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Die Erfindung betrifft eine Verfahren zum Sintern von eisenoxidhaltigen Stoffen auf einer
ein Sinterband, Saugkästen sowie einen Zündofen aufweisenden Sintermaschine gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Das Sintern von eisenoxidhaltigen Stoffen, insbesondere von Eisenerzen oder
Eisenerzkonzentraten erfolgt auf Sintermaschinen. Die Sintermischung, bestehend aus dem Eisenerz,
Rückgut, festem Brennstoff und Zuschlägen, wird auf das Sinterband chargiert und der
Brennstoff auf der Oberfläche des Materialbettes unter dem Zündofen gezündet.
Anschließend wird Frischluft durch das Sinterbett gesaugt und die Sinterfront wandert von
oben nach unten durch das Sinterbett. Aus den Saugkästen unter dem Obertrum des
Sinterbettes wird das Abgas in das Gassammellsystem gesaugt und nach einer Reinigung in
die Atmosphäre geleitet. Der Sintervorgang erfordert eine Wärmeübertragung zwischen dem
heißen Verbrennungsgas und dem kalten Feststoff. Feststoffmengen und Luftmengen sind
wärmeäquivalent. Dieser Wärmetausch erfordert große Luftmengen und damit
Abgasmengen. Das Abgas enthält verdampftes Wasser aus der Sintermischung, CO2 aus der
Verbrennung des Brennstoffes und aus Kalzinationsvorgängen, Schwefeloxide aus der
Verbrennung von Schwefel - hauptsächlich aus dem zugesetzten Brennstoff - CO aus
unvollständiger Verbrennung, Falschluft sowie Luft, die an den Seitenwänden der Rostwagen
zwischen der Beschickung ungenutzt in das Abgas gelangt. Außerdem enthält das Abgas
auch Dioxine und Furane, insbesondere das aus dem hinteren Teil des Sinterbandes
abgezogene Abgas. Weiterhin führt das Abgas Staub mit sich, der entfernt werden muss.
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Die Betreiber solcher Sintermaschinen sind zum Einen bestrebt die Abgasmenge zu
reduzieren und die in der Kaminluft noch enthaltenen Dioxine und Furane so gering wie
möglich zu halten auch im Hinblick auf die sich weiter verschärfenden Auflagen der
jeweiligen Genehmigungsbehörde.
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Zur Reduzierung der Abgasmenge ist bereits vorgeschlagen worden, den Abgasstrom zu
teilen und eine Teilmenge im Kreislauf zu führen (JP-A-52116703, "Stahl und Eisen" 99
(1979) Heft 7, Seite 327/33). Eine spezielle Regelung der geteilten Abgasmenge wird in der
EP 0535727 A1 vorgeschlagen. Bei diesem bekannten Verfahren wird als Restgas nur eine
Abgasmenge ausgeschleust, die dem während des Sinterprozesses gebildeten Gas plus
dem zur Aufstärkung zugegebenen sauerstoffreicheren Gas plus der von außen
eingedrungenen Falschluft minus dem verbrauchten Sauerstoff entspricht. Der andere Teilstrom des
Abgases wird als Kreislaufgas zurück geführt und vor der Beaufschlagung der
Sintermischung durch Zugabe von sauerstoffreicheren Gasen auf einen Sauerstoffgehalt von
maximal 24% aufgestärkt.
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In der DE 196 23 981 ist ein Verfahren zum Entfernen schädlicher Inhaltsstoffe aus
Abgasen von Sinteranlagen offenbart. Bei diesem bekannten Verfahren werden in den
Abgasstrom pulverförmige Sorbenzien in Form von Braunkohlenkoks gegeben und nachfolgend
der mit Sorbenzien beladene Abgasstrom durch einen Elektrofilter geleitet. Die beladenen
Sorbenzien werden nach dem Ausfiltern dem Sinterprozess wieder zugeführt. Das
Verfahren kann verbessert werden, wenn der Abgasstrom vor Passieren des Elektrofilters durch
einen Vorabscheider geleitet wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Sinterprozess dahin gehend weiter zu optimieren, dass
bei weiterhin geringer Abgasmenge und guter Sinterqualität insbesondere die im Restgas
noch enthaltenen Dioxine und Furane sowie die Staubmenge prozesssicher unter den von
der Genehmigungsbehörde vorgegebenen Grenzwerten liegen.
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Die Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils
Gegenstand von Unteransprüchen.
