DE2134959A1

DE2134959A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reduktion von stückigen Metallerzen

Info

Publication number: DE2134959A1
Application number: DE19712134959
Authority: DE
Inventors: Juan Col.del.Valle; Villarreal David Col.Anahuac; MacKay. Patrick W. Monterrey; Celada (Mexico)
Original assignee: Fierro Esponja SA
Current assignee: Fierro Esponja SA
Priority date: 1970-07-15
Filing date: 1971-07-13
Publication date: 1972-01-27
Also published as: AU3114471A; ES393256A1; FR2098429A1; DE2134959B2; IL37227A; NL7109764A; FR2098429B1; DE2134959C3; JPS5126884B1; NL157351B; AU453409B2; LU63538A1; IT944683B; CA949319A; GB1347785A; AR202079A1; IL37227A0; BE769976A

Description

PIERRO ESPOHJA S.A.
Monterrey, N,L-. / Mexiko

Verfahren und Vorrichtung zur Reduktion von stückigen Metallersen

Die Erfindung bezieht sich auf die Reduktion von stückigen Metallerzen in stückige Metalle durch gasförmige Reduktionsmittel in einem Reaktor mit bewegtem Sett und vertikalem Schacht. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung» welche eine verbesserte Kontrolle der Reduktion des Erzes und der Kühlung der erhaltenen Metallteilchen gestattet. In der folgenden Beschreibung werden das Verfahren und die Vor-

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richtung anhand der Reduktion von Eisenerz in Eisenschwamm erläutert. Bs ist jedoch selbstverständlich, daß sie auch auf die Behandlung von anderen Erzen als Eisenerz anwendbar sind.

Die Herstellung von Sehwammeisen in einem Reaktor ait vertikalem Sehacht und bewegtem Bett umfaßt gewöhnlich zwei Hauptstufen, nämlich die Reduktion des Erzes in einer Reduktionszone mit eisern geeigneten heißen reduzierenden Gas, welches sieh typiseherweise weitgehend aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff zusammensetzt, hei Temperaturen w in der Größenordnung von 850 bis 110O⁰O, vorzugsweise 900 Ms 1000⁰O₉ und die Abkühlung des resultierenden Schwammeissns mit einem gasförmigen Kühlmittel auf eine Temperatur in der Größenordnung von beispielsweise 100 bis 200⁰O, vorzugsweise unterhalb 100°0» Bei mehreren bekannten Verfahren wird das Kühlen des Schwammeisens dadurch ausgeführt, daß man einen Teil dee reduzierenden Gases mit einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur durch die Kühlzone des Reaktors aufwärts führt, wodurch die Temperatur des reduzierenden Gases gesteigert wird und die Temperatur des Sehwammeisens herabgesetzt wird. Dabei wird zusätzliches heißes reduzierendes Gas an der Unterseite der Reaktionszone des Reaktors eingeführt.

Diese Arbeitsweise besitzt den Nachteil, daß sie keine vollständig unabhängige Kontrolle der Reduktion und Kühlstufe des ¥erfahren3 gestattet. Das Schwarameisenprodukt wird üblicherweise als Beschickung oder als Teil der Beschickung eines elektrischen Stahlherstellungsofens verwendet. Es hat sich herausgestellt, daß bei der Verwendung für diesen Zweck das Schwammeisen karburiert sein sollte. Eine solche Karburierung kann zweckmäßigerweise dadurch ausgeführt werden, daß man als Kühlmittel ein kohlenstoffhaltiges Gas verwendet, welches crackt, wenn

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es liber das heiße Schwammelsen geführt wird, und dort Kohlenstoff abscheidet. Um jedoch einen ganz bestimmten Karburisierungsgrad wie auch den erwünschten Kühleffekt bu erzielen, sollte die Zusammensetzung und die Strömungsgeschwindigkeit dee Kühlgases unabhängig von den in der Reduktionszone des Ofens herrschenden Bedingungen kontrollierbar sein.

Es ist weiterhin wichtig, daß das Schwammeisen ausreichend abgekühlt ist, bevor es aus dem Reaktor ausgetragen wird, da es sich leicht wieder oxydiert, wenn es mit einer zu hohen !Temperatur der atmosphärischen luft ausgesetzt wird. Aus diesem Grunde ist es erwünscht, daß die Zusammensetzung, die Strömungsgeschwindigkeit und/oder die Temperatur des Grases in der Reduktionszone und in der Kühlzone unabhängig kontrollierbar sind. Wenn jedoch verschiedene G-asströste in den beiden Zonen verwendet werden, dann besteht die Neigung, daß sich die Gase an der Verbindung der beiden Zonen mischen und unbestimmte Änderungen in den Eigenschaften des einen und/oder anderen Gases entstehen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zu schaffen, die eine weitgehend unabhängige Kontrolle des Grasflusses in der Redukt ions zone und in der Kühlzone eines Erzreduktionsreaktors mit vertikalem Schacht und bewegtem Bett gestattet. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine solche Kontrolle gestatten, wobei gleichzeitig die Mischung der beiden Gasströme gering ist.

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Die vielen Merkmale und Vorteil© der vorliegenden Erfindung können am besten anhand der beigefügten Zeichnungen verstanden uad eingeschätzt werden, weiche Schwammeisenherstellungssysteme erläutern*die verschiedene Ferfcm&le der erfindu&gsgemäßen Vorrichtung aufweisen, mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann.

