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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Reduktion von stückigen Eisenoxiden in einem Reduktionsschacht mit staubhaltigem und kohlenmonoxidreichem Reduktionsgas aus einem Einschmelzvergaser in einer Eisenerzreduktions-Schmelzanlage kann nur ein Teil des Lückenvoiumens der Schüttung im Reduktionsschacht zur Aufnahme des Staubes, der mit dem Reduktionsgas in den Reduktionsschacht eingetragen wird, genutzt werden. Neben dem Staub, der mit dem Reduktionsgas eingetragen wird, wird bei Anlagen, bei denen der Reduktionsschacht über Fallrohre mit dem Einschmelzvergaser verbunden ist, eine zusatzliche Staubmenge mit dem Vergasergas über die Fallrohre und Austragsvorrichtungen in den unteren Bereich des Reduktionsschachtes eingetragen.
Der Staubgehalt dieses Vergasergases ist um mehrere Male höher als derjenige des zielgerichtet in den Reduktionsschacht eingeführten Reduktionsgases, das zuvor in Heissgaszyklonen entstaubt wurde. Neben diesem Staub wird über die Fallrohre zusätzlich der Staub aufgrund der Windsichtung des ausgetragenen Eisenschwamms und gegebenenfalls der kalzinierten Zuschlagstoffe durch das aufströmende Vergasergas zum Reduktionsschacht zurückbefördert. Der Gesamtstaub führt zu einer stärkeren Verstaubung des unteren Bereichs des Reduktionsschachtes, zu Kanalbildungen, zu einem Hängenbleiben der Schüttung sowie zu einem unkontrollierten Austrag des Eisenschwamms durch die Austragsvornchtungen.
Besonders nachteilig wirkt sich aus, dass der über die Fallrohre aus dem Einschmelzvergaser in den Reduktionsschacht gelangende Staub teerhaltige und nur zum Teil entgaste Kohlepartikel sowie andere Komponenten, die zu einer Agglomeratbildung führen, enthält.
Bei einer stärkeren Verstaubung der Eisenoxid-Schüttung im Bustle- bzw. Eintrittsbereich des Reduktionsgases erhöht sich der Druckunterschied zwischen dem Einschmelzvergaser und dem unteren Teil des Reduktionsschachtes und dementsprechend des über die Fallrohre und die Austragsschnecken aufströmenden stark verstaubten Vergasergases, durch welche dieses einen direkten Zugang zur wenig verstaubten Schüttung in der Mitte des Reduktionsschachtes hat.
Durch den erhöhten Druckunterschied wirkt die Windsichtung in den Fallrohren immer stärker, der Staubgehalt des zurückströmenden Gases wird immer höher und die Schüttung im unteren Bereich des Reduktionsschachtes kann mit dem Kreislaufstaub so angereichert werden, dass wegen der hohen Reibungskräfte in der mit Staub angereicherten Schüttung ganz geringe Druckunterschiede ausreichen, um die Schüttung zum Hängenbleiben zu bringen, was zu den bekannten Phänomenen der Kanalbildung und der ungestörten Strömung des Gases mit sehr hohem Staubgehalt aus dem Einschmelzvergaser in den Reduktionsschacht zur Folge hat. Ein Teil des Staubes wird weiterhin aus dem unteren Teil des Reduktionsschachtes nach oben in die Reduktionszone transportiert und führt auch dort zur Verstaubung der Schüttung und zu einer Kanalbildung.
Solche starken Verstaubungen des Bustlebereiches können auftreten, wenn zu viel Unterkorn mit der Kohle eingetragen wird, wenn in der Kohlemischung eine grössere Menge Kohle eingesetzt wird, die bei hohen Temperaturen stark zerfällt, wenn extrem hohe Temperaturen im Vergaser auftreten, die zu einem stärkeren Kohlezerfall führen, bei einem stärkeren Erzzerfall im Reduktionsschacht und bei einem Ausfall bzw. Teilausfall der Staubrückführung. Wenn solche Fälle auftreten, benötigt der Reduktionsschacht eine ziemlich lange Zeit, bis er sich vom Staub gereinigt hat, da ein Teil des Staubes durch gebildete Kanäle immer wieder nach oben gefördert wird.
