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Einrichtung zur Reduktion von feinkörnigem Eisenerz im Drehrohrofen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Reduktion von feinkörnigem Eisenerz
im Drehrohrofen, wobei das Erz vor dem Eintritt in den Drehrohrofen durch die heißen
Abgase des Ofens vorerwärmt wird.
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Gemäß einem älteren, jedoch nicht zum Stand der Technik gehörenden
Vorschlag zur Reduktion feinzerkleinerter oxydischer Erze zu Eisenschwamm mit nachfolgendem
Schmelzen des Eisens in einem Schmelzofen werden die zu reduzierenden Erze in eine
Reduktionskammer des Zyklontyps geleitet. In diese Kammer wird gleichzeitig heißes
reduzierendes, im wesentlichen aus CO und CO, bestehendes Abgas aus dem Schmelzofen
nach vorherigem Durchlaufen eines mit gepulvertem kohlenstoffhaltigem Brennstoff
beschickten Regelofens eingeblasen. Das aus diesem austretende Gas gelangt anschließend
in einen Zyklon, in den auch das Erz zusammen mit pulverisiertem Kalkstein eingebracht
wird. Diese beiden Materialien sollen in dem Zyklon vorerhitzt und das Erz dabei
zugleich vorreduziert werden. Die Vorerhitzung des Erzes und des Kalksteins erfolgt
also hierbei in einem einzigen Zyklon. Infolge der kurzen Aufenthaltszeit dieser
Materialien in dem Zyklon ist der Wärmeübergang von dem Gas auf die Materialien
jedoch nur gering, so daß ein großer Teil der in dem Gas enthaltenen Wärme ungenutzt
verlorengeht.
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Zur Herstellung von Eisenluppen sind Verfahren bekannt; bei denen
das Erz in Mischung mit einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel einem Drehrohrofen
aufgegeben wird. In diesem wird das Erz zunächst vorerhitzt, anschließend zu Eisenschwamm
umgewandelt und dann zu Eisenluppen geschmolzen. Die Vorerhitzung des Erz-Reduktionsmittel-Gemisches
im Ofen selbst hat aber den Nachteil, daß der Wärmeübergang von dem Gas auf das
Gut im wesentlichen nur an den oberen Gutschichten stattfinden kann und die Zeit,
während der das Gut und das Gas in der Vorerhitzungszone des Ofens miteinander in
Berührung kommen, verhältnismäßig kurz ist. Das den Ofen verlassende Gas besitzt
daher noch einen hohen Wärmegehalt, der ungenutzt verlorengeht. Um diesen Wärmeverlust
zu verringern, müßte der Ofen sehr lang bemessen werden. Hierdurch würden aber die
Anschaffungs- und Betriebskosten des Ofens erheblich anwachsen.
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Um die Ofenlänge in Grenzen zu halten und den Wärmeinhalt des aus
dem Ofen austretenden heißen Gases für eine Vorerhitzung des Erzes nutzbar zu machen,
ist es bekannt, das Erz einem gasdurchlässigen Fördermittel aufzugeben und das Abgas
des Drehrohrofens durch das Fördermittel und die auf diesem liegende Gutschicht
hindurchzusaugen. Der Wärmeübergang von dem Gas auf das Erz findet hierbei jedoch
ebenfalls nur in einer kurzen Zeit statt und ist dementsprechend gering. Darüber
hinaus ist das Fördermittel, besonders da es in heißer Umgebung arbeiten muß und
die Abgase häufig Schwefelverbindungen enthalten, einem starken Verschleiß unterworfen
und daher sehr störanfällig.
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Zur Vorerwärmung eines aus Erz, Kalk und Kohle bestehenden Beschickungsgutes
vor seiner Einführung in bewegliche Öfen, z. B. Drehrohröfen, die der unmittelbaren
Erzeugung von Eisen und Stahl dienen, ist eine Vorrichtung bekannt, die eine Anzahl
das Beschickungsgut aufnehmende Retorten aufweist. Die Retorten sind in einem Behälter
untergebracht und werden von den heißen Abgasen des Schmelzofens umspült. Dabei
findet der Wärmeaustausch von den heißen Gasen auf das Beschickungsgut indirekt
durch die Wände der Retorten statt, wobei ein großer Teil der in den Abgasen enthaltenen
Wärme verlorengeht. Darüber hinaus ist die Durchsatzleistung der Retorten nur gering,
da hierbei der Wärmeübergang zuerst nur auf die den Retortenwänden benachbarten
Gutteilchen stattfindet und die Wärme nur langsam die in der Mitte der Retorten
befindlichen Gutteilchen erreicht.
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Weiterhin sind Vorrichtungen zum Vorwärmen von staubförmigem Gut,
insbesondere Zementrohmehl, in zwei oder mehr Stufen mittels heißer Gase bekannt.