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Nach der Lehre der Erfindung erfolgt die Aufteilung der gesamten Abgasmenge in
Kreislaufgas und Restgas durch Variation der Prozessfläche, wobei der Ort der Schnittstelle zwischen
der Absaugung für das Kreislaufgas und der Absaugung für das Restgas so gewählt wird,
dass eine maximale Abgasmenge im Kreislauf geführt wird ohne Beeinträchtigung der
Sinterqualität und -leistung und wobei das Restgas eine Teilmenge mit geringerer und das
Kreislaufgas eine Teilmenge mit höherer Schadstoffkonzentration darstellt. Weiterhin wird
die Wärmemenge des abgezogenen Kreislaufgases zur Aufheizung des Restgases genutzt,
wobei die Aufheizung auf eine Temperatur zur Vermeidung der Taupunkt-Unterschreitung
erfolgt, die aber niedriger ist, als die sichergestellte Mischtemperatur bei Ausschleusung der
gesamten Abgasmenge.
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Die hinsichtlich des Abgases vorgeschlagene Aufteilung der Prozessfläche des
Sinterbandes in einen Teilabschnitt, dessen Abgasmenge als Kreislaufgas geführt wird und in einen
Abschnitt, dessen Abgas als Restgas ausgeschleust wird, hat den Zweck, den Abgasstrom
in eine hinsichtlich der Schadstoffkonzentration weniger belastete Teilmenge und in eine
Teilmenge mit höheren Konzentrationen aufzuteilen. Die weniger belastete Teilmenge kann
als Restabgas nach Abscheidung des Staubes und der eingebrachten Adsorbenzien -
einschließlich der daran adsorbierten Dioxine und Furane - und nach Aufheizung zur
Vermeidung des Säuretaupunktes über den Kamin ausgeschleust werden. Die hinsichtlich der
Dioxine und Furane höher belastete Teilmenge wird im Kreislauf geführt, wobei man sich den
Effekt zunutze macht, dass bei der Rückführung auf die heiße Sintermischung ein großer
Teil der Dioxine und Furane aufgespalten und damit unschädlich gemacht wird.
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Weiterhin macht man sich den Effekt zunutze, dass die in den Abgasstrom eingegebenen
Adsorbenzien besonders wirksam sind, wenn die Temperatur im Abgasstrom niedrig ist.
Dies wird durch die Aufteilung der Abgasmenge in Kreislaufgas und Restgas erreicht.
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Das Restgas wird aus dem Bereich des Sinterbandes abgezogen, welches im
Aufgabegebiet und dem daran anschließenden Bereich liegt. Dieser Bereich ist temperaturmäßig
niedrig im Vergleich zum Bereich des Kreislaufgases trotz der Aufheizung zur Vermeidung
der H2SO4-Taupunkt-Unterschreitung. Durch die vorgeschlagene Kombination
- - Aufteilung der Abgasmenge
- - Aufheizung des Restgases vor dem Ausschleusen
werden mehrere Ziele erreicht:
- - Die gesamte auszuschleusende Abgasmenge wird klein gehalten.
- - Die in das Restgas eingedüsten Adsorbenzien sind wegen der niedrigen Temperatur des
Restgases besonders wirksam, so dass der verbleibende Anteil der Schadstoffe im
auszuschleusenden Restgas den behördlichen Vorgaben entspricht.
- - Eine H2SO4-Taupunkt-Unterschreitung wird durch die Aufheizung des Restgases
vermieden.
- - Für die Aufheizung des Restgases wird energetisch die Wärmeenergie des
Kreislaufgases genutzt.
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Die vorgeschlagene Variation der Aufteilung der Prozessfläche ist ein sehr einfaches aber
wirksames Mittel, um den Prozess optimieren zu können. Zum einen kann damit erreicht
werden, dass sich das Verhältnis von Sauerstoffangebot zu Sauerstoffverbrauch dem
Idealzustand 1 annähert und damit die Abgasmenge minimiert wird. Zum anderen kann bei
gleichbleibend guter Sinterqualität die Leistung der Anlage beeinflusst werden. Durch
Variation der wesentlichen den Prozess steuernden Parameter kann ein Optimum hinsichtlich
Abgasmenge, Leistung und Qualität erreicht werden.
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Die im Kreislauf geführte Abgasmenge hat noch den weiteren Effekt, dass das erforderliche
Sauerstoffangebot niedriger liegt im Vergleich zu einem Normalprozess. Dies erlaubt es im
Grenzfall mit dem durch die angesaugte Falschluft herangeführten Sauerstoff den Bedarf
abzudecken. Damit wird die ansonsten zusätzlich erforderliche separat zuzuführende
Frischluft eingespart.
