DE19625127C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Eisenschwamm - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 19 bzw. 21.

Bei der Reduktion von stückigen Eisenoxiden in einem Reduktionsschacht mit staubhaltigem und kohlenmon­ oxidreichem Reduktionsgas aus einem Einschmelzverga­ ser in einer Eisenerzreduktions-Schmelzanlage kann nur ein Teil des Lückenvolumens der Schüttung im Re­ duktionsschacht zur Aufnahme des Staubes, der mit dem Reduktionsgas in den Reduktionsschacht eingetragen wird, genutzt werden. Neben dem Staub, der mit dem Reduktionsgas eingetragen wird, wird bei Anlagen, bei denen der Reduktionsschacht über Fallrohr mit dem Einschmelzvergaser verbunden ist, eine zusätzliche Staubmenge mit dem Vergasergas über die Fallrohre und Austragsvorrichtungen in den unteren Bereich des Re­ duktionsschachtes eingetragen. Der Staubgehalt dieses Vergasergases ist um mehrere Male höher als derjenige des zielgerichtet in den Reduktionsschacht eingeführ­ ten Reduktionsgases, das zuvor in Heißgaszyklonen entstaubt wurde. Neben diesem Staub wird über die Fallrohre zusätzlich der Staub aufgrund der Windsich­ tung des ausgetragenen Eisenschwamms und gegebenen­ falls der kalzinierten Zuschlagstoffe durch das auf­ strömende Vergasergas zum Reduktionsschacht zurückbe­ fördert. Der Gesamtstaub führt zu einer stärkeren Verstaubung des unteren Bereichs des Reduktions­ schachtes, zu Kanalbildungen, zu einem Hängenbleiben der Schüttung sowie zu einem unkontrollierten Austrag des Eisenschwamms durch die Austragsvorrichtungen. Besonders nachteilig wirkt sich aus, daß der über die Fallrohre aus dem Einschmelzvergaser in den Reduk­ tionsschacht gelangende Staub teerhaltige und nur zum Teil entgaste Kohlepartikel sowie andere Komponenten, die zu einer Agglomeratbildung führen, enthält.

Bei einer stärkeren Verstaubung der Eisenoxid-Schüt­ tung im Bustle- bzw. Eintrittsbereich des Reduktions­ gases erhöht sich der Druckunterschied zwischen dem Einschmelzvergaser und dem unteren Teil des Reduk­ tionsschachtes und dementsprechend des über die Fall­ rohre und die Austragsschnecken aufströmenden stark verstaubten Vergasergases, durch welche dieses einen direkten Zugang zur wenig verstaubten Schüttung in der Mitte des Reduktionsschachtes hat. Durch den er­ höhten Druckunterschied wirkt die Windsichtung in den Fallrohren immer stärker, der Staubgehalt des zurück­ strömenden Gases wird immer höher und die Schüttung im unteren Bereich des Reduktionsschachtes kann mit dem Kreislaufstaub so angereichert werden, daß wegen der hohen Reibungskräfte in der mit Staub angerei­ cherten Schüttung ganz geringe Druckunterschiede aus­ reichen, um die Schüttung zum Hängenbleiben zu brin­ gen, was zu den bekannten Phänomenen der Kanalbildung und der ungestörten Strömung des Gases mit sehr hohem Staubgehalt aus dem Einschmelzvergaser in den Reduk­ tionsschacht zur Folge hat. Ein Teil des Staubes wird weiterhin aus dem unteren Teil des Reduktionsschach­ tes nach oben in die Reduktionszone transportiert und führt auch dort zur Verstaubung der Schüttung und zu einer Kanalbildung. Solche starken Verstaubungen des Bustlebereiches können auftreten, wenn zu viel Unter­ korn mit der Kohle eingetragen wird, wenn in der Koh­ lemischung eine größere Menge Kohle eingesetzt wird, die bei hohen Temperaturen stark zerfällt, wenn ex­ trem hohe Temperaturen im Vergaser auftreten, die zu einem stärkeren Kohlezerfall führen, bei einem stär­ keren Erzzerfall im Reduktionsschacht und bei einem Ausfall bzw. Teilausfall der Staubrückführung. Wenn solche Fälle auftreten, benötigt der Reduktions­ schacht eine ziemlich lange Zeit, bis er sich vom Staub gereinigt hat, da ein Teil des Staubes durch gebildete Kanäle immer wieder nach oben gefördert wird.

