DE19750773A1 - Vorrichtung zum Austragen bzw. Durchmischen von stückigem Gut - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austragen bzw. Durchmischen von stücki­ gem Gut, insbesondere von teil- bzw. fertigreduziertem Eisenerz in und aus einem Schachtofen, vorzugsweise einem Direktreduktionsschachtofen, der einen nach unten und/oder zu mindestens einer Seite hin offenen Hohlkörper zum Ausbringen des Re­ aktionsgutes aufweist, wobei in dem Hohlkörper Schnecken sternförmig angeordnet sind.

In der EP-B 166679 werden Schnecken zur Bewegung von festen Partikeln in einem Schachtofen und zum Austrag derselben beschrieben. Es handelt sich hierbei um ra­ dial angeordnete, fliegend gelagerte Schnecken, die gleich lang sind und einen zylin­ drischen Querschnitt aufweisen. Die toten Winkel werden durch keilförmige Einbauten zwischen den Schnecken minimiert. Nachteilig bei dieser Anordnung ist die Tatsache, daß durch die Einbauten der Bereich der toten Winkel, auch "Toter Mann" genannt, zwar verringert wird, das aktive Volumen jedoch auch erhalten bleibt.

Die EP-B 85 290 beschreibt Anordnungen von kurzen konischen Schnecken, die so­ wohl in einem in der Mitte befindlichen kegelförmigen Einbau, der zugleich als Schütt­ kegel dient, wie auch am Umfang gelagert sind. Die Anordnung ist wie im Patent EP-B 166 679 zitiert, radial wie diagonal gegenüberliegend und um den gleichen Winkel versetzt.

In der CH-A 376 134 wird ein Verfahren zur Reduktion von Eisenerz zu Eisen be­ schrieben, wobei das Schüttgut durch übereinander liegende diametrale Schnecken gefördert wird. Die Schnecken weisen eine konstante Steigung und Schneckenhöhe auf und sitzen auf zylindrischen Wellen, die beidseitig gelagert sind.

In der GB-A 15 02 090 werden parallel angeordnete Förderschnecken zum Austragen von Eisenerzen beschrieben, deren Schneckenform konisch verjüngt ist. Die Wellen werden durch Keilriemen miteinander verbunden und synchron angetrieben.

Bei der Reduktion von Erzen durch reaktive Gase ist es aus wirtschaftlichen Gründen notwendig, eine nur bestimmte überstöchiometrische Gasmenge mit dem Erz in Kon­ takt zu bringen. Dies bedingt jedoch sowohl eine homogene Gasverteilung, wie auch eine gleichförmige Absenkbewegung des Feststoffbettes in dem Schachtofen.

Bei einem Schachtofen, z. B. nach dem COREX®-Verfahren, erfolgt die Bewegung und der Austrag der Feststoffe am unteren Ende des Schachtes durch sternförmig angeordnete Schnecken. Um ein möglichst gleichmäßiges Absenken des Schüttgutes zu erreichen, sollte die am Boden des Schachtes liegende Zone durch ein Maximum an aktiver Austragsfläche ausgestattet sein, des weiteren muß auch eine kontinuierli­ che Bewegung bzw. Durchmischung der Reaktionszone gewährleistet werden. Ober den nichtaktiven Flächen bilden sich nicht bewegte Zonen mit sehr steilen inneren Schüttwinkeln aus. Diese als "Toter Mann" bezeichnete Zonen haben den großen Nachteil, daß der Volumenanteil des Reaktionsraumes teilweise inaktiv wird. Dadurch können sich in diesen Gebieten, bedingt durch hohe Verweilzeiten der Erze bzw. der bereits reduzierten Erze, Verbackungen und Agglomerate bilden, die sich dann nach­ teilig auf den Stofffluß auswirken und dadurch den Stoffumsatz und somit auch die Produktivität verringern.

