DE1533837B1 - Reduktionskammer zum chargenweisen Reduzieren von Metalloxyden - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Reduktionskammer Erzpartikeln ruhen. Das reduzierende Gasgemisch zum chargenweisen Reduzieren von Metalloxyden wird dann durch eine solche Schicht aus feuerfesten durch gasförmige Reduktionsmittel, die im oberen Partikeln geleitet, durchströmt das Erzbett und tritt Teil einen Gaseinlaß und eine Chargieröffnung, im durch eine oder mehrere verschiedene Zwischenunteren Teil einen Gasauslaß und eine Austragsöff- 5 flächen aus.

nung für das Reduktionsgut aufweist, und die sich Ein wesentliches Merkmal der Reduktionskammer

insbesondere zur Reduktion von Eisenerz zu Eisen- der Erfindung besteht darin, daß die Richtung der

schwamm eignet. Gasströme durch das Erzbett geändert werden kann,

Bei den bisher zur Durchführung von Reduktions- wodurch der thermische Wirkungsgrad bei Reduk-

verfahren verwendeten Reduktionskammern ruhte ίο tionsanlagen mit großer Kapazität, wesentlich ver-

das Erzbett auf Rosten oder Gittern, die üblicher- bessert werden kann.

weise mit Wasser gekühlt wurden (vgl. z. B. die Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug-

USA.-Patentschrift 3 052457 und die britische Pa- nähme auf die Fig. 1 und 2 der Zeichnung näher

tentschrift 725 906). Bei solchen Reduktionskammern erläutert. Es zeigt

hat es sich gezeigt, daß durch die Verwendung von 15 Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch die erfin-

Gittern oder Rosten Schwierigkeiten auftreten, wenn dungsgemäße Reduktionskammer und

die Kapazität der Reduktionsanlage durch Vergröße- F i g. 2 einen waagerechten Schnitt entlang der

rung der Reduktionskammer erhöht werden soll. Die Linie 2-2 der Fig. 1.

Lebensdauer dieser Gitter oder Roste wird nämlich Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Reduktions-

durch die hohen Temperaturen der Abgase nach- 20 kammer 14 weist eine Kammer 10 auf, in der stücki-

teilig beeinflußt. Ferner tragen zur weiteren Ver- ges Eisenerz 12 zu Eisenschwamm reduziert wird,

kürzung ihrer Lebensdauer auch die periodischen Die Kammer 10 ist von einer zylindrischen Wandung

Temperaturschwankungen bei. Ein weiterer Nachteil begrenzt, die an der Innenseite aus einer feuerfesten

dieser bekannten Reduktionskammern besteht darin, Auskleidung 16 und an der Außenseite aus einem

daß sich die Gitter oder Roste allmählich mit fein- 25 Stahlgehäuse 18 besteht. Zwischen der feuerfesten

teiligem Material verstopfen, wodurch die Wirksam- Auskleidung 16 und dem Stahlgehäuse 18 ist eine

keit der Gasströmung herabgesetzt wird, so daß die , Schicht eines gegossenen feuerfesten Materials 20

Gitter oder Roste gereinigt werden müssen, wobei angeordnet. Die feuerfeste Ziegelauskleidung 16 und

zu diesem Zweck die gesamte Reduktionskammer ■-' das feuerfeste Material 20 dienen zum Abschirmen

außer Betrieb gesetzt werden muß. 30 des Stahlgehäuses 18 gegen die Reaktionswärme im

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Reduktions- Innern.

