AT409139B - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines schachtofens - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens zur Reduktion eines erzhaltigen Schüttgutes, vorzugsweise von eisenhaltigem Schüttgut zu Eisenschwamm, wobei der Schachtofen, der ein Austragsorgan zum Austragen des Schüttgutes und eine im unteren Drittel des Schachtofens einmündende Leitung zur Zufuhr von Reduktionsgas aufweist, über eine Anzahl von Fallrohren mit einem weiteren Aggregat des Hüttenwesens, insbesondere einem Einschmelzvergaser, verbunden ist.

Bei einem Betrieb eines Schachtofens zur Reduktion von stückigem Schüttgut, beispielsweise von erzhaltigem Schüttgut zu Eisenschwamm, in einem Verfahren zur Herstellung von Roheisen oder Stahlvorprodukten wird besonderer Wert auf einen kontinuierlichen Schüttgutbetrieb gelegt. Zu diesem Zweck gilt es die Agglomerat- bzw. Brückenbildung, die bereits bei geringer Kohäsion auftritt, und zu einem diskontinuierlichen Austrag aus dem Schachtofen führt, zu verhindern. Diesbezüglich sind bereits verschiedene Ansätze im Stand der Technik dokumentiert. DE-29623246 C1 lehrt in diesem Zusammenhang das Anbringen eines Staubsperrbehälters der mit einem Sperrgas beaufschlagt wird, und in einem, zwischen Reduktionsschachtofen und Einschmelzvergaser angeordneten, Fallrohr einen leichten Überdruck in bezug auf den Druck im Einschmelzvergaser einstellt. Dabei sind ein Staubsperrbehälter am oberen Ende des Fallrohres, sowie mehrere Sperrgas-Einlässe im Bereich der Austragsvorrichtungen angeordnet. Obwohl diese Entwicklung einen wesentlichen technischen Fortschritt darstellt, erweist sich die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren als aufwendig und vergleichsweise ineffizient.

Unter dem Gesichtspunkt des Standes der Technik ist es deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8 weiter zu entwickeln, mit welchen gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte Prozessführung sowie eine wirtschaftlichere Ausgestaltung der Anlage erreicht wird.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend dem Verfahren nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, sowie entsprechend der Vorrichtung nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 8, gelöst.

Die Anwendung der vorliegenden Erfindung erweist sich bei einem Verbund eines Reduktionsschachtofens mit einem Einschmelzvergaser als besonders vorteilhaft, und ist diesbezüglich am ausführlichsten dokumentiert, beschränkt sich jedoch nicht auf diese Anwendungen.

Bei einem Verfahren zur Erzeugung von Roheisen und/oder Stahlvorprodukten wird der stückige Eisenoxidträger (Stückerz, Pellets, Sinter etc.) in einem Reduktionsschachtofen vorerwärmt und zumindest teilweise reduziert. Zu diesem Zweck wird Reduktionsgas, welches vorzugsweise in einem Einschmelzvergaser erzeugt wird, in einem Heißgaszyklon entstaubt und nach Abkühlung auf die gewünschte Reduktionsgastemperatur dem Schachtofen als Reduktionsmittel zugeführt.

Da der Zyklon einen möglichst niedrigen Druckverlust aufweisen soll, ergibt sich je nach Staubeigenschaft ein Wirkungsgrad von weniger als 90%, womit dem Schachtofen noch eine beträchtliche Staubmenge zugeführt wird. Dieser Staub wird im Schachtofen teilweise ausgefiltert und über die Austragsorgane, insbesondere die Austragsschnecken, dem Einschmelzvergaser wieder rückgeführt.

Weiters ist bekannt, dass durch Reaktionen, wie Boudouard-, heterogene Wassergasreaktion und Methanzerfall, teilweise bedingt durch die katalytische Wirkung von metallisiertem Eisen, zusätzlicher Staub als feiner Kohlenstoff gebildet und abgeschieden wird. Dieser Staub soll ebenfalls, wie bereits beschrieben, zumindest teilweise wieder in den Einschmelzvergaser rückgeführt werden.