Bei dieser, dem Stand der Technik entsprechenden, Anordnung von Schnecken mit fliegender Lagerung und gleicher Länge bleibt der Zentralbereich des Schachtes na­ hezu ohne Bewegung. Da bei der Applikation von staubbeladenen Gasen durch am Umfang angeordneten, Düsen der Gasfluß verstärkt in die Mitte des Schachtes läuft, kommt es zu keiner homogenen Gasverteilung.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Bereiche ohne Bewegung zu vermeiden und die Bereiche verminderter Bewegung zu minimieren, wobei das aktive Volumen des be­ wegten Schachtgutes ein Maximum sein soll. Unter aktivem Volumen ist jener Bereich eines Schachtofens zu verstehen, in welche die angestrebten Gas/Feststoff­ reaktionen weitergehend ablaufen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken unterschiedlich lange Wellen aufweisen, wobei vorzugsweise die diametral gegenüberliegenden Wellen gleich lang ausgebildet sind und/oder eine Schnecke als durchgehende Schnecke ausgebildet ist.

Durch die Anordnung von unterschiedlich langen Schnecken, können auch die zen­ trumsnahen Gebiete der Abzugszone aktiviert werden. Durch diese Anordnung kann vor allem im oberen Teil des Schachtes, dem Bereich des Reaktionsraumes, in dem die Reduktionsvorgänge ablaufen, ein weitgehend flächendeckendes kontinuierliches Durchmischen und Absenken des Schüttgutes erreicht werden.

Mit dieser Erfindung ist es erstmals möglich, im Reaktionsbereich eines Direktredukti­ onsschachtofens zum einen eine gleichmäßige Durchmischung und zum anderen ei­ nen kontinuierlichen Austrag des Feststoffes zu bewirken. Die Erfindung paßt die An­ ordnung und Ausbildung der Schnecken optimal den fluiddynamischen Gegebenhei­ ten der Reaktionspartner, Feststoff und Gas, an.

Durch beispielsweise die Verwendung von durchgehenden Schnecken in Kombination mit kurzen Schnecken, können die Bereiche der "Toten Männer" extrem verkleinert werden, vor allem deshalb, weil bei relativ nahen Abständen von aktiven Schnecken sich kaum mehr nicht bewegte Schüttungen des Feststoffes aufbauen. Durch Anord­ nung, von beispielsweise 4 langen und 4 kurzen Schnecken, kann das aktive Gebiet bis an die peripheren Randzonen erweitert werden. Durch die Anordnung von je einer benachbarten langen und einer kurzen Schnecke kann der Austrag des Produktes über je ein Fallrohr zusammengefaßt werden. Durch diese Maßnahme kann die An­ ordnung der Fallrohre auch besser auf die Geometrie des damit gekoppelten Ein­ schmelzvergasers angepaßt werden. Bei der Kombination von kurzen und langen Schnecken kann das Verhalten sowohl der Bewegung, sowie auch des Austrages des Feststoffes durch die Ausbildung der Schnecken so angepaßt werden, daß sowohl die Abzugsleistungen, wie auch die Charakteristik der Durchmischung beeinflußt werden kann. Vor allem jedoch läßt sich auch das Austragsverhalten der Feststoffschüttung beeinflussen.

Nach einem Merkmal der Erfindung sind die Schnecken in zwei oder mehreren Ebe­ nen angeordnet. Dadurch kann die Schüttung im Unterteil des Ofens besser bewegt werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die gegenüberliegenden langen Wellen selbstzentrierend und/oder einrastend ausgeführt. Bei Einbau der Schnecken in eine bestehende Schüttung, muß sichergestellt werden, daß sich die Wellenhälften treffen und auch zentrieren.

