DE1059187B - Verfahren und Vorrichtung zur Reduktion von Erzen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduktion von Erzen.

Es ist eine Vorrichtung zur unmittelbaren Gewinnung von Eisen und Stahl aus von ihrer Gangart befreiten Erzen bekannt, bei welcher in ein und demselben Gefäß oder Kasten das Reduzieren und das Kohlen von Erzmengen bewirkt wird. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird das erhitzte Erz in einem Ringraum abwärts geführt, und gleichzeitig wird erhitztes Reduktionsgas in Querrichtung durch das Erz hindurchgeführt. Zu diesem Zweck weist die Reduktionskammer einen aus feuerfestem Stoff bestehenden Zylinder auf, der in seiner Wandung eine Anzahl schräg ansteigender Öffnungen aufweist, während im Inneren dieses Zylinders ein weiterer Zylinder mit schräg nach unten geführten Austrittsöffnungen für das Reduziergas vorgesehen ist, welches von oben her über den Aufnahmeraum des Erzes seitlich in den inneren Zylinder eingeführt wird. Bei der bekannten Vorrichtung, bei der das zu reduzierende und zu kohlende Erz in Querrichtung von'dem Reduziergas durchflossen wird, besteht jedoch der Nachteil, daß eine wirksame, feine und gleichmäßige Verteilung der Reduktionsgase nicht möglich ist, da die Zylinder selbst aus massivem Material bestehen und die Durch-Strömöffnungen in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind. Außerdem besteht die Gefahr, daß, wenn sich Durchströmöffnungen verstopfen, die Gasverteilung durch das zu behandelnde Erz noch ungleichmäßiger wird.

Der Hauptzweck der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren von Erzen, insbesondere zur Reduktion von Eisenerzen zu schaffen, bei welchem eine Feinstverteilung der durch das Erz hindurchgehenden strömenden Reduziergase erreicht wird. Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung das Erz kontinuierlich zwischen einem inneren porösen Rohr und einem äußeren porösen Rohr abwärts geleitet, wobei das Erz eine feine Teilchengröße hat. Dabei wird die Erzcharge über dem ringförmigen Strom auf einer solchen Höhe gehalten, daß ein Entweichen wesentlicher Mengen an Reduziergasen nach oben durch die Charge verhindert wird.

Nach einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird aus dem nur einmal durch das Erz geleiteten verunreinigten Reduktionsgas Wasser entfernt, das Gas wird erhitzt und erneut quer durch das Erz hindurchgeleitet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird das Reduktionsgas über die ganze Länge des sich bewegenden ringförmigen Erzstromes in gleichbleibender Richtung quer durch diesen Strom hindurchgeleitet.

Zweckmäßig werden bei dem Verfahren der Er-Verf ahren und Vorrichtung
zur Reduktion von Erzen

Anmelder:

Electrolyser Corporation, Ltd.,
Toronto, Ontario (Kanada)

Vertreter: Dr. E. Wiegand, München 15,

und Dipl.-Ing. W. Niemann,
Hamburg 1, Ballindamm 26, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 4. Oktober 1952

Davis Faris Dickey, Pittsburgh, Pa. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

findung Rohre verwendet, deren Porosität feiner ist, als sie durch mechanische Perforierung erzeugt werden könnte.

Die Erfindung ist des weiteren auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens abgestellt. Gemäß einer Ausführungsform werden unter Verwendung eines Trichters, eines gasdichten Gehäuses, eines inneren feuerfesten Rohres, das am oberen Ende abge^ schlossen ist und eine Kammer bildet, eines oben und unten offenen äußeren Rohres, welches das innere Rohr mit Abstand umgibt und mit ihm eine ringförmige Erzbehandlungskammer bildet, sowie einer Einrichtung zum Hindurchleiten von erhitztem, trokkenem Reduktionsgas unter Druck das innere und das äußere Rohr porös ausgebildet, und die durch sie hindurchführenden öffnungen oder Durchgänge sind so fein, daß eine in dem Trichter über der Erzbehandlungskammer befindliche Erzcharge genügend hoch gehalten werden kann, um. ein Entweichen wesentlicher Mengen an Reduktionsgas nach oben durch die Erzbehandlungskammer hindurch zu vermeiden und um das Erz kontinuierlich abwärts zu leiten.

Nach einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung haben das innere und das äußere Rohr auf ihrer gesamten Länge den gleichen Abstand zueinander.