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Wird in einem konkreten Fall in Ergänzung zur angesaugten Falschluft zusätzlich Frischluft
benötigt, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn man statt der bisher üblichen
angesaugten Umgebungsluft, die im Bereich der Kaltabsiebung zur Entstaubung anfallende
Absaugluft verwendet. Bei diesem vorgeschlagenen Verfahrensschritt werden wiederum
zwei Ziele gleichzeitig erreicht:
- - Die ohnehin erforderliche Entstaubung im Bereich der Kaltabsiebung wird als
Sauerstoffträger für den Sinterprozess genutzt.
- - Die Sintermischung wird als Filter für die mit Staub beladene Absaugluft verwendet, so
dass kein separater Filter erforderlich ist.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung von einem in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es
zeigen:
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Fig. 1 ein schematisches Fließbild einer erfindungsgemäß arbeitenden Sinteranlage.
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Fig. 2 ein Diagramm des Verfahrens nach dem Stand der Technik.
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Fig. 3 ein Diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Fig. 4 eine schematische Darstellung der Anordnung der Saugkästen und der
Rauchgassammelleitungen.
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Fig. 1 zeigt in Form eines schematischen Fließbildes eine erfindungsgemäß arbeitende
Sinteranlage. Kernstück der Anlage ist ein Sinterband 1, wobei in dieser Darstellung die
Aufgabe der Sintermischung rechts erfolgt und der Fertigsinter links abgeworfen wird.
Diese Transportrichtung ist durch einen Pfeil 2 gekennzeichnet. Rechts und links neben
dem Sinterband 1 sind Saugkästen und dazugehörige Abgasleitungen 3, 4 angeordnet,
wobei das im Anfangsbereich des Sinterbandes 1 abgezogene Abgas als Restgas
ausgeschleust und das im Endbereich des Sinterbandes 1 abgezogene Abgas im Kreislauf
geführt wird. Das im Kreislauf geführte Abgas wird über eine Leitung 5 einem
Wärmetauscher 6 zugeführt und danach über eine weitere Leitung 7, einem darin
angeordneten Filter 8, der die Funktion hat, den Staub aus dem Abgas abzuscheiden.
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Nach Durchlauf durch den Filter 8 wird mittels eines Sauggebläses 22 das zurückgeführte
Gas über eine Leitung 9 dem Sinterband 1 zugeführt und gleichmäßig über das Sinterband
1 verteilt. Die eingezeichneten Pfeile sollen die Aufgabe des rückgeführten Abgases auf
das Sinterband 1 verdeutlichen. Das auszuschleusende Restgas wird über eine Leitung 10
dem schon erwähnten Wärmetauscher 6 zugeführt, wobei die Wärme des Kreislaufgases
für die Aufheizung des Restgases genutzt wird. Damit soll eine Taupunkt-Unterschreitung
für Schwefelsäure vermieden werden. Nach Durchlauf durch den Wärmetauscher 6 wird
das Restgas über eine Leitung 11 einem Flugstromreaktor 12 zugeführt. In diesem
Flugstromreaktor 12 wird in bekannter Weise Braunkohle-Koksgrus als Adsorbenzie
eingeblasen, damit sich die im Restgas befindlichen schädlichen Stoffe wie Dioxine und
Furane daran anlagern können. Nach Durchlauf durch den Flugstromreaktor 12 wird das
Restgas über eine Leitung 13 einem Filter 14 zugeführt, in dem der Staub und die zuvor
eingeblasenen Adsorbenzien ausgeschieden werden. Danach wird das so gereinigte
Restgas mittels eines Sauggebläses 23 über eine Leitung 15 einem Kamin 16 zugeführt
und in die Umwelt verteilt.
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Die in Fig. 1 eingezeichnete optionale separate Frischluftzufuhr 21 ist nur dann
erforderlich, wenn das durch die angesaugte Falschluft eingebrachte Sauerstoffangebot zu niedrig
sein sollte.
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Der Fertigsinter wird am Ende des Sinterbandes 1 abgeworfen und in Drehkühlern 17, 18
abgekühlt. Die in den Drehkühlern 17, 18 abgesaugte Luft wird über eine Leitung 19 einem
Filter 20 zugeführt, um den mitgerissenen Staub abzuscheiden.
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In bekannter Weise werden die abgesaugten Stäube der Sinteranlage selber sowie
anfallender Gichtstaub und Gießhallenstaub vom Hochofen mit Wasser unter Zugabe von
Branntkalk zu kegelförmigen Partikeln (Minipellets) agglomeriert. Diese Agglomerierung
erfolgt in einem mechanischen Wirbelstrommischer 24, auch "Eirich-Mixer" genannt. Die
feuchten Agglomerate werden kontinuierlich der Sintermischung im Angabebereich
zugeführt.