Vom restlichen Lückenvolumen wird ein Teil durch Feinpartikel, die mit dem Rohmaterial eingetragen und zum Teil im Reduktionsschacht durch Reduktion der Eisenträger bzw. Kalzinierung der Zuschlagstoffe ent­ stehen, ausgefüllt. Die Aufnahmekapazität des Reduk­ tionsschachtes hierfür ist stark begrenzt, da ein größerer Teil des Lückenvolumens für die Strömung des Reduktionsgases durch die Schüttung erhalten bleiben muß, damit die für die Reduktion der Eisenoxide und die Kalzinierung der Zuschlagstoffe minimal erforder­ liche spezifische Reduktionsgasmenge unter mäßigem und nach oben begrenztem Druckverlust durch den Re­ duktionsschacht hindurchgeführt werden kann. Bei Überschreitung eines bestimmten, von der Korngröße, der Kornzusammensetzung und dem Lückenvolumen der Schüttung abhängigen Druckverlustes kommt es zum be­ kannten "Hängen" der Schüttung sowie zu einer Kanal­ bildung und Durchströmung eines Teils des Reduktions­ gases durch die Kanäle, ohne am Reduktionsprozeß be­ teiligt zu sein. Das Ergebnis hiervon sind ein nied­ riger Metallisierungsgrad, eine niedrige Aufkohlung des Eisenschwamms, ein niedriger Kalzinierungsgrad der Zuschlagstoffe, eine niedrige Leistung der Anlage sowie eine schlechte Qualität des Roheisens. Daher ist für einen normalen Betrieb eine minimale spezifi­ sche Menge des Reduktionsgases erforderlich, die ohne Kanalbildung und ohne ein Hängenbleiben der Schüttung durch den Reduktionsschacht hindurchgeführt wird. Diese spezifisch erforderliche Reduktionsgasmenge hängt vom Oxidationsgrad des Reduktionsgases, dem Eisengehalt der Eisenoxide, den Zerfallseigenschaften der eingesetzten Eisenoxide bei niedrigen Temperatu­ ren, der Menge und den Zerfallseigenschaften der Zu­ schlagstoffe sowie anderen Faktoren ab und beträgt etwa 1050 m_n ³ Reduktionsgas pro Tonne Eisenoxide. We­ gen der hohen Temperaturen des Vergasergases und we­ gen eines geringen Druckverlustes in der als Gassper­ re für das unentstaubte Vergasergas über die Fallroh­ re dienenden Schüttung, welcher durch einen großen Querschnitt des Reduktionsschachtes im unteren Be­ reich gegeben ist, werden ausgemauerte Heißgaszyklone mit einem mäßigen Wirkungsgrad als Entstaubungsaggre­ gate für das Reduktionsgas eingesetzt, so daß dieses auch nachträglich noch beträchtliche Mengen an Staub enthält und dadurch bei der spezifischen Reduktions­ gasmenge ein relativ geringer Spielraum nach oben gegeben ist. Durch die Einleitung des Reduktionsgases im Bustlebereich nur am Umfang des Reduktionsschach­ tes wird der für die Abscheidung des Staubes noch frei verfügbare Teil des Lückenvolumens der Schüttung in der radialen Mitte des Reduktionsschachtes kaum genutzt' wodurch die durchsetzbare spezifische Reduk­ tionsgasmenge noch kleiner und der Außenring der Schüttung im Bereich der Gaseinlässe stärker als er­ forderlich verstaubt werden. In diesem Außenring fan­ gen dann die Kanalbildung und das Hängenbleiben der Schüttung an. Je größer der Durchmesser des Reduk­ tionsschachtes ist, desto kleiner ist die spezifische Reduktionsgasmenge' die durch den Reduktionsschacht ohne ein Hängenbleiben und ohne eine Kanalbildung durchgesetzt werden kann.

Die AT 382 166 B beschreibt ein Verfahren zur Direkt­ reduktion von teilchenförmigen eisenoxidhaltigem Ma­ terial in einem Schachtofen, wobei reformiertes Erd­ gas als Reduktionsgas einer Reduktionszone des Schachtofens zugeführt wird. Um hierbei den Kohlen­ stoffgehalt des reduzierten Materials wunschgemäß einstellen zu können, wird das Erdgas in eine mit Niedrigkohlenwasserstoffen angereicherte Fraktion und eine mit höheren Kohlenwasserstoffen angereicherte Fraktion aufgetrennt. Die mit Niedrigkohlenwasser­ stoffen angereicherte Fraktion wird über einen Refor­ mer in die Reduktionszone geleitet und die mit höhe­ ren Kohlenwasserstoffen angereicherte Fraktion wird direkt in die Reduktionszone der unterhalb der Reduk­ tionszone in den Schachtofen geleitet. Die entspre­ chenden Gaseinlässe befinden sich jeweils am Umfang des Schachtofens. Beide Fraktionen sind praktisch staubfrei.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein gattungsgemä­ ßes Verfahren dahingehend zu verbessern, daß eine Aufkohlung und verstärkte Reduktion des Eisenschwamms erhalten werden, daß die im radial mittleren Bereich wenig verstaubte Schüttung für die Abscheidung von Staub genutzt wird, daß ein größerer Druckverlust in der Schüttung im unteren Bereich des Reduktions­ schachts auftritt, so daß Heißgaszyklone mit einem größeren Druckverlust und damit einem höheren Ab­ scheidegrad zur Entstaubung des als Reduktionsgas verwendeten Vergasergases eingesetzt werden können, daß die Menge des über die Fallrohre in den Reduk­ tionsschacht strömenden staubhaltigen Vergasergases stark begrenzt wird, und daß durch eine gleichmäßige Verstaubung der gesamten Schüttung kein zusätzlicher Druckunterschied über die Verbindungsleitungen bzw. Fallrohre zwischen dem Einschmelzvergaser und dem unteren Teil des Reduktionsschachtes auftritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei der Vorrich­ tung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale und bei dem Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil jeweils der Ansprüche 19 und 21 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen- der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den jeweils zugeordneten Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Reduktionsschacht,

