Auswirkungen eines schlechten Kokses auf den Hochofenprozess 135. Vollsitzung des HO-Ausschusses gemeinsam mit dem Kokereiausschuss; Dr.-Ing. Alexandra Hirsch, Dr.-Ing. Urban Janhsen*, Rainer Klock ThyssenKrupp Steel Europe
Auswirkungen eines schlechten Kokses auf den Hochofenprozess Dr.-Ing. Alexandra Hirsch, Dr.-Ing. Urban Janhsen, Rainer Klock Inhalt Einleitung Betriebsversuch bei ThyssenKrupp Steel Europe, HO-Werk Schwelgern Prozessergebnisse, Versuchszeitraum und Referenzzeitraum Auswirkung der Einsatzstoffqualität auf den HO-Prozess Zusammenfassung 2 ThyssenKrupp Steel Europe
Einleitung Metallurgischer Koks Aufgaben und Eigenschaften Durchgasung Stützgerüst Drainage Erzeuger Reduktionsgas Energieträger Aufkohlungsmittel Alkalien Kornverteilung, Mittlerer Korndurchmesser MKD I 40, I 10 (Kaltfestigkeit) CRI / CSR (Heißfestigkeit) Heizwert Aschegehalt /- zusammensetzung 3 ThyssenKrupp Steel Europe
Betriebsversuch HO-Werk Schwelgern, TKSE Welchen Einfluss hat schlechter Koks auf den HO-Betrieb? Hintergrund: Langfristig wird eine Unterversorgung mit Premium Kokskohlen für die Kokserzeugung erwartet. Zwangsläufig müssen die Kokskohlenblends umgestellt werden. Dies kann, nicht nur temporär, zu schlechteren Koksqualitäten führen. Fragestellung: In welchem Ausmaß wird der Hochofenprozess durch den Einsatz von qualitativ schlechterem Koks beeinflusst? Betriebsversuche an den Hochöfen Schwelgern mit minderer Koksqualität. Versuchszeitraum ca. 8 Wochen! Erzeugung von schlechterem Koks in der Kokerei Pruna (KBS) durch die Erhöhung des Anteiles an inerten C-Trägern in der Einsatzkohlenmischung. Auswertung aller prozessrelevanten Daten Vergleich gegenüber einem repräsentativen Referenzzeitraum 4 ThyssenKrupp Steel Europe
Prozessergebnisse - Betriebsversuch Eingesetzte Rohstoffqualität Koks, Referenz- und Versuchszeitraum Asche ash [%] [%] CSR CSR [%] [%] I40 I40 [%] [%] MKD size n.tr. a.d. [mm] 42 40 38 36 34 60 56 52 48 44 75 70 65 60 55 50 12 11 10 Referenzzeitraum 01.10. 06.11.2011 Versuchszeitraum 07.11 31.12.2011 9 8 01.10.2011 21.10.2011 10.11.2011 30.11.2011 20.12.2011 09.01.2012 Mittelwert Mischbett ohne Übergangsphasen 5 ThyssenKrupp Steel Europe
Prozessergebnisse - Betriebsversuch Hochofen Prozessdaten, Referenz- und Versuchszeitraum Koks coke [kg/tre] HM] Sinter sinter [kg/tre] HM] Istproduktion actual production [t/d] [t] 450 Koks Coke PCI 400 350 300 1500 Sinter 1200 900 600 300 0 10000 Istproduktion actual production Sollproduktion 9000 nominal production 8000 7000 Referenzzeitraum 01.10. 06.11.2011 Stückerz Lump Ore Pellets Versuchszeitraum 07.11 31.12.2011 01.10.2011 21.10.2011 10.11.2011 30.11.2011 20.12.2011 09.01.2012 200 150 100 50 400 300 200 100 10000 9000 8000 7000 PCI [kg/t PCI HM] [kg/tre] Stückerz lump ore / Pellets and [kg/tre] pellets[kg/t HM] Sollproduktion nominal production [t/d] [t] 6 ThyssenKrupp Steel Europe