Nach einem Merkmal der Erfindung beginnen die Schraubenflächen der Schnecken am freien Ende der Welle. Dadurch wird gewährleistet, daß die Kernzone sowohl op­ timal durchmischt, wie auch das Reaktionsprodukt konstant ausgetragen wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Wellen der Schnecken zur Mitte hin verjüngend ausgebildet. Mit dieser Maßnahme kann der aktive Querschnitt der durch die Schnecken bewegten Gebiete der Reaktionszone maximiert werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die Schraubenflächen der Schnecken eine konstante Steigung auf. Bei dieser Ausgestaltung ist ein gleichmäßi­ ges Förderverhalten über dem Querschnitt der Schnecke gegeben.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die Schraubenflächen der Schnecken eine verfahrensbedingt unterschiedliche Steigung auf. Durch die nicht li­ neare Steigung der Schraubenflächen der Schnecken kann dem Reaktionsverhalten des Einschmelzvergasers, wie dem Fluidverhalten des Reaktionsgutes Rechnung ge­ tragen werden. Durch die mathematisch modellierte Ausgestaltung der Fördercharak­ teristik kann dem Reaktionsgut im Schacht, wie dem Reaktionsverhalten des Reakti­ onsgases Rechnung getragen werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind für den Antrieb der Wellen ge­ koppelte Motoren vorgesehen. Bei dem Antrieb der Wellen mittels Motoren ist eine flexible Anpassung der Schnecken an den Prozeß gegeben und die Schnecken kön­ nen sich beim Ein- und Ausbau mit eigenem Antrieb bewegen.

Nach einem Merkmal der Erfindung weisen die kurzen und die langen Wellen die glei­ che Drehzahl auf. Sollte eine Anlage mit minimalem Investitionsaufwand gefordert werden, bietet sich vorzugsweise ein ungeregelter Betrieb der Motoren an. Die Folge davon ist die annähernd gleiche Drehzahl der Wellen, der Regelaufwand entfällt je­ doch.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Regelung der Drehzahlen der einzelnen Wellen, der Fördercharakteristik des Prozesses entsprechend, vorgesehen. Durch den geregelten Betrieb der Wellen kann den energetischen, wie prozeßbeding­ ten Erfordernissen der Reaktionszone des Einschmelzvergasers Rechnung getragen werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Wellen achsial beweglich ange­ ordnet. Bei einer Revision bzw. einem Störfall können die Wellen, sowohl einfacher ein- wie ausgebaut werden. Bei Unregelmäßigkeiten in der Reaktionszone kann durch Veränderung der Eintauchtiefe der Wellen das Fluidverhalten entscheidend beeinflußt werden.

Nach einer Ausgestaltung weisen die, die Schraubenfläche bildenden Schaufeln, eine, gemäß der Fördercharakteristik des Prozesses modellierte, Form auf. Durch diese modellierte Ausgestaltung der Schaufeln kann dem Verbackverhalten der Feststoff­ schüttung und der Ausbildung der Reaktionszone Rechnung getragen werden.

Nach einem letzten Merkmal der Erfindung weisen die Schraubenflächen der Schrau­ benkörper der Schnecken eine, durch die Fördercharakteristik des Prozesses, vorge­ gebene Form auf. Durch diese Anpassung kann eine Optimierung zwischen der Reak­ tivität der Einsatzstoffe und den geometrischen Gegebenheiten des Reduktions­ schachtes hergestellt.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, wobei die Fig. 1 acht unterschiedlich lange Schnecken in einem Schachtofen, Fig. 2 sechs un­ terschiedlich lange Schnecken in einem Schachtofen, Fig. 3 die Kombination von zwei verschieden langen Schnecken, Fig. 4 die Anordnung von zwei durchgehenden Wel­ len in einem Schachtofen, Fig. 5 die Aufsicht auf die Anordnung von zwei durchge­ henden Wellen in einem Schachtofen, Fig. 6 die Kombination von einer durchgehen­ den mit sechs fliegenden Schnecken, die Fig. 7 desgleichen mit vier fliegenden Schnecken, Fig. 8 die selbstzentrierende und einrastende Ausführung einer durchge­ henden Schnecke, Fig. 9 den Querschnitt dieser Verbindung, Fig. 10 eine selbstzen­ trierende Version einer durchgehenden Schnecke und Fig. 11 wieder den Schnitt durch die Verbindung zeigt.

In der Fig. 1 wird ein Kombinationsbeispiel aus drei verschiedenen Längen von flie­ genden Schnecken 2 gezeigt, die in dem Schachtofen 1 achteckig sternförmig ange­ ordnet sind. Der Bereich des "Toten Mannes", somit der unbewegte Raum im Zentrum des Schachtofens ist durch diese Kombination extrem verringert.