kammer zu schaffen, welche die vorstehend geschil- Die Reduktionskammer 14 läuft am oberen Ende derten Nachteile nicht aufweist und bei der insbe- in eine Halbkugel aus. Die Kammer 10 wird mit dem sondere keine Schwierigkeiten bei der Reinigung Eisenerz 12 durch einen Einlaß 22 beschickt, der im auftreten. Es wurde nun gefunden, daß diese Auf- 35 oberen Teil der Reduktionskammer 14 vorgesehen gäbe in einfacher Weise dadurch gelöst werden kann, ist. Die feuerfeste Ziegelauskleidung 16 und das gedaß in der Reduktionskammer die bisher verwende- gossene feuerfeste Material 20 erstrecken sich auch ten durchbrochenen Platten, Roste oder Gitter durch in den Einlaß (Chargieröffnung) 22 hinein. Der Beein gasdurchlässiges Bett aus feuerfestem, stückigem schickungseinlaß 22 ist mit einer Tür 24 versehen, Material ersetzt werden, so daß die Reduktionstem- 40 die beim Beschicken geöffnet wird und die während peraturen nicht mehr von der begrenzten Hitzebe- der Reduktion des Eisenerzes einen dichten Verständigkeit des zur Herstellung der Roste verwen- schluß bildet.

deten Materials beschränkt sind. Somit kann die Am unteren Ende endet die Reduktionskammer 14

Reduktion auch bei höheren Durchschnittstempera- in einem kegelstumpfförmigen Abschnitt. Die Kam-

turen unter günstigeren Reduktionsbedingungen und 45 merwandungen laufen innen zu einer Austragsöff-

bei weitgehender Wartungsfreiheit wirtschaftlicher . nung 32 zusammen. In der Reduktionskammer ist

durchgeführt werden. im unteren Teil der Kammer 10 eine innere kegel-

Gegenstand der Erfindung ist eine Reduktions- stumpfförmige Leitwandung 26 vorgesehen. Diese kammer zum chargenweisen Reduzieren von Metall- Leitwandung 26 ist an der Innenseite mit einer feueroxyden durch gasförmige Reduktionsmittel, die im 50 festen Ziegelauskleidung 16 α ausgestattet, die sich oberen Teil einen Gaseinlaß und eine Chargieröff- vollständig um die Leitwandung herum erstreckt, nung und im unteren Teil einen Gasauslaß und eine während die Leitwandung an der Außenseite mit Austragsöffnung für das Reduktionsgut aufweist und einem feuerfesten Material 28 beschichtet ist, das die dadurch gekennzeichnet ist, daß im unteren Teil sich fast vollständig um die Leitwandung herum erein gasdurchlässiges Bett 50 aus feuerfestem, stücki- 55 streckt. Zwischen der feuerfesten Ziegelauskleidung gem Material und in Höhe des Gasauslasses 44 eine 16 α und dem feuerfesten Material 28 ist ein wasserringförmige, dem sich nach oben erweiternden Ofen- gekühlter metallischer kegelförmiger Aufbau aus querschnitt angepaßte Gassammeikammer 46 vorge- Kühlrohren 30 angeordnet. Das Wasser wird durch sehen ist. ein Rohr 31 α eingeführt und läuft durch ein Rohr

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der 60 31 b ab. Die Rohre 31a und 316 führen zu einer

Erfindung weist die Reduktionskammer Kühlrohre 30 üblichen Wasserkühlanlage,

in der Innenwand 26 der Gassammeikammer 46 auf. Die Austragsöffnung 32 weist einen kegelförmigen

Bei dieser Reduktionskammer ist der Innenraum Einlauf auf, der mit harten feuerfesten Ziegeln 34

so ausgestaltet, daß bei der Beschickung der Reduk- ausgekleidet ist. Die senkrechten Wandungen der

tionskammer mindestens zwei Zwischenschichten ge- 65 Austragsöffnung 32 sind mit dem feuerfesten Ma-

bildet werden. Ein solches Bett enthält sowohl Par- terial 36 und den feuerfesten Ziegeln 37 verkleidet,

tikeln des zu reduzierenden Erzes als auch Partikeln An der Ecke, an der die feuerfesten Ziegeln 34 und

eines inerten feuerfesten Materials, auf denen die 37 zusammenstoßen, ist ein Stahlschutzring 39 vor-