Prozessergebnisse* Gichtgasparameter HO Schwelgern 2 Betriebsversuch bei ThyssenKrupp Steel Europe Temperatur temperature [ C] relative frequency relative Häufigkeit 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 1200 C 1000 C Referenzzeitraum reference 01.10.11-06.11.11 01.10.11-06.11.11 Versuchszeitraum test 07.11.11-31.12.11 07.11.11 31.12.11 MW 49,7 % mean 49,7 % Max. max. 56,5 % 56,5 % Std.abw. dev. 2,0 % 2,0 % MW mean 48,7 % 48,7 % max. 57,8 % Max. 57,8 % dev. 2,3 % Std.abw. 2,3 % 0,0 44 45 46 47 48 49 50 51 52 eta CO [%] 800 C 600 C 400 C η CO [%] Referenzzeitraum reference 01.10.11-06.11.11 Versuchszeitraum 01.10.11-06.11.11 test 07.11.11-31.12.11 07.11.11-31.12.11 relative frequency relative Häufigkeit 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 *statistische Auswertung aller Daten mit Origin 8.5 Schlechtere Gasausnutzung Höhere Schachtgastemperaturen bei unverändertem Schüttprofil Höherer Anfall an Gichtstaub- bzw. Gichtschlamm Referenzzeitraum reference 01.10.11 01.10.11-06.11.11-06.11.11 Versuchszeitraum test 07.11.11-31.12.11 07.11.11 31.12.11 Min. min. 7,7 kg/t HM 7,7 kg /t RE MW mean 13,2 kg/t HM 13,2 kg /t RE Max. max. 25,6 kg/t HM 25,6 kg/t RE Std.abw. dev. 4,2 kg/t HM 4,2 kg/t RE Min. 9,7 kg /t RE min. 9,7 kg/t HM MW mean 17,9 kg/t 17,9 HM kg /t RE Max. max. 68,2 kg/t 68,2 HM kg/t RE Std.abw. dev. 8,9 kg/t HM 8,9 kg/t RE 200 C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 DDS DDS Position position[-] 0,0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Gichtstaub und schlamm [kg/tre] dust and sludge [kg/t HM] 7 ThyssenKrupp Steel Europe
Prozessergebnisse Kühlverluste Oberofen HO Schwelgern 2 Betriebsversuch bei ThyssenKrupp Steel Europe 0,3 MW 52 MJ/m mean 52 MJ/m² h Std.abw. 12 MJ/m 0,2 dev 12 MJ/m² h K4 K4 MW mean 53 53 MJ/m² h 0,1 Std.abw. dev 5 5 MJ/m² h 0,0 30 35 40 45 50 55 60 65 70 0,4 MW mean 156 156 MJ/m² MJ/mh 0,3 K3 K3 Std.abw. dev 73 73 MJ/m² h 0,2 MW mean 62 62 MJ/m² h 0,1 Std.abw. dev 11 MJ/m² 11MJ/mh 0,0 K4 Reihe 31-52 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 0,3 MW mean 189 189 MJ/m² MJ/mh 0,2 K2 Std.abw. dev 66 66 MJ/m² h K2 MW mean 139 139 MJ/m² h 0,1 K3 Reihe 19-31 Std.abw. dev 26 26 MJ/m² MJ/mh 0,0 50 100 150 200 250 300 350 0,3 MW mean 202 202 MJ/m² h K2 Reihe 11-19 0,2 Std.abw. dev 42 42 MJ/m² h K1 K1 MW mean 194 194 MJ/m² h 0,1 dev 29 MJ/m² h K1 Reihe 3-10 Std.abw. 296 MJ/m 0,0 100 150 200 250 300 0,3 MW 27 MJ/m mean 27 MJ/m² mean 45 MJ/m² 0,2 KS MW 45 MJ/m KS staves 1-3 Std.abw. KS dev 11 11 MJ/m² Std.abw. 9 dev 9 MJ/m² 0,1 0,0 0 10 20 30 40 50 60 70 heat load [MJ/m² h] rel. frequency rel. frequency rel. frequency rel. frequency rel. frequency rel. Häufigkeit Wärmeverlust [MJ/m ] deutliche Zunahme der Wärmebelastung im unteren Schacht (K1 K3) Verlagerung der Gasströmung zum Wandbereich Wärmebelastung K1 K3 Überschreiten der Rückkühlleistung Geringerer Wärmestrom im Stave Bereich. Ansatzbildung wird begünstigt. 8 ThyssenKrupp Steel Europe
relative frequency Häufigkeit Prozessergebnisse Wirbelzone Betriebsversuch bei ThyssenKrupp Steel Europe 0,20 Referenzzeitraum reference 01.10.11 01.10.11-06.11.11-06.11.11 Versuchszeitraum test 07.11.11-31.12.11 07.11.11 31.12.11 Anz. Blasformversagen pro Monat 0,15 0,10 0,05 MW mean 550 550 MJ/m² Std.abw. dev 68 68 MJ/m² h MW mean 626 626 MJ/m² h Std.abw. 56 MJ/m dev 56 MJ/m² h KF 0,00 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 Wärmebelastung [MJ/m ] tuyere failures per month 25 20 15 10 5 0 front Vorderkammer