Figur 1 erläutert schematiseh ein Schwammeisenherstellungssystera,, bei dem gesondert© d-asströme der Reduktionszone und der Eühlzone des Reakioi's zugeführt werden und bei dem die Mischung der Gase dadurch gering gehalten wird, daß praktisch k@in Druckunterschied swisehen der Reduktionszone und der Kiihlsone besteht«,

2?igur 2 £©igt ein ähnliches System,, bei dem die Mischung der Gase dadurch gering gehalten wird_s daß der Gaszufluß stur uai übt GasabfluS von der Eühlzone direkt kontrolliert werden.

Pigur 3 seigt ein System, bei de-a das reduzierende Gas und das kühlende Gas aus Obereeite "baw» zur Unterseite der Reduktioaszone und der Etihlzone geführt werden.

Gemäß Eigus? 1 besitzt eis Heäktor 10 mit vertikalem Schacht eine Hed^ktionszone 12 im oberen Teil und eine Kühlzone im unteren Teil. Der Reaktor 10 ist wärmeisoliert und innen mit einem feuerfesten Material ausgekleidet, wie es in der Technik allgemein üblich ist. Das au behandelnde stückige Erz wird in den Reaktor 10 durch ein Beschickungsrohr 16 eingeführt. Daa einzuführende Erz kann, die Form von Klumpen oder vorzugsweise von Pellete besitzen. Es fließt durch die Reduktionszone nach unten, wobei es weitgehend durch das aufwärtsströmende reduzierende Gas in Schwammeisen reduziert wird. Hierauf fließt es durch die Kühl-

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zone 14» in welcher es durch aufwärtsströmendes Kühlgas gekühlt wird, worauf es dann de» Reaktor durch ein Auetrittsrohr 18 verläßt.

An der Verbindungsstelle der Reduktionszone und der Kühlzone befindet sich ein inneres kegelstumpffärmigea leitblech 20, welches die nach unten fließenden Erzteilchen zu einem Durchtritt 22 führt, der in die Kühlzone überleitet. Das leitblech 20 erstreckt sich durch die Wand des Reaktors und bildet einen Teil einer ringförmigen Vorkammer 24, die sich um die Außenseite des Reaktors erstreckt und ein Mittel für die Einführung des reduzierenden Gases in die Reduktionszone durch einen Spalt zwischen der Reaktorwandung und dem Leitblech 20 darstellt·

In der Kälte der Unterseite des Reaktors 10 findet sich ein kegelstumpfförmiges Leitblech 26, welches gemeinsam mit der Reaktorwandung einen ringförmigen Raum 28 definiert, durch den das Kühlgas in den Körper aus Ersteilchen in der Kühlzone 14 fließt. Gegebenenfalls kann der Reaktor 10 mit einem erhöhten Druck betrieben werden, in welchem Pail für die Einführung des Erzes an der Oberseite des Reaktors und für die Abführung des Schwammeisens an der Unterseite des Reaktors eine geeignete Beschickungen und Austrageinrichtung vorgesehen ist, die es gestattet den gewünschten Druck im Reaktor aufrechtzuerhalten.

Reduzierendes Gas wird in typischerweise in einem Reformer 30 bekannter Type hergestellt (siehe linker feil von Figur 1). Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform des Reformers werden Erdgas und Dampf vorerhitzt, indem sie durch Schlangen im Karalnteil 32 des Reformers hindurchgeführt werden, und ein Gemisch aus vorerhitztem JBrdgae und Dampf wird durch ein erhitztes Katalysator-

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bett im urfessaSeil 34 des Reformers strömen gelassen, wobei die Gase in ein Gasgemisch inagewandelt werden, das weitgehend aus Kohlenmonozydj Wasserstoff und Wasserdampf besteht. D^s Gasgemisch., strömt dann durch ein. Rohr 36 zu einem Abscar@ek3dili.ler 38, in welchem das Gas abgeschreckt wird, um dem gs'oüten Teil dee Wasserdampfs zu entfernen. Beim Verlassen des Kühlers 38 strömt das Gas durch ein Rohr 40 und ein Rohr 43, zu ainel Str'owang8?eg,lßT-44_t' der so arbeitet, daß eine bestimmte Strömung an reduzierendem Gas zum Reaktor aufrechterhalten wird*

Bsi dem in Figur 1 gezeigten Systea wird das reduzierende

in mehrersn Stufen auf die gewünschte Reduktionstemperatur von "beispielsweise 900 Ms 1000⁰G erhitzt. So fließt der geregelte Gasstrom s.aeh dem Verlassen des Reglers 44 durch einen Wärmeaus tau® elier 46 In Wärmeaus tausch mit dem austretenden lühlga®, wie es weiter unten näher beschrieben wird, und dann durch, ©inen Schlasigenerhltzer 48, der mit Gas befeuert oder anderweitig erhitzt wird, um die Temperatur des redusierenden Gases in die Größenordnung von 700 bis 850⁰C mi bringen. Ba die Reduktionstemperatur günstigerweise im Bereich von 300 bis 1000⁰O liegen soll, wird die fsmperatur des den Hrhitser 48 Yerlassenden reduBierendea Oases weiter angehoben, Indem eine verhältnismäßig kleine Manga Luft ©der Sauerstoff durch ein Rohr 50 zugeführt wird, welches einen kleinen !Peil des reduzierenden Gases verbrennt, um die Temperatur de® Gemische auf den gewünseilten Wert ansuliebea«, Insbesondere in dan Fällen, in denen luft als Ojqrdationsmittel verwendet wird, wird das Oxydationsmittel günstigerweiee auf annähernd die Temperatur des reduzierenden Gases vorerhitzt, mit dem es gemischt wird. Eine solche Yorerhitzung kann beispielsweise in einem Sshlasagenerliitzer erfolgen, wie z.B. der

