AT405332B - Schachtofen - Google Patents

Description

AT 405 332 B

Die Erfindung betrifft einen Schachtofen, insbesondere einen Direktreduktionsschachtofen, mit einer Schüttung aus stückigem Gut, insbesondere Eisenoxid und/oder Eisenschwamm enthaltendem stückigem Gut, wobei über dem Bodenbereich des Schachtofens Austragsvorichtungen für das stückige Gut, sowie über den Austragsvorrichtungen Einlaßöffnungen für ein Reduktionsgas angeordnet sind.

Schachtöfen, insbesondere Reduktionsschachtöfen der oben beschriebenen Art sind vielfach aus dem Stand der Technik bekannt. Ein solcher, im wesentlichen als zylindrischer Hohlkörper ausgebildeter Schachtofen enthält im allgemeinen eine Schüttung aus Eisenoxid und/oder Eisenschwamm enthaltendem stückigem Gut, wobei das Eisenoxid enthaltende Gut in den oberen Teil des Schachtofens aufgegeben wird. Durch mehrere über den Umfang des Schachtofens angeordnete Einlaßöffnungen im Bereich des unteren Drittels des Schachtofens wird ein beispielsweise aus einem Einschmelzvergaser stammendes Reduktionsgas in den Schachtofen und damit in die Feststoffschüttung eingeblasen. Das heiße staubbeladene Reduktionsgas durchströmt die Feststoffschüttung nach oben und reduziert dabei das Eisenoxid der Schüttung ganz oder teilweise zu Eisenschwamm.

Das ganz oder teilweise reduzierte Eisenoxid wird durch zwischen dem Bodenbereich des Schachtofens und dem Bereich der Gaseinlaßöffnungen angeordnete Austragsvorrichtungen aus dem Schachtofen heraus gefördert. Diese Austragsvorrichtungen sind in der Regel als sternförmige Anordnung radial (bezogen auf den Schachtofen) fördernder Förderschnecken ausgebildet.

Die im Bereich des Schachtbodens liegende Zone, in welcher sich die Austragsvorrichtungen befinden, soll ein Maximum an aktiver Austragsfläche aufweisen, um einerseits ein möglichst gleichmäßiges Absenken des Schüttgutes zu erreichen, des weiteren soll auch eine kontinuierliche Bewegung bzw. Durchmischung des Gutes in der Reaktionszone gewährleistet werden.

Die geringe Anzahl der Austragsvorrichtungen bringt aber aufgrund der dadurch gegebenen Platzverhältnisse Nachteile mit sich, welche dadurch bedingt sind, daß sich, da Teile des Schüttgutes in der Ebene der Austragsvorrichtungen von diesen Anstragsvorrichtungen nicht erfaßt werden können, über diesen nicht aktiven Flächen nicht bewegte Zonen mit sehr steilen inneren Schüttungswinkeln ausbilden. Diese als "Toter Mann" bezeichneten Zonen haben den Nachteil, daß ein Volumenanteil des Reaktionsraumes teilweise inaktiv wird, wobei unter aktivem Volumen jener Bereich eines Schachtofens zu verstehen ist, in welchem die angestrebten Gas-Feststoffreaktionen ablaufen.

Dadurch können sich in diesen Gebieten, bedingt durch die hohen Verweilzeiten der Erze bzw. der reduzierten Erze, Verbackungen und Agglomerate bilden, welche sich nachteilig auf den Stofffluß auswirken und dadurch den Stoffumsatz und somit auch die Produktivität verringern.

Bei der dem Stand der Technik entsprechenden Anordnung sind es im wesentlichen zwei Zonen, über welchen sich "Toter Mann" ausbildet.

Es ist dies einerseits der Zentralbereich, der von den sternförmig angeordneten Austragsvorrichtungen nicht erfaßt wird und nahezu unbewegt bleibt. Die zweite Zone wird von den keilförmigen, zwischen je zwei Austragsvorrichtungen liegenden Bereichen gebildet, wobei die sich in diesen toten Zonen aufbauenden Schüttungspyramiden einerseits den Feststofffluß hemmen und andererseits sich so weit nach oben aufbauen, daß die Gaseinströmschlitze für das Reduktionsgas durch das sich aufbauende Schüttungsmaterial abgedeckt werden, wobei sich durch die Staubfracht des Reduktionsgases eine relativ gasundurchlässige Schüttung bildet. Dies hat zur Folge, daß die notwendige homogene Gasverteilung im Schachtofen unterbleibt.