Fig. 2 einen horizontalen Schnitt durch den Reduktionsschacht nach Fig. 1 zwischen dem Bustlebereich und dem Bereich der Kanäle bzw. Leitungen für die zusätz­ liche Einleitung von Reduktionsgas, und

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch einen Kanal für die Zuführung von Reduk­ tionsgas.

Der von oben, das heißt oberhalb der Reduktionszone über Verteilerrohre 4, von denen in Fig. 1 nur zwei wiedergegeben sind, beschickte zylindrische Reduk­ tionsschacht 1 hat einen sich nach unten erweiternden Querschnitt und weist in seinem oberen Bereich A eine Konizität von etwa 2°, in seinem mittleren, etwa 5 m hohen Bereich B eine Konizität von etwa 0,5° und in seinem unteren, etwa 2 m hohen Bereich C eine Konizi­ tät von 2,5° auf. Weiterhin hat er in seinem unteren Bereich mehrere trichterförmige Produktauslässe 5, von denen in Fig. 1 nur zwei und in Fig. 2 sechs wie­ dergegeben sind. Die vorzugsweise trichterförmigen Verlängerungen bzw. Verbindungsleitungen 5a der Pro­ duktauslässe 5 münden direkt im waagerecht oder leicht gewölbt ausgebildeten Boden des Reduktions­ schachtes 1. Die Produktauslässe 5 sind durch Einbau­ ten aus Feuerfestmaterial, nämlich Zwischenwänden 9 und einem konischen Block 10 in der radialen Mitte des Reduktionsschachts 1 mit wasser- oder stickstoff­ gekühlten Halterungen 6 gebildet. Ein wassergekühlter Träger 12 mit einem diesen umgebenden Schutzrohr 13 und einer Isolierung im unteren Bereich zwischen die­ sen exzentrisch zueinander angeordneten Rohren sowie ein auf den Träger 12 aufgesetzter und nach unten offener Kanal 11 in Form einer Halbrohrschale mit verlängerten seitlichen Wänden ist in Fig. 3 darge­ stellt. Die Träger 12 mit den Kanälen 11 sind ober­ halb der Produktauslässe 5 angeordnet und werden mit ihrem radial inneren Ende auf den Halterungen 6 des Blocks 10 aus Feuerfestmaterial abgestützt. Als Al­ ternativausführung ist in Fig. 1 eine nach innen ab­ wärts geneigte, vorn schräg abgeschnittene wasserge­ kühlte Leitung 8 gestrichelt eingezeichnet. In die Kanäle 11 bzw. Leitungen 8 wird von außen Reduktions­ gas eingeleitet, wie durch Pfeile 15 angedeutet ist. Im Bereich der Einleitung des Reduktionsgases werden die seitlichen Wände der Kanäle 11 tiefer gezogen und die Ausmauerung wird stärker ausgeführt, um horizon­ tale Flächen, auf denen der abgelagerte Staub liegen bleiben kann, zu vermeiden. Ein größeres Gefälle kann erreicht werden, wenn die Gasanschlüsse 15 seitlich und schräg in bezug auf den Träger 12 angeordnet wer­ den. Am unteren Ende der Verbindungsleitungen 5a be­ findet sich vorteilhaft jeweils eine in den Figuren nicht dargestellte Austragsvorrichtung für den Eisen­ schwamm.

Ein normaler Betrieb einer derartigen Anlage mit der Einleitung eines heißen, staubhaltigen und kohlenmon­ oxidreichen Reduktionsgases nur am Umfang des Reduk­ tionsschachtes 1 über einen Bustlekanal 2 sowie Re­ duktionsgaseinlässe 3 ist bei Einsatz von Stückerz nur bei kleineren und bei Einsatz von Pellets guter Qualität bei größeren Reduktionsschächten möglich. Bei großen Anlagen, die mit normalen Rohstoffen be­ trieben werden, ist es dagegen fast unumgänglich, daß ein Teil des Reduktionsgases in die radiale Mitte des Reduktionsschachtes 1 eingeleitet wird, um einen sta­ bilen Betrieb in einem breiteren Leistungsbereich und mit mehr Spielraum bei der spezifischen Reduktions­ gasmenge, dem Staubgehalt des Reduktionsgases und der Rohmaterialauswahl zu erreichen. Ein Durchmesser des Reduktionsschachtes von etwa 5 bis 6 m kann als Gren­ ze zwischen diesen beiden Ausführungsformen angesehen werden.