chamber 9,75 9,5 Durchschnitt average year 2011 2011 heat load [MJ/m² h] rear Hinterkammer chamber 2,33 2,4 Referenz reference 01.10.11 01.10-06.11.11-06.10.11 22,6 6,2 Versuch test 07.11.11 06.11-31.12.11-30.12.11 Koksfraktion coke 0,5 0,6-6,3 6,3 mm mm [%] [%] 50 40 30 Geringere Wärmeabfuhr im Bereich der Blasformen und Kühlplattenreihen 1+2 Anzahl Blasformversagen signifikant gestiegen Deutlich kürzere Wirbelzone test Versuch 24.12.2011 24.12.11 Referenz reference 09.02.12 09.02.2012 HO 1; Blasform 15 blast furnace Schwelgern 1, tuyere 15 Länge raceway Wirbelzone length 20 raceway Länge Ende raceway Wirbelzone end 1,06 1,06 m m Wirbelzone length Ende raceway Wirbelzone end 0,44 0,44 m m 10 Beginn dead men Toter beginn Mann 2,14 m Beginn dead men Toter beginn Mann 2,20 m 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Abstand distance von from Blasformspitze tuyere tip [m] [m] 9 ThyssenKrupp Steel Europe
relative rel. Häufigkeit frequency Prozessergebnisse Windparameter Betriebsversuch bei ThyssenKrupp Steel Europe blast Windmenge volume [Nm³/h] 3 0,4 0,3 0,2 0,1 reference 01.10.11-06.11.11 Referenzzeitraum 01.10.11-06.11.11 Versuchszeitraum test 07.11.11-31.12.11 07.11.11 31.12.11 mean 380350 Nm³/h MW dev 20062 Nm³/h Std.abw. max 409384 Nm³/h Max. mean 390200 Nm³/h MW dev 12489 Nm³/h max 409384 Nm³/h Std.abw. Max. 380.050 Nm 3 / h 20.062 Nm 3 / h 409.384 Nm 3 / h 390.200 Nm 3 / h 12.489 Nm 3 / h 409.384 Nm 3 / h Referenzzeitraum reference 01.10.11 01.10.11-06.11.11-06.11.11 Versuchszeitraum test 07.11.11-07.11.11 31.12.11 31.12.11 410000 Schlechte 400000 bad furnace Windannahme condition Reduzierung reduced nominal der Soll-Windmenge blast volume 390000 380000 370000 360000 350000 340000 01.10.2011 21.10.2011 10.11.2011 30.11.2011 20.12.2011 d [dd ] Referenzzeitraum 01.10.11-06.11.11 Versuchszeitraum 07.11.11 31.12.11 MW Std.abw. Max. MW Std.abw. Max. 1,61 bar 0,12 bar 2,43 bar 1,60 bar 0,08 bar 2,08 bar 10 ThyssenKrupp Steel Europe rel. Häufigkeit 0,20 0,15 0,10 0,05 kritischer Bereich 0,0 340000 360000 380000 400000 420000 0,00 blast Windmenge volume [Nm³/h] 3 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 Delta p [bar]
Prozessergebnisse Durchgasung Betriebsversuch bei ThyssenKrupp Steel Europe Durchrutschen [n] Durchbläser [n] Stauchvorgänge [n] Referenzzeitraum Versuchszeitraum 12 10 01.10.11 06.11.11 07.11.11 30.12.11 8 6 4 2 0 1.10.11 7 16.10.11 31.10.11 15.11.11 30.11.11 15.12.11 30.12.11 14.1.12 29.1.12 6 5 4 3 2 1 0 01.10.11 6 16.10.11 31.10.11 15.11.11 30.11.11 15.12.11 30.12.11 14.01.12 29.01.12 5 4 3 2 1 0 01.10.11 16.10.11 31.10.11 15.11.11 30.11.11 15.12.11 30.12.11 14.01.12 29.01.12 11 ThyssenKrupp Steel Europe
Prozessergebnisse Roheisenqualität Betriebsversuch bei ThyssenKrupp Steel Europe hot Roheisentemperatur metal temperature [ C] [ C] 1560 1540 1520 1500 1480 1460 1440 Referenzzeitraum reference 01.10.11-06.11.11 Versuchszeitraum 07.11.11 31.12.11 test 07.11.11-31.12.11 1420 01.10.2011 21.10.2011 10.11.2011 30.11.2011 20.12.2011 Stärker schwankende Roheisentemperaturen Stärker schwankende Roheisenanalysen Höhere S-Gehalte im Roheisen, verursacht durch zusätzlichen Schwefeleintrag über Koks