Weitere Staubquellen des Möllers stellen die Prallbeanspruchung beim Chargieren, der sogenannte Niedertemperatur-Kornzerfall, die mechanische Belastung durch Schüttdruck und Relativbewegung, sowie der auftretende Reduktionszerfall dar.

Mit steigendem Staubgehalt nimmt die Kohäsion eines Schüttgutes, und damit auch die Brückenbildungsgefahr, zu.

Der entstandene Staub gelangt mit dem Möller in den Unterschacht, sowie zu den Austragsorganen zum Austragen des Schüttgutes, beispielsweise zu mehreren Austragsschnecken, und soll von diesen, um eine Anreicherung im Schachtofen zu vermeiden, ausgetragen werden.

Die Möllersäule im Unterschacht soll, neben anderen Aufgaben, dabei einen möglichst großen 2

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Widerstand gegen eine direkte Gasströmung aus dem Einschmelzvergaser über die Fallbeine in den Reduktionschachtofen darstellen.

Da durch den oben beschriebenen Heißgaszyklon ein Druckverlust über den Unterschacht vorgegeben ist, ergibt sich im Betrieb eine direkte staubbeladene Gasströmung aus dem Einschmelzvergaser in den Reduktionsschachtofen. Diese staubbeladene Gasströmung führt im Bereich über den Transportschnecken zu einer starken Staubanreicherung im Möller. Damit wird nicht nur Staub eingetragen, sondern auch der Staubabtransport aus dem Schacht behindert.

Gerade in diesem Bereich herrscht jedoch eine kritische Situation für den Materialfluß. Da der Materialfluß, insbesondere auf den Durchmesser einer einzelnen Transportschnecke, zusammengeführt wird, herrscht in diesem Bereich ein sehr geringer Schüttdruck vor. Daher kann bereits ein geringer gasseitiger Druckverlust oder eine geringe Kohäsion des Möllers zu Materialflussstörungen bis hin zu Brückenbildungen führen. Ein Schüttgutbetrieb ist so sehr schwierig zu realisieren. Die Zugabe von Pellets und Koks und damit die Streckung des Möllervolumens mit Zuschlägen erleichtern einen regulären und störungsfreien Schüttgutbetrieb.

Durch Zufuhr von Sperrgas zur Stelle der Staubanreicherung im Unterschacht im Bereich oberhalb der Transportschnecke und unterhalb der Reduktionsgaszuführung wird erreicht, dass die direkte staubbeladene Gasströmung vom Einschmelzvergaser unterbunden, und der Staub im kritischen Bereich des Schachtofens, insbesondere durch diese Gasströmung, nicht mehr laufend angereichert wird. Darüber hinaus wird der Staub von jener Stelle im Bereich des geringsten Querschnittes des Materialflusses im Schachtofen, wo die kritischen Bedingungen für den Materialfluß vorliegen, mit dem zugeführten Sperrgas, vorzugsweise nach unten, in Richtung des anschließenden Hüttenaggregates, wegtransportiert.

Durch diese Maßnahme wird das Fließverhalten des reduzierten Schüttgutes, insbesondere des Eisenschwammes (DRI), verbessert, und ein gleichmäßigerer Abtransport, vorzugsweise ein gleichmäßiger Schneckenabzug, des Schüttgutes aus dem Schachtofen, auch bei niedrigem Schüttdruck, sichergestellt.

Nach einem Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein prozesseigenes, gereinigtes, gegebenenfalls nachverbranntes Gas, beispielsweise ein, gegebenenfalls nachverbranntes, Topgas eines Schachtofens und/oder ein, gegebenenfalls nachverbranntes, Exportgas als Sperrgas verwendet.

Diese Gase, die im Bereich des Hüttenwerks verfügbar sind, erfüllen am besten die Bedingungen zur Verwendung als Sperrgas, da sie im Falle einer Vorerwärmung, beispielsweise durch eine Nachverbrennung, bereits eine ausreichende Wärme aufweisen. Eine Abkühlung und/oder eine Kohlenstoff-Ausscheidung und/oder eine Karbonatisierung der Zuschläge wird somit verhindert.