Vom restlichen Lückenvolumen wird ein Teil durch Feinpartikel, die mit dem Rohmaterial eingetragen und zum Teil im Reduktionsschacht durch Reduktion der Eisenträger bzw. Kalzinierung der Zuschlagstoffe entstehen, ausgefüllt. Die Aufnahmekapazität des Reduktionsschachtes hierfür ist stark begrenzt, da ein grösserer Teil des Lückenvolumens für die Strömung des Reduktionsgases durch die Schüttung erhalten bleiben muss, damit die für die Reduktion der Eisenoxide und die
Kalzinierung der Zuschlagstoffe minimal erforderliche spezifische Reduktionsgasmenge unter mässigem und nach oben begrenztem Druckverlust durch den Reduktionsschacht hindurchgeführt werden kann.
Bei Überschreitung eines bestimmten, von der Korngrösse, der Kornzusammen- setzung und dem Lückenvolumen der Schüttung abhängigen Druckverlustes kommt es zum be- kannten "Hängen" der Schüttung sowie zu einer Kanalbildung und Durchströmung eines Teils des
Reduktionsgases durch die Kanäle, ohne am Reduktionsprozess beteiligt zu sein. Das Ergebnis hiervon sind ein niedriger Metallisierungsgrad, eine niedrige Aufkohlung des Eisenschwamms, ein niedriger Kalzinierungsgrad der Zuschlagstoffe, eine niedrige Leistung der Anlage sowie eine schlechte Qualität des Roheisens. Daher ist für einen normalen Betrieb eine minimale spezifische
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Menge des Reduktionsgases erforderlich, die ohne Kanalbildung und ohne ein Hängenbleiben der Schüttung durch den Reduktionsschacht hindurchgeführt wird.
Diese spezifisch erforderliche Reduktionsgasmenge hängt vom Oxidationsgrad des Reduktionsgases, dem Eisengehalt der Eisenoxide, den Zerfallseigenschaften der eingesetzten Eisenoxide bei niedrigen Temperaturen, der Menge und den Zerfallseigenschaften der Zuschlagstoffe sowie anderen Faktoren ab und beträgt etwa 1050 mn3 Reduktionsgas pro Tonne Eisenoxide.
Wegen der hohen Temperaturen des Vergasergases und wegen eines geringen Druckverlustes in der als Gassperre für das unentstaubte Vergasergas über die Fallrohre dienenden Schüttung, welcher durch einen grossen Querschnitt des Reduktionsschachtes im unteren Bereich gegeben ist, werden ausgemauerte Heissgaszyklone mit einem mässigen Wirkungsgrad als Entstaubungsaggregate für das Reduktionsgas eingesetzt, so dass dieses auch nachträglich noch beträchtliche Mengen an Staub enthält und dadurch bei der spezifischen Reduktionsgasmenge ein relativ geringer Spielraum nach oben gegeben ist.
Durch die Einleitung des Reduktionsgases im Bustlebereich nur am Umfang des Reduktionsschachtes wird der für die Abscheidung des Staubes noch frei verfügbare Teil des Lückenvolumens der Schüttung in der radialen Mitte des Reduktionsschachts kaum genutzt, wodurch die durchsetzbare spezifische Reduktionsgasmenge noch kleiner und der Aussenring der Schüttung im Bereich der Gaseinlässe stärker als erforderlich verstaubt werden. In diesem Aussenring fangen dann die Kanalbildung und das Hängenbleiben der Schüttung an. Je grösser der Durchmesser des Reduktionsschachtes ist, desto kleiner ist die spezifische Reduktionsgasmenge, die durch den Reduktionsschacht ohne ein Hängenbleiben und ohne eine Kanalbildung durchgesetzt werden kann.
