AT512017B1

AT512017B1 - Verfahren und vorrichtung zur roheisenerzeugung

Info

Publication number: AT512017B1
Application number: ATA1421/2011A
Authority: AT
Original assignee: Siemens Vai Metals Tech Gmbh
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2014-02-15
Also published as: RU2014117375A; UA113064C2; RU2606135C2; WO2013045260A3; AU2012314727A1; CN103842525B; CN103842525A; US9428818B2; CA2850393A1; ZA201402204B; BR112014007560A2; KR20140090174A; US20140224068A1; AT512017A1; EP2761036A2; WO2013045260A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von eisenoxidhaltigem Material, wobei das eisenoxidhaltige Material in einem Reduktionsschacht (1) ein Festbett (7) ausbildet, und es in dem Reduktionsschacht (1) mittels zumindest eines mit einem Druck p1 in das Festbett (7) eingebrachten Vorreduktionsgases das eisenoxidhaltige Material in vorreduziertes Material umgewandelt wird. Zumindest ein Teil dieses vorreduzierten Materials, bevorzugt das ganze vorreduzierte Material, wird aus dem Reduktionsschacht (1) in einen Einschmelzvergaser (4) eingebracht, in welchem es mittels eines unter einem Druck p2 stehenden Reduktionsgases (3) fertigreduziert wird. Dabei wird ein Topgas mit einem Druck p3 aus dem Raum oberhalb des Festbettes (7) aus dem Reduktionsschacht (1) ausgeleitet, und aus dem Festbett (7) wird zumindest ein Staubausblasgas mit einem Druck p4 aus dem Reduktionsschacht (1) ausgeleitet. Dabei gilt die Beziehung p1>p4 und p1>p3, bevorzugt auch p4>p3.Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Description

österreichisches Patentamt AT512 017B1 2014-02-15

Beschreibung

BEZEICHNUNG DER ERFINDUNG

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ROHEISENERZEUGUNG GEBIET DER TECHNIK

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von eisenoxidhaltigem Material, wobei das eisenoxidhaltige Material in einem Reduktionsschacht ein Festbett ausbildet, und es in dem Reduktionsschacht mittels zumindest eines mit einem Druck p1 in das Festbett eingebrachten Vorreduktionsgases das eisenoxidhaltige Material in vorreduziertes Material umgewandelt wird, und zumindest ein Teil dieses vorreduzierten Materials, bevorzugt das ganze vorreduzierte Material, aus dem Reduktionsschacht in einen Einschmelzvergaser eingebracht wird, in welchem es mittels eines unter einem Druck p2 stehenden Reduktionsgases fertigreduziert wird. Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

STAND DER TECHNIK

[0002] Es existieren Verfahren zur Reduktion von eisenoxidhaltigem Material, bei denen ein Festbett mit eisenoxidhaltigem Material in einem Reduktionsschacht einem Vorreduktionsgas ausgesetzt, von diesem durchströmt, und dabei in vorreduziertes Material umgewandelt wird. Das vorreduzierte Material wird dann in einen Einschmelzvergaser eingebracht, in der ein Reduktionsgas weitergehende Reduktion bewirkt. Nach dem Durchströmen des Festbettes wird das verbrauchte Vorreduktionsgas als Topgas aus dem Raum oberhalb des Festbettes aus dem Reduktionsschacht ausgeleitet. Ein solches Verfahren ist beispielsweise das COREX®-Verfahren.

[0003] Ein Problem ergibt sich bei solchen Verfahren dadurch, dass in den Reduktionsschacht staubförmiges Material - wobei unter staubförmigem Material, kurz auch Staub genannt, Partikel mit einem Partikeldurchmesser von bis zu etwa 500 pm zu verstehen sind - eingetragen wird beziehungsweise im Reduktionsschacht entsteht. Eintragung kann beispielsweise mit dem Vorreduktionsgas, mit dem eisenoxidhaltigen Material, oder mit der für die Vorreduktions- und Reduktionsreaktionen ebenfalls notwendigen Moellerzugabe in den Reduktionsschacht erfolgen. Entstehen kann staubförmiges Material im Reduktionsschacht beispielweise durch Abrieb und Zerfallsprozesse infolge von Phasenumwandlungen.

[0004] Ein Teil des Staubes wird durch die Strömung des Vorreduktionsgases aus dem Festbett herausgerissen und mit dem Topgas aus dem Reduktionsschacht ausgeleitet. Ein anderer Teil des Staubes wird durch die Strömung des Vorreduktionsgases in bestimmten Bereichen des Festbettes aus eisenoxidhaltigem Material und vorreduziertem Material abgelagert. Solche Staubablagerungen behindern Gasströmungen, so dass es zur Bildung von gut durchgasten, weniger gut durchgasten und praktisch nicht durchgasten Zonen im Festbett kommt. Je schlechter eine Zone von Vorreduktionsgas durchgast ist, desto weniger gut können Reduktionsprozesse in ihr ablaufen. Entsprechend beeinflusst der Staub die Produktivität des Reduktionsschachtes beziehungsweise den Reduktionsgrad des vorreduzierten Materials, der als Verhältnis des durch Reduktion entfernten Sauerstoffs zum durch Reduktion entfernbaren Sauerstoff in dem zu reduzierenden Material definiert ist.

