DE1533837C - Reduktionskammer zum chargenweisen Reduzieren von Metalloxyden - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Rediiktioiiskammer 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 {lachen aus. ' . '. . ■■■■·■:·
nung für das Reduktionsgut aufweist, und die sich Ein wesentliches Merkmal der Rediiktionskammer insbesondere zur Reduktion von Eisenerz zu Eisen- der Erfindung besteht darin, daß die Richtung der schwamm eignet. ^v Gasströme durch das Erzbett geändert werden kann,

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

verfahren verwendeten Reduktipnskammern ruhte io 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 3 052 457 und die britische Pa- nähme auf die Fig. L 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 Induktionsanlage durch Vergröße- Fig. 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

..Temperaturschwanklingen 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 Stahlgeliiiuses 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 Reduktionskanimer die bisher verwende- gossene feuerfeste Material 20 erstrecken sich auch "ten durchbrochenen Platten, Roste oder Gitter durch Jn den Einlaß (Chargieröffnung) 22 hinein. Der Beein gasdurchlässiges Bett aus .feuerfestem, stückigem sciiickungseinlaß 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 feuer-

oxyden durch gasförmige.Reduktionsmittel, die im 50 festen Ziegelumkleidung 16« 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 ..' sic'h fast vollständig um die Leitwandung herum er-

ein gasdurchlässiges Bett 50 aus feuerfestem, stiicki- 55 streckt. Zwischen der feuerfesten Ziegelaiiskleidung

gern Material und in Höhe des Gasauslasses 44 eine 16 α und dem feuerfesten Material 28 ist ein wasser- ,

ringförmige, dem sich nach oben erweiternden Ofen- gekühlter metallischer kegelförmiger Aufbau aus

querschnitt angepaßte Gassammelkarnmer 46 vorge- Kühlrohren 30 angeordnet. Das Wasser wird durch

sehen ist. ein Rohr 31« eingeführt und läuft durch ein Rohr

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der 60 31 b ab. Die Rohre 31« und 31 ή führen zu einer

Erfindung weist die Reduktionskammer Kühlrohre 30 üblichen Wasserkühlanlage,

in der Innenwand '26 der Gassaminelkammer46 auf. Die Austragsöffnung 32 weist einen kegelförmigen

Bei dieser Rediiktionskamnier ist der Innenraiim 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-

gesehen. Der Ring 39 wird von den Trägern 41 α abgestützt. Die Austragsöllnung 32 ist mit einer Tür 38 versehen, die auf einem Drehzapfen 40 schwenkbar gelagert ist. ,Die Tür 38 Wird zum Entleeren der Reduktionskainmer geöffnet und vor dem erneuten Beschicken mit Eisenerz 12 geschlossen und stellt einen dichten Verschluß dar.

Das heiße reduzierende Gas wird durch einen Gaseinlaß 42, der nahe am oberen Ende der Kammer 10 angeordnet ist, in die Reduktionskammer eingeführt. Das reduzierende Gas verläßt die Kammer durch einen Gasauslaß 44, der am unteren Ende der Kammer 10 angeordnet ist. Die feuerfeste Ziegelauskleidung 16 und das gegossene feuerfeste Material 20 erstrecken sich sowohl in den Gaseinlaß 42 als auch in den Gasauslaß 44 hinein.

Durch einen Gaseinlaß 41 wird kaltes Gas in die Reduktionskammer eingelassen, der nahe am oberen Ende der Kammer 10 angeordnet ist. Das gegossene feuerfeste Material 20 erstreckt sich auch in den Gaseinlaß 41 hinein.

Das feuerfeste Material 28 an der Außenseite der kegelstumpfförmigen Leitwandu'ng 26 erstreckt sich um die Stahlwand 18 herum und vereinigt sich mit dem feuerfesten Material 36 in der Austragsötfnung 32, so daß die Außenseite der kegelstumpfförmigen Leitwandung und die Innenwandung der Kammer einen ringförmigen Kanal 46 bildet.

Wie am besten aus der Fig. 2 zu ersehen ist, verläuft der ringförmige Kanal 46 vollständig um das untere Ende der Kammer herum. Der ringförmige Kanal 46 weist eine offene Verbindung mit dem Gasauslaß 44 auf. Ein Glied 48, das sich von der unteren Kante der kegelstumpfförmigen Leitwandung 26 aus nach unten bis in die Nähe des Gasauslasses 44 erstreckt, verhindert, daß Partikel aus dem Erzbett in den Gasauslaß 44 hinein- und durch diesen aus der Reduktionskammer herausfallen. Das gegossene feuerfeste Material 20 im Gasauslaß 44 vereinigt sich mit dem feuerfesten Material 36 in der Austragsöffnung 32.