Aus der JP-62294127 A ist bereits eine Vorrichtung zur Erzeugung von Eisenschwamm aus Eisenoxiden in einem Reduktionsschacht unter Verwendung eines Reduktionsgases bekannt. Dies wird über mehrere in gleicher Höhe am Umfang eines Reduktionsschachtes angeordnete Gaseinlässe in den Reduktionsschacht eingeleitet Zusätzlich ist unterhalb der Ebene dieser seitlichen Gaseinlässe ein weiterer Gaseinlass für das Reduktionsgas in der radialen Mitte des Reduktionsschachts vorgesehen. Dieser Gaseinlass wird durch das innere offene Ende eines radial von der Aussenseite zur Mitte des Reduktionsschachts verlaufenden Rohres gebildet, das in seiner Längsrichtung geschlossen ist und über dessen äusseres offenes Ende das Reduktionsgas zugeführt wird. Durch diese Massnahme soll eine gleichmässigere Reduktion der Eisenoxide über den Schachtquerschnitt erreicht werden.
Die Problematik der Einführung eines staubbeladenen Reduktionsgases wird hier nicht erörtert.
Weiterhin offenbart die US-4,118,017 A eine Vorrichtung zur Erzeugung von Eisenschwamm aus Eisenoxiden in einem Reduktionsschacht unter Verwendung eines heissen Reduktionsgases, das etwa in der mittleren Höhe des Reduktionsschachtes über mehrere an dessen Umfang angeordnete Gaseinlässe zugeführt wird. Am unteren Ende verjüngt sich der Reduktionsschacht, wobei dieses Ende aus mehreren ineinandergefügten kegelstumpfförmigen Abschnitten besteht. Am äusseren Umfang jedes dieser Abschnitte befinden sich Gaseinlässe für als Kühlgas für den Eisenschwamm verwendetes kaltes Reduktionsgas. Auch hier wird nicht auf die Problematik des Einsatzes eines staubbeladenen Reduktionsgases eingegangen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemässe Vorrichtung dahingehend zu verbessern, dass eine Aufkohlung und verstärkte Reduktion des Eisenschwamms erhalten werden, dass die im radial mittleren Bereich wenig verstaubte Schüttung für die Abscheidung von Staub genutzt wird, dass ein grösserer Druckverlust in der Schüttung im unteren Bereich des Reduktionsschachtes auftritt, so dass Heissgaszyklone mit einem grösseren Druckverlust und damit einem höheren Abscheidegrad zur Entstaubung des als Reduktionsgas verwendeten Vergasergases eingesetzt werden können, dass die Menge des über die Fallrohre in den Reduktionsschacht strömenden staubhaltigen Vergasergase stark begrenzt wird, und dass durch eine gleichmässige Verstaubung der gesamten Schüttung kein zusätzlicher Druckunterschied über die Verbindungsleitungen bzw.
Fallrohre zwischen dem Einschmelzvergaser und dem unteren Teil des Reduktionsschachtes auftritt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemässen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungs-
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beispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Reduktionsschacht,
Fig 2 einen horizontalen Schnitt durch den Reduktionsschacht nach Fig. 1 zwischen dem Bustlebereich und dem Bereich der Kanäle bzw. Leitungen für die zusätz- liche Einleitung von Reduktionsgas, und
Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch einen Kanal für die Zuführung von Reduktions- gas.
Der von oben, das heisst oberhalb der Reduktionszone über Verteilerrohre 4, von denen in Fig. 1 nur zwei wiedergegeben sind, beschickte zylindrische Reduktionsschacht 1 hat einen sich nach unten erweiternden Querschnitt und weist in seinem oberen Bereich A eine Konizität von etwa 2 , in seinem mittleren, etwa 5 m hohen Bereich B eine Konizität von etwa 0,5 und in seinem unteren, etwa 2 m hohen Bereich C eine Konizität von 2,5 auf. Weiterhin hat er in seinem unteren Bereich mehrere trichterförmige Produktauslässe 5, von denen in Fig. 1 nur zwei und in Fig. 2 sechs wiedergegeben sind. Die vorzugsweise trichterförmigen Verlängerungen bzw. Verbindungsleitungen 5a der Produktauslässe 5 münden direkt im waagerecht oder leicht gewölbt ausgebildeten Boden des Reduktionsschachtes 1.