[0005] Speziell im unteren Teil - das heißt unterhalb der Bustle, durch die Vorreduktionsgas in den Reduktionsschacht eingebracht wird - eines COREX@-Reduktionsschachtes kommt es zu besonders ausgeprägten Staubablagerungen, weil zum einen über Fallrohre - die zur Einbringung von vorreduziertem Material in den Einschmelzvergaser dienen - Staub aus dem Einschmelzvergaser durch in Richtung des Reduktionsschachtes fließende Gasströme in den Reduktionsschacht eingetragen wird, und zum anderen die über die Fallrohre in Richtung Reduktionsschacht fließenden Gasströme Stäube daran hindern, den Reduktionsschacht über die Fallrohre in Richtung Einschmelzvergaser zu verlassen. Die sich im unteren Teil ablagernden 1 /16 österreichisches Patentamt AT512 017B1 2014-02-15

Stäube neigen zur Agglomeration. Speziell die durch die Fallrohre eingebrachten Stäube weisen aufgrund ihrer Gehalte an Alkalien bzw. niederschmelzenden Alkalien-haltigen Schlackenphasen eine große Agglomerationsneigung auf. Die über die Möllerzugabe in den Reduktionsschacht eingebrachten Stäube sowie die durch Abrieb und/oder Zerfall im Reduktionsschacht entstehenden Stäube neigen - bedingt durch die unter den vorherrschenden Reduktionsbedingungen begünstigte Bildung feinster Kristalle von metallischem Eisen und/oder Wüstit und deren Verfilzung - insbesondere in wenig bewegten Ablagerungszonen ebenfalls zur Ausbildung von Agglomeraten. Bei Agglomeration von sich in Lücken des Festbettes befindenden Stäuben resultiert eine Verfestigung des Festbettes mit Ausbildung von Materialbrücken. Es können verfestigte Bereiche entstehen, die ein Nachrutschen von Material zu den Vorrichtungen, die vorreduziertes Material aus dem Reduktionsschacht austragen, verhindern. Das behindert einen regulären Betrieb des Reduktionsschachtes, der zur Herstellung regulärer Betriebsverhältnisse abgestellt und bergmännisch geräumt werden muss. Eine solche Räumungsarbeit bedeutet sinkende Produktivität.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

TECHNISCHE AUFGABE

[0006] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Bildung von Staubablagerungen im Reduktionsschacht zu vermindern oder zu vermeiden, und dadurch Agglomerationsprobleme zu vermindern oder zu vermeiden.

TECHNISCHE LÖSUNG

[0007] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Reduktion von eisenoxidhaltigem Material, wobei das eisenoxidhaltige Material in einem Reduktionsschacht ein Festbett ausbildet, und in dem Reduktionsschacht mittels zumindest eines mit einem Druck p1 in das Festbett eingebrachten Vorreduktionsgases das eisenoxidhaltige Material in vorreduziertes Material umgewandelt wird, und zumindest ein Teil dieses vorreduzierten Materials, bevorzugt das gesamte vorreduzierte Material, aus dem Reduktionsschacht in einen Einschmelzvergaser eingebracht wird, in welchem es mittels eines unter einem Druck p2 stehenden Reduktionsgases fertigreduziert wird, und wobei ein Topgas mit einem Druck p3 aus dem Raum oberhalb des Festbettes aus dem Reduktionsschacht ausgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Festbett zumindest ein Staubausblasgas mit einem Druck p4 aus dem Reduktionsschacht ausgeleitet wird, und die Beziehung p1>p4 und p1>p3, bevorzugt auch p4>p3, gilt.

[0008] Unter „vorreduzieren" ist dabei zu verstehen ein Reduktionsgrad von größer 70 %, bevorzugt größer 80 %, besonders bevorzugt bis zu 90 % oder größer, ganz besonders bevorzugt bis zu 95 %, wobei mit diesen Formulierungen 90 % und 95 % mit umfasst sind. Unter „fertigreduzieren" ist dabei zu verstehen ein Reduktionsgrad von mehr als 95%, bevorzugt 98 % oder höher, besonders bevorzugt 99% oder höher. Grundsätzlich ist der Reduktionsgrad nach dem „Vorreduzieren" immer kleiner als nach dem „Fertigreduzieren", wobei also zwei Reduktionsschritte vorliegen.

[0009] Unter Topgas ist das nach dem Durchströmen des Festbettes verbrauchte Vorreduktionsgas zu verstehen, das aus dem Rum oberhalb des Festbettes aus dem Reduktionsschacht ausgeleitet wird.

VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG

[0010] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Staub nicht nur mittels des Topgases aus dem Reduktionsschacht hinausbefördert, sondern auch mittels eines aus dem Festbett ausgeleiteten Staubausblasgases. Damit wird die sich im Festbett ablagernde und Agglomeration verursachende Menge Staub vermindert.

[0011] Durch Einstellung des Verhältnisses der Drücke p3 und p4 kann das Verhältnis der als Topgas und als Staubausblasgas abgezogenen Gasmengen eingestellt werden. 2/16 österreichisches Patentamt AT512 017B1 2014-02-15 [0012] Der Abzug des Staubausblasgases kann durch speziell dafür vorliegende Vorrichtungen, unabhängig vom Fluss des vorreduzierten Materials in Richtung des Einschmelzvergasers erfolgen.

[0013] Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest ein Teil des zumindest einen Staubausblasgases zumindest während eines Teiles des vom vorreduzierten Material beim Einbringen in den Einschmelzvergaser zwischen Reduktionsschacht und Einschmelzvergaser zurückzulegenden

Weges gemeinsam mit diesem vorreduzierten Material in Richtung des Einschmelzvergasers geleitet.

[0014] Wenn Staubausblasgas gemeinsam mit dem vorreduzierten Material in Richtung des Einschmelzvergasers geleitet wird, wird der Staub zusammen mit dem vorreduzierten Material mittelbar oder unmittelbar in den Einschmelzvergaser befördert, wo er zumindest teilweise zu den Endprodukten Roheisen und Schlacke verarbeitet wird. Anderweitig ausgeblasener Staub müsste mittels einer besonderen Vorrichtung wieder dem Einschmelzvergaser zugeführt oder anderweitig verwendet werden.

[0015] Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt die Beziehung p4>p2. Besonders dann, wenn Staubausblasgas gemeinsam mit vorreduziertem Material in Richtung des Einschmelzvergasers geleitet wird, wird dadurch die Einbringung von Staub aus dem Einschmelzvergaser in den Reduktionsschacht durch unter p2 stehendes Reduktionsgas vermieden.

[0016] Nach einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 2 gilt die Beziehung p2>p4, und das vorreduzierte Material wird in einer oder mehreren Stufen unter einen Gas-Zwischendruck pZ gebracht bevor oder während das vorreduzierte Material in den Einschmelzvergaser eingebracht wird, wobei gilt pZ>p2.

[0017] Normalerweise ist beim Einbringen des vorreduzierten Materials in den Einschmelzvergaser pZ=p2. Wenn dabei zusätzlich ein Spülgas verwendet wird, ist pZ wenige mbar höher als p2.

[0018] Beispielsweise wird dabei im Laufe des Verfahrens der Gas-Zwischendruck pZ von pZ<p4 auf pZ>p2 erhöht. Dadurch wird es möglich, Einbringung von Staub aus dem Einschmelzvergaser in den Reduktionsschacht durch unter p2 stehendes Reduktionsgas zu vermeiden, wenn p2>p4 ist. Das deshalb, weil eine Strömung des Reduktionsgases durch die Fallrohre in Richtung Reduktionsschacht unterbunden wird.

[0019] Dabei wird vorteilhaftenweise dasjenige vorreduzierte Material aus dem Reduktionsschacht, das in den Einschmelzvergaser eingebracht wird, vor dem Einbringen in den Einschmelzvergaser in einem Zwischenbehälter zwischengespeichert, wobei in dem Zwischenbehälter zwischen dem oberen Ende des bei der Zwischenspeicherung gebildeten Materialpolsters - das heißt die dem zuströmenden vorreduzierten Material zugekehrte Seite des Materialpolsters - und dem unteren Ende dieses Materialpolsters - das heißt dem Ende des Materialpolsters, von dem aus vorreduziertes Material in Richtung des Einschmelzvergasers 4 abgezogen wird - eine Druckdifferenz von Apzw herrscht. Aus dem Zwischenbehälter wird ein Staubaustragsgas abgezogen, welches einen Staubaustragsgas-Druck p5 aufweist, wobei gilt p5<p4 und p5<p2.

[0020] Für Apzw gilt Apzw kleiner/gleich (p2 - p5), also Apzw ^ (p2 - p5).

[0021] Apzw sorgt dafür, dass keine Kurzschlussströmung zwischen der das Staubaustragsgas abführenden Staubaustragsgasableitung und dem Einschmelzvergaser auftritt, die eine Liefe- 3/16 österreichisches Patentamt AT 512 017 B1 2014-02-15 rung von Reduktionsgas in den Reduktionsreaktor über die Vorreduktionsgaszufuhrleitung 2 vermindern oder unterbinden würde.

[0022] Wenn staubbeladenes Gas, das aus dem Einschmelzvergaser durch den Zwischenbehälter in Richtung Reduktionsreaktor strömt, durch den Materialpolster im Zwischenbehälter strömt, scheidet sich der Staub in den Zwischenräumen des Materialpolsters teilweise ab. Je mehr Staub abgeschieden wird, desto höher ist ApZw aufgrund des steigenden Strömungswiderstandes, den das Gas überwinden muss um den Materialpolster zu durchqueren.