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Schlangenerhitzer 4-8. Die Zugabe von Luft oder Sauerstoff zum reduzierenden Gas kann beispielsweise so vorgenommen werden, wie es in der US-Patentschrift 2 900 247 beschrieben ist. Das auf diese Weise hergestellte reduzierende Gas fließt in die Vorkammer 24 und durch die Reduktlonszone 12 nach aufwärts,wie dies oben beschrieben wurde»

Verbrauchtes reduzierendes Gas verläßt den Reaktor durch das Abgasrohr 52 und fließt zu einem mit Wasser gekühlten Absehreckkühler 54. Beim Verlassen des Abschreckkühlers 54 kann der Gasstrom in mehrere Unterströme geteilt werden. Wenn es beispielsweise erwünscht ist, einen Teil des reduzierenden Gases zurückzuführen, dann kann das zurückgeführte Gas durch ein Rohr 56, welches einen Kompressor 57 und ein Regulierventil 60 aufweist, zum Rohr 43 fHessen gelassen werden, in welchem es mit dem frisch hergestellten reduzierenden Gas vereinigt wird. Der Kompressor 57 kann so gebaut sein, daß seine Kapazität etwas größer ist, als sie für die Rückführung der gewünschten Menge reduzierenden Gases erforderlich 1st, und er kann mit einer Umwegleitung 58 und einem Druckregler 59 versehen sein, der so arbeitet, daß der Abgabedruck des Kompressors weltgehend konstant ist.

Ein weiterer Teil des verbrauchten reduzierenden Gases kann durch ein Sperrventil 62 und ein Rohr 64» welches ein Ventil 66 aufweist, zu einem Vorratsbehälter für Brenngas geführt werden. Das verbrauchte reduzierende Gas, welches weder zurückgeführt wird noch zum Vorratsbehälter fließt, strömt durch ein Rohr 68 zu einem Kamin 70. Das Rohr 68 ist mit einem automatischen Druckregler versehen, durch welchen ein geeigneter Rückdruck auf das Gasreduktionssystem ausgeübt wird. Es wird darauf hingewiesen, daß das gesamte verbrauchte reduzierende Gas durch ein oder mehrere der oben beschriebenen drei Wege

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strömen gelassen werden kann. Für einen wirtschaftlichen Betrieb wird jedoch zumindest ein Teil des verbrauchten reduzierenden Gases zurückgeführt«

Wie oben erwähnt, wird das reduzierte Erz durch ein Kühlgas in der Kühlzone 14 des Reaktors gekühlt. Kühlgas (siehe den linken Teil von figur 1) betritt das System durch ein Rohr 80, welches mit einem automatischen Strömungeregler 82 verbunden ist. Es kann eine große Reihe von Kühlgasen verwendet werden, wie z,B, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Gemische daraus, Methan oder ein anderes | Kohlenwasserstoffgas, Kohlendioxyd oder Stickstoff. Die Auswahl des Kühlgases hängt beispielsweise davon ab, ob es erwünscht ist, das Schwammeisen nicht nur zu kühlen sondern auch zu karburieren^ und auch davon, ob das verbrauchte Kühlgas später einen Seil des reduzierenden Gassystems darstellen soll.

Beim Eintritt des Xünigase s m da» Küfeieyetefc fließt es si& einem Kompressor 84 mit einer XMwegleltung 66, die einen Druckregler 86 aufweist, der ähnlich dem Regler 59 derart arbeitet, daß ein konstanter Druck am Kompressorausgang aufrechterhalten wird. Bas Kühlgas strömt dann durch ein Rohr 90, welches mit einem automatischen Strömungsregler ™ 92 versehen ist, zum ringförmigen Raum 28 im Reaktor 10, dann durch die Kühlzone 14 zn einem ringförmigen Raum nach oben, der durch das Leitblech 20 den Durchtritt 22 und der Wandung des Reaktors definiert wird. Wie bereits oben angedeutet kann toder Kühlzone 14 eine Karburierung des Schwammeisens dadurch bewirkt werden, daß man ein kohlenstoffhaltiges Kühlgas verwendet, welches crackt, wenn es mit dem heißen Schwammelsen in Berührung kommt, wobei Kohlenstoff auf dem Schwammeisen abgelagert wird. Das erhitzte Kühlgas verläßt den Reaktor durch ein Rohr 96 und strömt durch einen üblichen Staubabscheider 98 «um

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Wärmeaustauscher 46, worin es einen Teil seiner Wärme zum reduzierenden Sas abgibt, wie es oben beschrieben wurde.