Die Produktauslässe 5 sind durch Einbauten aus Feuerfestmaterial, nämlich Zwischenwänden 9 und einem konischen Block 10 in der radialen Mitte des Reduktionsschachts 1 mit wasser- oder stickstoffgekühlten Halterungen 6 gebildet. Ein wassergekühlter Träger 12 mit einem diesen umgebenden Schutzrohr 13 und einer Isolierung im unteren Bereich zwischen diesen exzentrisch zueinander angeordneten Rohren sowie ein auf den Träger 12 aufgesetzter und nach unten offener Kanal 11 in Form einer Halbrohrschale mit verlängerten seitlichen Wänden ist in Fig. 3 dargestellt. Die Träger 12 mit den Kanälen 11 sind oberhalb der Produktauslässe 5 angeordnet und werden mit ihrem radial inneren Ende auf den Halterungen 6 des Blocks 10 aus Feuerfestmaterial abgestützt.
Als Alternativausführung ist in Fig. 1 eine nach innen abwärts geneigte, vorn schräg abgeschnittene wassergekühlte Leitung 8 gestrichelt eingezeichnet. In die Kanäle 11bzw. Leitungen 8 wird von aussen Reduktionsgas eingeleitet, wie durch Pfeile 15 angedeutet ist. Im Bereich der Einleitung des Reduktionsgases werden die seitlichen Wände der Kanäle 11tiefer gezogen und die Ausmauerung wird stärker ausgeführt, um horizontale Flächen, auf denen der abgelagerte Staub liegen bleiben kann, zu vermeiden. Ein grösseres Gefälle kann erreicht werden, wenn die Gasanschlüsse 15 seitlich und schräg in bezug auf den Träger 12 angeordnet werden. Am unteren Ende der Verbindungsleitungen 5a befindet sich vorteilhaft jeweils eine in den Figuren nicht dargestellte Austragsvorrichtung für den Eisenschwamm.
Ein normaler Betrieb einer derartigen Anlage mit der Einleitung eines heissen, staubhaltigen und kohlenmonoxidreichen Reduktionsgases nur am Umfang des Reduktionsschachtes 1 über einen Bustlekanal 2 sowie Reduktionsgaseinlässe 3 ist bei Einsatz von Stückerz nur bei kleineren und bei Einsatz von Pellets guter Qualität bei grösseren Reduktionsschächten möglich. Bei grossen Anlagen, die mit normalen Rohstoffen betrieben werden, ist es dagegen fast unumgänglich, dass ein Teil des Reduktionsgases in die radiale Mitte des Reduktionsschachtes 1 eingeleitet wird, um einen stabilen Betrieb in einem breiteren Leistungsbereich und mit mehr Spielraum bei der spezifischen Reduktionsgasmenge, dem Staubgehalt des Reduktionsgases und der Rohmaterialauswahl zu erreichen.
Ein Durchmesser des Reduktionsschachtes von etwa 5 bis 6 m kann als Grenze zwischen diesen beiden Ausführungsformen angesehen werden.
Bei grösseren Reduktionsschächten und bei Verwendung eines heissen, staubhaltigen und kohlenmonoxidreichen Reduktionsgases werden somit im unteren Bereich des Reduktionsschachtes mehrere trichterförmige Produktauslässe 5 durch Einbauten aus Feuerfestmaterial gebildet, die aus den Zwischenwänden 9 und dem konischen Block 10 im mittleren Bereich bestehen und die mit den mit Wasser oder Stickstoff gekühlten Halterungen 6 versehen sind, die durch den Boden des Reduktionsschachtes 1 in die Einbauten hineinragen. Diese Halterung dienen gleichzeitig als Stützen für die wassergekühlten Träger 12, an denen die Kanäle 11 für die Einleitung des Reduktionsgases in den unteren, überwiegend radial mittleren Bereich des Reduktionsschachtes 1 aufgehängt werden, sowie gegebenenfalls als Stützen für die Leitungen 8.