[0023] Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das vorreduzierte Material unter den Gas-Zwischendruck pZ gebracht, indem das vorreduzierte Material in einen Zwischenbehälter mit Druckschleusungsvorrichtungen oder nacheinander in mehrere Zwischenbehälter mit Druckschleusungsvorrichtungen eingebracht wird.

[0024] Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt p1>p2.

[0025] Das Vorreduktionsgas kann aus verschiedenen Quellen stammen. Beispielsweise kann es aus einer externen Gasquelle stammen. Unter einer externen Gasquelle ist eine Gasquelle zu verstehen, bei der zur Bereitstellung des Vorreduktionsgases keine Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Vorreduktion des eisenoxidhaltigem Materials beziehungsweise zur Reduktion des vorreduzierten Material stattfinden. Dabei kann es sich beispielsweise um Erdgas, Raffineriegase, Kokereigase, oder Gase aus Kohlevergasungs/-entgasungsprozessen handeln.

[0026] Das Vorreduktionsgas kann auch aus internen Gasquellen stammen. Unter einer internen Gasquelle ist eine Gasquelle zu verstehen, bei der zur Bereitstellung des Vorreduktionsgases Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Vorreduktion des eisenoxidhaltigem Materials beziehungsweise zur Reduktion des vorreduzierten Material stattfinden. Beispielsweise kann es sich um ein entsprechend aufbereitetes Topgas handeln, wobei die Aufbereitung beispielsweise Entstaubung, C02-Entfernung, Erwärmung, Abkühlung, Kompression, umfassen kann. Ein anderes Beispiel ist die Nutzung von in dem Einschmelzvergaser eines COREX®-Verfahrens, dem Einschmelzvergaser, anfallendem Reduktionsgas. Das aus dem Einschmelzvergaser abgezogene Reduktionsgas wird allgemein mit dem Begriff Generatorgas bezeichnet. Dieses Generatorgas kann nach entsprechender Aufbereitung wie Entstaubung und Abkühlung im Reduktionsschacht des erfindungsgemäßen Verfahrens als Vorreduktionsgas eingesetzt werden. Nach einer anderen Variante seiner Nutzung kann das Generatorgas in einem anderen Reduktionsschacht zur Reduktion genutzt werden, aus welchem es nach Erfüllung seiner Reduktionsaufgabe abgezogen und nach entsprechender Aufbereitung analog dem Topgas genutzt werden kann.

[0027] Es können auch Gemische aus externen und internen Gasquellen als Vorreduktionsgas genutzt werden.

[0028] Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zwei oder mehr unter voneinander verschiedenen Drücken stehende Vorreduktionsgase in das Festbett eingebracht, wobei für je zwei in horizontaler Richtung gesehen vertikal direkt benachbart ein-gebrachte Vorreduktionsgase gilt, dass das jeweils tiefer eingebrachte Vorreduktionsgas einen höheren Druck hat als das höher eingebrachte Vorreduktionsgas.

[0029] Bei einer derartigen Verfahrensführung strömt das höher eingebrachte Vorreduktionsgas in Richtung der Oberfläche des Festbettes, während das tiefer eingebrachte Vorreduktionsgas auch in die entgegengesetzte Richtung strömt und entsprechend eine Ausleitung von Staubausblasgas aus Regionen des Festbettes, die unterhalb des tiefsten Höhenniveaus der Einleitung von Vorreduktionsgas in den Reduktionsschacht liegen, ermöglicht. Vorteilhaft ist dabei, dass Vorreduktionsgase mit verschiedener Reduktionskraft an verschiedenen Stellen in den Reduktionsschacht eingebracht werden können. Das erlaubt eine bessere Steuerung der Vorreduktion und somit eine erhöhte Produktivität.

[0030] Gegenüber dem Stand der Technik kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine höhere Verfügbarkeit des Reduktionsschachtes erzielt werden, der entsprechend produktiver ist 4/16 österreichisches Patentamt AT512 017B1 2014-02-15 und kleiner ausgelegt werden kann. Die Verwendung bisher problematischer Einsatzstoffe mit hohem Staubanteil beziehungsweise großer Neigung zur Bildung von Staub im Reduktionsschacht wird ebenso ermöglicht.

[0031] Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend einen Reduktionsschacht, zumindest eine in den Reduktionsschacht mündende Vorreduktionsgaszufuhrleitung, eine von dem Reduktionsschacht ausgehende Topgasableitung, einen Einschmelzvergaser, ein Einbringungssystem zur Einbringung von im Reduktionsschacht vorreduziertem Material in den Einschmelzvergaser, eine von dem Reduktionsschacht ausgehende Staubausblasgasableitung.

