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Die Erfindung betrifft einen Schachtofen, insbesondere Direktreduktionsschachtofen, mit einer Schüttung aus stückigem Gut, insbesondere Eisenoxid und/oder Eisenschwamm enthaltendem stückigem Gut, welches von oben in den Schachtofens aufgebbar ist und mit in einer Ebene ange- ordneten Vielzahl von Gaseintrittsöffnungen für ein Reduktionsgas im Bereich des unteren Drittels des Schachtofens
Schachtofen, insbesondere Direktreduktionsschachtöfen der oben beschriebenen Art sind vielfach aus dem Stand der Technik bekannt Ein solcher, im wesentlichen als zylindrischer Hohl- körper ausgebildeter Schachtofen enthält beispielsweise 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 Gaseintrittsöffnungen 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.
Der ganz oder teilweise reduzierte Eisenoxid wird durch zwischen dem Bodenbereich des Schachtofens und dem Bereich der Gaseinlassoffnungen angeordnete Austragsvorrichtungen aus dem Schachtofen heraus gefördert, wobei die im Schachtofen befindliche Schüttungssäule aufgrund der Schwerkraft nach unten sinkt
Ein Schachtofen muss aufgrund seiner Bauweise gewährleisten, dass darin ein gleichmässiger, möglichst vollständiger Reaktionsverlauf, sowie ein gleichmässiges Absenken des Schüttgutes erfolgen kann
Die AT 387 037 B offenbart einen Schachtofen zur thermischen Behandlung von Einsatzstoffen mit gasförmigen Medien Fur die Zuführung von Reduktionsgas sind dabei Gaseintrittsoffnungen vorgesehen, die von einer ringförmigen Schürze gegenuber den im Schachtofen eingebrachten Einsatzstoffen abgedeckt sind.
Zwischen der ringförmigen Schürze und einer ringförmigen Erweiterung des Mantels des Schachtofens ist ein ringförmiger Hohlraum vorgesehen, so dass das eingeleitete Reduktionsgas über den Umfang des Schachtofens verteilt den Einsatzstoffen zugeleitet werden kann
Diese Ausführung des Gaszuführungssystems hat schwerwiegende Nachteile Die Innenwände von Schachtöfen werden üblicherweise aus feuerfestem Material, beispielsweise Schamott, gemauert. Eine solche ringförmige Schürze kann aber, da sie nur über ihren oberen Umfang mit dem Mantel des Schachtofens verbunden ist, nicht aus einzelnen Schamottziegeln hergestellt werden.
Diese Art des Gaszuführungssystems ist aber monolithisch, also aus einem Stück gefertigt, prinzipiell herstellbar Dazu müssten allerdings einzelne Segmente des Schachtofen- mantels zusammen mit dem daran hängenden Teil der ringförmigen Schürze aus jeweils einem einzigen Stück feuerfesten Materials gefertigt werden. Dies ist aber wegen der Grösse der Segmente, sowie wegen deren komplexer Geometrie kaum durchzuführen
Eine auf diese Weise hergestellte ringförmige Schürze würde darüber hinaus bei der ersten Beschickung des Schachtofens zusammenbrechen. Die Seitenkräfte aus Schüttungen, beispielsweise wegen prozessabhängiger Volumensvergrosserungen, sind beträchtlich Dadurch würde die ringförmige Schürze sofort nach aussen wegbrechen.
Die DE 34 22 185 A1 offenbart eine Anordnung aus einem Vergaser und einem Direkt- reduktionsschachtofen Der Direktreduktionsschachtofen weist über seinem Boden sternförmig angeordnete Förderschnecken auf, mit welchen stückiges Gut aus dem Schachtofen gefördert wird Die inneren Enden der Förderschnecken sind in einem kegelförmigen Einbau in der Mitte des Schachtofens gelagert Dieser kegelförmige Einbau ist nach unten mit dem Einschmelzvergaser verbunden, so dass Reduktionsgas aus dem Einschmelzvergaser durch den kegelförmigen Einbau in den Schachtofen strömen kann.
Reduktionsgas wird dem Schachtofen weiters über mindestens eine Gaseintrittsöffnung zugeführt, die in einen von einer Ringschürze und dem Schachtofenmantel gebildeten Ringraum mündet Für diese Ringschürze gilt dasselbe, wie für die in der AT PS 387 037, d h sie würde sofort seitlich wegbrechen und/oder aufgrund der abrasiven Kräfte der sich an ihr vorbeibewegenden Schüttung abgeschliffen werden. Dies gilt um so mehr, als der sich auf gleicher Höhe wie die Ringschürze befindende kegelförmige Einbau aus der Sicht des Schüttungsmatenals eine Verringerung des freien Querschnitts des Schachtofens darstellt.
