DE202007019472U1

DE202007019472U1 - Schachtofen

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Publication number: DE202007019472U1
Application number: DE202007019472U
Authority: DE
Original assignee: Mines And Metals Engineering (mme) GmbH; Mines And Metals Engineering M M E GmbH
Current assignee: Mines And Metals Engineering (mme) GmbH; Mines And Metals Engineering M M E GmbH
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2012-10-12
Anticipated expiration: 2017-12-11
Also published as: DE202007019169U1; EP1930449B1; EP1930448A3; ES2386466T3; ATE473302T1; EP1930678A3; DE202007019452U1; EP1930678A2; EP1930448B1; EP1930449A3; EP1930449A2; ES2346796T3; DE602007007561D1; ES2386464T3; EP1930448A2; EP1930678B1

Abstract

Vertikaler Schachtofen (100) für eine Beschickung (115), die sich unter dem Einfluss der Schwerkraft von dem oberen Bereich zu dem unteren Bereich des Schachtofens bewegt, insbesondere für die Produktion von direkt reduziertem Eisen, mit einer Heißreduktionszone (101) und einer auf die Reduktionszone (101) folgenden Kühlzone (103), in der Zuführöffnungen für ein Kühlgas (165) vorgesehen sind, und mit einem Kühlgassammelelement (160), das in einem Übergangsbereich zwischen der Reduktionszone (101) und der Kühlzone (103) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgassammelelement 160) kreuzförmig angeordnete Sammlerarme (181–184) aufweist, von denen jeder einen Kühlgasabzug (170–173) bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen vertikalen Schachtofen für eine Beschickung, die sich unter dem Einfluss der Schwerkraft von dem oberen Bereich zu dem unteren Bereich des Schachtofens bewegt, insbesondere für die Herstellung von direkt reduziertem Eisen, mit einer Heißreduktionszone und einer auf die Reduktionszone folgenden Kühlzone, in der Zuführöffnungen für ein Kühlgas vorgesehen sind, und mit einem Kühlgassammelelement, das in einem Übergangsbereich zwischen der Reduktionszone und der Kühlzone vorgesehen ist.
Im Stand der Technik sind vertikale Schachtöfen bekannt, die insbesondere zur Direktreduktion von Eisenoxiden verwendet werden. Diese Schachtöfen sind derart ausgelegt, dass sich die diesen zugeführte Beschickung unter dem Einfluss der Schwerkraft vom oberen zum unteren Teil des Schachtofens bewegt.
Die US-A-4,054,444 offenbart einen solchen Schachtofen. Bei diesem Schachtofen sind eine Beschickungsöffnung für die Beschickung und ein Ofengasauslass im oberen Teil des Schachtofens vorgesehen. Eine Beschickung von Eisenoxidmaterial kann dem Schachtofen durch die Beschickungsöffnung zugeführt werden. Der Ofengasauslass dient zum Auslassen des gebrauchten Ofengases.
Die Beschickungsöffnung bildet das obere Ende einer Reduktionszone, in der Ringgasanschlüsse angebracht sind, um reduzierendes Gas zuzuführen, das Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoff enthält und in einem Reformer produziert wurde. Das reduzierende Gas reduziert das Eisenoxid bei hohen Temperaturen direkt zu Eisen, was als DRI bezeichnet wird.
Auf die Reduktionszone folgt eine Übergangszone, durch die heißes Material zu einer Kühlzone bei minimaler Änderung der chemischen Eigenschaften des Produkts gelangt.
Direkt unterhalb der Übergangszone und des oberen Konusbereichs der Kühlzone ist eine Kühlgassammelkammer vorgesehen. Die Kühlgassammelkammer empfängt heißes Kühlgas, das durch die heiße DRI-Material-Kühlzone geleitet wurde, und führt dieses durch den Kühlgaswäscher zurück zur Kühlzone des Ofens. Auf diese Weise wird das DRI gekühlt, bevor es durch den unteren Teil des Schachtofenauslassförderers ausgelassen wird.
Ein Kühlgassammelelement ist jedoch im zentralen Teil des Schachtofens vorgesehen. Auf diese Weise verbleiben auf beiden Seiten schmale Bereiche in dem Übergangsbereich von der Reduktionszone zu der Kühlzone, durch die Kühlgas in die Reduktionszone strömen kann, da keine Maßnahmen getroffen sind, um dies zu verhindern. Entsprechend wird der Eintritt von Kühlgas in die Reduktionszone nicht effektiv verhindert, was zu einer unerwünschten Kühlung der Beschickung in dieser Zone führt. Somit muss der Reduktionszone mehr thermische Energie zugeführt werden, um die Reduktionsreaktion aufrechtzuerhalten.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schachtofen zu schaffen, bei dem der Eintritt von Kühlgas in die Reduktionszone effektiv verhindert wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Schachtofen der eingangs genannten Art gelöst, bei dem das Kühlgassammelelement kreuzförmig angeordnete Sammlerarme aufweist, von denen jeder einen Kühlgasabzug bildet, wie es in Anspruch 1 beansprucht und in den 1 und 3 dargestellt ist.