[0032] Das Einbringungssystem zur Einbringung von im Reduktionsschacht vorreduziertem Material in den Einschmelzvergaser kann dabei beispielsweise eine oder mehrere Leitungen, Zwischenbehälter, Druckschleusungsvorrichtungen und Dosiereinrichtungen zur kontrollierten Zufuhr des vorreduzierten Materials vom Reduktionsschacht in den Einschmelzvergaser umfassen. Es kann beispielsweise auch umfassen pneumatische Förderleitungen oder Förderbänder oder Fallrohre. Die Dosiereinrichtung können beispielweise in Form von Förderschnecken oder Zellenradschleusen ausgebildet sein.

[0033] Unter Einschmelzvergaser ist eine Vorrichtung zu verstehen, in dem eingebrachtes vorreduziertes Material mittels eines durch Vergasung von Kohlenstoffträgern mit technisch reinem Sauerstoff gewonnenen Reduktionsgases fertigreduziert und erschmolzen wird unter einem Druck des Reduktionsgases von von 3-5 bar absolut oder höher und bei einer Temperatur des Reduktionsgases von etwa 900 bis 2400 Ό - an der Festbettoberfläche bis zur Düsenebene zur Eindüsung des technisch reinen Sauerstoffs. Ein Hochofen ist nicht unter dem Begriff Einschmelzvergaser zu verstehen.

[0034] Vorzugsweise umfasst das Einbringungssystem zur Einbringung von im Reduktionsschacht vorreduziertem Material in den Einschmelzvergaser auch zumindest einen Teil der Staubausblasgasableitung. Dadurch ist es möglich, Staubausblasgas gemeinsam mit dem vorreduzierten Material aus dem Reduktionsschacht auszuleiten.

[0035] Vorzugsweise umfasst das Einbringungssystem zur Einbringung von im Reduktionsschacht vorreduziertem Material in den Einschmelzvergaser eine oder mehrere Leitungen mit einem oder mehreren Zwischenbehältern und gegebenenfalls einer oder mehreren Druckschleusungsvorrichtungen. Die Druckschleusungsvorrichtungen können auch an den Zwischenbehältern vorgesehen sein.

[0036] Nach einer Ausführungsform ist dabei zumindest ein Zwischenbehälter mit einer Staubaustragsgasableitung versehen. Auf diese Weise kann aus einem solchen Zwischenbehälter Staub ausgetragen werden, indem Gas aus ihm abgezogen wird, welches Staub mitreißt. Dieses Gas wird im Rahmen dieser Anmeldung Staubaustragsgas genannt.

[0037] Nach einer Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zwei oder mehrere in verschiedenen Höhenniveaus in den Reduktionsschacht mündende Vorreduktionsgaszufuhrleitungen auf.

[0038] Auf diese Weise können zwei oder mehr unter voneinander verschiedenen Drücken stehende Vorreduktionsgase - gleicher oder verschiedener Zusammensetzung - in das Festbett im Reduktionsschacht eingebracht werden.

[0039] In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand mehrerer schematischer beispielhafter Figuren von Ausführungsformen erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0040] Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 5/16

österreichisches Patentamt AT512 017B1 2014-02-15 [0041] Figur 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur

Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0042] Figur 3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0043] Figuren 4a und 4b zeigen eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens während zwei Arbeits-Takten des Verfahrens.

[0044] Figur 5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

[0045] Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Vorrichtung umfasst einen Reduktionsschacht 1, eine in den Reduktionsschacht 1 mündende Vorreduktionsgaszufuhrleitung 2, eine von dem Reduktionsschacht 1 ausgehende Topgasableitung 3, einen Einschmelzvergaser 4, ein Einbringungssystem 5 zur Einbringung von im Reduktionsschacht 1 vorreduziertem Material in den Einschmelzvergaser 4, sowie eine von dem Reduktionsschacht 1 ausgehende Staubausblasgasableitung 6. In dem Reduktionsschacht 1 bildet eisenoxidhaltiges Material ein Festbett 7 aus. Vorreduktionsgas, welches über die Vorreduktionsgaszufuhrleitung 2 in das Festbett 7 eingebracht wird, steht unter einem Druck p1. Durch das Vorreduktionsgas wird das eisenoxidhaltige Material in vorreduziertes Material umgewandelt. Vorreduziertes Material wird über das Einbringungssystem 5 zur Einbringung von im Reduktionsschacht 1 vorreduziertem Material in den Einschmelzvergaser 4 eingebracht. Dort wird es mittels des unter einem Druck p2 stehenden Reduktionsgases 8 - welches im Einschmelzvergaser 1 durch Vergasung von Kohlenstoffträgern erzeugt wird -fertigreduziert und erschmolzen.