Bei größeren Reduktionsschächten und bei Verwendung eines heißen, staubhaltigen und kohlenmonoxidreichen Reduktionsgases werden somit im unteren Bereich des Reduktionsschachtes mehrere trichterförmige Produkt­ auslässe 5 durch Einbauten aus Feuerfestmaterial ge­ bildet, die aus den Zwischenwänden 9 und dem koni­ schen Block 10 im mittleren Bereich bestehen und die mit den mit Wasser oder Stickstoff gekühlten Halte­ rungen 6 versehen sind, die durch den Boden des Re­ duktionsschachtes 1 in die Einbauten hineinragen. Diese Halterung dienen gleichzeitig als Stützen für die wassergekühlten Träger 12, an denen die Kanäle 11 für die Einleitung des Reduktionsgases in den unte­ ren, überwiegend radial mittleren Bereich des Reduk­ tionsschachtes 1 aufgehängt werden, sowie gegebenen­ falls als Stützen für die Leitungen 8. Durch die aus­ gemauerten, vorzugsweise trichterförmigen Verbin­ dungsleitungen 5a, die auf dem Boden des Reduktions­ schachtes 1 angeschweißt oder mit Flanschverbindungen befestigt sind und die die trichterförmigen Produkt­ auslässe 5 verlängern, ist ein steiler, für das Rut­ schen des Materials erforderlicher Winkel und gleich­ zeitig eine größere Höhe der Schüttung als Gassperre für den Abbau der Druckdifferenz zwischen dem Ein­ schmelzvergaser und dem Reduktionsschacht 1 gegeben. Die Einleitung eines Teils des Reduktionsgases über die Einlässe 15 in den radial mittleren Bereich des Reduktionsschachtes 1 soll etwa 2 m unterhalb der Ebene der seitlichen Reduktionsgaseinlässe 3 durch mindestens je einen Kanal 11 aus hitzebeständigem Stahl und/oder eine wassergekühlte Leitung 8, die vorzugsweise direkt oberhalb jedes Produktauslasses 5 bzw. oberhalb jeder Zwischenwand 9 angeordnet sind, erfolgen. Die Kanäle 11 für die Einleitung und Ver­ teilung des Reduktionsgases werden in Form von Halb­ rohrschalen aus hitzebeständigem Stahl mit verlänger­ ten seitlichen Wänden ausgeführt und von oben auf die wassergekühlten rohrförmigen Träger 12 aufgesetzt, so daß die verlängerten Seiten der Halbrohrschalen nach unten offene Kanäle 11 bilden. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß die breiten horizontalen oder leicht nach unten geneigten offenen Kanäle 11 nicht mit Ma­ terial oder Staub verstopfen können, daß sehr große Flächen der Schüttung für die Einleitung des Reduk­ tionsgases bereitstehen und daß durch eine schnell nach unten sinkende und stark aufgelockerte Schüttung in diesem Bereich gute Bedingungen für die Abschei­ dung des Staubes aus dem eingeleiteten Reduktionsgas und für den Abtransport des in den oberen Bereichen abgeschiedenen Staubes geschaffen werden. Dem staub­ haltigen Reduktionsgas wird über den gesamten Quer­ schnitt des Reduktionsschachtes 1 der Zutritt in weniger verstaubte Bereiche der Schüttung ermöglicht.

Der untere volumenmäßig große Teil des Reduktions­ schachtes 1, der fast ein Drittel des Volumens des Reduktionsschachtes 1 in Anspruch nimmt, welcher als Gassperre dient und am Reduktionsprozeß nicht teil­ nimmt, wird durch Einleitung von kälterem Reduktions­ gas für eine stärkere Aufkohlung und Restreduktion des Eisenschwamms genutzt. Dadurch kann die Reduk­ tionszone und damit der gesamte Reduktionsschacht kleiner und leichter gebaut werden, wodurch sich bei Reduktionsschächten mittlerer Größe mit einem Gesamt­ gewicht von etwa 1500 Tonnen und mehr sowie einer großen Spannweite der Träger ein erheblicher Vorteil ergibt.