In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zur Darstellung gebracht.

Fig. 1 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch den Reduktionsofen, die Ansicht gibt auch Einrich-

909 530ßi5

tungen zum Abziehen verbrauchter Reduktionsgase aus dem Ofen wieder, die gereinigt und sonstwie behandelt und wieder in den Ofen zurückgeführt werden,

Fig. 2 ist ein Querschnitt nach Linie II-II der Fig: I.

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur unmittelbaren Reduktion von Erzen oder anderen Metalloxyden, d. h. auf die Reduktion von Erzen ohne Schmelzen des Erzes. Zur Durchführung der Erfindung wird das Erz in feinpulverisierter Form auf eine zweckentsprechende Temperatur erhitzt und wird dann mit Wasserstoff, Kohlenmonoxyd oder einem anderen zweckentsprechenden Reduktionsgas reduziert.

Verschiedene Verfahren zur direkten Reduktion von Erzen, welche ein Reduktionsgas verwenden, sind bekannt, diese haben sich jedoch als nicht vollständig befriedigend erwiesen. Bei einem bekannten Verfahren wird Eisenerz aus einem geschlossenen Aufnahmebehälter durch eine Mehrzahl von im Abstand voneinander konzentrisch angeordneten gasdichten Metallrohren abwärts geführt, die von außen erhitzt werden. Wenn das Erz in Längsrichtung durch die Rohre nach unten wandert, gehen reduzierende Gase aufwärts durch die Rohre hindurch. Dieses Verfahren hat verschiedene Nachteile. Das Erz in den Rohren bietet dem Durchgang des Reduktionsgases einen erheblichen Widerstand, so daß ein verhältnismäßig hoher Gasdruck erforderlich ist, um eine bestimmte Durchströmungsgeschwindigkeit durch das Erz hindurch zu erzeugen. Da die Durchflußgeschwindigkeit von Reduktionsgas durch das Erz hindurch ein wesentlicher Faktor bei der Bestimmung der Geschwindigkeit der Reduktionsreaktion ist, ist es einleuchtend, daß bei der Verwendung eines bestimmten Gasdruckes die Reaktionsgeschwindigkeit im Vergleich zu einem Verfahren beträchtlich reduziert wird, bei dem dem Strom des Reduktionsgases ein geringerer Widerstand entgegengesetzt wird.

Das Reduktionsgas wird beim Durchgang durch das Erz mit Wasser und anderen Stoffen verunreinigt. Demgemäß ist bei dem bekannten Verfahren das Reduktionsgas an dem oberen Ende der Rohre weniger rein als an dem unteren Ende, wo es eingeführt wird. Daher ist die Reduktionswirkung des Gases auf das Erz nahe dem oberen Ende der Rohre weniger schnell als nahe dem Unter ende der Rohre.

Diese Nachteile der bekannten Verfahren werden in Übereinstimmung mit der Erfindung vermieden oder auf ein Geringstmaß zurückgeführt. Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen umfaßt der Reduktionsofen ein inneres hitzebeständiges poröses Rohr 2, das aus Aluminiumoxyd (Alundum) hergestellt wird oder das aus einem anderen zweckentsprechenden porösen hitzebeständigen Material besteht. Dieses Rohr muß genügend porös sein, um den Durchgang des Reduktionsgases zu gestatten, aber den Durchgang von feinzerteiltem Erz verhindern. Das Rohr 2 ist an seinem unteren Ende offen, ist aber an seinem oberen Ende durch eine hitzebeständige Kappe 3 abgeschlossen, um auf diese Weise eine Heizkammer 4 zu bilden, in welcher ein elektrischer Widerstandserhitzer 5 angeordnet ist, der durch Leitungen 6 mit einer nicht dargestellten elektrischen Stromquelle verbunden ist. Ein äußeres hitzebeständiges poröses Rohr, das vorzugsweise aus Alundum hergestellt ist, ist in einem geringen Abstand von dem inneren Rohr 2 angeordnet und umgibt das innere Rohr. Das äußere Rohr 7 ist an seinem unteren Ende und an seinem oberen Ende offen und ist an seinem oberen Ende mit einer Rutsche 8 versehen, in welche feinzerteiltes Erz, z. B. Eisenerz 9, . durch ihr offenes oberes Ende 10 zugeführt werden kann. Das Eisenerz hat vorzugsweise eine Teilchengröße, die durch ein Sieb von 200 Maschen hindurchgeht. Ein gasdichtes Metallgehäuse 11, das auf seiner äußeren Fläche mit einer wärmeisolierenden Schicht 12 versehen ist, ist im Abstand von dem äußeren hitzebeständigen porösen Rohr 7 angeordnet und umgibt es. Wasserstoff oder ein anderes Reduktionsgas wird in die Unterseite der Heizkammer 4 durch ein Rohr 13 hindurch eingeführt.

