Hauptformen b und die Frischformen k in einer vertikalen Lage, vorzugsweise in Richtung h-, nach unten zur Ofenachse hin geneigt. Die Schlackenformen c nehmen dabei auf beiden Seiten eine horizontale lage ein, und ihre Achsen verlaufen in radialer Richtung. Auf der linken Seite wird aus der Hochofenringleitung e über die Leitungen f, g und 1, den Notformen a, den Hauptformen b und den Frischformen k heißer Wind verschiedener Zusammensetzung zugeführt. Die Frischformen k auf der linken Seite haben zudem noch einen Kaitwindanschluß m. Auf der rechten Seite sind die Not-, Haupt-, Frisch- und Schlackenformen in der gleichen Weise wie auf der linken Seite angeordnet. Durch die Frischformen k selbst oder in diese eingebaute Sauerstofflanzen oder in deren Umgebung eingebaute Rohre werden reine Sauerstoffgase auf das Schmelzbad aufgeblasen. Außerdem sind die Frischformen k durch den Kaltwindanschluß m und el·«* durch den Säuerstoffanschluß η verbunden. Sowohl auf der linken

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als auch, auf der rechten Seite werden die Organe für die Zuführung von zusätzlichen Oxydations-, Desoxydations- oder sonstiger Zuschlagsmittel sowie Einrichtungen für Probeentnahmen und Temperaturmessungen an geeigneter Stelle in der Nahe der Bado"berflache angebracht.

Auf beiden Seiten des Grundrisses nach

Fig. 4 sind alle Formen in einer tan- Λ

gentialen Lage in Richtung hg angeordnet.

Die Aufprallflächen auf der linken Seite und die Brennflecken auf der rechten Seite sind durch gestrichelte Linien besonders gekennzeichnet.

Die in Fig« 1 und 3 eingezeichneten Absperrorgane ο dienen nicht nur für das öffnen und Schließen der verschiedenen Leitungen, sondern sind in der Hauptsache für Regulierungszwecke vorgesehen.

Der wesentlichste Torteil der Erfindung ~ .'

liegt darin, daß zum ersten Mal ein wirtschaftlich gangbarer Weg gezeigt wird, um im altbekannten Hochofen nicht nur bestes Roheisen zu erzeugen, sondern auch die unmittelbare Stahlerzeugung in einem Arbeitegang durchzuführen.

Es versteht sieh, daß die Erfindung keineswegs auf die oben beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Aua-

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führungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr gibt es mannigfaltige JLbwandlungsmöglichkeiten in der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, im Aufbau des Hochofens, in der Anordnung der Blasformen und der¹ Ausgestaltung der übrigen Einzelteile, ohne daß dabei der durch die Erfindung abgesteckte Rahmen verlassen wird. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, die einzelnen Formenreihen gegeneinander zu versetzen, die Anzahl der Formen zu ändern und gegebenenfalls die Formen auch in vertikalen Lagen anzuordnen, wie dies die Figuren 5 und 6 zeigen.

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Claims

Pat entan Sprüche

Verfahren zum Betrieb von Hochöfen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung von hochwertigem Roheisen oder von Stahl die Bisenschmelze im Gestell des Hochofens durch schräg/tangentiale Anordnung der Blasformen ("b) in rotierende Bewegung versetzt und durch schräg auf die Schmelze gerichtete Frischformen (is.) gefrischt wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Frischen durch Einblasen von atmosphärischer luft, sauerstoffangereicherter Luft oder Sauerstoff mit hoher kinetischer Energie in das niedergeschmolzene Bad erfolgt.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß zur weiteren Veredelung des geschmolzenen Eisens der eingeblasenen luft oder dem eingeblasenen Sauerstoff Oxydations-, Reduzier- oder sonstige ^uschlagsmittel zugesetzt werden.

Hochofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-3» gekennzeichnet durch schräg angeordnete Blas- und/oder Notformen (a, b), deren Achsen tangential zu einem innerhalb des Gestells gedachten Kreis (i) verlaufen.

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5. Hochofen nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Friechformen (k) zwischen den Blasformen

(b) und den radial ausgerichteten Schlackenformen (c) angeordnet sind.

6. Hochofen nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet , daß sämtliche oder ein Teil der Blasformen (b), Notformen (a) und/oder Frischformen (k) schräg zur vertikalen Achse des Hochofens (schräg nach unten) gerichtet sind.

7· Hochofen nach Anspruch 4 bis 6, fiadurch gekennzeichnet , daß die Blas- und/oder Frischformen (b, k) verschiebbar angeordnet sind»

8. Hochofen nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß in die Frischformen (k) Sauerstofflanzen eingebaut sind.

9ο Hochofen nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzei c h net, daß die einzelnen Formenreihen gegeneinander versetzt, die Anzahl der Formen geändert und die Formen gegebenenfalls auch in vertikalen Lagen angeordnet sind (Fig. 5 und 6).

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