Ein höherer Kohlenstoffgehalt und eine höhere Metal­ lisierung des Eisenschwamms senken den Energiebedarf des Einschmelzvergasers und tragen zu einem gleichmä­ ßigeren Betrieb und einer besseren Qualität des Roh­ eisens bei. Das Reduktionsgas wird daher über die Einlässe 15 mit einer niedrigeren Temperatur als der des restlichen Reduktionsgases zugeführt, um bessere Bedingungen für die Aufkohlung des Eisenschwamms im unteren Bereich des Reduktionsschachtes 1 zu schaf­ fen. Als optimal ist eine um 50° bis 100°C niedrige­ re Temperatur für diesen Teilstrom des Reduktionsga­ ses anzusehen. Eine weitere Abkühlung bis auf etwa 650°C, die für die Aufkohlung des Eisenschwamms op­ timal wäre, würde jedoch zu einer Abkühlung in der Schachtmitte und damit zu einer niedrigeren Metalli­ sierung in diesem Bereich führen.

Durch die Einleitung eines kälteren Reduktionsgases wird trotz der stark exothermen Boudouard-Reaktion die Schüttung in diesem für eine Agglomeratbildung kritischen Bereich abgekühlt und in Verbindung mit einer Entlastung der Schüttung vom Gewicht der dar­ über befindlichen Materialsäule durch die wasserge­ kühlten Träger 12 und/oder die wassergekühlten Lei­ tungen 8 die Bildung von Agglomeraten vermieden. Be­ kanntlich spielen bei der Bildung von Agglomeraten aus kalzinierten Zuschlagstoffen und aus nicht voll­ entgasten und teerhaltigen Kohlepartikeln, deren Ent­ gasungsprodukte auch Wasserdampf enthalten, die beide als Bindemittel und Hauptbestandteile der Agglomerate mit eingeschlossenen Eisenschwammpartikeln und rest­ lichen Staubbestandteilen wirken, die Temperatur der Schüttung sowie deren Pressung eine entscheidende Rolle. Oberhalb von einmal gebildeten Agglomeraten sinkt die Schüttung in darüberliegenden Bereichen des Reduktionsschachtes 1 mit einer niedrigeren Geschwin­ digkeit. Es kann auch in der Reduktionszone bereichs­ weise zu starken Verstaubungen und zu lokalen Über­ hitzungen durch die stark exotherme Boudouard-Reak­ tion kommen. Als eine vorteilhafte Ausbildung ist die Anordnung der Austragsschnecken am unteren Ende der Verbindungsleitungen 5a anzusehen. Bei dieser Ausfüh­ rung braucht der Reduktionsschacht 1 bei einem Aus­ tausch oder einer größeren Reparatur der Austrags­ schnecken nicht mehr ausgeräumt zu werden, wodurch lange Produktionsausfallzeiten und hohe Anfahrkosten vermieden werden.

Dadurch, daß die Kanäle 11 nach unten offen sind, sind beste Bedingungen für die Abscheidung und den Abtransport des abgeschiedenen Staubes gegeben. Die Halbrohrschalen der Kanäle 11 mit den verlängerten seitlichen Wänden können aus einem Stück oder mit ganz wenigen Schweißnähten an unkritischen Stellen gefertigt werden und dienen als Verschleißschutz und Wärmeisolierung für die wassergekühlten Träger 12. Um die Wärmeverluste der Träger 12 niedrig zu halten, werden sie mit dem zusätzlichen Schutzrohr 13 aus hitzebeständigem Stahl versehen. Der untere, tempe­ raturmäßig stärker belastete Bereich zwischen den beiden zueinander exzentrisch liegenden Rohren wird mit Isolierwolle 14 ausgestopft, und das Schutzrohr 13 wird vorzugsweise im oberen Bereich quer zu seiner Achse in bestimmten Abständen aufgeschlitzt, um eine Verformung durch unterschiedliche Wärmebelastungen zu vermeiden. Die Träger 12 und/oder die Leitungen 8 werden in der Wandung des Reduktionsschachtes 1 und auf den in die Zwischenwände 9 und den Block 10 ein­ gebetteten Halterungen 6 abgestützt, so daß keine langen und starken Träger 12 und/oder Leitungen 8 für den Bau von großen Reduktionsschächten erforderlich sind. Es ist vorteilhaft, die in den konischen Block 10 eingebetteten Halterungen 6 für die Abstützung der Rohrträger 12 und der Kanäle 11 und die in die Zwi­ schenwände 9 eingebetteten Halterungen 6 für die Ab­ stützung der Leitungen 8 zu nutzen. Die wassergekühl­ ten Leitungen 8 werden unter einem steilen Winkel verlegt und an ihrem vorderen Ende schräg abgeschnit­ ten, um die Anströmfläche der Schüttung zu vergrößern und Verstopfungen der Leitungen 8 zu vermeiden.

