DE19750773C2 - 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 166 679 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 angeord­ nete 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 kontinuierliche Bewegung bzw. Durchmischung der Reaktionszone gewährleistet werden. Über den nichtakti­ ven Flächen bilden sich nicht bewegte Zonen mit sehr steilen inneren Schüttwinkeln aus. Diese als "Toter Mann" bezeichneten 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 re­ duzierten Erze, Verbackungen und Agglomerate bilden, die sich dann nachteilig auf den Stofffluß auswirken und dadurch den Stoffumsatz und somit auch die Produk­ tivität verringern.

Bei dieser dem Stand der Technik entsprechenden Anord­ nung von Schnecken mit fliegender Lagerung und gleicher hänge bleibt der Zentralbereich des Schachtes nahezu ohne Bewegung. Da bei der Applikation von staubbelade­ nen Gasen durch am Umfang angeordnete 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 vermindert er Bewegung zu minimieren, wobei das aktive Volumen des bewegten Schachtgutes ein Maximum sein soll. Unter ak­ tivem Volumen ist jener Bereich eines Schachtofens zu verstehen, in welchem die angestrebten Gas/Feststoff­ reaktionen weitergehend ablaufen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Merk­ mal. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken in einer Ebene unterschiedliche Längen auf­ weisen.

Durch die Anordnung von unterschiedlich langen Schnecken können auch die zentrumsnahen Gebiete der Abzugs­ zone aktiviert werden. Durch diese Anordnung kann vor allem im oberen Teil des Schachtes, dem Bereich des Reaktionsraumes, in dem die Reduktionsvorgänge ablau­ fen, ein weitgehend flächendeckendes kontinuierliches Durchmischen und Absenken des Schüttgutes erreicht wer­ den.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, im Reaktionsbereich eines Direktreduktionsschachtofens zum einen eine gleichmäßige Durchmischung und zum ande­ ren einen kontinuierlichen Austrag des Feststoffes zu bewirken. Hierbei kann die Anordnung und Ausbildung der Schnecken optimal den fluiddynamischen Gegebenheiten der Reaktionspartner, Feststoff und Gas angepaßt wer­ den.

Durch beispielsweise die Verwendung von durchgehenden Schnecken in Kombination mit kurzen Schnecken, können die Bereiche der "Toten Männer" extrem verkleinert wer­ den, vor allem deshalb, weil bei relativ nahen Abstän­ den von aktiven Schnecken sich kaum mehr nicht bewegte Schüttungen des Feststoffes aufbauen. Durch Anordnung von beispielsweise vier langen und vier kurzen Schnecken, kann das aktive Gebiet bis an die peripheren Rand­ zonen erweitert werden. Durch die Anordnung von je ei­ ner benachbarten langen und einer kurzen Schnecke kann der Austrag des Produktes über je ein Fallrohr zusam­ mengefaßt werden. Durch diese Maßnahme kann die Anord­ nung der Fallrohre auch besser auf die Geometrie des damit gekoppelten Einschmelzvergasers angepaßt werden. Bei der Kombination von kurzen und langen Schnecken kann das Verhalten sowohl der Bewegung als auch des Austrags des Feststoffes durch die Ausbildung der Schnecken so angepaßt werden, daß sowohl die Abzugslei­ stungen als auch die Charakteristik der Durchmischung beeinflußt werden kann. Vor allem jedoch läßt sich auch das Austragsverhalten der Feststoffschüttung beeinflus­ sen.

Nach einer bevorzugten Ausbildung sind die Schnecken in zwei oder mehreren Ebenen angeordnet. Dadurch kann die Schüttung im Unterteil des Ofens besser bewegt werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung sind die sich gegen­ überliegenden Wellen zweier langer Schnecken selbstzen­ trierend und/oder einrastend ausgeführt. Bei Einbau der Schnecken in eine bestehende Schüttung muß sicherge­ stellt werden, daß sich die Wellenhälften treffen und auch zentrieren.

Nach einem weiterbildenden Merkmal beginnen die Schrau­ benflächen der Schnecken am freien Ende ihrer zugeord­ neten Wellen. Dadurch wird gewährleistet, daß die Kern­ zone sowohl optimal durchmischt als auch das Reaktions­ produkt konstant ausgetragen wird.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal sind die Wel­ len der Schnecken sich zur Mitte hin verjüngend ausge­ bildet. Mit dieser Maßnahme kann der aktive Querschnitt der durch die Schnecken bewegten Gebiete der Reaktions­ zone maximiert werden.

Nach einem weiteren zweckmäßigen Merkmal weisen die Schraubenflächen der Schnecken eine konstante Steigung auf. Bei dieser Ausgestaltung ist ein gleichmäßiges Förderverhalten über dem Querschnitt der Schnecke gege­ ben.