[0046] Nach dem Durchströmen des Festbettes 7 verbrauchtes Vorreduktionsgas wird aus dem Raum oberhalb des Festbettes 7 als unter einem Druck p3 stehendes Topgas aus dem Reduktionsschacht 1 ausgeleitet. Über die vom Reduktionsschacht 1 ausgehende Staubausblasgasableitung 6 wird ein unter einem Druck p4 stehendes Staubausblasgas aus dem Festbett 7 aus dem Reduktionsschacht 1 ausgeleitet. Es gilt die Beziehung p1>p4 und p1>p3. Ebenso gilt p4>p2 und p4>p3. Es gilt auch p1>p2.

[0047] In Figur 2 gilt p2>p4. Das vorreduzierten Material 9 wird in einer Stufe - in dem Zwischenbehälter 10 - unter einen Gas-Zwischendruck pZ gebracht, bevor es in den Einschmelzvergaser 4 eingebracht wird. Dabei gilt pZ>p2. In Figur 2 ist die Situation beim Einbringen des vorreduzierten Materials in den Einschmelzvergaser 4 dargestellt durch aus dem Zwischenbehälter 10 in den Einschmelzvergaser 4 fallende Partikel.

[0048] Beim nicht dargestellten Einschleusen von vorreduziertem Material in den Zwischenbehälter 10 würde gelten pZ=p4<p2. In Figur 2 umfasst das Einbringungssystem zur Einbringung von im Reduktionsschacht vorreduziertem Material in den Einschmelzvergaser auch einen Teil der Staubausblasgasableitung 6.

[0049] Dargestellt sind auch Druckschleusungsvorrichtungen vor und hinter dem Zwischenbehälter 10 durch jeweils zwei waagrechte Striche bei den Reduktionsschacht 1 und Einschmelzvergaser 4 verbindenden Leitung des Einbringungssystems 5. In der in Figur 2 dargestellten Situation ist die Druckschleusungsvorrichtung in der den Reduktionsschacht 1 und Zwischenbehälter 10 verbindenden Leitung geschlossen, und die Druckschleusungsvorrichtung in der den Zwischenbehälter 10 mit dem Einschmelzvergaser 4 verbindenden Leitung offen.

[0050] In Figur 3 ist ein Ausschnitt aus dem einschmelzvergaserseitigen Endbereich des Re-duktionsschachtes 1, ein Ausschnitt aus dem Einschmelzvergaser 4, und das Einbringungssystem 5 zur Einbringung von im Reduktionsschacht 1 vorreduziertem Material in den Einschmelzvergaser 4 gezeigt. Sichtbar ist am Reduktionsschacht 1 der Bereich der Bustle, in dem die Vorreduktionsgaszufuhrleitung 2 in den Reduktionsschacht 1 mündet. Sichtbar ist auch eine 6/16 österreichisches Patentamt AT512 017B1 2014-02-15 Förderschnecke, die vorreduziertes Material aus dem Reduktionsschacht befördert. Das Einbringungssystem 5 zur Einbringung von im Reduktionsschacht 1 vorreduziertem Material in den Einschmelzvergaser 4 umfasst einen Zwischenbehälter 11. Dargestellt ist auch ein Materialpolster aus vorreduziertem Material im Zwischenbehälters 11. Zwischen dem oberen Ende des Materialpolsters und dem unteren Ende des Materialpolsters herrscht eine Druckdifferenz von Apzw· Der Zwischenbehälter 11 ist mit einer Staubaustragsgasableitung 12 versehen. Über diese wird mittels eines unter einem Druck p5 stehenden Staubaustragsgases, dargestellt durch einen gewellten Pfeil, Staub aus dem Zwischenbehälter 11 ausgetragen. Staubausblasgas, dargestellt durch einen geraden Pfeil, wird unter dem Druck p4 stehend abgezogen.

[0051] Es gilt p5<p4 und und p5<p2, und es gilt Apzw kleiner/gleich (p2 - p5).

[0052] Grundsätzlich ist auch eine Ausführungsform möglich, bei der im Unterschied zu Figur 3 eine Leitung aus der dargestellten Gruppe von Leitungen bestehend aus Staubausblasgasableitung 6 und Staubaustragsgasableitung 12 nicht vorhanden ist. Es kann beispielsweise sein, dass im Unterschied zu Figur 3 die dort bei der Förderschnecke eingezeichnete Staubausblasgasableitung 6 nicht vorhanden ist. Dann wäre die vom Zwischenbehälter 11 ausgehende Leitung auch als Staubausblasgasableitung anzusehen, denn sie leitet ja aus dem Festbett ein Staubausblasgas mit einem Druck - der als p4 zu bezeichnen wäre - aus dem Reduktionsschacht aus. Dann umfasst das Staubaustragsgas das Staubausblasgas, und es ist p4 = p5.

[0053] Oder es kann sein, dass eine Staubausleitung zum Staubaustrag an beliebiger Stelle innerhalb der Sektion des Einbringsystems 5 zwischen Reduktionsschacht 1 und Zwischenbehälter 11 realisiert ist, statt der in Figur 3 dargestellten Staubaustragsgasleitung 12 und der Staubausblasgasableitung 6. Da in diesem Fall das durch diese Staubausleitung ausgeführte Gas den in Figur 3 durch die Staubausblasgasableitung 6 und die Staubaustragsgasableitung 12 ausgeführten Staub ausleitet, und damit diese beiden Leitungen ersetzt, gilt p4=p5.