Bei der Auswahl der Konizität der Reduktionszone des Reduktionsschachtes 1 sind die eingetragene Staubmen­ ge, das Aufschwellen der Eisenoxide, die Zerfallsei­ genschaften und Kornzusammensetzung der Eisenoxide und Zuschlagstoffe und der Gehalt an Kohlenmonoxid im Reduktionsgas zu berücksichtigen. Im Bereich von den seitlichen Einlässen 3 für das Reduktionsgas bis zu einer Höhe von etwa 2 m darüber, in welchem die größ­ te Verstaubung und die größte Gefahr für ein Festhän­ gen der Schüttung bestehen, wird eine hohe Konizität von etwa 2,5° gewählt, damit sich die Schüttung öff­ nen und den Staub aufnehmen kann. Eine weitere starke Verkleinerung des Querschnitts nach oben wäre für die Aufnahme des Staubes vorteilhaft, aber sie würde zu einem stärkeren Anstieg des spezifischen Druckverlu­ stes in den oberen Bereichen des Reduktionsschachtes 1 durch einen Anstieg der Gastemperatur bzw. der Gas­ geschwindigkeit führen. In diesem Bereich findet die Aufkohlung des Eisenschwammes und eine Erwärmung des gesamten Bereiches durch die stark exotherme Boudouard-Reaktion statt, wobei die Abnahme der Gas­ menge durch Aufkohlung des Eisenschwammes durch eine Zunahme der Gasmenge aufgrund intensiver Kalzinierung der Zuschlagstoffe mehr als ausgeglichen wird. Bei einem Anstieg der Gastemperatur von 80°C wird der spezifische Druckverlust bei gleichbleibendem Quer­ schnitt bis zu 15% ansteigen. Aus diesem Grund wird in diesem etwa 3 bis 5 m hohen Bereich ein kleinerer Konizitätswinkel von etwa 0,5° gewählt. Für einen kleinen Winkel und einen größeren spezifischen Druck­ verlust durch eine stärkere Verstaubung als in den oberen Bereichen spricht auch ein größeres Gewicht der darüber befindlichen Materialsäule. Dadurch kön­ nen ein höherer Druckverlust und eine stärkere Ver­ staubung in diesem Bereich zugelassen werden. Im Be­ reich darüber wird eine Konizität von etwa 2° als optimal angesehen.

Die Beschickung des Reduktionsschachtes 1 mit Eisen­ oxiden, die gegebenenfalls mit Zuschlagstoffen ver­ mischt sind, erfolgt über die im oberen Bereich in einem Kreis mit dem Mittelpunkt in der Längsachse des Reduktionsschachtes 1 angeordneten Verteilerrohre 4. Ihre Anzahl entspricht mindestens dem Doppelten der Anzahl der Produktauslässe 5. Bei größeren Reduk­ tionsschächten sollten die Verteilerrohre in zwei Kreisen und größerer Anzahl eingebaut werden, um die Entmischung der Möllerung zu minimieren und eine ver­ stärkte Gasströmung im Randbereich und in der Mitte des Reduktionsschachtes, bedingt durch ein starkes M- Profil, zu vermeiden. Die Verteilerrohre 4 sind sym­ metrisch zu den Achsen der Produktauslässe 5 angeord­ net. Damit wird erreicht, daß die Schüttung unterhalb der Verteilerrohre 4, die reicher an feiner Körnung ist und die mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als die gröbere Schüttung absinkt, durch je zwei Verteil­ errohre 4, die direkt oberhalb der beiden Einzugsbe­ reiche der Austragsschnecken, und zwar zwischen dem jeweiligen Kanal 11 und dessen beiden benachbarten Zwischenwänden 9 liegen, mit einer erhöhten Geschwin­ digkeit absinkt.

Die in den mittleren Bereich des Reduktionsschachtes 1 über die Einlässe 15 eingeleitete Menge des Reduk­ tionsgases liegt bei Reduktionsschächten mittlerer Größe vorteilhaft bei etwa 30% der Gesamtmenge des Reduktionsgases, so daß ein flächenmäßig großer Au­ ßenring mit etwa 70% des Reduktionsgases über den Bustlekanal 2 und die Einlässe 3 versorgt wird. Durch die Reduzierung der über den Bustlekanal 2 zugeführ­ ten Gasmenge um etwa 30% reduziert sich auch die Belastung der Schüttung in diesem Bereich mit dem Staub um etwa 30%, wodurch die Bildung von Kanälen und ein Festhängen der Schüttung bei einem normalen Betrieb nicht mehr zu erwarten sind. Ein kleinerer Teil des über die nach unten offenen Kanäle 11 einge­ leiteten Reduktionsgases wird auch in den Außenring, die Hauptmenge jedoch in den radial mittleren Bereich in die weniger verstaubte Schüttung des Reduktions­ schachtes 1 hineinströmen. Bei großen Reduktions­ schächten wird die eingeleitete Menge des Reduktions­ gases in den radial mittleren Bereich des Reduktions­ schachtes entsprechend ansteigen.