Durch die Nachverbrennung erfolgt eine Einstellung der Temperatur und der Zusammensetzung des Gases, sodass sowohl eine Kalzinierung als auch eine C-Ausscheidung verhindert wird. Vorzugsweise wird dabei ein Oxidationsgrad von 10-40%, insbesondere 20-30%, eingestellt. Die Einbringung des Gases in den Schachtofen erfolgt über eine einfache Gaszufuhr.

Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein stickstoffhaltiges Gas als Sperrgas verwendet. Da sich Stickstoff im allgemeinen inert verhält, verlaufen die Reaktionen im Schachtofen weitgehend ungestört.

Bei der Verwendung von Stickstoff, der zudem auch in ausreichendem Druck leicht verfügbar ist, erfolgt auch im kalten Zustand des Gases keine C-Ausscheidung.

Nach einem zusätzlichem Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Kühlgas als Sperrgas verwendet. Es handelt sich dabei um ein kühles und reduzierendes Gas, wie es nach Abkühlung des, beispielsweise in einem Einschmelzvergaser erzeugten, Reduktionsgases gewonnen wird, und hauptsächlich zur Kühlung des in den Schachtofen einzuleitenden Reduktionsgases dient.

Das Kühlgas, das insbesondere bei Betrieb eines Verbundes eines Einschmelzvergasers mit einem Reduktionsschachtofen in ausreichendem Maße zur Verfügung steht, weist einen niedrigen Oxidationsgrad auf, und verhält sich deshalb reaktiv.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Tailgas oder ein anderes im Hüttenwerk verfügbares, reduzierendes Gas als Sperrgas verwendet. Ein Tailgas bezeichnet dabei ein überwiegend aus C02 bestehendes Gas. Um eine Karbonatisierung der Zuschläge zu verhindern wird das Tailgas vorgewärmt. 3

Claims (8)