[0054] In den Figuren 4a und 4b ist dargestellt, wie in einen Reduktionsschacht 1 zwei Vorre-duktionsgaszufuhrleitungen 2a, 2b in verschiedener Höhe einmünden. Dadurch können beispielsweise zwei Reduktionsgase mit unterschiedlichem Reduktionspotential eingeleitet werden, gegebenenfalls mit unterschiedlichem Druck.

[0055] Ebenfalls dargestellt ist, dass das Einbringungssystem 5 zur Einbringung von im Reduktionsschacht 1 vorreduziertem Material in den Einschmelzvergaser 4 eine Leitung mit mehreren Zwischenbehältern und mehreren Druckschleusungsvorrichtungen umfasst. Das vorreduzierte Material wird unter den Gas-Zwischendruck pZ, der im letzten Zwischenbehälter 13 vor dem Einschmelzvergaser 4 herrscht, gebracht, indem das vorreduzierte Material nacheinander in mehrere Zwischenbehälter 14, 15 mit Druckschleusungsvorrichtungen 16,17 - dargestellt durch jeweils ein Paar waagrechter Striche - eingebracht wird. Dosiereinrichtungen sind mit ein Kreuz beinhaltenden Kreisen dargestellt.

[0056] Das Einbringungssystem zur Einbringung von im Reduktionsschacht vorreduziertem Material in den Einschmelzvergaser umfasst auch einen Teil der Staubausblasgasableitung 6. Weitere Teile der Staubausblasgasableitung 6 gehen von den Zwischenbehältern 14 und 15 aus.

[0057] Der Sinn der drei Zwischenbehälter 13,14,15 besteht darin, dass in einem ersten Takt (a) - dargestellt in Figur 4a -vorreduziertes Material aus dem obersten 14 Zwischenbehälter in den mittleren Zwischenbehälter 15 chargiert wird, wobei der Material- und Gasfluss zwischen dem mittleren Zwischenbehälter 15 und dem unteren Zwischenbehälter 13 durch die Druckschleusungsvorrichtung 17 gesperrt ist und Staub aus dem mittleren Zwischenbehälter 15 über die von diesem ausgehende Staubausblasgasableitung 6 abgesaugt wird. Nach Umschalten auf Takt (b) - dargestellt in Figur 4b - wird aus dem mittleren Zwischenbehälter 15 vorreduziertes Material in den unteren Zwischenbehälter 13 chargiert, wobei der Material- und Gasfluss zwischen dem oberen Zwischenbehälter 14 und dem mittleren Zwischenbehälter 15 durch die Druckschleusungsvorrichtung 16 gesperrt ist und Staub aus dem oberen Zwischenbehälter 14 über die von diesem ausgehende Staubausblasgasableitung 6 abgesaugt wird; außerdem wird 7/16 österreichisches Patentamt AT512 017B1 2014-02-15 der obere Zwischenbehälter 14 mit vorreduziertem Material aus dem Reduktionsschacht 1 befüllt.

[0058] Somit kann kontinuierlich Material aus dem Reduktionsschacht 1 ausgetragen und in den Einschmelzvergaser 4 eingetragen werden, wobei Staub hierbei dem vorreduzierten Material in den Einschmelzvergaser folgt oder durch die Staubausblasgasableitungen 6 ausgetragen wird.

[0059] Figur 5 zeigt schematisch eine Ausführungsform, bei der das Einbringungssystem 5 zur Einbringung von im Reduktionsschacht 1 vorreduziertem Material in den Einschmelzvergaser 4 anders aufgebaut ist als in der vorhergehenden Figuren. Es umfasst eine Heißtransportvorrichtung 18 mit Förderband zur Förderung von heißem vorreduziertem Material unter Schutzgasatmosphäre zwischen zwei Zwischenbehältern.

[0060] Um Zwischenbehälter unter einen bestimmten Druck zu setzen, kann beispielsweise ein Gas in den Zwischenbehälter eingeleitet werden oder Gas aus dem Zwischenbehälter abgezogen werden. Zur Durchführung solche Operationen notwendige Leitungssysteme sind zur besseren Übersichtlichkeit in den Figuren nicht dargestellt.