Tom Wärmeaustauscher 46 fließt das Kühlgas zu und durch einen wassergekühlten Abschreckkühler 100 und wird dann durch ein Rohr 102, welches ein Ventil 103 aufweist, zum Eintritt des Kompressors 84 zurückgeführt. Ein Teil des zurückgeführten Gases wird dann durch ein Rohr 104 abgezweigt und strömt zum verbrauchten Teil des reduzierenden Gases des Systems, wie es in der Nähe der Oberseite der Figur 1 zu sehen ist. Wie in der Zeichnung erläutert, kann dieses abgezweigte Q-as durch ein Rohr 106, welches ein Ventil 108 aufweist, zur Schleife für das reduzierende Gas oder durch ein Rohr 110, welches ein Ventil 112 aufweist, zum Vorratsbehälter für Brennstoff oder zum Kamin 70 geleitet werden. Zwar ist es im allgemeinen erwünscht, eine geschlossene Kühlgasschleife, wie oben beschrieben, herzustellen, aber in besonderen Fällen kann das Ventil 103 geschlossen werden, wobei dann das gesamte Kühlgas, welches den Absehreckkühler 100 verläßt, durch das Rohr 104 strömen gelassen werden kann.

Wie oben bereits angedeutet tritt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und beim erfindungsgemäßen Verfahren im Reaktor nur eine geringe Mischung des reduzierenden Gases und des Kühlgases statt. Ein Differentialdruckregler 120 (siehe rechter Teil von Figur 1) ist vorgesehen, welcher vermittels eines Rohrs 122 durch den Druck in der Vorkammer 24 (bezeichnet P^) und vermittels eines Rohres 124 durch den Druck im ringförmigen Raum 94 (bezeichnet P₂) gesteuert wird. Der Differentialdruckregler 120 ergibt ein Signal, beispielsweise einen pneumatischen Druck, der eine Funktion des Unterschieds zwischen den Drücken P^ und P₂ darstellt, und dieses Signal wird dazu verwendet, die Einstellung eines Druckreglers 126 im Rohr

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zu besorgen, wodurch der Rückdruck im Ktihlgasabzweigrohr 104 in. einer solchen Weise geregelt wird, daß der Druck P₂ weitgehend gleich dem Druck P₁ wird. So wird also der Innenraum des Durchtritts 22 zu einer praktisch Isobaren Zone, und eine Mischung des reduzierenden Gases und des Kühlgasea wird dadurch verringert. Es ist weiterhin erwünscht, obwohl nicht wesentlich, daß der Druck P₁ konstant gehalten wird, und daß die Strömung durch das Rohr 104 so eingestellt wird, daß der Druck P₂ auf den Wert des Drucks von P.. gebracht wird. Hierzu wird ein automatischer Druckregler 128 durch den Druck P₁ in einem P Rohr 130 gesteuert, und der Reglerausgang wird durch ein Rohr 132 zum Druckregler 72 geführt, um die Einstellung des letzteren Reglers in solcher Weise zu verändern, daß das verbrauchte reduzierende Gas mit einer solchen Geschwindigkeit abgelassen wird« daß der Druck P₁ weitgehend konstant bleibt. Es hat sich herausgestellt, daß durch die Eonstanthaltung des Drucks P₁ in dieser Weise der Druck im Durchtritt 22 leichter isobar gehalten werden kann.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die dargestellte Vorrichtung die Verwendung einer gesonderten k Schleife für reduzierendes Gas und einer gesonderten Schleife für Kühlgas (einschließlich Reduktionszpne bzw. Kühleone des Reaktors) gestattet. Die Zusammensetzung, die Strömungsgeschwindigkeit und die lemperatur des reduzierenden Gases und des Kühlgases können unabhängig kontrolliert werden, so daß jedes Gas seine Punktion in einer optimalen Weise erfüllen kann, und daß der gesamte Nutzeffekt des Reaktors verbessert wird.

Das in Figur 2 der Zeichnungen gezeigte System stimmt weitgehend mit dem von Figur 1 überein, und deshalb werden nur die unterschiede zwischen den Systemen von Figur 2

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und Figur 1 beschrieben. Im Reaktor τοη Figur 1 eind ein leitblech 20 und ein Durchtritt 22 in der Hähe der Mitte des Reaktors vorgesehen, um den nach unten fließenden Körper τοη Erzteilchen in der Mitte des Reaktors zu konvergieren. In einigen fällen ist die Natur des Erzes so, daß die Teilchen während der Reduktion zu einer Agglomeration neigen, und in solchen Fällen könnte eine Konvergierung des fließenden Erzbetts', wie sie im Reaktor von Figur 1 eintritt, eine Störung des Flusses der Erzteilchen am Eingang des Drucktrltts 22 zur Folge haben. Um diese Möglichkeit auszuschalten, ist das Leitblech im Reaktor von Figur 2 weggelassen.

Gemäß Figur 2 besitzt «in Reaktor 210 eine Reduktionszone 212 und eine Kühl*one 214, die den Zonen 12 und 14 von Figur 1 ähnlich sind. Das reduzierende Gas wird in den Reaktor durch eine Vorkammer 224 eingeführt, die der Kammer 24 ähnlich ist, und verläßt den Reaktor durch eine Austritteleitung 252. Kühlgas betritt einen ringförmigen Raum 228, der dem Raum 28 des Reaktors 10 ähnlich ist, und strömt durch die Kühleone 214 nach oben. Jedoch unterscheidet sich der Reaktor 210 vom Reaktor 10 insofern, als die Abführung des Kühlgases durch eine ringförmige Torkammer 400 und nicht durch den ringförmigen Raum 94 des Reaktors 10 erfolgt.