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In den Fig. 2 und 3 sind einander gegenübergestellt das Sinterverfahren nach dem
Stand der Technik (Fig. 2) und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (Fig. 3).
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In diesen beiden Diagrammen sind Gasmengen in kg/h/m über die Windkästen
aufgetragen. In der unteren Linie mit den schwarz ausgemalten Vierecken ist der
Sauerstoffverbrauch für den Brennstoff in der Sintermischung dargestellt. Die Linie darüber
mit den schwarz ausgemalten Rhomben zeigt das Angebot an Sauerstoff über die
zugeführte Sinterluft, wobei dies die Summe aus angesaugter Falschluft und zugeführter
Frischluft ist. Die dritte Linie mit den Dreiecken darüber zeigt den Verlauf der Abgasmenge.
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Durch den direkten Vergleich beider Diagramme ist die Wirkung des Kreislaufgases gut zu
erkennen. Das erforderliche Sauerstoffangebot sinkt, so dass die zweite Linie nur noch
etwas oberhalb der ersten Linie verläuft, zumindest im Bereich der ersten Windkästen.
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Der in Fig. 3 dick eingezeichnete Querstrich symbolisiert die erfindungsgemäße Trennung
des Sinterbandes 1 in einen Bereich Kreislaufgas und einen Bereich Restgas, wobei der
Doppelpfeil die Verschiebemöglichkeit der Trennstelle kennzeichnet. Die
erfindungsgemäße Verschiebung der Trennstelle ermöglicht es den Prozess weitgehend zu
optimieren.
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Eine Verschiebung der Trennstelle nach links würde bedeuten, dass durch die Erhöhung
des Anteils des Kreislaufgases das Sauerstoffangebot noch weiter zu niedrigeren Werten
verschoben wird, im Idealfall wäre Sauerstoffangebot = Sauerstoffverbrauch. Niedrigeres
Sauerstoffangebot bedeutet gleichzeitig geringere Abgasmenge, da diese beiden Mengen
durch den Verbrennungsprozess miteinander verknüpft sind.
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Bei einer Verschiebung der Trennstelle nach rechts wird bei gleichbleibend guter
Sinterqualität der Anteil des Kreislaufgases erniedrigt und damit die Abgasmenge etwas erhöht.
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Durch die Verschiebemöglichkeit der Trennstelle kann je nach Prozessbedingungen das
Optimum in einfacher Weise eingestellt werden.
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Fig. 4 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Teilbereich der Anordnung der
Saugkästen 25 und der Rauchgassammelleitungen 5, 10.
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Die im Anfangsbereich des Sinterbandes liegenden Saugkästen 25.1 weisen gegenüber
der Abfuhrleitung Kreislaufgas 5 eine feste Trennung 26 auf. Danach folgen in diesem
Ausführungsbeispiel insgesamt vier Saugkästen 25.2, die eine variable Trennung 27
aufweisen. Variable Trennung 27 bedeutet, dass diese Saugkästen 25.2 wahlweise auf die
Abfuhrleitung Kreislaufgas 5 oder auf die Abfuhrleitung Restgas 10 geschaltet werden
können. Der damit erzielbare Effekt ist eingangs ausführlich erläutert worden.
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Die übrigen Saugkästen 25.3 bis zum Bereich Abwurf 28 sind fest auf die Abfuhrleitung
Kreislaufgas 5 geschaltet.
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Für den Notfall kann die in der Abfuhrleitung Restgas 10 angeordnete feste Trennung 29
entfernt werden, um somit das gesamte anfallende Abgas ableiten zu können.
Bezugszeichenliste
1 Sinterband
2 Transportrichtung
3 Abgasleitung Restgas
4 Abgasleitung Kreislaufgas
5 Abfuhrleitung Kreislaufgas
6 Wärmetauscher
7 Leitung
8 Filter
9 Leitung
10 Abfuhrleitung Restgas
11 Leitung
12 Flugstromreaktor
13 Leitung
14 Filter
15 Leitung
16 Kamin
17, 18 Drehkühler
19 Leitung
20 Filter
21 separate Frischluftzufuhr
22 Sauggebläse
23 Sauggebläse
24 mechanischer Wirbelstrommischer
25 Saugkasten
26 feste Trennung Saugkasten 25.1
27 variable Trennung Saugkasten 25.2
28 Abwurf
29 feste Trennung Abfuhrleitung Restgas