Hierbei erfolgt die Wärmebehandlung des Gutes in der Stufe des heißesten Temperaturbereiches
bei hoher Gasgeschwindigkeit im Gleichstrom und in den Stufen des mittleren und
niederen Temperaturbereiches bei niedriger Gasgeschwindigkeit im Gegenstrom oder
Kreuzstrom oder im Gegenstrom und Kreuzstrom. Die heißeste Stufe wird durch einen
Zyklon
gebildet, während für die weiteren Stufen Großraumkammern
vorgesehen sind, welche Mittel zum Hochschleudern des Gutes in den Gasstrom besitzen.
Zu diesem Zweck sind entweder in feststehenden Großraumkammern Rührwerke angeordnet
oder die Großraumkammern sind als drehbar gelagerte Trommeln ausgebildet. Diese
bekannten Vorrichtungen arbeiten somit mit beweglichen Teilchen, die je einen Antrieb
benötigen.
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Schließlich ist es bekannt, die in einem Drehrohrofen zur Reduktion
von Eisenerz anfallenden Gase vor Abführung in die Atmosphäre zu entstauben. Zu
diesem Zweck ist eine Entstaubungsanlage beschrieben, bei der die Abgase zunächst
in einer Beruhigungskammer vorentstaubt und dann in mehreren Zyklonen nachentstaubt
werden. Der in der Beruhigungskammer und in den Zyklonen anfallende Staub wird zur
erneuten Aufgabe in den Ofen einem Beschickungsbunker zugeführt. Eine Vorerhitzung
des Beschickungsgutes durch die Ofenabgase ist hierbei jedoch nicht vorgesehen,
so daß die gesamte Wärme der Ofenabgase ungenutzt verlorengeht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, obige Nachteile bei der
Reduktion von feinkörnigem Eisenerz im Drehrohrofen, wobei das Erz vor dem Eintritt
in den Drehrohrofen durch die heißen Abgase des Ofens vorerwärmt wird, zu vermeiden.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß der Drehrohrofen mit einer Vorrichtung
zur getrennten Aufgabe des Reduktionsmittels versehen ist, daß vor seine Aufgabeende
eine Reihe hintereinandergeschalteter Zyklone angeordnet sind, daß diese durch Leitungen
unter sich und mit dem Drehrohrofen derart verbunden sind, daß dessen Abgase mittels
eines Gebläses nacheinander durch die Zyklone gesaugt wird, daß das Staubaustragrohr
eines jeden Zyklons -- mit Ausnahme des ersten - in die zu dem vorhergehenden führende
Leitung mündet, während das Staubaustragrohr des ersten Zyklons unmittelbar in,
dem Drehrohrofen endet, sowie daß die Leitung zwischen dem vorletzten und letzten
Zyklon mit einer Vorrichtung zur Aufgabe des Erzes versehen ist.
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Hierbei wird, wie weiter unten erläutert, jedes Erzteilchen auf dem
Wege durch die einzelnen Zyklone allseitig von dem heißen Ofengas umspült und auf
eine frohe Temperatur vorerhitzt. Das Erz besitzt da" her bereits beim Eintritt
in den Drehrohrofen eine beträchtliche Wärmemenge. lm Drehrohrofen selbst braucht
daher nur eine entsprechend geringere Wärmemenge auf die Beschickung übertragen
zu werden, um diese auf die erforderlicheReduktionstemperatur zu bringen, Infolgedessen
kann die Beeschikkling mit einer höheren Geschwindigkeit durch den Drehrohrofen
geführt und somit in der ,Zelteinheit eine größere Menge Erz durch den Drehrohroferr
durchgesetzt werden, als es sonst möglich wäre. Darüber hinaus besitzt die Gründung
gegenüber den bekannten Vorrichtungen zur Vorerwärmung des Gutes durch direkten
Wärmeaustausch reit den Ofenabgasen den Vorteil, daß sich dieser Austausch ausschließlich
in ruhenden Zyklonen vollzieht und demgemäß keine bewegtere und mit einem. Antrieb
versehene Hilfeeinrichtungen benötigt werden, In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung wiedergegeben. Darin stellt 1 einen dar. Er ist am Austragende mit
einem Brenner 2 versehen, der z. B. mit 01, Kohlenstaub oder einem brennbaren Gas
gespeist wird und eine Flamme 3 liefert, welche zur Beheizung des Drehrohrofens
dient. Am Aufgabeende mündet in den Drehrohrofen ein Rohr 4, das über ein Zellenrad
5 mit einem Trichter 6 verbunden ist. Aus ihm wird der Ofen mit einen feinkörnigen
Reduktionsmittel beschickt. Vor dem Aufgabeende des Drehrohrofens ist ferner eine
Reihe hintereinandergeschalteter Staubabscheider (Zyklone) 7, 8, 9 und 10 angeordnet.