Bei der Ausführung von Figur 2 wird das Mischen des Ktihlgasee und des reduzierenden Gases dadurch verringert, daß der Gasstrom in und die Entfernung von Gas aus der Kühlzone weitgehend gleich gehalten wird. In Figur 2 sorgt ein Strömungeregler 282, der dem Strömungsregler 82 von Figur 1 ähnlich ist, für einen konstanten Fluß des Kühlgases in die Kühlgasschleife. Jedoch ist bei dem System von Figur 2 der Druckregler 126 von Figur 1 durch einen Strömungeregler 402 ersetzt, der so eingestellt ist, daß

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er den KÜhlgasabstrom annähernd gleich dem Zustrom hält, was durch den Regler 282 besorgt wird, wodurch die Menge dee Kühlgases in der Kühlzone weitgehend konstant gehalten wird. In der Praxis ist der Segler 402 gewöhnlich so eingestellt, daß etwas mehr Gas hindurchgeht als beim Regler 282, so daß ein leichter Fluß von reduzierendem Gas von der Reduktionszone zur Kühlzone besteht, wodurch sichergestellt wird, daß das reduzierende Gas nicht durch einen Strom von Kühlgas in die Reduktionsisone verunreinigt wird. Andererseits kann es in besonderen Fällen erwünscht sein, eine Verunreinigung des Kühlgases durch die redu-" zierenden Gase zu vermeiden, und in einem solchen Fall wird der Regler 402 so eingestellt, daß etwas weniger Gas hindurchgeht als durch den Regler 282. Das System von Figur 2 gestattet ähnlich wie das System von Figur 1 eine unabhängige Kontrolle der Ströme aus reduzierendem Gas bzw. Kühlgas.

Bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen wird ein Gegenstrom zwischen dem reduzierenden Gas und dem absteigenden Erzteilchen verwendet, und außerdem wird auch ein Gegenstrom des Kühlgases verwendet. Zwar ist ein solcher Gegenstrom im allgemeinen erwünscht, aber es gibt auch Fälle, in denen, ein Gleichstrom zwischen dem reduzierenden Gas und dem Erz vorteilhaft ist. Im allgemeinen ändert sich die Geschwindigkeit, mit der das Erz reduziert wird, direkt als Fuktion der Temperatur des reduzierenden Gases. Es ist bekannt, daß die Temperatur des reduzierenden Gases ein besonders wichtiger Faktor bei der Bestimmung der Reduktionsgeschwindigkeit zu Beginn des Reduktionsprozesses ist. So kann unter gewissen Bedingungen durch die Verwendung eines Gleichstroms zwischen dem reduzierenden Gas und dem Erz eine Erhöhung der durchschnittlichen Reduktionsgeschwindigkeit erzielt werden, was zur Folge hat, daß

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ein gegebener Grad von Reduktion in einer kürzeren 7erweilzeit der Peststoffteilchen in der Reduktionszone erzielt werden kann, oder daß eine größere Reduktion unter Terwendung der gleichen Verweilzeit erreicht werden kann, wobei alle anderen Paktoren die gleichen sind. Auch kann in einigen Fällen ein Gleichstrom zwischen dem Kühlgas im Suhlabschnitt des Reaktors erwünscht sein.

Im allgemeinen hängt die Auswahl, ob nun ein Gegenstrom oder ein Gleichstrom zwischen dem reduzierenden Gas und dem Erz rerwendet wird, von solchen Faktoren ab, wie die Fließeigensehaften der festen Erzteile, die Reduzierbarkeit des Erzes, die Zusammensetzung des reduzierenden Gases und die WärmeübergangsCharakteristiken des Gases und der Erzteilehen. So kann eine Terbesserte Betriebflexibilität dadurch erzielt werden, daß man ein System verwendet, bei dem im Reaktor entweder ein Gegenstrom oder ein Gleichstrom eingestellt werden kann* Ein solehes System 1st in Figur 3 der beigefügten Zeichnungen erläutert.

die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Torfahrens, welche eine wahlweise Terwendung eines Gegenstroas oder eines Gleichstroms im Reaktor gestattet, im allgemeinen den Ausführungeformen der Figuren 1 und 2 ähnlich ist, werden nur diejenigen Seile des Systems in Figur 3 erläutert, welche für die wahlweise Verwendung eines Gleichstroms oder eines Gegenstroms wesentlich sind. In Figur ist ein Reaktor 510 abgebildet, der dem Reaktor 210 Ton Figur 1 ähnlich ist. Er besitzt eine Reduktionszone 512 im oberen Teil und eine Kühlzone 514 im unteren Teil. Das reduzierende Gas wird (siehe linken Teil von Figur 3) in einem Erhitzer 548 erhitzt, der dem Erhitzer 48 Ton Figur 1 ähnlich ist. Er ist durch ein Rohr 515, welches ein Tentil 517 aufweist, mit einer Vorkammer 524 des Reaktors 510 Terbunden. An einem Punkt in der Nähe der Vor-

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kammer 524 ist das Rohr 515 mit einem Zweigrohr 550 verbunden, das dem Rohr 50 voaELgur 1 ähnlich ist und ein Ventil 551 enthält. Wie im Falle des Rohrs 50 kann Luft oder Sauerstoff dem reduzierenden Gasstrom durch das Rohr 550 zugegeben werden, um die lemperatur des reduzierenden Gases auf den gewünschten Wert zu steigern.