In der EP-B-0 116 679 werden Schnecken zur Bewegung von festen Partikeln in einem Schachtofen und zum Austrag derselben beschrieben. Es handelt sich dabei um radial angeordnete, fliegend gelagerte Schnecken, die gleich lang sind und einen zylindrischen Querschnitt aufweisen. Die toten Winkel zwischen den Schnecken werden zwar durch keilförmige Einbauten minimiert, der Aufbau von "Toten Männern" kann aber dadurch nicht verhindert werden.

Die EP-B-0 085 290 offenbart Anordnungen von kurzen konischen Schnecken, die sowohl in einem in der Mitte befindlichen kegelförmigen Einbau, der zugleich als Schüttkegel dient, als auch am Umfang des Schachtofens gelagert sind. Durch den in der Mitte befindlichen kegelförmigen Einbau kann zwar die Ausbildung des zentralen "Toten Mannes" hintangehalten werden, es existieren aber nach wie vor inaktive Zonen zwischen den benachbarten Austragsvorrichtungen, die zur Ausbildung der erwähnten unerwünschten Schüttungspyramiden führen.

Mit keiner der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen von Austragsvorrichtungen und/oder Einbauten ist es möglich, die Ausbildung von als "Toter Mann" bezeichneten Schüttungspyramiden zwischen je zwei benachbarten Austragsvorrichtungen am inneren Rand des Schachtofens zu verhindern.

Aufgabe der gegenständlichen Erfindung ist es demnach, die Ausbildung von Schüttungspyramiden zwischen jeweils zwei benachbarten Austragsvorrichtungen am inneren Rand des Schachtofens zu vermeiden, bzw. so weit zu verringern, daß die Spitzen der Schüttungspyramiden wesentlich unterhalb des 2

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Bereiches der Gaseinströmschlitze für das Reduktionsgas liegen, wodurch die Gaseinströmschlitze nicht mehr durch unbewegtes Schüttungsmaterial abgedeckt werden.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bereich der Gaseinströmschlitze und dem der Austragsvorrichtungen Vorrichtungen zum Bewegen des im Schachtofen befindlichen Gutes angeordnet sind.

Durch die erfindungsgemäß angeordneten Vorrichtungen wird der Aufbau von Schüttungspyramiden in, bzw. über den Bereich der Gaseinströmschlitze wirksam verhindert. Durch diese Anordnung kann vor allem im oberen Teil des Schachtes, dem Bereich des Reaktionsraumes, in dem die Reduktionsvorgänge ablaufen, ein weitgehend flächendeckendes Durchmischen und Absenken des Reaktionsgutes erreicht werden.

Vorzugsweise ist die Anzahl der Vorrichtungen zum Bewegen des im Schachtofen befindlichen Gutes doppelt so groß wie die Anzahl der Austragsvorrichtungen für das stückige Gut. Durch die große Anzahl an Bewegungsvorrichtungen wird eine homogener Austrag des Reaktionsgutes erzielt.

Besonders bevorzugt sind je zwei Bewegungsvorrichtungen derart paarweise je einer Austragsvorrichtung zugeordnet, daß jede der beiden Bewegungsvorrichtungen sich sowohl über als auch neben, und zwar eine links und die zweite rechts von der Austragsvorrichtung befindet. Durch diese besondere erfindungsgemäße Anordnung der Bewegungsvorrichtungen wird bewirkt, daß die Schüttungspyramiden von ihren Rändern her abgetragen werden.

Dadurch wird erreicht, daß die Schüttungspyramiden wesentlich an Höhe verlieren und infolgedessen die sich weiter oben im Umfang des Schachtofens befindenden Gaseinströmschlitze nicht mehr abdecken können, was letztendlich zu einer homogenen Gasverteilung im Schachtofen führt. Ein weiterer Effekt ist eine Vergrößerung des aktiven Volumens des Reaktionsraumes.

Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht dann, daß die Bewegungsvorrichtungen als Förderschnecken ausgeführt sind, wobei die Schraubenflächen der Förderschnecken gegebenenfalls über zumindest einen Teilbereich jeweils einer Förderschnecke eine unendlich große Steigung aufweisen.

Einem Merkmal der Erfindung zufolge werden die Schraubenflächen der Förderschnecken von auswechselbaren und/oder fix auf den Wellen der Förderschnecken montierten Paddeln gebildet. Die Erfahrung hat gezeigt, daß solche Paddeln beim Bewegen von Eisenoxid und/oder Eisenschwamm enthaltendem Gut starken mechanischen und abrasiven Einflüssen ausgesetzt sind. Wenn nun Wartungsarbeiten an den Förderschnecken durchzuführen sind, so ist es von großem Vorteil, wenn nicht die gesamte Schnecke ersetzt werden muß, sondern wenn lediglich die beschädigten Paddel ausgetauscht werden können.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Wellen der Förderschnecken einseitig, also fliegend gelagert und gegebenenfalls gekühlt. Die Form der Wellen ist dabei im wesentlichen zylindrisch, die Wellen können aber gegebenenfalls über zumindest einen Teilbereich ihrer Länge mit konstanter und/oder nicht konstanter Steigung nach innen, also in Richtung der Mitte des Schachtofens konisch verjüngt ausgeführt sein.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Umhüllende der Schraubenflächen jeweils einer Förderschnecke im wesentlichen zylindrisch, kann aber gegebenenfalls über zumindest einen Teilbereich mit konstanter und/oder nicht konstanter Steigung nach innen konisch verjüngt ausgeführt werden.

Durch die flexible Ausführungsform von Wellen und/oder Schraubenflächen ist es möglich, das Förderverhalten der Förderschnecken den fluiddynamischen Gegebenheiten des Fördergutes anzupassen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Schraubenfläche jeder Förderschnecke dergestalt ausgebildet, daß jede Förderschnecke in Richtung der Mitte des Schachtofens oder von dessen Mitte weg oder radial zur Förderschnecke fördert.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Förderschnecken für permanenten oder temporären Einsatz axial verfahrbar angeordnet. Diese Ausgestaltung hat einerseits den Vorteil, daß jede der Förderschnecken für Wartungsarbeiten gut zugänglich ist, andererseits ist es nicht nötig jede Förderschnecke permanent in Betrieb zu halten, sondern nur temporär zum Abbau der Schüttungspyramiden einzusetzen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Drehrichtung jeder einzelnen Förderschnecke kontinuierlich oder diskontinuierlich im oder gegen den Uhrzeigersinn oder aber oszillierend. Durch die Flexibilität der Drehbewegung und -richtung kann den jeweiligen geometrischen Gegebenheiten der Schüttungspyramiden Rechnung getragen werden. Darüber hinaus wird eine homogene Durchmischung des Reaktionsgutes sichergestellt.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Oszillations- oder Drehbewegung jeweils zweier, paarweise einer Austragsvorrichtung zugeordneten Förderschnecken gegenläufig. Die Förderrichtung ist gemäß dieser bevorzugten Ausgestaltung im wesentlichen radial, kann aber gegebenenfalls eine geringfügige axiale Komponente aufweisen. 3

Claims (18)