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gesehen. Der Ring 39 wird von den Trägern 41 α tritt. Weiterhin werden tote Räume in den unteren abgestützt. Die Austragsöffnung 32 ist mit einer Tür Teilen der Reduktionskammer, die sich mit Erz fül-38 versehen, die auf einem Drehzapfen 40 schwenk- len können, durch das inerte Lagermaterial der Kambar gelagert ist. Die Tür 38 wird zum Entleeren der mer vermieden. Der Abfall des Gasdruckes bei Reduktionskammer geöffnet und vor dem erneuten 5 großen Anlagen zum Reduzieren von Metallerzen Beschicken mit Eisenerz 12 geschlossen und stellt mit einem ortsfesten Bett ist eine der hauptsächlicheinen dichten Verschluß dar. sten Betriebsveränderlichen des Verfahrens, die die

Das heiße reduzierende Gas wird durch einen Gas- Wirtschaftlichkeit und Durchführbarkeit des Verfaheinlaß 42, der nahe am oberen Ende der Kammer 10 rens beeinflußt. Der Druckabfall in der inerten Lagerangeordnet ist, in die Reduktionskammer eingeführt. io zone wird weitgehend von der durchschnittlichen Das reduzierende Gas verläßt die Kammer durch Partikelgröße bestimmt sowie von dem durchschnitteinen Gasauslaß 44, der am unteren Ende der Kam- liehen Hohlraumvolumen zwischen den Partikeln des mer 10 angeordnet ist. Die feuerfeste Ziegelaus- inerten Materials. Dieser letztgenannte Faktor hängt kleidung 16 und das gegossene feuerfeste Material 20 von der Verteilung der Partikelgrößen um die durcherstrecken sich sowohl in den Gaseinlaß 42 als auch 15 schnittliche Partikelgröße herum ab, wobei das Hohlin den Gasauslaß 44 hinein. raumvolumen groß wird, wenn die Streuung der Par-

Durch einen Gaseinlaß 41 wird kaltes Gas in die tikelgrößen klein ist, d. h., wenn alle Partikeln unge-

Reduktionskammer eingelassen, der nahe am oberen fähr gleich groß sind. Werden für das inerte Material

Ende der Kammer 10 angeordnet ist. Das gegossene Partikeln mit der richtigen Größe vorgesehen, so kann

feuerfeste Material 20 erstreckt sich auch in den äö der Druckabfall im unteren Teil des Reaktors inner-

Gaseinlaß 41 hinein. halb erwünschter Grenzen gehalten werden. Diese

Das feuerfeste Material 28 an der Außenseite der Funktion des inerten gasdurchlässigen Bettes 50 ist

kegelstumpfförmigen Leitwandung 26 erstreckt sich außerordentlich wichtig, um bei Großanlagen in Re-

um die Stahlwand 18 herum und vereinigt sich mit aktoren mit ortsfesten Betten Metalloxyde reduzieren

dem feuerfesten Material 36 in der Austragsöffnung 25 zu können.

32, so daß die Außenseite der kegelstumpfförmigen Der bei der Strömung der Reduktionsgase auftre-Leitwandung und die Innenwandung der Kammer tende Druckverlust ist am größten in der sich vereinen ringförmigen Kanal 46 bildet. engenden unteren Hälfte der kegelstumpfförmigen

Wie am besten aus der Fig. 2 zu ersehen ist, ver- Leitwandung26, in der der Durchmesser sich auf

läuft der ringförmige Kanal 46 vollständig um das 3<> den Mindestwert verkleinert. Um in diesem Bezirk

untere Ende der Kammer herum. Der ringförmige einen hohen Druckabfall zu vermeiden, wird das

Kanal 46 weist eine offene Verbindung mit dem Gas- inerte Lagermaterial bis zur dargestellten Höhe auf-

auslaß 44 auf. Ein Glied 48, das sich von der unte- geschichtet.