Hit dem Reaktor 510 ist in der Nähe der Oberseite der Reduktionszone 512 ein Rohr 552 verbunden _f das dem Rohr 52 von figur 1 entspricht und das ein Ventil 519 aufweist und zum Kühler 554 führt, der dem Kühler 54 von Figur 1 ähnlich iet. An einem Punkt in der Nähe der Oberseite des Reaktors steht das Rohr 552 mit einem Abzweigrohr 529 in Verbindung, das ein Ventil 545 aufweist, durch welches Luft oder Sauerstoff dem Rohr 552 zugeführt werden kann·

TTm einen Gleichstrom zwischen dem reduzierenden (ras und dem Erz in der Reduktionszone 512 zu erzeugen, ist das Rohr 515 an einem Punkt zwischen dem Erhitzer 548 und dem Ventil 517 durch ein Rohr 521, welches ein Ventil 523 aufweist, mit dem Rohr 552 verbunden, und zwar an einem Punkt »wischen dem Reaktor 510 und dem Ventil 519. Außerdem ist das Rohr 515 an einem Punkt zwischen dem Ventil und der Kamer 524 mittels eines Rohrs 525, das ein Ventil 527 aufweist, mit dem Rohr 552 an einem Punkt zwischen dem Ventil 519 und dem Kühler 554 verbunden.

In Fällen in denen ein Gegenstron zwischen dem reduzierenden Gas und dem Erz erwünscht ist, werden die Ventile 525, 527 «nd 545 geschlossen, die Ventile 517 und 519 werden geöffnet imd das Ventil 551 wird so weit geöffnet, daß der gewünschte Sauerstoff- oder Luftstrom im Rohr 515 herrecht. Sann fließt reduzierendes Gas vom Erhitzer 548 durch das Rohr 515 «ur Kammer 524 und dann in der Reduktionszone

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aufwärts durch den Erzkörper. Sas reduzierende Gas verläßt den Reaktor in der Nähe der Oberseite der Reaktionszone 512 und fließt durch das Rohr 552 zum Kühler 554.

In Fällen, in denen ein Gleichstrom zwischen dem reduzierenden Sas und dem Era erwünscht ist, werden die Ventile 517, 519 und 551 geschlossen, die Tentile 523 und 527 werden geöffnet, und das Ventil 545 wird¹ so weit geöffnet, daß der gewünschte Luft- oder Sauerstofffluß im Rohr 552 herrscht. Dann fließt reduzierendes aas rom Erhitzer 548 durch die Rohre 521 und 552 zur Oberseite der Reduktionssone 512 und dann nach unten durch den Erzkörper. Das reduzierende Gas verläßt die Reaktionzone durch die Torkammer 524 und fließt durch die Rohre 515, 525 und 552 zum Kühler 554. So wird also ein Gegenstrom zwischen dem Gas and dem Erz in einer einfachen Weise erreicht» indem die Ventile 523 und 527 geschlossen und die Ventile 517 und 529 geöffnet werden, und ein Gleichstrom wird dadurch erhalten, daß die Ventile 517 und 519 geschlossen und die Ventile 523 und 527 geöffnet werden.

Wie es im unteren feil von Figur 3 zu sehen ist, ist eine ähnliche Anordnung für die selektive Aufrechterhaltung eines Gleichstroms oder eines Gegenstroms des Kühlgases in der Kühlzone 514 dea Reaktors vorgesehen. Das Kühlgas wird dem System durch ein Rohr 580 zugeführt und fließt

Sxromungs—
durch einen/regler 592, der dem Strömungsregler 92 von Figur 1 ähnlich iet, und dann durch ein Rohr 590, welches ein Ventil 531 aufweist und mit der Kammer 528 am Boden der Ktihlzone 514 verbunden ist. An der Oberseite der Kühlzone 514 befindet sich eine Vorkammer 500, die der Kammer 400 von Figur 2 ähnlich ist, welche durch ein Rohr 596, das ein Ventil 533 aufweist, mit einem Staubabscheider 598 verbunden ist, der dem Staubabscheider 98 von Figur 1

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entspricht, um einen Gleichstrom des Kühlgases durch die Kühlzone 514 herzustellen ist das Rohr 590 an einem Punkt zwischen dem Ventil 55-1- und dem Strömungsregler 592 dureh ein Rohr 535, das ein Yehtil 537 stufweist, mit dem Rohr 596 an einem Punkt zwischen dem Ventil 533 und der Vorkammer 500 verbunden. Auch ist das Rohr 590 an einem Punkt zwischen dem Ventil 531 und der Kammer 528 durch eir». Rohr 539, welches ein Ventil 541 aufweist, mit dem Rohr 596 an einem Punkt zwischen dem Ventil 533 und dem Staubabscheider 598 verbunden.

Wenn es erwünsoht ist, einen Segenstrom in der Kühlzone zu erzeugen, dann werden die Ventile 531 und 533 geöffnet, und die Ventile 537 und 541 werden geschlossen. Dann fließt Kühlgas durch das Rohr 590 zur Kammer 528, aufwärts durch die Kühlzone zur Kammer 500 und dann durch das Rohr 596 aus dem Reaktor zum Staubabscheider 598. Wenn es andererseits erwünscht ist, einen Gleichstrom zwischen dem Kühlgas und dem Erz in der Kühlsone 514 zu erzeugen, dann werden öle Ventile 531 und 533 geschlossen, und die Ventile 537 und 541 werden geöffnet, damit Kühlgas vom StrSmungsregler 592 dureh die Rohre 535 und 596 zur Vorkammer 500 und dann von dort aus in der Kühlzone durch das Erz nach unten fließt. Nachdem das Kühlgas durch die Kühlzone hindurchgegangen ist, betritt es die Kammer 528 und fließt durch die Rohre 590, 539 und 596 zum Staubabscheider 598. Es ist klar, daß bei dem in Figur 3 erläuterten System ein Gegenstrom oder ein Gasstrom des Gases sowohl in der Reduktionszone als auch in der Kühlzone des Systems erzeugt werden kann.