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Infolgedessen sind auch die seitlich wirksamen Kräfte aus der Schuttung im Bereich des kegel- formigen Einbaus und der Ringschürze wesentlich grösser als in anderen Bereichen des Schachtofens. Daruber hinaus bildet die Schuttung in Bereichen verringerten Querschnitts bevor- zugt Verbackungen, Agglomerationen und Brücken. Dadurch wird ein gleichmässiges Absenken des Schuttungsmaterials verhindert.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise der US 3 816 101 A oder der US 4 046 557 A, sind Schachtöfen bekannt, bei denen ein Reduktionsgas zunächst in einen den Schachtofen nngförmig umgebenden Hohlraum eingebracht wird, von dem aus mehrere Gaszufuhrungskanäle in eine Kegelstumpfmantel-förmige Erweiterung des Schachtofenmantels münden. In einem senkrechten Schnitt weist dieser ringförmige Hohlraum eine rechteckige Querschnittsfläche auf, wobei vom Boden und/oder von der inneren Wand dieses Ringraumes die in den Schachtofen mündenden Gaszuführungskanäle wegführen.
Dieses Gaszuführungssystem ist ungeeignet, wenn das Reduktionsgas gleichmässig über den Umfang des Schachtofens verteilt zugeführt werden soll Da das Schüttungsmaterial direkt an jeder Gaseintrittsöffnung anliegt, ist die Zahl der Gaseintrittsstellen in den Schachtofen und damit in die Schüttung nur jeweils so gross wie die Anzahl der Gaseintrittsöffnungen
Bei Verwendung eines staubbeladenen Reduktionsgases kann sich Staub bei der Mündung der Gaszuführungskanäle in den Schachtofen ablagern und dort die Gasdurchlässigkeit der Schüttung verringern, wodurch sich weiterer Staub ablagert, usw und letztendlich die Gaszu- führungskanäle verstopft. Weiterer Staub kann sich auch am Boden des Ringraumes absetzen Im Extremfall kann sogar stückiges Material aus der Schüttung bis in den Ringraum gelangen.
Die Entfernung der im Gaszuführungssystem abgelagerten Feststoffe ist nicht möglich, ohne den Schachtofen ausser Betrieb zu nehmen und zu entleeren Die durch verstopfte Gaszuführungs- kanäle verursachten Durchgasungsstörungen der Schüttung führen zu einer ungleichmässigen Reduktion des Schüttungsmaterials und zu einer Verringerung der Produktqualität
Gegenstand der Erfindung ist es daher, einen Schachtofen, insbesondere einen Direkt- reduktionsschachtofen bereitzustellen, dessen Gaszuführungssystem so gestaltet ist, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermieden werden.
Insbesondere soll dieses Gaszuführungssystem auf einfache Weise aus herkömmlichem Feuerfestmaterial herstellbar sein und eine ausreichende mechanische Stabilität gegenüber den aus der Schüttung seitlich wirkenden Kräften aufweisen Staubbeladenes Reduktionsgas soll sich gleichmässig am Umfang des Schachtofens und daher in weiterer Folge auch in der Schüttung verteilen können und das Verstopfen von Gaszuführungskanälen soll vermieden werden
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Schachtkontur im Bereich der Gaseintrittsöffnungen eine Durchmessererweiterung aufweist und die Wand des Schachtofens in einer Weise ausgebildet ist,
dass zwischen den im Bereich dieser Durchmessererweiterung angeordneten Gaseintrittsöffnungen und der Schüttung ein ringförmiger Hohlraum ausgebildet ist
Mit der erfindungsgemässen Ausführung des Gaszuführungssystems ist es erstmals möglich, einem Schachtofen gleichmässig über seinen Umfang verteilt Gas zuzuführen, ohne eine mechanisch instabile und aus herkömmlichen feuerfesten Steinen kaum herstellbare Ringschürze vorsehen zu müssen
Nach einem vorteilhaften Merkmal sind im Bereich der Durchmessererweiterung eine Anzahl von Mitteln - zum Aufteilen des ringförmigen Hohlraums in voneinander getrennte Sektionen - an- geordnet und an bzw in der Wand des Schachtofens befestigt
Von diesen Mitteln zum Aufteilen des ringförmigen Hohlraums sind beispielsweise 2 bis 16,
bevorzugterweise jedoch 4 bis 8 im wesentlichen etwa gleichmassig voneinander beabstandet im
Bereich der Durchmessererweiterung angeordnet, so dass der ringförmige Hohlraum in ebensoviele
Sektionen unterteilt wird.