LISTE DER BEZUGSZEICHEN 1 Reduktionsschacht 2 Vorreduktionsgaszufuhrleitung 3 Topgasableitung 4 Einschmelzvergaser 5 Einbringungssystem 6 Staubausblasgasableitungen 7 Festbett 8 Reduktionsgas 9 vorreduziertes Material 10 Zwischenbehälter 11 Zwischenbehälter 12 Staubaustragsgasableitung 13 Zwischenbehälter 14 Zwischenbehälter 15 Zwischenbehälter 16 Druckschleusungsvorrichtung 17 Druckschleusungsvorrichtung 18 Hei ßtransportvorrichtung 8/16

Claims

österreichisches Patentamt AT512 017B1 2014-02-15 Patentansprüche 1. Verfahren zur Reduktion von eisenoxidhaltigem Material, wobei das eisenoxidhaltige Material in einem Reduktionsschacht ein Festbett ausbildet, und in dem Reduktionsschacht mittels zumindest eines mit einem Druck p1 in das Festbett eingebrachten Vorreduktionsgases das eisenoxidhaltige Material in vorreduziertes Material umgewandelt wird, und zumindest ein Teil dieses vorreduzierten Materials, bevorzugt das ganze vorreduzierte Material, aus dem Reduktionsschacht in einen Einschmelzvergaser eingebracht wird, in welchem es mittels eines unter einem Druck p2 stehenden Reduktionsgases fertigreduziert wird, und wobei ein Topgas mit einem Druck p3 aus dem Raum oberhalb des Festbettes aus dem Reduktionsschacht ausgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Festbett zumindest ein Staubausblasgas mit einem Druck p4 aus dem Reduktionsschacht ausgeleitet wird, und die Beziehung p1>p4 und p1>p3, bevorzugt auch p4>p3, gilt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des zumindest einen Staubausblasgases zumindest während eines Teiles des vom vorreduzierten Material beim Einbringen in den Einschmelzvergaser zwischen Reduktionsschacht und Einschmelzvergaser zurückzulegenden Weges gemeinsam mit diesem vorreduzierten Material in Richtung des Einschmelzvergasers geleitet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beziehung p4>p2 gilt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beziehung p2>p4 gilt, und das vorreduzierte Material in einer oder mehreren Stufen unter einen Gas-Zwischendruck pZ gebracht wird bevor oder während das vorreduzierte Materials in den Einschmelzvergaser eingebracht wird, wobei gilt pZ>p2
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dasjenige vorreduzierte Material aus dem Reduktionsschacht, das in den Einschmelzvergaser eingebracht wird, vor dem Einbringen in den Einschmelzvergaser in einem Zwischenbehälter zwischengespeichert wird, wobei in dem Zwischenbehälter zwischen dem oberen Ende des bei der Zwischenspeicherung gebildeten Materialpolsters und dem unteren Ende dieses Materialpolsters eine Druckdifferenz von Apzw herrscht, und wobei aus dem Zwischenbehälter ein Staubaustragsgas abgezogen wird, welches einen Staubaustragsgas-Druck p5 aufweist, wobei gilt p5<p4 und p5<p2, und wobei gilt Apzw ^ (p2 - p5).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das vorreduzierte Material unter den Gas-Zwischendruck pZ gebracht wird, indem das vorreduzierte Material in einen Zwischenbehälter mit Druckschleusungsvorrichtungen oder nacheinander in mehrere Zwischenbehälter mit Druckschleusungsvorrichtungen eingebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass gilt p1>p2.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr unter voneinander verschiedenen Drücken stehende Vorreduktionsgase in das Festbett eingebracht werden, wobei für je zwei in horizontaler Richtung gesehen vertikal direkt benachbart eingebrachte Vorreduktionsgase gilt, dass das jeweils tiefer eingebrachte Vorreduktionsgas einen höheren Druck hat als das höher eingebrachte Vorreduktionsgas. 9/16 österreichisches Patentamt AT512 017B1 2014-02-15
9. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend einen Reduktionsschacht (1), zumindest eine in den Reduktionsschacht (1) mündende Vorreduktionsgaszufuhrleitung (2), eine von dem Reduktionsschacht (1) ausgehende Topgasableitung (3), einen Einschmelzvergaser (4), ein Einbringungssystem (5) zur Einbringung von im Reduktionsschacht (1) vorreduziertem Material (9) in den Einschmelzvergaser (4), eine von dem Reduktionsschacht (1) ausgehende Staubausblasgasableitung (6).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringungssystem (5) zur Einbringung von im Reduktionsschacht (1) vorreduziertem Material (9) in den Einschmelzvergaser (4) auch zumindest einen Teil der Staubausblasgasableitung (6) umfasst.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringungssystem zur Einbringung von im Reduktionsschacht (1) vorreduziertem Material (9) in den Einschmelzvergaser (4) eine oder mehrere Leitungen mit einem oder mehreren Zwischenbehältern (13, 14, 15) und gegebenenfalls einer oder mehreren Druckschleusungsvorrichtungen (16, 17) umfasst.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Zwischenbehälter (13, 14, 15) mit einer Staubaustragsgasableitung (12) versehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei oder mehrere in verschiedenen Höhenniveaus in den Reduktionsschacht (1) mündende Vorreduktionsgaszufuhrleitungen (2) aufweist. Hierzu 6 Blatt Zeichnungen 10/16