Sie sind durch Leitungen 11, 12, 13 und 14 unter sich sowie mit der feststehenden
Haube 51 des Drehrohrofens 1 derart verbunden, daß das Abgas des Drehrohrofens mittels
eines Gebläses 15 nacheinander durch die Zyklone gesaugt wird. Vorteilhaft ist vor
dem Gebläse eine Entstaubungseinrichtung 21 vor gesehen, die z. B. aus mehreren
parallelgeschalteten Zyklonen mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser besteht. Die
Staubaustragrohre 16, 17 und 18 der Zyklone 8, 9 und 1.0 münden jeweils in die zu
dein vorhergehenden Zyklon führende Leitung 11, 12 und 13, während das Staubaustragrohr
19 des ersten Zyklons 7 unmittelbar in dem Drehrohrofen endet. Vorteilhaft mündet
in das Staubaustragrohr 19 ein Rohr 22, an welches die Staubauslässe der Entstaubungseinrichtung
21 angeschlossen sind.
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Die Leitung 14 zwischen dem vorletzten Zyklon 9 und dem letzten Zyklon
1.0 ist weit einer Aufgabevorriehtung für das Eisenerz versehen. Sie besteht aus
einem Behälter 10, ins welchen das Erz beispielsweise mittels eines nicht gezeichneten
Becherwerkes eingebracht wird. An den Behälter ist unten ein Rohr 25 angeschlossen,
und dieses mündet in die Leitung 14. Vorteilhaft ist das Rohr 25 oberhalb der Leitung
14 unterbrochen und schräg zugespitzt. An die schräge Fläche des Rohres legt sich
eine Pendelklappe 30 an. Sie sitzt fest auf einer Achse 31, die ihrerseits in den
Wänden eines die Klappe umgebenden Gehäuses 32 drehbar gelagert ist. An das Gehäuse
ist unten die Fortsetzung des Rohres 25 angeschlossen, Die Pendelklappe ist durch
ein Gewicht 33 im Schließsinne belastet. Das Gewicht ist verschiebbar auf einen:
Hebel 34 angeordnet, der außerhalb des Gehäuses auf der Achse befestigt ist. Durch
Verschieben des Gewichts auf dem Hebel 1'äßt sich das Schließmoment der Klappe regeln.
Es wird so eingestellt, daß sich das Erz in dem Rohr 25 bis zu einer gewissen Höhe
der Klappe anstaut. Auf diese Weise wird ein guter Materialabschluß gegen den Durchtritt
von Gas durch das Rohr 25 erzielt. Die Klappe öffnet erst, wenn das Gewicht des
angestauten Erzes das Schließmoment überwindet. Von diesem Zeitpunkt an gießt über
den Rand der Klappe jeweils die gleiche Erzmenge ab, wie dem Rohr 25 aus dem Behälter
20 zuläuft. Entsprechende Pendelklappen 40, 41, 42, 43 und 44 sind in dem Rohr 22
sowie in den Staubaustragrohren 16, 17, 18 und 19 vorhanden. Ferner ist vorteilhaft
in den Leitungen 11, 12, 13 und 14, und zwar mit Abstand unterhalb der Rohre 16,
17, 18 und 25, je eine kreisrunde Prallplatte 45, 46, 47 und 48 angeordnet.
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Das Abgas des Drehrohrofens hat beim Eintritt in die Leitung 11 eine
Temperatur von 1100 bis 120011 C. Als Eisenerz wird dein ]Behälter 20 beispielsweise
Hämatit (Fe20s) aufgegeben. Das Erz besitzt eine Korngröße von etwa 0 bis 3 mm.
Es gelangt aus dem Behälter durch das Rohr 25 auf die Prallplatte 48 und
von ihr gut verteilt in die Leitung 14. Hier wird es von dem Gas, das die Leitung
durchzieht, erfaßt und in der Schwebe mit ihm in den Zyklon 10 getragen.
Das
darin abgeschiedene Erz wird durch das Staubaustragrohr 18 in die Leitung 13 eingeführt
und von dem Gas, welches diese durchfließt, in den Zyklon 9 mitgenommen. Das hier
ausgeschiedene Erz gelangt in gleicher Weise durch die Leitung 12 in den Zyklon
8 und von dort durch die Leitung 11 in den Zyklon 7. Aus ihm wird es schließlich
durch das Staubaustragrohr 19 in den Drehrohrofen eingebracht.