Durch das Vorsehen von kreuzförmig angeordneten Sammlerarmen wird ein Übergang von Kühlgas von der Kühlzone in die Reduktionszone verhindert. Entsprechend gibt es keinen unerwünschen Kühleffekt in der Reduktionszone, so dass die Effizienz des Schachtofens verbessert wird.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung weisen die Kühlgasabzüge eine Querschnittsfläche auf, die sich ausgehend von dem Kreuzungspunkt in Richtung der Außenseite vergrößert.
Es ist auch möglich, dass die Sammlerarme ausgehend von der Horizontalen in der Strömungsrichtung der Beschickung geneigt sind. Insbesondere können die Sammlerarme in einem Winkel zwischen 5 bis 10° relativ zur horizontalen Richtung geneigt sein. Auf diese Weise bieten die Sammlerarme einen verringerten Widerstand für die strömende Beschickung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Sammlerarme jeweils eine Kante zum Brechen der Beschickung auf, die entgegen der Strömungsrichtung der Beschickung ausgerichtet ist. Somit kann die Beschickung das Kühlgassammelelement noch einfacher passieren.
Die Sammlerarme können insbesondere an ihren Außenkantenbereichen miteinander verbunden sein. Somit wird zusätzliche Stabilität der Kühlgassammelelemente erzielt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Kühlgassammelelement wenigstens einen Konus, wobei die Konusspitze entgegen der Strömungsrichtung der Beschickung ausgerichteet ist. Ein derartiger Konus bricht die Beschickung in der Richtung der Schachtofenseitenwände.
Der Schachtofen kann ferner wenigstens eine Gasleitung aufweisen, die dazu vorgesehen ist, ein Kohlenwasserstoffgas in den Konus abzuleiten. Somit wird der Konus gekühlt, so dass seine Lebensdauer verlängert wird.
Ein oberer Konus kann in Bezug auf die Strömungsrichtung der Beschickung vor den Sammlerarmen vorgesehen sein. Dank dieses oberen Konus passiert die Beschickung in einfacher Art und Weise den Kreuzungsbereich der Verbindungsarme.
Der Schachtofen kann auch einen unteren Konus aufweisen, der in Bezug auf die Strömungsrichtung der Beschickung hinter den Verbindungsarmen angeordnet ist. Dieser untere Konus kann direkt an der Basisfläche des oberen Konus zwischen den Sammlerarmen angeordnet sein. Der untere Konus unterstützt den gleichmäßigen Strom der Beschickung.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Darin ist:
1 eine schematische Ansicht eines Schachtofens gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 eine vergrößerte Ansicht eines Kühlgassammelelements des in 1 gezeigten Schachtofens,
3 eine vergrößerte Draufsicht des Kühlgassammelelements des in 1 gezeigten Schachtofens und
4 eine vergrößerte Seitenansicht des Kühlgassammelelements des in 1 gezeigten Schachtofens.
1 zeigt schematisch einen Schachtofen 100 gemäß der vorliegenden Erfindung, der insbesondere für die Produktion von direkt-reduziertem Eisen geeignet ist. Der Schaftofen 100 hat im wesentlichen eine zylindrische Form und ist vertikal angeordnet.
Ein Ofengasauslass 120 ist am oberen Teil des Schachtofens 100 vorgesehen, wobei die Mittelachse des Schachtofenauslasses 120 gegenüber der horizonalen Achse des Schachtofens 100 um einen Winkel zwischen 45° und 55° geneigt ist. Der Ofengasauslass 120 ist mit einer Ofengashauptleitung 123 derart verbunden, dass die Mittelachse des Ofengasauslasses 120 und die Mittelachse der Ofengashauptleitung 123 einen Winkel von 90° bilden.
Ferner ist eine Beschickungsöffnung 109 für eine Beschickung 115 von Eisenoxidmaterial an dem oberen Teil des Schachtofens 100 vorgesehen. Der Schachtofen 100 ist derart ausgelegt, dass sich die Beschickung 115 schwerkraftbedingt von dem oberen Teil zu dem unteren Teil des Schachtofens abwärts durch das innere des Schachtofens 100 bewegt.
Das Innere des Schachtofens 100 ist in eine Reduktionszone 101, deren oberes Ende die Beschickungsöffnung 109 bildet, und eine Kühlzone 103 unterteilt, die direkt unterhalb der Reduktionszone 101 angeordnet ist.