ren Kante der kegelstumpfförmigen Leitwandung 26 Die Höhe, bis zu der das inerte Lagermaterial aus nach unten bis in die Nähe des Gasauslasses 44 35 aufgeschüttet werden soll, hängt von der Partikelerstreckt, verhindert, daß Partikel aus dem Erzbett größe sowie von dem spezifischen Gewicht und in den Gasauslaß 44 hinein- und durch diesen aus dem Hohlraumvolumen des Erzbettes ab. Beder Reduktionskammer herausfallen. Das gegossene steht z. B. das Erzbett aus kleinen Partikeln, feuerfeste Material 20 im Gasauslaß 44 vereinigt sich dann soll das aus großen Brocken bestehende mit dem feuerfesten Material 36 in der Austrags- 4<> inerte Material bis zu einer Höhe etwas oberöffnung32. halb des den kleinsten Durchmesser aufweisen-

Je nach den herrschenden Betriebsbedingungen den Teiles der kegelstumpfförmigen Leitwandung

kann der Gasauslaß44 am Stahlmantel an einer 26 aufgeschüttet werden, wie es in der Fig. 1

höhergelegenen Stelle vorgesehen werden, so daß dargestellt ist, um zu verhindern, daß die Partikeln

ein Schutzglied 48 nicht erforderlich ist. 45 vom Gas aus dem Reaktor hinausbefördert werden,

Im Austragsauslaß 32 und im unteren Teil der und um einen hohen Gasdruckabfall im engen unte-Kammer 10 befindet sich ein gasdurchlässiges Bett 50 ren Teil der kegelstumpfförmigen Leitwandung zu aus einem feuerfesten inerten Material, auf dem das verhindern. Wird das inerte Material bis zu dieser Eisenerz 12 ruht, wenn die Kammer beschickt wor- Höhe aufgeschüttet, so besteht im Partikelbett in der den ist. Als »inert« wird ein Material bezeichnet, das 5° kegelstumpfförmigen Leitwandung eine genau bemit den bei dem Verfahren verwendeten Gasen grenzte Zwischenfläche zwischen dem inerten Matechemisch nicht reagiert und eine ausreichende Tem- rial und dem Erz. Die inerten Partikeln bilden die peraturbeständigkeit aufweist. nach unten nicht genau begrenzte untere oder Aus-

Bei den meisten bekannten großen Reduktions- laß-Zwischenflache, und das Gas strömt durch diesen kammern mit ortsfesten Betten, die zum Reduzieren 55 inerten Teil des Bettes zum Gasauslaß 44 hin ab. von Metalloxyden und im besonderen zum Redu- Würde das inerte Material auf eine geringere Höhe zieren von Eisenerzen verwendet werden, erfolgt eine aufgeschüttet und ein Erz mit derselben Partikelgewisse Kanalisierung der Gasströmung, so daß die größe behandelt werden, so würde der Druckabfall Gasverteilung über das Bett hinweg ungleichmäßig durch die kegelstumpfförmige Leitwandung 26 hinist. Infolgedessen wird ein gewisser Anteil des Erzes 60 durch sich erhöhen, da in dieser an Stelle des aus unvollständig reduziert. Die Verwendung des inerten größeren Brocken bestehenden inerten Materials die gasdurchlässigen Bettes 50 an Stelle von Rosten kleineren Partikeln des Erzes liegen würden,
u.dgl. bewirkt eine Verbesserung der Gleichmäßig- Die Größe der Eisenerzpartikeln kann nicht in allen keit der Gasströmung im Querschnitt des unteren Fällen erhöht werden, um größere Gasdurchlässe zu Teiles des Erzbettes, und der Abfall des Gasdruckes 65 schaffen. Größere Erzpartikeln erschweren die Redukin der unteren Zone der Reduktionskammer ist tion, da zum Erhitzen des Innern der Erzpartikeln kleiner als der Druckabfall, der ohne Verwendung mehr Zeit benötigt wird. Außerdem wird die Diffueines solchen inerten gasdurchlässigen Bettes auf- sion für die gasförmigen Reaktionsmittel und die

Claims (2)