Bei dem in Figur 3 gezeigten System wird eine Mischung des reduzierenden Gases und des Kühlgases in der gleichen Weise gering gehalten, wie es in Figur 2 beschrieben ist. Der Fluß des Kühlgases zur Kühlgasschleife wird durch einen

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Ströaungsregler (in Figur 3 nicht gezeigt, er entspricht aber dem Regler 282 von 3?igur 2) konstant gehalten. Kühlgas, welches die Kühlgasschleife verläßt, fließt durch ein Rohr 504, welches dem Rohr 304 von Figur 2 entspricht zu: einem Strömungsregler 502, der dem Strömungsregler 402 von Figur 2 entspricht. Der Strömungsregler 502 wird so eingestellt, daß der Fluß des Kühlgases in das System aufrechterhalten wird und daß dabei die Mischung des Ktthlgases und den reduzierenden Gases gering gehalten wird.

Es ist natürlich klar, daß die obige Beschreibung nur erläuternd ist, und daß die beschriebenen Ausführungsformen in verschiedener Weise modifiziert werden können, ohne daß der Bereich der Erfindung verlassen wird. Beispielsweise muß das reduzierende Gas nicht in einem katalytischen Reformer der bei 30 gezeigten Art hergestellt werden, sondern es kann beispielsweise auch durch teilweise Oxydation eines Kohlenwasserstoffs erzeugt werden; schließlich kann auch reiner Wasserstoff verwendet werden. Der Gaserhitzer 48 kann so betrieben werden, daß er das reduzierende Gas auf eine annehmbare Re duktionstemperatur bringt, ohne daß luft oder Sauerstoff durch das Rohr 50 zugeführt werden. Da das Kühlgas in der Zone 14 erhitzt wird, wenn reaktive Gase als Kühlmittel verwendet werden, sollen sie in einem solchen Ausmaß reformiert werden, daß sie nach der Entnahme aus der Kühlschleife vorteilhafterweise in den reduzierenden Gasstrom eingeführt werden können. Jedoch wird die Zusammensetzung und die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgases so ausgewählt, daß es als erste Fuktion eine wirksame Kühlung ergibt. Der Reduktionswert des verbrauchten Kühlgases ist nur ein untergeordneter Torteil des Systems.

Wie oben erörtert kann beim erfindungsgemäßen Verfahren eine unabhängige Kontrolle sowohl des reduzierenden Gasstroms

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als auch des Kühlgasstroms erzielt werden, ohne daß diese Ströme zurückgeführt werden. Jedoch ist die Verwendung von geschlossenen Schleifen vorzuziehen, und zwar wegen der dabei erzielten Wirtschaftlichkeit und weil auch ein größerer Stabilitätsgrad des Systems erzielt wird und eine weitgehende Terhinderung der Vermischung der beiden Ströme erleichtert wird«,

Wie zu Beginn dieser Beschreibung ausgeführt, können das vorliegende Verfahren und die vorliegende Erfindung außerdem bei der Reduktion von.anderen Erzen als Eisenerz ver- w wendet werden, beispielsweise zur Reduktion von %zen, wie z.B, Hickel-, Kupfer-, Zinn-, Titan-, Barium- und Calciumerzen»

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Reduktion von stückigen Metallerzen in Metallteilchen in einem Reaktor mit vertikalem Schacht und bewegtem Bett, der eine Reduktionszone für die Reduktion des stückigen Metallerzes im oberen Teil des Betts und eine Kühlzone für die Kühlung der reduzierten Metallteilchen im untenan Teil des Betts aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man ein heißes reduzierendes Gas in der Nähe eines Endes der Reduktionszone einführt, das reduzierende Gas durch das in der Reduktionszone befindliche stückige Erz hindurchführt, um das Erz zu reduzieren, und das reduzierende Gas in der Nähe des anderen Endes der Reduktionszone aus dem Reaktor führt, daß man ein Kühlgas mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit einem Ende der Kühlzone zuführt, das Kühlgas durch die in der Kühlzone befindlichen reduzierten Metall teilchen hindurchführt, am ei· abzukühlen, und das Kühlgas in der Nähe des anderen Endes aus dem Reaktor abführt, und daß man die Geschwindigkeit der Abführung des Kühlgases so wählt, daß eine Mischung des Kühlgases und des reduzierenden Gases im Reaktor gering gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckunterschied zwischen der Unterseite der Reduktionszone und der Oberseite der Ktihlzone gemessen wird und daß das Ausströmen des Kühlgases in Abhängigkeit dieses gemessenen Druckunterschieds geregelt wird, um den gemessenen Druckunterschied weitgehend konstant zu halten.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausströmen des Kühlgases annähernd gleich der vorbestimmten Geschwindigkeit gehalten wird, mit der das Kühlgas der Kühlzone des Reaktors zugeführt wird»

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4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3₉ dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas in einer geschlossenen Schleife im Kreis geführt wird, welche die .Ktihlzone des Reaktors, eine außerhalb des Reaktors befindliche Leitung mit einem Kühler für das im Kreislauf befindliche Kühlgas und eine Pumpe für die Zirkulierung des Kühlgases umfaßt, wobei Kühlgas dem äußeren Teil der Schleife mit einer bestimmten Geschwindigkeit zugeführt wird.