An dem unteren Ende der Kühlzone 103 ist eine Auslassöffnung 190 vorgesehen, durch die das reduzierte Eisen aus dem Schachtofen 100 ausgelassen werden kann.
Der Schachtofen 100 umfasst eine Reduktionsgaszuführeinrichtung 130, die mit zwei Ringgasleitungen 131, 132 mit zwei Sätzen von Ringgasanschlüssen 133, 134 verbunden ist. Die Ringgasanschlüsse 133, 134 sind auf zwei unterschiedlichen vertikalen Niveaus am Umfang der Schachtofenwand angeordnet.
Beide Ringgasleitungen 131, 132 sind mit einem Einblassystem 400, 410 für eine Gasmischung ausgestattet.
Diese zwei Einblassysteme 400, 410 sind jeweils mit einer Kohlenwasserstoffquelle 401, 415 und einer Sauerstoffquelle 402 verbunden, wobei die beiden Kohlenwasserstoffquellen 401, 415 voneinander verschieden sein können. Beide Einblassysteme 400, 410 sind derart ausgelegt, dass die Kohlenwasserstoffmenge und die Sauerstoffmenge unabhängig voneinander reguliert werden können.
2 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht des Einblassystems 400. Das Einblassystem 400 umfasst zwei Leitungen 403, 404, wobei die Leitung 403 mit der Kohlenwasserstoffquelle 401 und die Leitung 404 mit der Sauerstoffquelle 402 verbunden ist. Die Leitung 403 erstreckt sich koaxial innerhalb der Leitung 404, und beide Leitungen sind mit einem Mischbereich 405 verbunden. Der Mischbereich 405 umfasst eine Auslassöffnung 406 für die Kohlenwasserstoff-Sauerstoffmischung.
In der Kühlzone 103 sind Kühlgasdüsen 166 an dem Mantel vorgesehen, die mit einem Kühlgaseinlassverteiler 165 verbunden sind. Am Kühlgassammelelement 160 ist im unteren Teil eine Übergangszone zwischen der Reduktionszone 101 und der Kühlzone 103 angeordnet.
Das Kühlgassammelelement 160 ist in den 3 und 4 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Es umfasst umgekehrt geneigte Kanäle, die in kreuzförmig angeordneten Sammlerarmen 181, 182, 183, 184 ausgebildet sind, von denen jeder einen Kühlgasabzug 170, 171, 172, 173 bildet. Die untere Seite der Sammlerarme 181, 182, 183, 184 gegenüber dem unteren Teil des Schachtofens umfassen darin angeordnete Ansaugöffnungen für das Kühlgas. Die Querschnittsfläche der Kühlgasabzüge 170, 171, 172, 173 nimmt ausgehend von dem Kreuzungspunkt in Richtung der Außenseite zu.
Ferner sind die Sammlerarme 181, 182, 183, 184 in Bezug auf die horizontale Richtung in einem Winkel zwischen 5° und 10° in der Richtung des Schachtofenmantels geneigt.
Die Sammlerarme 182, 183 und 183, 184 und 181, 184 sind an ihren äußeren Kantenbereichen miteinander verbunden, so dass alle Sammlerarme 181, 182, 183, 184 einen gemeinsamen Abzugverteiler bilden. Der Abzugverteiler ist mit einem Auslass 164 verbunden, in dem eine Ansaugeinrichtung vorgesehen sein kann.
Das Kühlgassammelelement 160 umfasst ferner einen oberen hohlen Konus 161, der oberhalb der Sammlerarme 181, 182, 183, 184 in deren Mitte vorgesehen ist (siehe 4). Der obere Konus 161 ist hohl. Ferner ist ein unterer Konus 162 vorgesehen, der in Bezug auf die Strömungsrichtung der Beschickung 115 hinter (unterhalb) den Sammlerarmen 181, 182, 183, 184 in deren Mitte positioniert ist.
Eine Gasleitung 151 ist mit dem hohlen Innenraum des oberen Konus 161 sowie mit der Kohlenwasserstoffquelle verbunden, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
In dem unteren Drittel der Kühlzone 133 sind rotierende Schäfte 180, 185 vorgesehen, um ggf. vorhandene Klumpen zu zerbrechen und zu zerkleinern.
Während des Betriebs des Schachtofens 100 wird die Beschickung 115 von Eisenoxidmaterial durch die Beschickungsöffnung 109 der Reduktionszone 101 zugeführt. Gleichzeitig wird ein heißes reduzierendes Gas aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid durch die Ringgasanschlüsse 133, 134 derart in die Reduktionszone 101 geblasen, dass dieses der Beschickung 115 entgegenströmt, die sich schwerkraftbedingt abwärts bewegt. Entsprechend reduziert das Reduktionsgas das Eisenoxid bei hoher Temperatur und in direktem Kontakt mit dem Eisen.