1. Produkte bei größeren Partikeln übermäßig lang, wo- Die Querschnitte der Einlaß- und Auslaß-

   durch die Reduktion mangelhaft wird. Werden aber Zwischenflächen sind so bemessen, daß die Gasgebeispielsweise andere Erze als Eisenerz reduziert, so schwindigkeit kleiner ist als die kritische Geschwinist es in gewissen Fällen möglich, größere Erzpartikeln digkeit, bei der die Partikeln aus der Beschickung aus- und geringere Gasgeschwindigkeiten zu verwenden. 5 getragen werden. Diese kritische Geschwindigkeit ist Unter diesen Bedingungen braucht das inerte Mate- eine Funktion der Temperatur, des Druckes und der rial nicht bis zur angegebenen Höhe aufgeschüttet molaren Strömung des Gases sowie der Größe und zu werden, so daß die untere Auslaß-Zwischenfläche des spezifischen Gewichtes der Partikeln an der Ausvon Erzpartikeln gebildet werden kann. laß-Zwischenfläche.

   Für das inerte gasdurchlässige Bett 50 können ver- 10 Nachdem das Eisenerz reduziert worden ist, wird schiedene Materialien verwendet werden. Hierzu ge- die Tür 38 an der Austragsöffnung geöffnet, und das hören die sogenannten Gangmaterialien (metallfrei), reduzierte Erz wird zusammen mit dem inerten gasmit denen die Eisenerze häufig durchsetzt sind. Die durchlässigen Bett 50 aus der Reduktionskammer bevorzugten Gangmaterialien enthalten Tonerde und ausgetragen. Das sich hierbei ergebende Gemisch aus können den Behandlungstemperaturen im unteren 15 dem reduzierten Erz und dem inerten Lagermaterial Teil der Reaktoren widerstehen. Ferner können im wird in einem geeigneten Scheideverfahren behandelt, gasdurchlässigen Bett 50 auch Abfallbrocken von wonach das reduzierte Erz direkt in einen Stahlfeuerfesten Ziegeln in geeigneter Größe verwendet erzeugungsofen eingetragen werden kann,
   werden. Außerdem eignen sich auch gewisse nicht- Vor der Wiederverwendung wird das abgeschie-

   magnetische und resistente Schlackenabfälle, die bei ao dene inerte Lagermaterial in geeigneter Weise behänden nachfolgenden Schmelz- und Raffinierungsver- delt, wobei ein Teil dieses Materials entfernt werden fahren des Eisenschwammes anfallen. kann, der sich für den Wiedereinsatz als unbrauchbar

   Bei Inbetriebnahme der Reduktionskammer wird erweist. Trotz der Auswahl eines besonderen inerten die Kammer 10 durch die Eintragöffnung 22 mit dem Materials ist es immer noch möglich, daß dieses inerten feuerfesten Material beschickt, welches das 25 während der Reduktion gewisse sekundäre chemische gasdurchlässige Bett 50 bildet. oder physikalische Änderungen erfährt. In solchen

   Danach wird die Kammer 10 mit dem Eisenerz 12 Fällen muß das nicht mehr verwendungsfähige Madurch die Eintragöffnung 22 beschickt, so daß auf terial entfernt werden. Es kann z. B. ein Zerfall erfoldem gasdurchlässigen Bett 50 ein Eisenerzbett ruht. gen, so daß ein bestimmter Anteil des inerten Materials Auf dieses Erzbett wird wiederum eine Schicht aus 30 nicht wieder verwendbar ist. In diesem Falle können feuerfesten Partikeln aufgegeben, die die erste oder durch Sieben die feineren Partikeln aus dem zurück-Einlaß-Zwischenfläche an der Oberseite des Eisen- gewonnenen inerten Material entfernt werden,
   erzbettes bildet und durch die unterbrochene Linie Zum Abscheiden des inerten feuerfesten Materials