1. AT 409 1 39 B Mit diesem Gas sind praktisch keine C-Ausscheidungen möglich. Das Gas selbst kann aus dem Abgas von nachgeschaltenen oder prozessfremden Anlagen gewonnen werden, und wird gegebenenfalls durch, insbesondere im Schachtofen verwendete prozesseigene, Zuschläge ent-schwefelt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Sperrgas auf eine Temperatur von im wesentlichen 700-850°C erwärmt. Damit wird das Gas in einen thermodynamisch stabilen Zustand übergeführt, womit insbesondere die Ausscheidung von feinteilchenförmigem Kohlenstoff minimiert wird. Die Erfindung ist weiters durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gekennzeichnet, die einen Schachtofen zur Reduktion eines erzhaltigen Schüttgutes, vorzugsweise von eisenhaltigem Schüttgut zu Eisenschwamm, aufweist, wobei der Schachtofen, der ein Austragsorgan zum Austragen des Schüttgutes, insbesondere mindestens eine Transportschnecke, und eine im unteren Drittel des Schachtofens einmündende Leitung zur Zufuhr von Reduktionsgas aufweist, über eine Anzahl von Fallrohren mit einem weiteren Aggregat der Hüttentechnik, insbesondere einem Einschmelzvergaser, verbunden ist, und wobei an dem Schachtofen in einem Abstand oberhalb des Austragsorgan, vorzugsweise im Bereich des engsten Querschnittes des Materialflusses im Schachtofen, eine in den Schachtofen einmündende Leitung zur Zufuhr eines Sperrgases angeordnet ist. Die Erfindung ist wie folgt schematisch anhand einer nicht einschränkenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine erfmdungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Schachtofens In Fig. 1 ist der untere Teil eines Schachtofens 1 zur Reduktion eines stückigen Schüttgutes dargestellt, wie er beispielsweise in einem Verfahren zu Herstellung von Roheisen oder Stahlvorprodukten eingesetzt wird. Dabei weist der Schachtofen eine, im unteren Drittel desselben, einmündende Leitung zur Zufuhr von Reduktionsgas (nicht dargestellt) sowie ein Austragsorgan 6 zum Austragen des Schüttgutes auf. Im dargestellten Fall handelt es sich dabei um eine Transportschnecke, wie sie dem Fachmann aus dem Stand der Technik bereits bekannt ist. Durch diese Transportschnecke 6 wird das Schüttgut vom engsten Querschnitt des Materialflusses im unteren Bereich des Schachtofens über ein Fallrohr 4 in ein weiteres Aggregat der Hüttentechnik (nicht dargestellt), beispielsweise einen Einschmelzvergaser, gefördert. Das Schüttgut wird dabei bevorzugt in einem kontinuierlichen Schüttgutstrom 5 aus dem Schachtofen abgezogen. Oberhalb der Transportschnecke 6 und unterhalb der Leitung zur Zufuhr von Reduktionsgas ist eine weitere in den Schachtofen einmündende Leitung 2 angeordnet, wobei über diese Leitung 2 ein Sperrgas 3, beispielsweise ein aufbereitetes Topgas zum engsten Querschnitt des Materialflusses im Schachtofen geleitet wird. Auf diese Weise wird, insbesondere in jenem Bereich, ein, gegenüber dem nachfolgenden Aggregat der Hüttentechnik, insbesondere dem Einschmelzvergaser, leichter Überdruck erzeugt, wodurch die Strömung von staubhaltigem Gas über das Fallrohr 5 in den Schachtofen verhindert, und darüber hinaus, insbesondere staubförmiges, Feinkorn aus dem Schachtofen, insbesondere aus dem Bereich des engsten Querschnittes des Materialflusses im Schachtofen über das Fallrohr 5 in das nachfolgende Aggregat der Hüttentechnik befördert. Die Agglomerat- und/oder Brückenbiidung im Schachtofen wird auf diese Weise effizient vermieden. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens zur Reduktion eines erzhaltigen Schüttgutes, vorzugsweise von eisenhaltigem Schüttgut zu Eisenschwamm, wobei der Schachtofen, der ein Austragsorgan zum Austragen des Schüttgutes und eine im unteren Drittel des Schachtofens einmündende Leitung zur Zufuhr von Reduktionsgas aufweist, über eine Anzahl von Fallrohren mit einem weiteren Aggregat des Hüttenwesens, insbesondere einem Einschmelzvergaser, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abstand oberhalb des Austragsorgans, vorzugsweise im Bereich des engsten Querschnittes des Materialflusses im Schachtofen, ein Sperrgas in den Schachtofen eingeleitet wird. 4 AT 409 139 B
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein, insbesondere staubförmiges, Feinkorn, das sich im Bereich zwischen der Stelle der Einmündung des Reduktionsgases und dem Austragsorgan im Schachtofen befindet, durch das Sperrgas in Richtung zu dem weiteren Aggregat des Hüttenwesens, insbesondere dem Einschmelzvergaser, über die Fallrohre ausgeblasen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein prozesseigenes, vorzugsweise gereinigtes, insbesondere nachverbranntes Gas, besonders bevorzugt ein, gegebenenfalls nachverbranntes, Topgas und/oder ein, gegebenenfalls nachverbranntes, Exportgas, als Sperrgas verwendet wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein stickstoffhältiges Gas als Sperrgas verwendet wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlgas als Sperrgas verwendet wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tailgas oder ein anderes, in einem Hüttenwerk verfügbares, reduzierendes Gas als Sperrgas verwendet wird.
7. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrgas auf eine Temperatur von, im wesentlichen, 700-850°C erwärmt wird.
8. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Schachtofen (1) zur Reduktion eines erzhaltigen Schüttgutes, vorzugsweise von eisenhaltigem Schüttgut zu Eisenschwamm, wobei der Schachtofen, der ein Austragsorgan (6) zum Austragen des Schüttgutes, insbesondere eine Transportschnecke, und eine im unteren Drittel des Schachtofens einmündende Leitung zur Zufuhr von Reduktionsgas aufweist, über eine Anzahl von Fallrohren (4) mit einem weiteren Aggregat der Hüttentechnik, insbesondere einem Einschmelzvergaser, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schachtofen (1) in einem Abstand oberhalb des Austragsorgans, vorzugsweise im Bereich des engsten Querschnittes des Materialflusses im Schachtofen, eine in den Schachtofen einmündende Leitung (2) zur Zufuhr eines Sperrgases (3) angeordnet ist. HIEZU 1 BLATT ZEICHNUNGEN 5