1. AT 405 332 B Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Kopf jeder Förderschnecke in an sich bekannter Weise als Bohrkrone ausgebildet. Dadurch wird bei temporärem Einsatz das Einbohren in eine festgebackene Schüttungspyramide ermöglicht. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind für den Antrieb der Wellen der Förderschnecke 5 Motoren vorgesehen. Bei einem Antrieb der Wellen mittels Motoren ist zum einen eine flexible Anpassung der Förderschnecken an den Prozeß gegeben und zum anderen ist der Ein- und Ausbau, da der Antrieb ohnehin auf der Verfahrvorrichtung angeordnet ist, erleichtert. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind für das Erkennen des Einbohrverhaltens der Schnecken Sensoren vorgesehen. Unter einem beispielsweise unerwünschten Einbohrverhalten einer Schnecke ist das io Abweichen des Schneckenkopfes von der gewünschten Richtung beim Einbohren in eine gegebenenfalls teilweise festgebackene Schüttung zu verstehen. Der Prozeß des Einbohrens ist ein sensibler und bei einem Fehlverhalten des bedienenden Personals ein eine teure Reparatur hervorrufender Vorgang. Somit ist die Sensorik ein wichtiger Bestandteil der Prozeßführung. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Regelung der Drehzahlen und/oder des Einbohr-75 Verhaltens der einzelnen Wellen der Förderschnecken, der Fördercharakteristik und/oder dem Einbohrverhalten entsprechend, vorgesehen. Dadurch kann die Bewegungschärakteristik der Schnecke und des Bohrkopfes den jeweiligen Prozeßerfordernissen angepaßt werden. Die Erfindung wird nun anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert: 20 Fig. 1: Schachtofen mit Austragsvorrichtungen und Schüttungspyramiden, ohne Bewegungsvorrichtungen Fig. 2: Schachtofen mit Austragsvorrichtungen und Bewegungsvorrichtungen Fig. 3: Schachtofen mit Austragsvorrichtungen, Bewegungsvorrichtungen und verkleinerten Schüttungspyramiden. Fig. 4: Draufsicht auf Ebene der Bewegungsvorrichtungen mit darunterliegenden Austragsvorrichtungen 25 Fig. 5: Detailansicht einer Austragsvorrichtung mit darüberliegenden Bewegungsvorrichtungen Fig. 1 zeigt eine Darstellung des zu lösenden Problems: Ein Schachtofen 1 enthält in seinem Inneren eine Feststoffschüttung 2, welcher Feststoff durch über dem Boden 3 des Schachtofens 1 sternförmig angeordnete Austragsvorrichtungen 4 aus dem Schachtofen 1 ausgetragen wird. Zischen den sternförmig angeordneten Austragsvorrichtungen 4 (als Förderschnecken ausgebildet; nicht dargestellt) haben sich hohe 30 Schüttungspyramiden 5 aufgebaut, welche über einen Teil der Gaseinströmschlitze 6 hinausragen und diese verdecken. Das aktive Volumen des Schachtofens 1 ist um das Volumen der Schüttungspyramiden 5 veringert und die Feststoffschüttung wird nicht gleichmäßig durchgast.. Fig. 2 zeigt einen Schachtofen 1 mit erfindungsgemäß angeordneten Bewegungsvorrichtungen 7. Jeder Austragsvorrichtung 4 sind zwei Bewegungsvorrichtungen 7 zugeordnet, die sich sowohl oberhalb als auch 35 neben, und zwar eine links und die zweite rechts von der Austragsvorrichtung 4 befinden. Fig. 3 zeigt einen Schachtofen 1 mit erfindungsgemäß angeordneten Bewegungsvorrichtungen 7, sowie Schüttungspyramiden 5, die durch den Einsatz der erfindungsgemäß angeordneten Bewegungsvorrichtungen 7 verkleinert sind. Die Gaseinströmschlitze 6 werden nicht mehr von den Schüttungspyramiden 5 überdeckt. Die Feststoffschüttung 2 wird gleichmäßig durchgast und das aktive Volumen des Schachtofens 40 1 ist vergrößert. Fig. 4: zeigt eine Draufsicht auf die Ebene der Bewegungsvorrichtungen 7 mit darunterliegenden Austragsvorrichtungen 4. Jeder Austragsvorrichtung 4 sind 2 Bewegungsvorrichtungen 7 zugeordnet. Dadurch ist der keilförmige Bereich 8 zwischen zwei Austragsvorrichtungen 4, über dem sich Schüttungspyramiden aufbauen, verkleinert. Da der Schüttwinkel eine konstante, materialabhängige Größe ist, ist bei 45 verkleinerter Grundfläche der Schüttungspyramide auch die Höhe reduziert. Fig. 5 zeigt in einer Detailansicht eine Austragsvorrichtung 4 mit 2 darüberliegenden Bewegungsvorrichtungen 7, die hier als Förderschnecken ausgebildet sind. Pfeile 8 geben die Drehrichtungen der Bewegungsvorrichtungen 7 an, die zueinander entgegengesetzt sind. Dadurch wird Material von den Schüttungspyramiden (hier nicht dargestellt) zum Austragsbereich der Austragsvorrichtungen 4 befördert. 