Nach einem weiteren geeigneten Merkmal weisen die Schraubenflächen der Schnecken eine verfahrensbedingt unterschiedliche Steigung auf. Durch die nicht lineare Steigung der Schraubenflächen der Schnecken kann dem Reaktionsverhalten des Einschmelzvergasers wie dem Fluidverhalten des Reaktionsgutes Rechnung getragen werden. Durch die mathematische modellierte Ausgestal­ tung der Fördercharakteristik kann dem Reaktionsgut im Schacht wie auch dem Reaktionsverhalten des Reaktions­ gases Rechnung getragen werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung sind für den Antrieb der Wellen gekoppelte Motoren vorgesehen. Bei dem An­ trieb der Wellen mittels Motoren ist eine flexible An­ passung der Schnecken an den Prozeß gegeben und die Schnecken können sich beim Ein- und Ausbau mit eigenem Antrieb bewegen.

Vorteilhaft weisen die kurzen und die langen Wellen die gleiche Drehzahl auf. Sollte eine Anlage mit minimalem Investitionsaufwand gefordert werden, bietet sich vor­ zugsweise ein ungeregelter Betrieb der Motoren an. Die Folge davon ist die annähernd gleiche Drehzahl der Wel­ len, der Regelaufwand entfällt jedoch.

Zweckmäßig ist eine Regelung der Drehzahlen der einzel­ nen Wellen, der Fördercharakteristik des Prozesses ent­ sprechend, vorgesehen. Durch den geregelten Betrieb der Wellen kann den energetischen wie prozeßbedingten Er­ fordernissen der Reaktionszone des Einschmelzvergasers Rechnung getragen werden.

Vorzugsweise sind die Wellen axial beweglich angeord­ net. Bei einer Revision bzw. einem Störfall können die Wellen sowohl einfacher ein- wie ausgebaut werden. Bei Unregelmäßigkeiten in der Reaktionszone kann durch Ver­ änderung der Eintauchtiefe der Wellen das Fluidverhal­ ten entscheidend beeinflußt werden.

Nach einer Ausgestaltung weisen die die Schraubenfläche bildenden Schaufeln eine gemäß der Fördercharakteristik des Prozesses modellierte Form auf. Durch diese model­ lierte Ausgestaltung der Schaufeln kann dem Verbackver­ halten der Feststoffschüttung und der Ausbildung der Reaktionszone Rechnung getragen werden.

Schließlich können die Schraubenflächen der Schrauben­ körper der Schnecken eine durch die Fördercharakteri­ stik des Prozesses vorgegebene Form aufweisen. Durch diese Anpassung kann eine Optimierung zwischen der Re­ aktivität der Einsatzstoffe und den geometrischen Ge­ gebenheiten des Reduktionsschachtes hergestellt werden.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, wobei die

Fig. 1 acht unterschiedlich lange Schnecken in einem Schachtofen,

Fig. 2 sechs unterschiedlich lange Schnecken in einem Schachtofen,

Fig. 3 die Kombination von zwei verschieden langen Schnecken,

Fig. 4 die Anordnung von zwei durchgehenden Schnecken in einem Schachtofen,

Fig. 5 die Aufsicht auf die Anordnung von zwei durchgehenden Schnecken in einem Schachtofen,

Fig. 6 die Kombination von einer durchgehenden mit sechs fliegenden Schnecken, die

Fig. 7 desgleichen mit vier fliegenden Schnecken,

Fig. 8 die selbstzentrierende und einrastende Ausführung einer durchgehenden Schnecke,

Fig. 9 den Querschnitt dieser Verbindung,

Fig. 10 eine selbstzentrierende 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 fliegenden Schnecken 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 Kornbination 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 (12)

1. Vorrichtung zum Austragen und/oder Durchmischen von stückigem Gut aus einem Schachtofen, der einen nach unten und/oder mindestens zu einer Seite hin offenen Hohlkörper zum Ausbringen des Gutes auf­ weist, wobei in dem Hohlkörper Schnecken sternför­ mig angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken in einer Ebene unterschiedliche Längen aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß sich diametral gegenüberliegende Schnecken gleich lang ausgeführt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine der Schnecken als durchge­ hende Schnecke ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schnecken in zwei oder mehreren Ebenen angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß sich gegenüberliegende Wellen der Schnecken selbstzentrierend und/oder einrastend ausgeführt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schraubenflächen der Schnecken am freien Ende ihrer zugeordneten Wellen beginnen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wellen der Schnecken sich zur Mitte hin verjüngend ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schraubenflächen der Schnecken eine konstante Steigung aufweisen.

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

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß für den Antrieb der Schnecken gekoppelte Motoren vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen langen Schnecken die gleiche Drehzahl aufweisen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schachtofen ein Direktreduktionsschachtofen ist und das stückige Gut aus teil- oder fertigreduziertem Eisenerz be­ steht.