Das reagierte Reduktionsgas erreicht dann den oberen Teil des Schachtofens, wo es in den Ofengasauslass 120 eintritt. Aufgrund der Neigung des Ofengasauslasses 120 erreicht nur eine geringe Menge von Staubpartikeln die Ofengashauptleitung 123, da die Schwerkraft die Staubpartikel zurückhält.
Die reduzierte Beschickung 115 bewegt sich von der Reduktionszone 101 abwärts in die Kühlzone 103. Auf ihrem Weg passiert sie das Kühlgassammlerelement 160, wobei sie zwischen den Sammlerarmen 181, 182, 183, 184 hindurchtritt, die einen verhältnismäßig geringen Widerstand bilden. Zur gleichen Zeit wird die Beschickung 115 durch den oberen Konus 161 in der Richtung der Schachtofenwand gelockert. Der obere Konus 161 wird durch das Gas gekühlt, das in sein Inneres eintritt.
In dem unteren Teil der Kühlzone 102 wird ein Kühlgas durch die Kühlgasanschlüsse 166 eingeblasen. Das Kühlgas strömt aufwärts der sich abwärts bewegenden Beschickung 115 entgegen, wobei es die Beschickung 115 kühlt. Schließlich erreicht heißes Gas die Sammlerarme 181, 182, 183, 184 und tritt durch deren Ansaugöffnungen in die Kühlgasabzüge 170, 171, 172, 173 aus. Das Kühlgas wird dann durch den Kühlgasabzugverteiler 164 durch die Kühlgasabzüge 171, 172, 173, 174 und auf diese Weise effektiv aus dem Schachtofen 100 an der unteren Grenze der Kühlzone 103 entfernt. Auf diese Weise wird das Kühlgas effektiv daran gehindert, in die Reduktionszone 101 einzutreten.
Die abgekühlte Beschickung 115 wird am Ende durch den Auslassanschluss 190 aus dem Schachtofen 100 ausgelassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4054444 A [0003]

Claims

Vertikaler Schachtofen (100) für eine Beschickung (115), die sich unter dem Einfluss der Schwerkraft von dem oberen Bereich zu dem unteren Bereich des Schachtofens bewegt, insbesondere für die Produktion von direkt reduziertem Eisen, mit einer Heißreduktionszone (101) und einer auf die Reduktionszone (101) folgenden Kühlzone (103), in der Zuführöffnungen für ein Kühlgas (165) vorgesehen sind, und mit einem Kühlgassammelelement (160), das in einem Übergangsbereich zwischen der Reduktionszone (101) und der Kühlzone (103) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgassammelelement 160) kreuzförmig angeordnete Sammlerarme (181–184) aufweist, von denen jeder einen Kühlgasabzug (170–173) bildet.
Schachtofen (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlgasabzüge (171–173) eine Querschnittsfläche aufweisen, die sich ausgehend von dem Kreuzungspunkt in Richtung der Außenseite vergrößert.
Schachtofen (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammlerarme (181–184) ausgehend von der Horizontale in Strömungsrichtung der Beschickung (115) geneigt sind.
Schachtofen (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammlerarme (181–184) ausgehend von der horizontalen Richtung in einem Winkel zwischen 5 bis 10° geneigt sind.
Schachtofen (100) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammlerarme (181–184) jeweils eine Kante zum Brechen der Beschickung (115) aufweisen, die entgegen der Strömungsrichtung der Beschickung (115) ausgerichtet ist.
Schachtofen (100) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammlerarme (181–184) miteinander verbunden sind, insbesondere an ihren Außenkantenbereichen.
Schachtofen (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlgassammelelement (160) wenigstens einen Konus (161, 162) aufweist, wobei die Konusspitze entgegen der Strömungsrichtung der Beschickung (115) ausgerichtet ist.
Schachtofen (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser wenigstens eine Gasleitung (150) aufweist, die dazu vorgesehen ist, ein Kohlenwasserstoffgas in den Konus (161, 162) abzuleiten.
Schachtofen (100) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein oberer Konus (161) relativ zur Strömungsrichtung der Beschickung (115) vor den Sammlerarmen (183 bis 184) vorgesehen ist.
Schachtofen (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein unterer Konus (162) vorgesehen ist, der relativ zur Strömungsrichtung der Beschickung (115) hinter den Sammlerarmen (181–184) vorgesehen ist.
Schachtofen (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Konus (162) direkt an der Basisfläche des oberen Konus (161) zwischen den Sammlerarmen (181–184) vorgesehen ist.