Durch die ausgemauerten, vorzugsweise trichterförmigen Verbindungsleitungen 5a, die auf dem Boden des Reduktionsschachtes 1 angeschweisst oder mit Flanschverbindungen befestigt sind und die die trichterförmigen Produktauslässe 5 verlängern, ist ein steiler, für das Rutschen des Materials erforderlicher Winkel und gleichzeitig eine grössere Höhe der Schüttung als Gassperre für den Abbau der
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Druckdifferenz zwischen dem Einschmelzvergaser und dem Reduktionsschacht 1 gegeben.
Die Einleitung eines Teils des Reduktionsgases über die Einlässe 15 in den radial mittleren Bereich des Reduktionsschachtes 1 soll etwa 2 m unterhalb der Ebene der seitlichen Reduktionsgaseinlässe 3 durch mindestens je einen Kanal 11aus hitzebeständigem Stahl und/oder eine wassergekühlte Leitung 8, die vorzugsweise direkt oberhalb jedes Produktauslasses 5 bzw. oberhalb jeder Zwischenwand 9 angeordnet sind, erfolgen. Die Kanäle 11für die Einleitung und Verteilung des Reduktionsgases werden in Form von Halbrohrschalen aus hitzebeständigem Stahl mit verlängerten seitlichen Wänden ausgeführt und von oben auf die wassergekühlten rohrförmigen Träger 12 aufgesetzt, so dass die verlängerten Seiten der Halbrohrschalen nach unten offene Kanäle 11 bilden.
Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die breiten horizontalen oder leicht nach unten geneigten offenen Kanäle 11 nicht mit Material oder Staub verstopfen können, dass sehr grosse Flächen der Schüttung für die Einleitung des Reduktionsgases bereitstehen und dass durch eine schnell nach unten sinkende und stark aufgelockerte Schüttung in diesem Bereich gute Bedingungen für die Abscheidung des Staubes aus dem eingeleiteten Reduktionsgas und für den Abtransport des in den oberen Bereichen abgeschiedenen Staubes geschaffen werden. Dem staubhaltigen Reduktionsgas wird über den gesamten Querschnitt des Reduktionsschachtes 1 der Zutritt in weniger verstaubte Bereiche der Schüttung ermöglicht.
Der untere volumenmässig grosse Teil des Reduktionsschachtes 1, der fast ein Drittel des Volumens des Reduktionsschachtes 1 in Anspruch nimmt, welcher als Gassperre dient und am Reduktionsprozess nicht teilnimmt, wird durch Einleitung von kälterem Reduktionsgas für eine stärkere Aufkohlung und Restreduktion des Eisenschwamms genutzt. Dadurch kann die Reduktionszone und damit der gesamte Reduktionsschacht kleiner und leichter gebaut werden, wodurch sich bei Reduktionsschächten mittlerer Grösse mit einem Gesamtgewicht von etwa 1500 Tonnen und mehr sowie einer grossen Spannweite der Träger ein erheblicher Vorteil ergibt.
Ein höherer Kohlenstoffgehalt und eine höhere Metallisierung des Eisenschwamms senken den Energiebedarf des Einschmelzvergasers und tragen zu einem gleichmässigeren Betrieb und einer besseren Qualität des Roheisens bei. Das Reduktionsgas wird daher über die Einlässe 15 mit einer niedrigeren Temperatur als der des restlichen Reduktionsgases zugeführt, um bessere Bedingungen für die Aufkohlung des Eisenschwamms im unteren Bereich des Reduktionsschachtes 1 zu schaffen. Als optimal ist eine um 50 C bis 100 C niedrigere Temperatur für diesen Teilstrom des Reduktionsgases anzusehen. Eine weitere Abkühlung bis auf etwa 650 C, die für die Aufkohlung des Eisenschwamms optimal wäre, würde jedoch zu einer Abkühlung in der Schacht- mitte und damit zu einer niedrigeren Metallisierung in diesem Bereich führen.