   52 α dargestellt ist. Diese Fläche bildet die Grenze aus dem reduzierten Metalloxyd können verschiedene zwischen dem Eisenerzbett 12 und dem Volumen des 35 Verfahren angewendet werden. Bei der Behandlung freien Raumes über dem Eisenerzbett. Die zweite von Eisenerz ist das inerte Material vorzugsweise oder Auslaß-Zwischenfläche besteht an der Ober- nicht magnetisch, so daß es von dem magnetischen fläche derjenigen Partikeln, die sich in der Nähe des reduzierten Eisenschwamm mit Hilfe eines Magnetringförmigen Kanals 46 abgesetzt haben, und ist in abscheiders abgesondert werden kann. Wird die Re-F ig. 1 mit 52 b bezeichnet. Der freie Raum, der von 40 duktionskammer zum Reduzieren verschiedener Meder Innenwandung der Reduktionskammer 14, von talloxyde verwendet, die nicht magnetisch sind, so der Auskleidung 28 an der Außenwandung des kegel- kann das inerte Material magnetisch sein und gleichstumpfförmigen Abschnittes 26 und von der Auslaß- falls mittels eines Magnetabscheiders von dem nicht-Zwischenfläche 52 b abgegrenzt wird, bildet eine Gas- magnetischen reduzierten Erz abgesondert werden, sammelkammer 46, die mit dem Gasauslaß 44 ver- 45 Zum Abscheiden können ferner elektrostatische Abbunden ist. scheider, Fliehkraftabscheider und mechanische Ab-

   Nachdem die Kammer 10 mit dem Eisenerz be- scheider verwendet werden. Außerdem können FIoschickt worden ist, wird die Tür 24 der Eintrag- tations- und andere Verfahren angewendet werden, öffnung 24 geschlossen und abgedichtet. Durch den die auf unterschiedlichen spezifischen Gewichten be-Gaseinlaß 42 wird in die Kammer ein reduzierendes 50 ruhen. Obwohl in der dargestellten Reduktionskam-Gas eingelassen, das auf eine Temperatur von 925 mer der Erfindung das reduzierende Gas die Masse bis 1090° C erhitzt worden ist. Das reduzierende Gas des Erzbettes von oben nach unten durchströmt, sei dringt in das Bett des Eisenerzes 12 durch die Ein- darauf hingewiesen, daß das reduzierende Gas durch laß-Zwischenfläche 52 α ein und strömt durch den das Bett auch von unten nach oben strömen kann. Hauptteil des Bettes nach unten. Die Richtung der 53 In diesem Falle wurden die Gaseinlässe als Auslässe Strömung des reduzierenden Gases ändert sich, nach- dienen, während die Gasauslässe als Einlasse dienen dem das Gas nach unten durch das Partikelbett ge- würden. Weiterhin kann die Richtung der Strömung strömt ist, das im kegelstumpfförmigen Abschnitt 26 des reduzierenden Gases von der einen Charge zur ruht. An dieser Stelle strömt das reduzierende Gas anderen abwechselnd umgekehrt werden. Diese abüber das Partikelbett hinweg zu dem nach oben und 60 wechselnden Änderungen der Strömungsrichtung des nach außen verlaufenden Kanal, der vom kegel- reduzierenden Gases ermöglichen eine wesentliche stumpfförmigen Abschnitt 26 und der Innenwandung Verbesserung der Wärmewirtschaftlichkeit bei Reder Reduktionskammer gebildet wird. Das reduzie- duktionskammern mit einer großen Kapazität,
   rende Gas tritt aus dem ortsfesten Partikelbett durch _Ώ .. ,

   die Auslaß-Zwischenfläche 52 b aus. Die Gassammei- 65 Patentansprüche:

   kammer oberhalb der Auslaß-Zwischenfläche 52 b 1. Reduktionskammer zum chargenweisen Redient als Verteiler und leitet das reduzierende Gas duzieren von Metalloxyden durch gasförmige

   von der Auslaß-Zwischenfläche zum Gasauslaß 44. Reduktionsmittel, die im oberen Teil einen Gas-

   einlaß und eine Chargieröffnung und im unteren Teil einen Gasauslaß und eine Austragsöffnung für das Reduktionsgut aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil ein gasdurchlässiges Bett (50) aus feuerfestem, stückigem Material und in Höhe des Gasauslasses (44) eine

   ringförmige dem sich nach oben erweiternden Ofenquerschnitt angepaßte Gassammeikammer (46) vorgesehen ist.
2. 2. Reduktionskammer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Kühlrohre (30) in der Innenwand (26) der Gassammeikammer (46).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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