Bevorzugterweise werden diese Mittel zum Aufteilen des Hohlraums von senkrecht ange- ordneten Blechen und/oder Platten gebildet, die auf jeden Fall so bemessen sind, dass jeweils ein solches Mittel den senkrechten Querschnitt des Hohlraums mindestens zur Gänze durchsetzt
Die Aufteilung des ringförmigen Hohlraums in voneinander getrennte Sektionen erweist sich als vorteilhaft, weil damit die Gefahr vermieden bzw verringert wird, dass das Reduktionsgas - bei temporären Durchgasungsstörungen der Schüttung - den Weg des geringsten Widerstandes nimmt und dadurch Teilbereiche der Schüttung verstärkt von Reduktionsgas durchströmt werden und
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andere Teilbereiche an Reduktionsgas "unterversorgt" sind
Die erfindungsgemässe Unterteilung des ringformingen Hohlraums stellt, zusammen mit der Ausbildung des Hohlraumes selbst,
eine gleichmässige Gaseinbringung in den Reduktionsschacht sicher
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform bildet die Durchmessererweiterung eine kegel- stumpfförmige Mantelfläche, deren Erzeugende mit der Waagrechten einen Winkel einschliesst, welcher kleiner ist, als der Schüttwinkel des im Schachtofen befindlichen Gutes
Dadurch bildet sich ein von der kegelstumpfförmigen Mantelfläche, einem Teil der senkrechten inneren Wand des Schachtofens und von der Schüttung begrenzter, ringförmiger Hohlraum aus, in welchem sich das durch die Gaseintrittsöffnungen zugeführte Gas gleichförmig verteilen kann.
Unter Schüttwinkel ist dabei der natürliche Schüttwmkel zu verstehen, den die Erzeugende der Mantelfläche eines Schüttkegels mit der Waagrechten einschliesst
Bevorzugterweise betragt der Winkel, den die Erzeugende der Mantelflache mit der Waag- rechten einschliesst, 0 bis 25 , wobei sich die Durchmessererweiterung von oben nach unten erweitert Der Schüttwinkel von stückigem Eisenschwamm, Erzpellets oder stückigem Erz beträgt etwa 35 bis 40 .
Der Unterschied dieser beiden Winkel ist also ausreichend gross, um einen Ring- raum entstehen zu lassen, in dem sich das Reduktionsgas optimal verteilen kann
Besonders bevorzugt beträgt der Winkel, den die Erzeugende der Mantelfläche mit der Waagrechten einschliesst, 0 Bei dieser Ausführung ist der Abstand zwischen Schüttung und Mantelfläche, bzw.
den in der Mantelflache angeordneten Gaseintrittsöffnungen so gross, dass die Gefahr, dass staubförmiges oder stückiges Material aus der Schüttung in einen der Gaszuführungs- kanäle gelangen kann, minimiert ist
Das Gaszuführungssystem weist auch eine hervorragende mechanische Stabilität auf, da die Abmessungen der Gaszufuhrungskanäle, welche die Wand des Schachtofens durchsetzen, so gering gehalten werden können, dass die Gaseintrittsöffnungen, bzw das von den Gaszufuhrungs- kanäle und dem die Gaszuführungskanäle umgebenden Feuerfestmaterial gebildete Gaszu- führungssystem den aus der Schüttung wirkenden Seitenkräften standhalten kann
Das Gaszuführungssystem ist auch auf einfache Weise aus herkömmlichem Feuerfestmaterial, beispielsweise Schamotteziegeln, herstellbar,
da jeder Teil des Gaszufuhrungssystem durch darunterliegende Teile unterstützt wird Es sind keine Einrichtungen, wie beispielsweise eine Ring- schürze vorgesehen, die nur über einen oberen Rand mit der Wand des Schachtofens verbunden wären
Der Schachtofen ist üblicherweise in bekannter Weise aussen von einem ringförmigen Ring- raum umgeben, welcher nach unten durch Gaszuführungskanäle mit den Gaseintrittsöffnungen verbunden ist, wobei die Gaszufuhrungskanäle einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen
Einer vorteilhaften Ausgestaltung zufolge sind die Gaszufuhrungskanäle von unten nach oben hin verjüngend ausgeführt, wobei die inneren Kanten der Gaszuführungskanäle abgerundet sind.