Die Einleitung des Reduktionsgases in den mittleren Bereich des Reduktionsschachtes über die wasserge­ kühlten und mit Inlinern aus hitzebeständigem Stahl ausgerüsteten, schräg nach unten gerichteten Leitun­ gen 8 ist eine weitere Möglichkeit für die Zuführung eines Teils des Reduktionsgases in den radial mitt­ leren Bereich des Reduktionsschachtes 1, die jedoch den Nachteil hat, daß eine relativ kleine Anströmflä­ che die Schüttung im Eintrittsbereich des Reduktions­ gases sehr stark verstauben wird, was auch in diesem Bereich nachteilig ist.

Aus diesem Grund ist die Zugabe des Reduktionsgases in den mittleren Bereich des Reduktionsschachtes 1 nur über die nach unten offenen Kanäle 11 als bevor­ zugte Alternative anzusehen.

Die Zugabe des Reduktionsgases in den mittleren Be­ reich des Reduktionsschachtes 1 über die Leitungen 8 ist daher vorzugsweise eine bei kleineren Reduktions­ schächten zu realisierende Alternative.

Die Träger 12 bzw. die Leitungen 8 tragen auch einen großen Teil des Gewichtes der darüberliegenden Mate­ rialsäule, so daß sie die Schüttung in den Produk­ tionsauslässen 5 entlasten und auflockern und es in diesen nach unten verengten trichterförmigen Berei­ chen nicht zur Brückenbildung kommt.

Die Kanäle 11 können sternartig oder parallel zuein­ ander eingebaut sein. Die Zuleitungen zu diesen und/oder zu den Leitungen 8 sind mit Gefälle verlegt, damit diese durch Staubablagerungen und Zurückschla­ gen der Schüttung bei Druckschwankungen im System nicht verstopfen.

Die verlängerten seitlichen Wände der nach unten of­ fenen Kanäle 11 sind in bestimmten Abständen mit Ver­ steifungen und Distanzstücken 16 versehen, damit eine Verengung des Kanals durch Zusammenpressen der zuein­ ander parallelen Wände durch die Schüttung vermieden wird.

Claims (21)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Eisenschwamm aus stückigen Eisenoxiden in einem Reduktionsschacht (1) unter Verwendung eines heißen, staubhaltigen und kohlenmonoxidreichen Reduktionsgases, wobei das Reduktionsgas in einem Gaserzeuger durch partielle Oxidation von festen Kohlenstoffträ­ gern erzeugt und über mehrere in gleicher Höhe am Umfang des Reduktionsschachtes (1) angeord­ nete seitliche Reduktionsgaseinlässe (3) am un­ teren Ende der Reduktionszone in den Reduktions­ schacht (1) eingeleitet wird und die stückigen Eisenoxide im oberen Bereich des Reduktions­ schachtes (1) eingegeben und als Eisenschwamm an dessen unterem Ende herausgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Ebene der seitlichen Reduk­ tionsgaseinlässe (3) zusätzliche Reduktionsgas­ einlässe (15) in Form von mindestens einem nach unten offenen, sich von der Außenseite in den radial mittleren Bereich des Reduktionsschachtes (1) erstreckenden Kanal (11) und/oder mindestens einer sich von der Außenseite schräg nach unten in den radial mittleren Bereich des Reduktionsschachtes (1) erstreckenden Lei­ tung (8) mit geöffnetem inneren Ende vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gaserzeuger ein Einschmelzver­ gaser ist und daß das untere Ende des Reduk­ tionsschachtes (1) über mindestens ein Fallrohr mit dem Kopf des Einschmelzvergasers verbunden ist zur Zuführung von Eisenschwamm aus dem Re­ duktionsschacht (1) in den Einschmelzvergaser.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im unteren Bereich des Reduk­ tionsschachtes (1) trichterförmige Produktaus­ lässe (5) durch Einbauten (9,10) aus Feuerfest­ material gebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einbauten aus radial verlau­ fenden Zwischenwänden (9) und einem sich konisch nach unten erweiternden Block (10) im in radia­ ler Richtung mittleren Bereich des Reduktions­ schachtes (1) gebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Halterungen (6) für die inne­ ren Enden des mindestens einen Kanals (11) und/oder der mindestens einen Leitung (8) in die Einbauten (9,10) eingebettet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Kanal (11) oberhalb jedes Produktauslasses (5) ange­ ordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Leitung (8) oberhalb jeder Zwischenwand (9) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanal (11) aus hitzebeständigem Stahl besteht und unterhalb eines in gleicher Richtung verlaufenden wasser­ gekühlten Trägers (12) angeordnet und an diesem aufgehängt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kanäle (11) als auf die Träger (12) aufgesetzte und nach unten offene Halbrohr­ schalen mit nach unten verlängerten parallelen Wänden ausgebildet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Träger (12) jeweils von einem Schutzrohr (13) umgeben sind und der Raum zwischen ihnen mit Isolierwolle (14) ausgefüllt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der parallelen Wän­ de zur Mitte des Reduktionsschachtes (1) hin abnimmt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (11) sternartig oder parallel zueinander angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (8) wassergekühlt und mit einer Auskleidung aus hitzebestän­ digem Stahl ausgerüstet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen zu den Kanälen (11) und/oder Leitungen (8) ein Ge­ fälle zu diesen hin aufweisen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende je­ des Produktauslasses (5) eine Austragsschnecke vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Reduktions­ schacht (1) sich von oben nach unten mit einer gestaffelten Konizität erweitert derart, daß sie im unteren Bereich von den seitlichen Reduk­ tionseinlässen (3) bis etwa 2 m oberhalb von diesen etwa 2,5°, von etwa 2 m bis etwa 5 m oberhalb von diesen etwa 0,5° und darüber etwa 2,0° beträgt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des Reduktionsschachtes (1) Verteilerrohre (4) für die Beschickung mit Eisenoxiden und gegebenenfalls Zuschlagstoffen vorgesehen sind, deren Anzahl der doppelten Anzahl der Produktauslässe (5) beträgt und welche in Umfangsrichtung kreisförmig und sym­ metrisch zu diesen angeordnet sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Heiß­ gaszyklon zwischen dem Gaserzeuger und den Reduk­ tionsgaseinlässen (3) am unteren Ende der Reduk­ tionszone angeordnet ist für die Abscheidung eines größeren Teils des Staubes aus dem Reduktionsgas.