5 β Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas vom äußeren Teil der Kühlschleife mit einer regulierten Geschwindigkeit abgelassen wird, welche vom gemessenen Druckunterschied abhängt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4» dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas rom äußeren Teil der Kühlschleife mit einer Geschwindigkeit abgelassen wird, die annähernd der Geschwindigkeit entspricht, mit der das Kühlgas der Schleife zugeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas von der Kühlschleife mit einer Geschwindigkeit abgelassen wird, die etwas größer ist als die vorbestimmte Geschwindigkeit, mit der es der Schleife ßugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das reduzierende Gas dem Reaktor an einem Punkt in der Nähe der Oberseite oder der Unterseite der Reduktionszone zugeführt wird, und daß es aus dem Reaktor an einem Punkt in der Nähe des anderen Endes der Reduktionszone abgeführt wird.

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9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas dem Reaktor an einem Punkt in der Hähe der Oberseite oder der Unterseite der Kühlzone zugeführt wird, und daß es aus dem Reaktor an einem Funkt in der Hähe des anderen Endes der Kühlzone abgeführt wird.

10« Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet^ daß ein Teil des reduzierenden Grases, das vom Reaktor abgeführt wird, dem reduzierenden Gras zugesetzt wird, welches dem Reaktor zugeführt wird, um eine Schleife für das reduzierende Gas zu bilden, und daß der Rest des vom Reaktor abgeführten reduzierenden Gases kontinuierlich von der Schleife abgezogen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des reduzierenden Gases, der von der reduzierenden Gasschleife abgenommen wird, reguliert wird, um den Druck an der Unterseite der Reduktionzone im wesentlichen konstant zu halten.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas ein reduzierendes Gas ist, und daß mindestens ein regulierter Teil des Kühlgases, der von der genannten Kühlgasschleife abgelassen wird, dem reduzierenden Gas zugesetzt wird, das der Reduktionszone zugeführt wird,,

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das stückige Metallerz aus Eisenerz besteht und daß die reduzierten Metallteilchen aus Schwammeisen bestehen.

14-. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich-

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net) daß sie folgende Merkmale aufweist: einen Reaktor (10) mit vertikalem Schacht, der das sieh nach unten bewegende Bett der Metalierzteilchen enthält, wobei das sich !bewegende Bett eine obere Reduktionszone (12) und eine unte-... re Kühlzone (H) aufweist, eine Einrichtung (24)» die eine Zuführleitung umfaßt, welche mit dem Reaktor in der Nähe eines Endes der ReduJttionszone verbunden 1st, um heiße reduzierende Grase dem Reaktor zuzuführen, eine Einrichtung (52) die mit dem Reaktor in der Fähe des anderen Endes der Reduktionazone verbunden ist, um reduzierendes Gas aus . dem Reaktor absufuhren, eine Kühlsehleife, welche die * KühlBone (14) und eine äußere leitung (90, 96) umfaßt, die mit dem Reaktor in der Nähe der Oberseite und der Unterseite der Kühlzone verbunden ist, wobei die äußere Leitung einen Kompressor (84) für die Zirkulation des Kühlgases durch die Schleife und einen Kühler (100) zur Kühlung des durch die Schleife fließenden Grases aufweist, eine Ktihlgaszuführleitung (80), die mit der genannten äußeren Leitung verbunden ist, wobei diese Zuführleitung einen Strömungaregier (82) aufweist, um einen konstanten Kühlgasstrom in der Schleife aufrecht zu erhalten, eine mit der Schleife verbundene Abgasleitung (104λ und ein Regulierventil (126) in der Abgasleitung zur Regulierung des Austritts des Kühlgases aus der Schleife, um eine Mischung des reduzierenden Gases in der Reduktionszone mit dem Kühlgas in der Kühlzone gering zu halten.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine auf Druckunterschied ansprechende Einrichtung (120) aufweist, die den Druckunterschied zwischen der Unterseite der Reduktionszone (12) und der Oberseite der Kühlzone (14) mißt, wobei die auf den Druckunterschied ansprechende Einrichtung ein Mittel, welches ein Signal erzeugt, das eine Fuktion des Druckunterschieds zwischen den beiden Drücken ist, und weiterhin ein Mittel zur Ober-

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tragting des Signals zum Regulierventii (126) aufweist, damit Kühlgas aus der Schleife mit einer solchen Geschwindigkeit abgelassen wird, daß der Druckunterschied zwischen der Reductions zone und der Kühlzone im wesentlichen auf null gehalten wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet daß die Abgasleitung (104) einen Regler aufweist, um den Abgas strom im wesentlichen gleich dem Gasstrom zu halten, der durch die Kühlgaszuführeinheit hindurchgeht.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Wärmeaustauscher (46) aufweist, dessen eine Seite einen Teil der Kühlgasschleife bildet und dessen andere Seite einen Seil der Zuführ-' leitung für die Zuführung von heißen reduzierenden Gasen zum Reaktor bildet.

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