Die Fig. 2 stellt ein Kombinationsbeispiel aus zwei verschiedenen Längen von fliegen­ den Schnecken 2 dar, die in dem Schachtofen 1 sechseckig sternförmig angeordnet sind. Bei dieser Kombination sind die randnahen Bereiche des Ofens weniger gut durchmischt, bzw. wird das auszubringende Gut nicht ganz so gleichförmig abgezogen wie bei Fig. 1.

Bei Fig. 3 wird als Ausführungsbeispiel wiederum ein Kombinationsbeispiel aus zwei verschiedenen Längen von fliegenden Schnecke 2 gezeigt, die jedoch achteckig sternförmig angeordnet sind. Der randnahe Bereich des Schachtofens 1 wird in dieser Kombination besser bewegt, als dies in Fig. 2 der Fall ist.

Fig. 4 demonstriert die räumliche Anordnung der Kombination von zwei durchgehen­ den Schnecken 3 in einem Schachtofen 1.

Die Fig. 5 stellt den Grundriß der Anordnung aus Fig. 4 dar wobei in der ersten Ebene der durchgehenden Schnecke 3, vier kurze gleichlange fliegende Schnecken 2 die optimale Bewegung des Gutes in dieser Ebene gewährleisten.

In der Fig. 6 wird in einem Schachtofen 1 die Kombination einer durchgehenden Welle 3 mit sechs fliegenden Schnecken 2 veranschaulicht.

Die Fig. 7 stellt sechs fliegende Schnecken 3 in einer Ebene mit einer durchgehenden Welle dar.

In der Fig. 8 wird die Passung der zwei Wellenhälften einer durchgehenden Schnecke 3 dargestellt, wobei diese Passung in verzahnter Ausführung zum Zwecke des Zentrie­ rens und Ineinandergreifens ausgeführt ist. Die Wellenhälfte hat den Vorteil, daß sie sich beim Einbohren in die Schüttung eines nicht entleerten Schachtofens mit der sich gegenüberliegend einbohrenden Wellenhälfte zentrisch und verzahnend trifft.

Die Fig. 9 zeigt den Schnitt durch diese verzahnte, sich selbst zentrierende Verbin­ dung der Wellenhälften einer durchgehenden Schnecke.

Fig. 10 stellt den angeschnittenen Querschnitt der Längsansicht einer zentrierenden Verbindung von Wellenhälften durchgehender Schnecken 3 dar.

Die Fig. 11 ist der Schnitt durch die zentrierende Passung der Wellenhälften einer durchgehenden Schnecke 3. Bei geregelter Drehzahl der Antriebsmotoren der Wel­ lenhälften ist eine exakte Passung und Charakteristik der Schnecken der Wellenhälf­ ten gewährleistet

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Austragen bzw. Durchmischen von stückigem Gut, insbesonde­ re von teil- bzw. fertigreduziertem Eisenerz aus einem Schachtofen, vorzugswei­ se einem Direktreduktionsschachtofen, der einen nach unten und/oder minde­ stens zu einer Seite hin offenen Hohlkörper zum Ausbringen des Reaktionsgutes aufweist, wobei in dem Hohlkörper Schnecken sternförmig angeordnet sind, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schnecken in einer Ebene unterschiedlich lan­ ge Wellen aufweisen, wobei vorzugsweise die gegenüberliegenden Wellen gleich lang ausgeführt sind und/oder eine Schnecke als durchgehende Schnecke ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken in zwei oder mehreren Ebenen angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden langen Wellen selbstzentrierend und/oder einrastend ausgeführt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenflächen der Schnecken am freien Ende der Welle beginnen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen der Schnecken zur Mitte hin verjüngend ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenflächen der Schnecken eine konstante Steigung aufweisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenflächen der Schnecken eine verfahrensbedingt unterschiedliche Steigung aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb der Wellen gekoppelte Motoren vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen und die langen Wellen die gleiche Drehzahl aufweisen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelung der Drehzahlen der einzelnen Wellen, der Fördercharakteristik des Prozesses entsprechend, vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen achsial beweglich angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenflächen der Schraubenkörper der Schnecken eine, durch die För­ dercharakteristik des Prozesses vorgegebene Form aufweisen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schraubenflächen bildenden Schaufeln eine, der Charakteristik des För­ dergutes entsprechende, Form aufweisen.