19. Verfahren zur Erzeugung von Eisenschwamm aus stückigen Eisenoxiden in einem Reduktionsschacht (1) unter Verwendung eines heißen, staubhaltigen und kohlenmonoxidreichen Reduktionsgases, wobei das Reduktionsgas in einem Gaserzeuger durch par­ tielle Oxidation von festen Kohlenstoffträgern erzeugt und über mehrere in gleicher Höhe am Um­ fang des Reduktionsschachtes (1) angeordnete seitliche Reduktionsgaseinlässe (3) am unteren Ende der Reduktionszone in den Reduktionsschacht (1) eingeleitet wird und die stückigen Eisenoxide im oberen Bereich des Reduktionsschachtes (1) ein­ gegeben und als Eisenschwamm an dessen unterem Ende herausgeführt werden, und wobei unterhalb der Ebene der seitlichen Reduktionsgaseinlässe (3) zusätzliche Reduktionsgaseinlässe (15) in Form von mindestens einem nach unten offenen, sich von der Außenseite in den radial mittleren Bereich des Reduktionsschachts (1) erstreckenden Kanal (11) und/oder mindestens einer sich von der Außenseite schräg nach unten in den radial mittleren Bereich des Reduktionsschachtes (1) erstreckenden Leitung (8) mit geöffnetem inneren Ende vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß über die Kanäle (11) und/oder Leitungen (8) ein Reduktions­ gas mit einer niedrigeren Temperatur als der des am unteren Ende der Reduktionszone zugeführten Reduktionsgases, zugeführt sind.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich­ net, daß die Temperatur des über die Kanäle (11) und/oder Leitungen (8) zugeführten Reduktionsgases etwa 50°C niedriger als die Temperatur des am unteren Ende der Reduktionszone zugeführten Reduk­ tionsgases ist.

21. Verfahren zur Erzeugung von Eisenschwamm aus stückigen Eisenoxiden in einem Reduktionsschacht (1) unter Verwendung eines heißen, staubhaltigen und kohlemonoxidreichen Reduktionsgases, wobei das Reduktionsgas in einem Gaserzeuger durch partielle Oxidation von festen Kohlenstoffträgern erzeugt und über mehrere in gleicher Höhe am Umfang des Reduktionsschachtes (1) angeordnete seitliche Re­ duktionsgaseinlässe (3) am unteren Ende der Reduk­ tionszone in den Reduktionsschacht (1) eingeleitet wird und die stückigen Eisenoxide im oberen Be­ reich des Reduktionsschachtes (1) eingegeben und als Eisenschwamm an dessen unterem Ende herausge­ führt werden, und wobei unterhalb der Ebene der seitlichen Reduktionsgaseinlässe (3) zusätzliche Reduktionsgaseinlässe (15) in Form von mindestens einem nach unten offenen, sich von der Außenseite in den radial mittleren Bereich des Reduktions­ schachtes (1) erstreckenden Kanal (11) und/oder mindestens einer sich von der Außenseite schräg nach unten in den radial mittleren Bereich des Reduktionsschachtes (1) erstreckenden Leitung (8) mit geöffnetem inneren Ende vorgesehen sind, da­ durch gekennzeichnet, daß der Anteil des über die Kanäle (11) und/oder Leitungen (8) zugeführten Reduktionsgases auf etwa 30% der Gesamtmenge des Re­ duktionsgases eingestellt wird.