Das Verfahren zum Reduzieren von Eisenerz oder einem anderen Metalloxyd kann wie folgt durchgeführt werden:

Feinzerteiltes Eisenerz 9 wird in die Rutsche 8 durch ihr oberes Ende 10 eingeführt und fließt aus der Rutsche durch die ringförmige Leitung 14 hindurch nach unten, welche zwischen dem porösen inneren Rohr 2 und dem porösen äußeren Rohr 7 geschaffen ist. Getrocknetes Wasserstoff- oder ein anderes Reduktionsgas wird durch das Rohr 13 hindurch in die Heizkammer 4 an einer Stelle nahe dem Boden der Heizkammer eingeführt. Der Wasserstoff strömt in der Heizkammer in Berührung mit dem elektrischen Erhitzer 5 aufwärts, dieser erhitzt dadurch das Reduktionsgas auf eine zweckentsprechende Temperatur, vorzugsweise etwa 593° C. Wenn das Eisenerz in die ringförmige Leitung 14 abwärts fließt, strömt das Reduktionsgas in Querrichtung, wie durch die Pfeile 15 angedeutet ist, aus der Heizkammer 4 durch das innere Rohr 2, die dünne Schicht aus Eisenerz in der ringförmigen Leitung 14 und dann durch das äußere Rohr 7 in die Kammer 16, welche durch das Gehäuse 11 und das äußere Rohr 7 begrenzt ist, und wird dadurch mit Wasser verunreinigt. Das durch Reduktion des Erzes gebildete Eisenpulver fällt aus der Unterseite der ringförmigen Leitung 14 auf ein Förderorgan 17, das ebenfalls innerhalb der Umgrenzungen des gasdichten Gehäuses 11 angeordnet ist, und das Eisenpulver wird von dem Förderorgan in eine nicht dargestellte Brikettierkammer abgegeben, wo das Eisenpulver mit Kohlenstoff vermischt und brikettiert wird.

Das Wasserstoffgas strömt, nachdem es nur einmal durch das Erz in der ringförmigen Kammer und dann in die Kammer 16 geleitet und mit Wasser verunreinigt worden ist, durch ein Rohr 18 direkt in einen Gasanalysator 19, in welchem sein Druck, seine Temperatur, sein Wasserstoff- und Wassergehalt bestimmt werden. Dann wandert es durch ein mit einem Ventil 21 versehenes Rohr 20 zu einem Wärmeaustauscher 22, wo es gekühlt wird, um das Wasser zu kondensieren, das in einem Kondenstopf 23 gesammelt wird.

Das Wasserstoffgas strömt dann durch ein Rohr 24 hindurch, mit welchem ein Rohr 25 zum Zuführen zu-

-■ —sätzlichen Wasserstoffes verbunden ist, um den in dem Verfahren entstandenen Verlust wieder auszugleichen. Der Wasserstoff wandert dann durch einen Trockner 26j ein Rohr 27 zu einem Kompressor 28, aus welchem es durch ein mit einem Ventil 30 versehenes Rohr 29 zu einem Wärmeaustauscher 22 strömt und dann durch das Rohr 13 zur Heizkammer 4 zurückkehrt.

Beim Durchführen des Verfahrens wird die Höhe der Beschickung an Eisenerz in der Rutsche 8 genügend groß gehalten, um als Verschluß zu wirken und das Entweichen von Wasserstoff aufwärts durch die in der Rutsche befindliche Charge hindurch zu verhindern und um den in der ringförmigen Leitung 14 befindlichen Wasserstoff zu veranlassen, in Quer-