Je nach den herrschenden Betriebsbedingungen kann der Gasauslaß 44 am Stahlmantel an einer höhergelegenen Stelle vorgesehen werden, so daß ein Schutzglied 48 nicht erforderlich ist.

Im Austragsauslaß 32 und im unteren Teil der Kammer 10 befindet sich ein gasdurchlässiges Bett 50 aus einem feuerfesten inerten Material, auf dem das Eisenerz 12 ruht, wenn die Kammer beschickt worden ist. Als »inert« wird ein Material bezeichnet, das mit den bei dem Verfahren verwendeten Gasen chemisch nicht reagiert und eine ausreichende Temperaturbeständigkeit aufweist.

Bei den meisten bekannten großen Reduktionskammern mit ortsfesten Betten, die zum Reduzieren von Metalloxyden und im besonderen zum Reduzieren von Eisenerzen verwendet werden, erfolgt eine gewisse Kanalisierung der Gasströmung, so daß die Gasverteilung über das Bett hinweg ungleichmäßig ist. Infolgedessen wird ein gewisser Anteil des Erzes unvollständig reduziert. Die Verwendung des inerten gasdurchlässigen Bettes 50 an Stelle von Rosten u. dgl. bewirkt eine Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Gasströmung im Querschnitt des unteren Teiles des Erzbettes, und der Abfall des Gasdruckes in der unteren Zone der Reduktionskainmer ist kleiner als der Druckabfall, der ohne Verwendung eines solchen inerten gasdurchlässigen Bettes auftritt. Weiterhin werden tote Räume in den unteren Teilen der Reduktionskainmer, die sich mit Erz füllen können, durch das inerte l.agermaterial der Kammer vermieden. Der Abfall des Gasdruckes bei großen Anlagen zum Reduzieren von Metallerzen mit einem ortsfesten Bett ist eine der hauptsächlichsten Betriebsveränderlichen des Verfahrens, die die Wirtschaftlichkeit und Durchführbarkeit des Verfahrens beeinflußt. Der Druckabfall in der inerten Lagerzone wird weitgehend von der durchschnittlichen Partikelgröl.ie bestimmt sowie von dem durchschnittlichen Hohlraumvolumen zwischen den Partikeln des inerten Materials. Dieser letztgenannte -Faktor hängt von der Verteilung der Partikelgrößen um die durchschnittliche Partikeigröße herum ab, wobei das Hohlraumvolumen groß wird, wenn die Streuung der Partikelgrößen klein ist, d. h., wenn alle Partikeln ungefähr gleich groß sind. Werden für das inerte Material Partikeln mit der richtigen Größe vorgesehen, so kann der Druckabfall im unteren Teil des Reaktors innerhalb erwünschter Grenzen gehalten werden. Diese Funktion des inerten gasdurchlässigen Bettes 50 ist außerordentlich wichtig, um bei Großanlagen in Reaktoren mit ortsfesten Betten Metalloxyde reduzieren zu können.

Der bei der Strömung der Reduktionsgase auftretende. Druckverlust ist am größten in der sich verengenden unteren Hälfte der kegelstumpfförmigen Leitwandung 26, in der der Durchmesser, sich auf den Mindestwert verkleinert. Um in diesem Bezirk einen hohen Druckabfall zu vermeiden, wird das inerte Lagermaterial bis zur dargestellten Höhe aufgeschichtet.

Die Höhe, bis zu der das inerte Lagermaterial aufgeschüttet werden soll, hängt von der Partikelgröße sowie von dem spezifischen Gewicht, und dem Hohlraumvolumen des Erzbettes ab. Besteht z. B. das Erzbett aus kleinen Partikeln, • dann soll das aus großen Brocken bestehende inerte Material bis zu einer Höhe etwas oberhalb des den kleinsten Durchmesser aufweisenden Teiles der kegelstumpfförmigen Leitwandung 26 aufgeschüttet werden, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, um zu verhindern, daß die Partikeln vom Gas aus dem Reaktor hinausbefördert werden, und um einen hohen Gasdruckabfall im engen unteren Teil der kegelstumpfförmigen Leitwandung zu verhindern. Wird das inerte Material bis zu dieser Höhe aufgeschüttet, so besteht im Partikelbett in der kegelstumpfförmigen Leitwandung eine genau begrenzte Zwischerifläche zwischen dem inerten Material und dem Erz. Die inerten Partikeln bilden die nach unten nicht genau begrenzte untere oder Aus-