Durch die Einleitung eines kälteren Reduktionsgases wird trotz der stark exothermen Boudouard-Reaktion die Schüttung in diesem für eine Agglomeratbildung kritischen Bereich abgekühlt und in Verbindung mit einer Entlastung der Schüttung vom Gewicht der darüber befindlichen Materialsäule durch die wassergekühlten Träger 12 und/oder die wassergekühlten Leitungen 8 die Bildung von Agglomeraten vermieden. Bekanntlich spielen bei der Bildung von Agglomeraten aus kalzinier- ten Zuschlagstoffen und aus nicht vollentgasten und teerhaltigen Kohlepartikeln, deren Entga- sungsprodukte auch Wasserdampf enthalten, die beide als Bindemittel und Hauptbestandteile der
Agglomerate mit eingeschlossenen Eisenschwammpartikeln und restlichen Staubbestandteilen wirken, die Temperatur der Schüttung sowie deren Pressung eine entscheidende Rolle.
Oberhalb von einmal gebildeten Agglomeraten sinkt die Schüttung in darüberliegenden Bereichen des
Reduktionsschachtes 1 mit einer niedrigeren Geschwindigkeit. Es kann auch in der Reduktions- zone bereichsweise zu starken Verstaubungen und zu lokalen Überhitzungen durch die stark exo- therme Boudouard-Reaktion kommen. Als eine vorteilhafte Ausbildung ist die Anordnung der Aus- tragsschnecken am unteren Ende der Verbindungsleitungen 5a anzusehen. Bei dieser Ausführung braucht der Reduktionsschacht 1 bei einem Austausch oder einer grösseren Reparatur der Aus- tragsschnecken nicht mehr ausgeräumt zu werden, wodurch lange Produktionsausfallzeiten und hohe Anfahrkosten vermieden werden.
Dadurch, dass die Kanäle 11nach unten offen sind, sind beste Bedingungen für die Abschei- dung und den Abtransport des abgeschiedenen Staubes gegeben. Die Halbrohrschalen der Kanäle
11 mit den verlängerten seitlichen Wänden können aus einem Stück oder mit ganz wenigen
Schweissnähten an unkritischen Stellen gefertigt werden und dienen als Verschleissschutz und
Wärmeisolierung für die wassergekühlten Träger 12. Um die Wärmeverluste der Träger 12 niedrig
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zu halten, werden sie mit dem zusätzlichen Schutzrohr 13 aus hitzebeständigem Stahl versehen.
Der untere, temperaturmässig stärker belastete Bereich zwischen den beiden zueinander exzentrisch liegenden Rohren wird mit Isolierwolle 14 ausgestopft, und das Schutzrohr 13 wird vorzugsweise im oberen Bereich quer zu seiner Achse in bestimmten Abständen aufgeschlitzt, um eine Verformung durch unterschiedliche Wärmebelastungen zu vermeiden. Die Träger 12 und/oder die Leitungen 8 werden in der Wandung des Reduktionsschachtes 1 und auf den in die Zwischenwände 9 und den Block 10 eingebetteten Halterungen 6 abgestützt, so dass keine langen und starken Träger 12 und/oder Leitungen 8 für den Bau von grossen Reduktionsschächten erforderlich sind.
Es ist vorteilhaft, die in den konischen Block 10 eingebetteten Halterungen 6 für die Abstützung der Rohrträger 12 und der Kanäle 11 und die in die Zwischenwände 9 eingebetteten Halterungen 6 für die Abstützung der Leitungen 8 zu nutzen. Die wassergekühlten Leitungen 8 werden unter einem steilen Winkel verlegt und an ihrem vorderen Ende schräg abgeschnitten, um die Anströmfläche der Schüttung zu vergrössern und Verstopfungen der Leitungen 8 zu vermeiden.