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Man sieht, daß das Erz auf dem Wege von der Aufgabestelle bis zum
Eintritt in den Drehrohrofen mit immer heißerem Gas in Berührung kommt. Auf diese
Weise findet ein sehr guter Wärmeaustausch von dem Gas auf das Erz statt. Hierdurch
wird das Erz entwässert und bis zum Eintritt in den Drehrohrofen auf eine Temperatur
von 700° C vorerhitzt. Sofern das Abgas CO-haltig ist, erfolgt gleichzeitig eine
Vorreduktion des Erzes. In den Fällen, wo der Wärmeinhalt des Abgases allein nicht
ausreicht, um das Erz auf die genannte Temperatur zu bringen, kann die Leitung 11
zusätzlich mit Heißgas, z. B. aus einem besonderen, d. h. von dem Drehrohrofen getrennten,
Verbrennungsofen gespeist werden.
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Das Abgas des Zyklons 10 zieht durch die Leitung 50 in die
Entstaubungseinrichtung 21. In dieser schlägt sich der mitgeführte Staub
nieder. Das so gereinigte Abgas wird durch das Gebläse 15 in die Atmosphäre abgestoßen.
Der Staub gelangt durch das Rohr 22 in das Rohr 19 und aus ihm ebenfalls in den
Drehrohrofen.
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Als Reduktionsmittel wird z. B. Steinkohle von 0 bis 5 mm Korngröße
benutzt. Infolge der Drehung des Ofens mischt sich das Erz mit der Steinkohle. Dabei
findet ein Wärmeaustausch von dem Erz auf die Steinkohle statt. Das Erz-Steinkohle-Gemisch
durchwandert den Drehrohrofen im Gegenstrom zu dem heißen Verbrennungsgas der Flamme
3 und wird auf diesem Wege auf 1000° C erhitzt. Dabei wird das Eisenerz reduziert.
Da es mit einer hohen Temperatur von 700° C in den Ofen eintritt, also bereits einen
großen Wärmeinhalt besitzt, braucht in dem Drehrohrofen selbst nur eine entsprechend
geringere Wärmemenge auf das Gemisch übertragen zu werden, um es auf die genannte
Temperatur zu bringen. Infolgedessen kann das Gemisch mit einer höheren Geschwindigkeit
durch den Drehrohrofen geführt werden, als es bei einer Betriebsweise ohne Vorerhitzung
des Erzes möglich wäre. Gegenüber einer derartigen Betriebsweise bietet also die
Erfindung den Vorteil, daß bei gleichem Wärmeaufwand eine beträchtlich größere Erzmenge
durch den Ofen durchgesetzt werden kann.
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Die Reduktion im Drehrohrofen geschieht im wesentlichen durch direkte
Reduktion mit dem Kohlenstoff der Steinkohle und nur in geringem Maße durch indirekte
Reduktion mit dem Kohlenoxydgas, das aus der Steinkohle entsteht. Bei der Reduktion
wird ein großer Teil des Fe203 zu metallischem Eisen und der Rest zu Fe0 umgewandelt.
Der Ofenaustrag wird nach Abkühlung und Zerkleinerung einer Magnetscheidung unterworfen.
Dabei wird ein Konzentrat gewonnen, in welchem sich außer dem metallischen Eisen
auch das Fe0 wiederfindet. Anschließend wird das Konzentrat in einem Stahlofen fertig
reduziert. Häufig ist es von Nutzen, daß der Ofenbeschickung ein Zuschlagstoff beigegeben
wird. Hat das Eisenerz beispielsweise eine kieselsäurehaltige Gangart, so ist als
Zuschlagstoff Kalkstein am Platze. Dieser besitzt die Fähigkeit, die Kieselsäure
zu binden. Vorteilhaft wird der Kalkstein - und das gilt auch für andere inerte
Zuschlagstoffe - etwa in der gleichen Korngröße wie das Erz verwendet und laufend
in eine der Leitungen zwischen zwei Zyklonen eingebracht. Zweckmäßig wird er zugleich
mit dem Erz in den Behälter 20 aufgegeben. In diesem Fall ist eine besondere Aufgabevorrichtung
für den Kalkstein erspart. Nach dem Austritt aus dem Rohr 25 durchzieht er die einzelnen
Staubabscheider und Leitungen in der gleichen Weise wie das Erz und wird dabei ebenfalls
entwässert sowie vorerhitzt.
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Als Reduktionsmittel können außer feinkörniger Steinkohle auch andere
feinkörnige Brennstoffe, z. B. Koksfein oder gemahlene Braunkohle, benutzt werden.
Weiterhin kann es sich als nützlich erweisen, daß als Reduktionsmittel ein Gemisch
aus verschiedenen feinkörnigen Brennstoffen, z. B. aus Koksklein und feiner Steinkohle,
aufgegeben wird.
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Die Haube 51 ist gegenüber dem Drehofen 1 in passender Weise abgedichtet,
so daß das Aufgabeende des Drehrohrofens bis auf die Leitungen 4, 19
und 11
abgeschlossen ist.