50 Patentansprüche 1. Schachtofen (1), insbesondere Direktreduktionsschachtofen, mit einer Schüttung (2) aus stückigem Gut, insbesondere Eisenoxid und/oder Eisenschwamm enthaltendem stückigem Gut, mit über dem Boden-55 bereich (3) des Schachtofens (1) angeordneten Austragsvorrichtungen (4) für das stückige Gut, sowie mit über den Austragsvorrichtungen (4) angeordneten Einlaßöffnungen (6) für ein Reduktionsgas, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem von den Einlaßöffnungen (6) gebildeten Bereich und dem von den Austragsvorrichtungen (4) gebildeten Bereich Vorrichtungen (7) zum Bewegen des im 4 AT 405 332 B Schachtofen (1) befindlichen Gutes angeordnet sind.
2. 2. Schachtofen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die Anzahl der Vorrichtungen (7) zum Bewegen des im Schachtofen (1) befindlichen Gutes zumindest doppelt so groß ist wie die Anzahl der Austragsvorrichtungen (4) für das stückige Gut.
3. 3. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei Bewegungsvorrichtungen (7) derart paarweise je einer Austragsvorrichtung (4) zugeordnet sind, daß jede der beiden Bewegungsvorrichtungen (7) sich sowohl über als auch neben, und zwar eine links und die zweite rechts von der Austragsvorrichtung (4) befindet.
4. 4. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsvorrichtungen (7) als horizontal angeordnete Förderschnecken ausgebildet sind.
5. 5. Schachtofen (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecken sternförmig angeordnet sind.
6. 6. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen der Förderschnecken im Bereich der Ofenwand fliegend gelagert und gegebenenfalls gekühlt sind.
7. 7. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen der Förderschnecken im wesentlichen zylindrisch sind und sich gegebenenfalls über zumindest einen Teilbereich ihrer Länge mit konstanter und/oder nicht konstanter Steigung mit zunehmender Entfernung von der Ofenwand konisch verjüngen.
8. 8. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenflächen der Förderschnecken in zumindest einem Teilbereich eine unendlich große Steigung aufweisen.
9. 9. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenflächen der Förderschnecken von auswechselbaren und/oder fix auf den Wellen montierten Paddeln gebildet werden.
10. 10. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllende einer Schraubenfläche im wesentlichen zylindrisch ist und sich gegebenenfalls über zumindest einen Teilbereich mit konstanter und/oder nicht konstanter Steigung nach innen konisch verjüngt.
11. 11. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Förderschnecken so ausgebildet ist, daß sie entweder in Richtung der Mitte des Schachtofens (1) oder von der Mitte weg oder radial zur Förderschnecke fördert.
12. 12. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Förderschnecke für permanenten und/oder temporären Einsatz axial verfahrbar angeordnet ist.
13. 13. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Förderschnecke kontinuierlich oder diskontinuierlich im oder gegen den Uhrzeigersinn drehbar angeordnet ist.
14. 14. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillations-und/oder Drehbewegung je zweier paarweise einer Austragsvorrichtung (4) zugeordneten Förderschnecken gegenläufig ausgerichtet ist.
15. 15. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen der Förderschnecken als Bohrkronen ausgebildet sind.
16. 16. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet daß für den Antrieb der Wellen der Förderschnecken Motoren vorgesehen sind.
17. 17. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß für das Erkennen des Einbohrverhaltens der Förderschnecken Sensoren vorgesehen sind. 5 AT 405 332 B
18. 18. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einheit zur Regelung der Drehzahlen und/oder des Einbohrverhaltens der einzelnen Wellen der Förderschnecken, der Fördercharakteristik und/oder dem Einbohrverhalten entsprechend, vorgesehen ist. Hiezu 4 Blatt Zeichnungen 6