Bei der Auswahl der Konizität der Reduktionszone des Reduktionsschachtes 1 sind die eingetragene Staubmenge, das Aufschwellen der Eisenoxide, die Zerfallseigenschaften und Kornzusammensetzung der Eisenoxide und Zuschlagstoffe und der Gehalt an Kohlenmonoxid im Reduktionsgas zu berücksichtigen. Im Bereich von den seitlichen Einlässen 3 für das Reduktionsgas bis zu einer Höhe von etwa 2 m darüber, in welchem die grösste Verstaubung und die grösste Gefahr für ein Festhängen der Schüttung bestehen, wird eine hohe Konizität von etwa 2,5 gewählt, damit sich die Schüttung öffnen und den Staub aufnehmen kann.
Eine weitere starke Verkleinerung des Querschnitts nach oben wäre für die Aufnahme des Staubes vorteilhaft, aber sie würde zu einem stärkeren Anstieg des spezifischen Druckverlustes in den oberen Bereichen des Reduktionsschachtes 1 durch einen Anstieg der Gastemperatur bzw. der Gasgeschwindigkeit führen. In diesem Bereich findet die Aufkohlung des Eisenschwammes und eine Erwärmung des gesamten Bereiches durch die stark exotherme Boudouard-Reaktion statt, wobei die Abnahme der Gasmenge durch Aufkohlung des Eisenschwammes durch eine Zunahme der Gasmenge aufgrund intensiver Kalzinierung der Zuschlagstoffe mehr als ausgeglichen wird. Bei einem Anstieg der Gastemperatur von 80 C wird der spezifische Druckverlust bei gleichbleibendem Querschnitt bis zu 15 % ansteigen.
Aus diesem Grund wird in diesem etwa 3 bis 5 m hohen Bereich ein kleinerer Konizitätswinkel von etwa 0,5 gewählt. Für einen kleinen Winkel und einen grösseren spezifischen Druckverlust durch eine stärkere Verstaubung als in den oberen Bereichen spricht auch ein grösseres Gewicht der darüber befindlichen Materialsäule. Dadurch können ein höherer Druckverlust und eine stärkere Verstaubung in diesem Bereich zugelassen werden. Im Bereich darüber wird eine Konizität von etwa 2 als optimal angesehen.
Die Beschickung des Reduktionsschachtes 1 mit Eisenoxiden, die gegebenenfalls mit Zuschlagstoffen vermischt sind, erfolgt über die im oberen Bereich in einem Kreis mit dem Mittelpunkt in der Längsachse des Reduktionsschachtes 1 angeordneten Verteilerrohre 4. Ihre Anzahl entspricht mindestens dem Doppelten der Anzahl der Produktauslässe 5. Bei grösseren Reduktionsschächten sollten die Verteilerrohre in zwei Kreisen und grösserer Anzahl eingebaut werden, um die Entmischung der Möllerung zu minimieren und eine verstärkte Gasströmung im Randbereich und in der Mitte des Reduktionsschachtes, bedingt durch ein starkes M-Profil, zu vermeiden.
Die Verteilerrohre 4 sind symmetrisch zu den Achsen der Produktauslässe 5 angeordnet Damit wird erreicht, dass die Schüttung unterhalb der Verteilerrohre 4, die reicher an feiner Körnung ist und die mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als die gröbere Schüttung absinkt, durch je zwei Verteilerrohre 4, die direkt oberhalb der beiden Einzugsbereiche der Austragsschnecken, und zwar zwischen dem jeweiligen Kanal 11 und dessen beiden benachbarten Zwischenwänden 9 liegen, mit einer erhöhten Geschwindigkeit absinkt.
Die in den mittleren Bereich des Reduktionsschachtes 1 über die Einlässe 15 eingeleitete Menge des Reduktionsgases liegt bei Reduktionsschächten mittlerer Grösse vorteilhaft bei etwa 30 % der Gesamtmenge des Reduktionsgases, so dass ein flächenmässig grosser Aussenring mit etwa 70 % des Reduktionsgases über den Bustlekanal 2 und die Einlässe 3 versorgt wird. Durch die Reduzierung der über den Bustlekanal 2 zugeführten Gasmenge um etwa 30 % reduziert sich auch die Belastung der Schüttung in diesem Bereich mit dem Staub um etwa 30 %, wodurch die
Bildung von Kanälen und ein Festhängen der Schüttung bei einem normalen Betrieb nicht mehr zu erwarten sind.