relative rel. Häufigkeit frequency relative rel. Häufigkeit frequency 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 reference 01.10.11-06.11.11 Referenzzeitraum 01.10.11-06.11.11 Versuchszeitraum test 07.11.11-31.12.11 07.11.11 31.12.11 MW mean 0,56 0,56 % Std.abw. dev 0,24 0,24 % MW mean 0,51 0,51 % Std.abw. dev 0,14 0,14 % 0,00 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 hot metal Si-Gehalt content Roheisen [%] [%] 1,2 1,4 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 Referenzzeitraum reference 01.10.11 01.10.11-06.11.11-06.11.11 Versuchszeitraum test 07.11.11-31.12.11 07.11.11 31.12.11 mean 0,045 % dev 0,030 % mean 0,027 % dev 0,008 % MW 0,045 % Std.abw. 0,030 % MW 0,027 % Std.abw. 0,008 % 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 S-Gehalt Roheisen [%] hot metal S content [%] 12 ThyssenKrupp Steel Europe
Prozessergebnisse Schlackenqualität Betriebsversuch bei ThyssenKrupp Steel Europe relative rel. Häufigkeit frequency 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 Referenzzeitraum reference 01.10.11 01.10.11-06.11.11-06.11.11 Versuchszeitraum test 07.11.11-31.12.11 07.11.11 31.12.11 mean 1,239 max 1,344 dev 0,063 mean 1,220 max 1,484 dev 0,045 0,00 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Schlackenbasizität B1 slag basicity B1 MW 1,239 Max. 1,344 Std.abw. 0,063 MW 1,220 Max. 1,484 Std.abw. 0,045 relative rel. Häufigkeit frequency 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 mean 1,389 max 1,645 dev 0,069 mean 1,380 max 1,520 dev 0,047 0,00 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 Schlackenbasizität B2 Referenzzeitraum reference 01.10.11 01.10.11-06.11.11-06.11.11 Versuchszeitraum test 07.11.11-31.12.11 07.11.11 31.12.11 MW 1,389 Max. 1,645 Std.abw. 0,069 MW 1,380 Max. 1,520 Std.abw. 0,047 größere Schwankungen in der Schlackenanalyse Trend zu höher viskosen Schlacken Deutliche Zunahme der Menge an schwarzem Sand : Referenzzeitraum 500 t Versuchszeitraum 24.900 t slag basicity B2 13 ThyssenKrupp Steel Europe
Prozessergebnisse Schlackenzusammensetzung Betriebsversuch bei ThyssenKrupp Steel Europe Ungeplanter Stillstand am 02.12.11 am HO2 Blasformschäden 10 Blasformen voll mit Schlacke Schlacken Basengrad B1 = 2,05-3,16 Massive Graphitausscheidungen auf der Schlackenoberfläche Schlacke (Krümmer) Endschlacke 14 ThyssenKrupp Steel Europe
Zusammenfassung Gute Koksqualität Schlechte Koksqualität Vermehrter Anfall an Gichtstaub und -schlamm Anstieg Schachtgastemperatur / verändertes Temperaturprofil Verminderte Gasausnutzung h CO Verschlechterung der Permeabilität Vermehrte Anzahl Durchrutschen und Durchbläser Gestiegene Wärmebelastung an den Ofenwänden Verlagerung der kohäsiven Zone Ansatzbildung im Kohlensack Kleinere, instabile Wirbelzone Winddruckschwankungen, schlechtere Windannahme Zunehmender Anteil an Koksfein in der Übergangszone (und im Toten Mann) Verschlechterung Drainage Schwankungen in der Roheisentemperatur, -analyse und Schlackenkonsistenz 15 ThyssenKrupp Steel Europe
Auswirkungen eines schlechten Kokses auf den Hochofenprozess Dr.-Ing. Alexandra Hirsch, Dr.-Ing. Urban Janhsen, Rainer Klock Danke für Ihre Aufmerksamkeit. 16 ThyssenKrupp Steel Europe