Claims (6)

richtung durch die ringförmige Leitung hindurchzuströmen, wie es durch die Pfeile 15 angedeutet ist, um so in die Gassammeikammer 16 zu gelangen. Auf diese Weise kann eine Rutsche mit einem offenen oberen Ende 10 verwendet werden, so daß eine Erzbeschickung aus einem Förderorgan oder einem nicht dargestellten Beschickungsbehälter bequem in die Rutsche eingeführt werden kann. Es ist ersichtlich, daß gemäß der Erfindung das Reduktionsgas in Querrichtung durch eine verhältnismäßig dünne Erzschicht in der ringförmigen Leitung 14 hindurchströmt. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die inneren und äußeren Rohre 2 und 7 in einem Abstand von etwa 5 cm angeordnet, während die Länge jedes Rohres etwa 50 cm beträgt. Diese Größenabmessungen können verändert werden, jedoch sollte der Abstand zwischen den Rohren 2 und 7 stets beträchtlich kleiner als die Länge der Rohre sein, so daß das Reduktionsgas im Vergleich zu der Länge der Rohre nur relativ kurze Entfernung zur Bewegung durch das Erz hindurch hat. Auf diese Weise ist der Widerstand des Erzes gegen den Durchgang des Reduktionsgases durch das Erz hindurch verhältnismäßig klein im Vergleich zu dem Fall, bei welchem das Gas in Längsrichtung durch die Rohre, hindurchströmt. Demgemäß kann ein größeres Volumen an Reduktionsgas durch das Erz hindurchgeführt werden oder ein beliebiger gegebener Gasdruck im Vergleich zu dem verwendet werden, der erhalten werden könnte, falls das Gas in Längsrichtung durch die Rohre hindurchgeht. Die Erhöhung in dem Gasvolumen bei einem gegebenen Druck erhöht die Geschwindigkeit der Reduktionswirkung erheblich. Ein weiterer Vorteil des Reduktionsofens liegt darin, daß die Heizvorrichtung 5 zentral angeordnet und von dem Erz in der Leitung 14 umgeben ist, so daß die gesamte der Heizvorrichtung zugeführte Wärme durch den Kern hindurchgehen muß und als Nutzarbeit verwendet wird, bevor irgendeine Möglichkeit zu StrahlungsVerlusten aus dem Ofen heraus vorhanden ist. Die Erfindung ist nicht auf die bevorzugte Ausführungsform beschränkt, sie kann auch innerhalb des Rahmens der Erfindung anderweitig ausgeführt werden. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reduktion von Erz, bei welchem das erhitzte Erz in einem ringförmigen Strom von kleiner Querschnittsfläche abwärts geführt und gleichzeitig erhitztes Reduktionsgas quer durch diesen Strom geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Erz von feiner Teilchengröße kontinuierlich zwischen einem inneren porösen Rohr und einem äußeren porösen Rohr abwärts geleitet wird und die Erzcharge über dem ringförmigen Strom auf einer genügenden Höhe gehalten wird, so daß ein Entweichen wesentlicher Mengen an Reduziergas nach oben durch die Charge über dem ringförmigen Strom verhindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem nur einmal durch das Erz hindurchgeleiteten, verunreinigten Reduktionsgas Wasser entfernt, das Gas erhitzt und erneut quer durch das Erz hindurchgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgas über die ganze Länge des sich bewegenden ringförmigen Erzstroms in gleichbleibender Richtung quer durch diesen Strom geleitet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren des inneren und des äußeren porösen Rohres feiner sind, als sie durch mechanische Perforierung erzeugt werden können.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Trichter, einem gasdichten Gehäuse, einem inneren feuerfesten Rohr, das am oberen Ende geschlossen ist und eine innere Kammer bildet, einem oben und unten offenen äußeren Rohr, welches das innere Rohr mit Abstand umgibt und mit ihm eine ringförmige Erzbehandlungskammer bildet, und einer Einrichtung zum Hindurchleiten von erhitztem, trockenem Reduktionsgas unter Druck aus der inneren Kammer quer durch das Erz, wenn dieses durch die ringförmige Erzbehandlungskammer abwärts wandert, dadurch gekennzeichnet, daß das innere und das äußere Rohr porös sind und durch sie hindurchführende Öffnungen oder Durchgänge aufweisen, die so fein sind, daß eine in dem Trichter über der Erzbehandlungskammer befindliche Erzcharge genügend hoch gehalten werden kann, um ein Entweichen wesentlicher Mengen an Reduktionsgas nach oben durch die Erzbehandlungskammer hindurch zu vermeiden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das innere und das äußere Rohr auf ihrer gesamten Länge den gleichen Abstand zueinander haben.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 413 928, 680 605.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©909 530/345 6.59