.." laß-Zwischenfläche, und das Gas strömt durch diesen inerten Teil des Bettes zum Gasauslaß 44 hin ab. Würde das inerte Material auf eine geringere Höhe aufgeschüttet und ein Erz mit derselben Partikelgröße behandelt werden, so würde der Druckabfall durch die kegelstumpfförmige Leitwandung 26 hindurch sich erhöhen, da in dieser an Stelle des aus größeren Brocken bestehenden inerten Materials die kleineren Partikeln des Erzes liegen wurden.

Die Größe der Eisenerzpartikeln kann nicht in allen Fällen erhöht werden, um größere Gasdurchlässc zu schaffen. Größere Erzpartikeln erschweren die Reduktion, da zum Erhitzen des Innern der Erzpartikeln mehr Zeit benötigt wird. Außerdem wird die Diffusion für die gasförmigen Reaktionsmittel und die

Claims (2)

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   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 schwinüigkeit 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 AustragsÖilnung 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 Stahlfcuerfestcn Ziegeln in geeigneter Größe verwendet erzeugungsofen eingetragen werden kann, werden. Außerdem eignen sich auch gewisse nicht- Vor der Wiederverwendung wird das abgeschie-

   niagnetische und resistente Schlackenabfälle, die bei 20 dcne inerte Lagermaterial in geeigneter Weise behänden nachfolgenden Schmelz- und Raffinierungsver- delt, wobei ein Teil dieses Materials entfernt werden fahren des Eiscnschwainmes 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 EintragöfTnung 22 beschickt, so daß auf terial entfernt werden. Es kann z. B. ein Zerfall erfoldcm 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 zuriick-Einlaß-Zwischenfläche an der Oberseite des Eisen- gewonnenen inerten Material entfernt werden, crzbettes bildet und durch die unterbrochene Linie Zum Abscheiden des inerten feuerfesten Materials

   52α dargestellt ist. Diese. Fläche bildet die Grenze aus dem reduzierten Metälloxyd 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 AusIaß-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-Fig. I mit 52b bezeichnet. Der freie Raum, der von 40 duklionskammer 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 ft abgegrenzt wird, bildet eine Gas- magnetischen reduzierten Erz abgesondert werden. sammelkammcr 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 bc-Gaseinlaß 42 wird in die Kammer ein reduzierendes 50 ruhen. Obwohl in der dargestellten Reduktionskam-G as eingelassen, das auf eine Temperatur von 925 mer der Erfindung das reduzierende Gas die Masse bis 1090-¹ 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 a. ein und strömt durch den das-Bett auch von unten nach oben strömen kann. Hauptteil des Bettes nach unten. Die Richtung der 55 In^'diesem Falle würden 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- wurden. Weiterhin kann die Richtung der Strömung strömt ist, das im kegelslumpfförmigen Abschnitt 26 des reduzierenden Gases von der einen Charge zur iiiht. An dieser Stelle strömt das reduzierende Gas anderen abwechselnd umgekehrt werden. Diese abüber das Partikelbctt hinweg zu dem nach oben und 60 wechselnden Änderungen der Strömungsrichtung des nach außen verlaufenden Kanal, der vom kegel- reduzierenden Gases ermöglichen eine wesentliche stiimpfförmigen Abschnitt 26 und der Innenwandung Verbesserung der Wärmewirtschaftlichkeit bei Reder Reduktionskammer gebildet wird. Das reduzie- duktionskammern mit einer großen Kapazität, rcndc Gas tritt aus dem ortsfesten Partikelbctt durch

   die Auslaß-Zwischenflüchc 52/> aus. Die Gassammei- 65 Patentansprüche:

   kammer oberhalb der Auslaß-Zwischcnflächc 52 b ■ 1. Reduktionskammer zum chaigcnwciscn Retlicnt als Verteiler und leitet das reduzierende Gas d'uzicrcn von Metalloxydcn durch gasförmige

   von der ΛusIaß-Zwischenflüclie 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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