Dadurch ist sichergestellt, dass Gaszuführungskanäle, in welchen trotz des im Inneren des Schachtofens gebildeten matenalfreien ringförmigen Hohlraums ein Materialstau auftritt, sich von selbst, d h mit der Abwärtsbewegung des Gutes im Schachtofen wieder reinigen
Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Übergang zwischen dem Ringraum, welcher den Schachtofen aussen ringförmig umgibt, und den Gaszuführungskanälen schräg nach unten abfallend ausgeführt Infolgedessen kann sich staubförmiges Material aus dem Reduktions- gas nicht im Ringraum ansammeln und auch Material aus der Schüttung, das aufgrund prozess- bedingter Störungen in den Ringraum gelangt,
kann dort nicht liegenbleiben Vielmehr wird solches Material aufgrund der Schwerkraft durch die sich nach unten erweiternden Gaseintnttsoffnungen wieder in den Schachtofen zurückgeführt.
Im folgenden wird der erfindungsgemässe Schachtofen durch die Zeichnungen Fig. 1 bis Fig. 4 näher erläutert
Fig 1 Gesamtdarstellung des Schachtofens
Fig 2 Durchmessererweiterung des Schachtofens mit Gaszuführungskanal und
Ringraum
Fig 3: Schnitt A-A aus Fig 1
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Fig 4: Schnitt B-B aus Fig 2
Fig 1 zeigt den erfindungsgemässen Schachtofen 1 mit einer Schüttung aus stückigem Gut 2, welches dem Schachtofen 1 von oben aufgebbar ist (Aufgabevornchtung nicht dargestellt) Im Bereich des unteren Drittels des Schachtofens 1 ist eine Vielzahl von Gaseintrittsöffnungen 3 in einer Ebene angeordnet.
Durch diese Gaseintrittsöffnungen 3 wird ein Reduktionsgas in die Schuttung 2 eingeblasen Über dem Boden des Schachtofen 1 sind Förderschnecken angeordnet, durch welche das stückige Gut aus dem Schachtofen 1 ausgetragen wird
In Fig 2 ist eine der Gaseintrittsöffnungen 3 mit dem den Schachtofen 1 aussen umgebenden Ringraum 5 und einem der Gaszuführungskanäle 6, welche die Gaseintrittsöffnungen mit dem Ringraum 5 verbinden, dargestellt Die Durchmessererweiterung 7 der Schachtkontur ist als waag- rechter Rücksprung im Mantel des Schachtofens 1 ausgeführt,
so dass zwischen Gasemtritts- offnungen 3 und Schüttung 2 ein ringförmiger Hohlraum 8 ausgebildet ist In diesem Hohlraum 8 kann sich das durch die Gaszuführungskanäle 6 und die Gaseintrittsöffnungen 3 zugefuhrte Reduktionsgas optimal verteilen Bei der in Fig 2 dargestellten Ausführungsform beträgt der Winkel a zwischen der Waagrechten 13 und der Erzeugenden 12 der kegelstumpfförmigen Mantel- fläche 0 , so dass die .kegelstumpfförmige Mantelflache" für diesen Grenzfall von a = 0 ein Kreis- ring ist
In Fig 2 ist weiters ein Mittel 11zum Aufteilen des Hohlraums, hier als senkrecht angeordnetes Blech ausgebildet, strichliert dargestellt.
Fig. 3 stellt einen Schnitt durch A-A der Fig. 1 dar, wobei die Betrachtungsrichtung senkrecht von unten in Richtung eines der Gaszuführungskanäle 6 gewählt ist. Die inneren Kanten 9 der Gaszuführungskanäle 6 sind abgerundet und die Gaszuführungskanäle 6 sind nach oben verjungend ausgeführt Dadurch wird gewährleistet, dass sich staubformiges Material aus dem Reduktionsgas nicht in den Gaszuführungskanälen 6 ablagert, bzw dass sich die Gaszufuhrungs- kanäle 6 im Falle eines Materialstaus mit der Abwärtsbewegung des stückigen Gutes wieder von selbst reinigen
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch B-B der Fig.
2, vom Schachtinneren her betrachtet Die Gaszu- fuhrungskanäle 6 erweitern sich von oben nach unten und die Ubergänge 10 von dem Ringraum 5 zu den Gaszufuhrungskanälen 6 sind nach unten hin schräg abfallend ausgeführt Auch dies soll sicherstellen, dass staubförmiges Material aus dem Reduktionsgas sich nicht in dem Ringraum 5 ablagert, sondern zusammen mit dem Reduktionsgas in den Schachtofen 1 eingetragen wird.