Ein kleinerer Teil des über die nach unten offenen Kanäle 11 eingeleiteten
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Reduktionsgases wird auch in den Aussenring, die Hauptmenge jedoch in den radial mittleren Bereich in die weniger verstaubte Schüttung des Reduktionsschachtes 1 hineinströmen. Bei grossen Reduktionsschächten wird die eingeleitete Menge des Reduktionsgases in den radial mittleren Bereich des Reduktionsschachtes entsprechend ansteigen.
Die Einleitung des Reduktionsgases in den mittleren Bereich des Reduktionsschachtes über die wassergekühlten und mit Inlinern aus hitzebeständigem Stahl ausgerüsteten, schräg nach unten gerichteten Leitungen 8 ist eine weitere Möglichkeit für die Zuführung eines Teils des Reduktionsgases in den radial mittleren Bereich des Reduktionsschachtes 1, die jedoch den Nachteil hat, dass eine relativ kleine Anströmfläche die Schüttung im Eintrittsbereich des Reduktionsgases sehr stark verstauben wird, was auch in diesem Bereich nachteilig ist.
Aus diesem Grund ist die Zugabe des Reduktionsgases in den mittleren Bereich des Reduktionsschachtes 1 nur über die nach unten offenen Kanäle 11 als bevorzugte Alternative anzusehen.
Die Zugabe des Reduktionsgases in den mittleren Bereich des Reduktionsschachtes 1 über die Leitungen 8 ist daher vorzugsweise eine bei kleineren Reduktionsschächten zu realisierende Alternative.
Die Träger 12 bzw. die Leitungen 8 tragen auch einen grossen Teil des Gewichtes der darüberliegenden Materialsäule, so dass sie die Schüttung in den Produktionsauslässen 5 entlasten und auflockern und es in diesen nach unten verengten trichterförmigen Bereichen nicht zur Brückenbildung kommt.
Die Kanäle 11können sternartig oder parallel zueinander eingebaut sein. Die Zuleitungen zu diesen und/oder zu den Leitungen 8 sind mit Gefälle verlegt, damit diese durch Staubablagerungen und Zurückschlagen der Schüttung bei Druckschwankungen im System nicht verstopfen.
Die verlängerten seitlichen Wände der nach unten offenen Kanäle 11 sind in bestimmten Abständen mit Versteifungen und Distanzstücken 16 versehen, damit eine Verengung des Kanals durch Zusammenpressen der zueinander parallelen Wände durch die Schüttung vermieden wird.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Vorrichtung zur Erzeugung von Eisenschwamm aus stückigen Eisenoxiden in einem
Reduktionsschacht (1) unter Verwendung eines heissen, staubhaltigen und kohlenmonoxid- reichen Reduktionsgases, wobei das Reduktionsgas in einem Gaserzeuger durch partielle
Oxidation von festen Kohlenstoffträgern erzeugt und über mehrere in gleicher Höhe am
Umfang des Reduktionsschachtes (1) angeordnete seitliche Reduktionsgaseinlasse (3) am unteren Ende der Reduktionszone in den Reduktionsschacht (1) eingeleitet wird und die stückigen Eisenoxide im oberen Bereich des Reduktionsschachtes (1) eingegeben und als
Eisenschwamm an dessen unterem Ende herausgeführt werden, ist dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Ebene der seitlichen Reduktionsgaseinlässe (3) zusätzliche Reduktions- gaseinlässe (15) in Form von mindestens einem nach unten offenen,
sich von der Aussen- seite in den radial mittleren Bereich des Reduktionsschachtes (1) erstreckenden Kanal (11) und/oder mindestens einer sich von der Aussenseite schräg nach unten in dem radial mittleren Bereich des Reduktionsschachtes (1) erstreckenden Leitung (8) mit geöffnetem inneren Ende vorgesehen sind.